Entwicklung des Prototyps einer Hyperloop-Kapsel mit einem elektrodynamischen levitierenden Linearinduktionsmotor als kombiniertes Antriebs- und Schwebekonzept

Hyperloopmu-zero

Von Karlsruhe nach Berlin dauert eine Reise mit dem Zug über fünf Stunden, mit dem Flugzeug etwas mehr als eine Stunde. Mit einem neuartigen Mobilitätssystem, dem Hyperloop, könnte die Strecke sogar in unter 45 Minuten ohne Schadstoffemission zurückgelegt werden. Das Ziel des gemeinnützigen Vereins „mu-zero HYPERLOOP e.V.“ ist es deshalb, das Hyperloop-Konzept zu betrachten, technische Konzepte und Lösungen zu entwickeln und deren Machbarkeit zu erforschen.

 

Das Team und das Projekt des mu-zero HYPERLOOP e.V.

Das Hyperloop-Konzept beschreibt Transportkapseln, die mit annähernd Schallgeschwindigkeit durch teilevakuierte Röhren schweben. Aufgrund des minimierten Luftwiderstands ist das System neben der hohen erreichbaren Geschwindigkeit sehr energieeffizient und könnte mithilfe integrierter Solarmodule energieautark und emissionsfrei betrieben werden. Um Hyperloops als neuartiges Transportmedium zu etablieren, arbeitet das Team des mu-zero HYPERLOOP e.V. seit Mai 2020 an einem kombinierten Antriebs- und Schwebekonzept in Form eines elektrodynamisch levitierenden Linearinduktionsmotors. Die 61 Studierenden aus Karlsruhe sowie Stuttgart entwickelten hierfür im Rahmen eines Bottom-Up Projektes einen 1,60 Meter langen, funktionsfähigen Prototyp einer Hyperloop-Kapsel, in welchem der neuartige Linearinduktionsmotor zum Einsatz kommt. Mithilfe analytischer Modellierungen sowie 2D- und 3D-FEM-Simulationen zur Auslegung des Linearmotors wurde dieser kontinuierlich weiterentwickelt und durch Fertigung sowie Test des Prototyps validiert. Um die Funktion des Motors ohne zeitintensiven Einbau in die Hyperloop-Kapsel zu überprüfen, wurde ein Prüfstand aufgebaut, welcher ein Schwungrad als Rotor mit entsprechender Masse zur Nachbildung des Trägheitsverhaltens des Hyperloop-Prototyps besitzt. An diesem stationären Prüfstand können erste Tests in Bezug auf das dynamische Motorverhalten durchgeführt und somit Beschleunigungs-, Brems- sowie Levitationskraft gemessen werden.

 

Rückblick auf die erreichten Ziele des studentischen Hyperloop-Teams

Zusätzlich zu der Entwicklung neuartiger Hyperloop-Systeme verfolgt das Team des mu-zero HYPERLOOP e.V. das Ziel, eine studentische Kooperation zwischen dem KIT und der Universität Stuttgart aufzubauen. Die fachliche sowie ideelle Unterstützung durch Professor:innen beider Universitäten war aufgrund dessen nicht nur ausschlaggebend für die erfolgreiche Fertigstellung des ersten Hyperloop-Prototyps im Juli 2021, sondern ermöglicht auch das Engagement von über zehn Studierenden aus Stuttgart in dem baden-württembergischen Team. Die frühzeitige Unterstützung durch den ICM stellte zudem die fristgerechte Fertigstellung des ersten Hyperloop-Prototyps und somit die Teilnahme an dem internationalen Wettbewerb „European Hyperloop Week“ in Valencia sicher. Als einziges deutsches Team erreichten die Studierenden aus Baden-Württemberg dort den vierten Platz in der Gesamtwertung und wurden mit einer exklusiven Ehrung ausgezeichnet, welche die technischen Leistungen des jungen Hyperloop-Teams in ihrem ersten Entwicklungsjahr hervorhebt. Motiviert durch diese Erfolge möchten die Studierenden gemeinsam mit Forschungseinrichtungen sowie Unternehmen weiterhin die Mobilität der Zukunft aktiv gestalten. Hierfür entwerfen sie mit den gesammelten Erfahrungen aus dem Bottom-Up Projekt einen optimieren Hyperloop-Prototyp, um ihre Vision vom Reisen mit Schallgeschwindigkeit Realität werden zu lassen.

Durch die Förderung des ICM konnte ein stationärer Motorprüfstand entwickelt und aufgebaut werden, welcher mithilfe des Schwungrads das kontinuierliche Testen des Linearinduktionsmotors ohne Aluminium-Schiene ermöglicht. Somit wurde keine kostenintensive Hyperloop-Teststrecke zur Untersuchung des dynamischen Motorverhaltens benötigt. Zudem wurde die Vermessung des Linearinduktionsmotors in unterschiedlichen Arbeitspunkten, in den zur Verfügung stehenden Räumlichkeiten, durch den Prüfstand überhaupt erst ermöglicht.

Projektlaufzeit: 01.11.2020 – 30.11.2021