Sie transportieren täglich Millionen von Menschen, sind unverzichtbar für die Mobilität der Massen und prägen Stadtbilder auf der ganzen Welt. Sie quietschen und rumpeln durch und unter unseren Straßen, verursachen Staus, Bauarbeiten und verstellen den Blick auf manche Sehenswürdigkeit: Straßenbahnen, Busse und U-Bahnen sind essenzieller Teil des öffentlichen Verkehrs, oft aber auch störend laut, wartungsintensiv und Energiefresser.

„Jedes Mal, wenn eine Straßenbahn um die Kurve fährt, kommt es zu einem massiven Materialverschleiß an Rad und Schiene, und wenn eine Straßenbahn bremst, geht oftmals ein enormer Teil der teuren Energie verloren. Es wird zu wenig in die technologische Weiterentwicklung des öffentlichen Nahverkehrs investiert“, sagt KIT-Professor Peter Gratzfeld. Mit seinem Lehrstuhl für Bahnsystemtechnik forscht er daran, wie sich öffentlicher Personennahverkehr auf Schiene und Straße in eine neue Zeitrechnung überführen lassen könnte.

Die Vision ist einfach beschrieben: Professor Gratzfeld will elektrisch betriebene Busse und Bahnen ohne Oberleitungen, die energieeffizient, geräuscharm und verschleißfrei durch die Straßen gleiten. Dahinter stecken jedoch viele einzelne technologische Revolutionen: Zum Beispiel die Entwicklung aktiver Spurführungen zur Reduktion des Verschleißes an Rad und Schiene, die vollständige Nutzung von Bremsenergie, alternative Antriebe für Straßenbahnen oder die kontaktlose Energieübertragung, die aus Anwendungen wie elektrischen Zahnbürsten oder Induktionskochfeldern schon bekannt ist. „Im großen Maßstab für den Betrieb von Bussen und Straßenbahnen ist der Einsatz der induktiven Energieübertragung viel komplexer. Das magnetische Wechselfeld muss stark genug sein, um ausreichend Energie an die Fahrzeuge zu übertragen, darf jedoch keinerlei Auswirkungen auf Passanten haben“, erklärt Peter Gratzfeld.

Die kontaktlose Energieübertragung versorgt Straßenbahnen oder Elektrobusse, an deren Unterseite ein elektromagnetischer Empfänger angebracht ist. Der Sender befindet sich dabei an einzelnen ausgewählten Haltestellen unterhalb der Straßendecke oder im Schienenbett. Seit Anfang des Jahres arbeiten Bombardier Transportation GmbH, die Rhein-Neckar-Verkehr GmbH und das KIT gemeinsam daran, diese Idee auf der Buslinie 63 in Mannheim Wirklichkeit werden zu lassen und ihre Praxistauglichkeit zu beweisen. Professor Gratzfeld und sein Team übernehmen dabei die Simulation und Analyse der Energieflüsse und der Anforderungen an das elektrische Versorgungsnetz.

Der Blick über das Fahrzeug hinaus ist Gratzfelds Spezialität: „Unser wissenschaftlicher Ansatz ist zweispurig: einerseits forschen wir an technologischen Optionen, andererseits analysieren wir, welche Auswirkungen neue Technologien auf die gesamte öffentliche Infrastruktur haben“. Ein wichtiger Aspekt für die Entwicklung im öffentlichen Nahverkehr, denn Umstellungen, zum Beispiel bei der Stromversorgung, der Trassenführung und der Fahrzeugtechnologie, sind teuer und aufwändig. Professor Gratzfelds Forschung passt daher thematisch besonders gut nach Karlsruhe: Die gewaltige bauliche Umstellung des städtischen Straßenbahnsystems auf eine Kombination aus U- und S-Bahn hält die Stadt noch bis mindestens 2017 in Atem.

„Technologisch betrachtet, könnte die Welt heute schon ganz anders aussehen. Unsere Aufgabe sehen wir darin, zu zeigen, was möglich ist.“

Weiterführende Links

• Lehrstuhl für Bahnsystemtechnik
• KIT-Pressemitteilung „Induktive Ladetechnik für den Linienbusverkehr“
• Projekt: Induktive Energieübertragung
• „Wer bremst, gewinnt“ (looKIT, Ausgabe 03/2013)
• KIT-Experte Prof. Peter Gratzfeld
• Pressemitteilung: „Kabellos durch die Stadt“
• Liste weiterer Veröffentlichungen

Bilder: KIT