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Hyperloop als Verkehrssystem der Zukunft

Mobilität
Hyperloop als Verkehrssystem der Zukunft

Verkehrsteilnehmer brauchen heute aufgrund von verspäteten Zügen, überfüllten Abteilen oder kilometerlangen Staus im Straßenverkehr starke Nerven. Der Verkehrsanbieter Inrix fand heraus, dass deutsche Autofahrer pro Jahr durchschnittlich 120 Stunden im Stau stehen – in großen Städten sogar noch mehr. Daher ist der Bedarf nach frischen Lösungen und Konzepten hoch.

Andreas Buschbeck
Leiter Technical Consulting bei Schenck RoTec, Darmstadt

Elon Musk gilt als Visionär. Der Tesla-Gründer hat sich Gedanken über neue Transportmittel gemacht und stellte 2013 in einem Whitepaper das Hyperloop-Konzept vor. Hierbei handelt es sich um Transportkapseln, Pods genannt, die mit einem linearen Elektromotor allmählich beschleunigen und über ihre Bahn auf Luftlagern durch nahezu evakuierte Rohre unter oder über dem Boden gleiten. Viele Transportprobleme könnten damit zukünftig gelöst werden. Die Pods erreichen Fahrtgeschwindigkeiten von bis zu 1200 km/h, während sie gleichzeitig energieeffizienter, leiser und autonomer als andere Verkehrsmittel sind. Eine solche Vision muss erforscht werden. 2017 war es soweit: Um Erfahrungswerte zu sammeln und die Technologie weiter zu entwickeln, wurde die „SpaceX Hyperloop Pod Competition“ ins Leben gerufen. In Los Angeles wird seitdem jährlich die technische Machbarkeit des Hyperloop-Konzeptes demonstriert, die Entwicklung von Funktionsprototypen forciert sowie kreative Lösungen und technologische Innovationen gefördert. Auf einer 1,5 km langen, subskaligen Teststrecke gehen die Kapseln an den Start. Die wichtigsten Kriterien bei der Wertung sind Geschwindigkeit und Sicherheit. Studenten-Teams auf der ganzen Welt stehen vor der Herausforderung, einen funktionierenden Pod zu entwerfen und zu bauen.

Leichte Kapsel mit viel Leistung

Die von Studenten geführte Initiative Swissloop aus der Schweiz hat es sich zur Aufgabe gemacht, zur Erforschung und Weiterentwicklung der Hyperloop-Technologie und ihrer Anwendung in der Praxis beizutragen. Für die „SpaceX Hyperloop Pod Competition“ 2019 setzte das Team bei seinem Pod „Claude Nicollier“ (benannt nach dem ersten und bis heute einzigen Schweizer, der den Weltraum besuchte) auf einen sogenannten „Linear Induction Motor“ (LIM). „Das ist der Antrieb, den auch Elon Musk vorschlägt, weil dieser für hohe Geschwindigkeiten am besten funktioniert“, sagt Stefan Kaspar, Chief Operating Officer bei Swissloop. Insgesamt arbeiteten die Studenten etwa ein Jahr an der Kapsel.

Mehr als 1000 Einzelteile waren für die Anfertigung notwendig, über 100 davon in Handarbeit. Der Pod bezieht seine Energie aus zwei Batterien mit insgesamt 480 einzelnen Batteriezellen. Zusammen erzeugen sie über 600 V und etwa 250 kW Leistung. Der zweikanalige Mega-Watt-Wechselrichter überträgt die Energie an den LIM. „Claude Nicollier“ hat zwei Bremsen, die sich an der Rückseite befinden und auf hydraulischen Druck angewiesen sind. Insgesamt ermöglichen sie eine Verzögerung von 5 g und enthalten eine Bremskraft von rund 16.000 Newton, was rund einer Tonne entspricht. Ein Aufhängungssystem trägt das Gewicht der Kapsel und sorgt dafür, dass sie während der Beschleunigungsphase auf der Teststrecke in der richtigen Position bleibt. Da zusätzliches Gewicht den Pod verlangsamt, besteht das Gehäuse aus Kohlefaser. Die gesamte Kapsel wiegt 200 kg.

Beschleunigung für die Sicherheit des Hyperloops

Eine große Rolle bei der Konstruktion und für den Erfolg im Rennen spielen die Räder des Hyperloops. Sie sorgen für die nötige Stabilität und Traktion: „Die Räder gehören zu den wichtigsten Teilen und leisten den wichtigsten Beitrag zum Erfolg. Um am Finale teilnehmen zu können, müssen wir den Veranstaltern des Wettbewerbes erklären können, dass unser Pod sicher ist und nicht in die Luft fliegt, wenn wir ihn testen“, sagt Kaspar. Eine der großen Gefahren ist nämlich, dass ein Rad bei den hohen Geschwindigkeiten auseinanderbrechen könnte. Die Räder müssen eine gewisse Drehzahl erreichen, um solch einen Fall auszuschließen. Mit dem Darmstädter Auswuchtexperten Schenck RoTec hat Swissloop den geeigneten Partner und Sponsor gefunden. Im Schleuderstand „Centrio 100“ wurden die Räder per Adaptertool aufgenommen und vertikalhängend eingebaut. Anschließend wurden die Räder über ein Getriebe auf etwa 30.000 Umdrehungen pro Minute beschleunigt über eine Dauer von fünf Minuten. „Bei diesen Umdrehungszahlen wird schnell sichtbar, ob die Räder Veränderungen aufweisen oder der Belastung standhalten“, sagt Andreas Buschbeck, Leiter Consulting bei Schenck RoTec.

Die Arbeit hat sich gelohnt: Mithilfe von Schenck RoTec erreichte „Claude Nicollier“ den zweiten Platz im Hyperloop Pod Wettbewerb 2019. Seine Höchstgeschwindigkeit betrug 252 km/h. Darüber hinaus erhielt das Team einen Innovationspreis für den LIM und Wechselrichter. Einer erneuten Zusammenarbeit mit den Auswuchtexperten für die nächste Competition steht nichts im Weg. Und die hat es in sich: Zum ersten Mal müssen die Pods auf der Teststrecke eine Kurve meistern.

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