Die Tram oben ohne

Straßenbahnen sind prima – wäre da nicht das Oberleitungsgewirr, das jedes Stadtbild verschandelt. Die Primove-Bahn von Bombardier wird mit magnetisch induziertem Strom aus dem Gleisbett gespeist.

Die Ringstraße mit hässlichen Oberleitungen verschandeln? Nicht mit ihm, grantelte Kaiser Franz Joseph, als ihm 1897 die Pläne für die erste elektrische Straßenbahn in Wien unterbreitet wurden. Und da der Monarch das letzte Wort hatte, wurde auf der Strecke bereits eine batteriebetriebene Straßenbahn eingesetzt – eine sensationelle Innovation für das Jahr 1900. Nachdem sich allerdings die Fahrgäste reihenweise über aufsteigende Säuredämpfe beklagten, gab sich Franz Joseph 1915 geschlagen: Die Oberleitung kam. Und blieb.

Heute sind Städte mit Straßenbahnen von einem regelrechten Spinnennetz aus Oberleitungen durchzogen, was deren Attraktivität nicht gerade fördert. Manche ansonsten ideale Streckenführung entlang denkmalgeschützter Gebäude oder durch Erholungsgebiete ist dadurch sogar unmöglich.

"Die Entwicklung einer Hightech-Straßenbahn ohne die verpönte Oberleitung ist daher ein logischer Schritt gewesen", sagt Harry Seiffert, Projektleiter des Entwicklungsprojektes Primove des kanadischen Schienenfahrzeugbauers Bombardier Transportation. Die Bahn des Primove-Systems fährt als erste weltweit sogar ohne jeden Stromkontakt. Sie bezieht ihre Energie direkt aus dem Gleisbett – mittels magnetischer Induktion. Das Prinzip wurde bereits vor mehr als 100 Jahren vom serbischen Physikgenie Nikola Tesla entdeckt: Bewegt man einen Magneten in einer Spule, wird eine Spannung induziert – ein Strom fließt.

Diesen Effekt nutzt Primove zur berührungslosen Energieübertragung. Das dereinst per Hand erzeugte magnetische Wechselfeld wird hier von stromdurchflossenen Kupferspulen bereitgestellt, die durchgehend zwischen den Gleisen verlegt sind. Unter dem Fahrzeug angebrachte Aufnahmespulen wandeln die im Feld enthaltene magnetische Energie daraufhin in Strom um, der über Elektromotoren in Vortrieb umgesetzt wird. Ähnlich werden bereits seit Anfang der 90er-Jahre elektrische Zahnbürsten mit Energie versorgt. Dort lädt ein Magnetwechselfeld in der Ladestation den Akku in der Bürste wieder auf.

Anders als bei der Zahnbürste liegt der Abstand der Spulenpaare in Gleisbett und Fahrzeugunterboden aber nicht im unteren Millimeterbereich – er beträgt stattliche zehn Zentimeter. Darüber hinaus benötigt eine Straßenbahn rund 30.000-mal mehr elektrische Leistung als eine Fünf-Watt-Zahnputzhilfe. "Um die von einer Primove-Spule permanent geforderten 150 Kilowatt über diese Distanz bereitstellen zu können, hat man zwei Möglichkeiten", erklärt Jürgen Meins vom Institut für Elektrische Maschinen, Antriebe und Bahnen der Technischen Universität Braunschweig, der das Grundkonzept von Primove für Bombardier entwickelt hat. "Entweder arbeitet man mit sehr starken magnetischen Feldern oder mit hohen Stromfrequenzen."

Praktisch umsetzbar ist nur Letzteres – magnetische Flussdichten im Tesla-Bereich beeinflussen und stören nämlich Elektronikgeräte und verstoßen somit in allen Belangen gegen die gesetzlichen Auflagen zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV). Bleibt also nur die Stromfrequenz als Variable: Primove arbeitet daher nicht mit den üblichen 50 Hertz aus der Steckdose, sondern mit 20 Kilohertz. Die zur Frequenzumwandlung notwendige Leistungselektronik ist jedoch komplex und teuer. Außerdem werde das verbleibende magnetische Feld, selbst wenn die Flussdichte nur im Mikrotesla-Bereich liege, aufwendig abgeschirmt, sagt Projektleiter Seiffert. Zusätzliche Sicherheit bietet eine automatische Schaltung, die dafür sorgt, dass die Spulen zwischen den Gleisen nur dann aktiviert werden, wenn sich das Fahrzeug direkt darüber befindet. Vor und hinter der Bahn sind die Spulen stromlos.

"Es besteht keine gesundheitliche Gefährdung, weder Herzschrittmacher noch Mobiltelefone werden gestört", sagt der Bombardier-Mann. Schlüssel dazu sei das spezielle Design der Spulen, so Seiffert. Wie genau die aussehen, könne er allerdings nicht verraten, das sei Kern-Know-how von Bombardier. Auf einer Teststrecke in Augsburg sind seine Kollegen derzeit damit beschäftigt, den offiziellen EMV-Nachweis für die Zulassung des Systems zu erbringen und den Dauerbetrieb zu erproben. Das Interesse an Primove ist aber bereits jetzt sehr groß. Mit zwei Städten sei Bombardier in konkreten Verhandlungen.

Mehr dürfe er auch hier nicht verraten, so Seiffert. Weil die induktive Energieversorgung aber vollkommen unabhängig von Regen, Schnee, Eis oder auch Sand funktioniert, sind weltweit viele Einsatzmöglichkeiten denkbar: In Nordamerika etwa, wo Oberleitungen im Winter regelmäßig vereisen und dann den gesamten Straßenbahnbetrieb lahmlegen, oder in den von sintflutartigen Regenfällen geplagten Monsunregionen Asiens. Auch die Kosten für Wartung und Reparatur seien deutlich geringer als bei Oberleitungen, denn die Bauteile verschleißen bei der kontaktfreien Technologie nicht. Ein weiteres Sicherheitsplus komme hinzu: Feuerwehren begrüßten, dass sie bei einem Unfall der Straßenbahn, etwa bei einer Kollision mit einem Auto, ohne Rücksicht auf Stromleitungen sofort anfangen können zu löschen, sagt Seiffert.

Wenn es um die Kosten für Primove geht, spricht der Bombardier-Mann vage von "einem vernünftigen Mehrpreis im Vergleich zur Oberleitung". Ohne Zweifel ist das Bombardier-System in jedem Fall deutlich teurer als herkömmliche Straßenbahnen. Genau darin sieht die Konkurrenz ihre Chance. Siemens etwa, zu den Marktführern bei Straßenbahnen zählend, hat ebenfalls ein System entwickelt, das ohne Oberleitungen auskommt – wenn auch nur kurzfristig. Das hybride Energiespeichersystem Sitras HES des Unternehmens kombiniert einen Doppelschichtkondensator, den sogenannten Supercap, mit einer Lithium-Ionen-Batterie und ermöglicht Fahrstrecken von maximal 2,4 Kilometern ohne Leitungskontakt. Das Kombi-Speicher-System gewinnt Bremsenergie zurück und stellt sie anschließend dem Antrieb zur Verfügung. Damit spare es rund 30 Prozent Energie ein, so Michael Meinert, Experte für Speichertechnik bei Siemens Mobility. Zwar sei das System auch nicht umsonst zu haben, bleibe aber insgesamt deutlich unter den Kosten für eine komplette induktive Energieversorgung.

"Historische Stadtkerne, Erholungsgebiete oder Baustellen kann man auch so frei von störenden Masten und Oberleitungen halten", sagt Meinert. Auf der übrigen Strecke soll die Oberleitung weiterhin eingesetzt werden. Allerdings hat auch Bombardier schon eine ähnliche Technologie zur Serienreife gebracht. Das System Mitrac basiert auf Supercaps – und ist bereits in Heidelberg im Einsatz. Den Spareffekt des Systems, das auch in Primove verbaut ist, beziffert Bombardier ebenfalls mit 30 Prozent. Darüber hinaus könne man herkömmliche Straßenbahnen mit Primove-Technologie nachrüsten – und dann nur dort, wo man wünscht, "oben ohne" fahren, so Seiffert.

Der französische Alstom-Konzern setzt wiederum auf eine andere Methode: Bereits seit knapp sieben Jahren werden in Bordeaux Triebwagenzüge mit Strom aus einer Mittelschiene versorgt, die nur unter Spannung steht, wenn sich der Zug über ihr befindet. Seit Franz Josephs Zeiten habe sich aber die Störanfälligkeit nicht wesentlich geändert, unken viele Straßenbahn-Experten. Insbesondere bei Regen legen elektrische Defekte die Alstom-Bahn regelmäßig lahm.

Da sei das Primove-System überlegen, meint Jürgen Meins. Der Forscher sieht die Technologie auch noch in anderen Anwendungen: "Die konsequente Weiterführung des Primove-Gedankens wäre die kontinuierliche Ladung von Elektroautos während der Fahrt." Doch dazu müssten in allen Straßen Induktionsschleifen verlegt werden. Von den technologischen Herausforderungen abgesehen, stelle sich vor allem die Frage, wer die Trassen bauen, geschweige denn bezahlen soll. Umsetzbar ist die Technologie hingegen für Buslinien. Seit 2002 fahren in Turin und Genua bereits 31 Busse, die an den Haltestellen per Induktion ihre Batterien nachladen. Bombardier will Elektrobusse, die mit Supercaps und Spulentechnologie ausgerüstet sind, platzsparend über die Primove-Trasse fahren lassen. Erst kürzlich wurden sie auf dem Weltkongress der International Association of Public Transport (UITP) in Dubai vorgestellt. (bsc)