Fachartikel
August 2016
Was haben 36 Studenten aus 14 Ländern und unterschiedlichsten Fachbereichen gemeinsam? Leidenschaft, um die Mobilität von morgen auf Überschallgeschwindigkeit zu beschleunigen, eine Universität, die sie nach Kräften dabei unterstützt und fast 40 Firmen, die ihre Vision teilen.
Das WARR [1] Hyperloop Team der Technischen Universität München unter der Schirmherrschaft von Professor Ulrich Walter, Wissenschaftsastronaut und Leiter des Lehrstuhls für Raumfahrttechnik, ist das einzig verbliebene deutsche Team in dem von Space X-Gründer und Tesla Motors CEO Elon Musk weltweit ausgerufenen Studenten-Wettbewerb. (Was verbirgt sich hinter dem Hyperloop Transportation System?)
Die Entwickler um Informatikerin Mariana Avezum präsentierten am 4. Juli den ersten testfähigen Prototypen in Garching. Passend zum amerikanischen Unabhängigkeitstag wurden Details vorgestellt, wie Reisende unabhängig von fossilen Brennstoffen zukünftig in 30 Minuten von Los Angeles nach New York gelangen könnten. Was in der freien Wirtschaft fast dreimal so lange gedauert hätte, gelang den Studenten dank zahlreicher Sponsoren in unter einem Jahr. Die Arbeit an der Pod genannten Transportkapsel wurde dabei in sechs Subsysteme (Widerstandsverringerung, Rahmenstruktur, Antrieb, Bremssystem, Batterie und Steuerung) aufgegliedert. Die TU München schaffte die entsprechenden Freiräume, damit das Projekt neben dem Studium umgesetzt werden konnte. Hauptsponsor des WARR Hyperloop Projekts ist Airbus Group. Im Interview [2] verrät Dr. Peter Hunkel, Head of Research & Technology and Innovation, warum sie sich an dem Projekt beteiligen.
Kernstück des WARR Hyperloop Pods ist der von dem Alpha Jet Antrieb abgeleitete Kompressor, dessen Ansaugöffnung, Gehäuse und Antriebswelle vom Team neu entwickelt wurden.
Hyperloop Pods gleiten innerhalb von Transportröhren elektromagnetisch in annäherndem Vakuum. Damit die vorhandene Restluft kein bremsendes Polster bildet, soll sie über den Kompressor am vorderen Ende eingesaugt und, um gleichzeitig den Schwebezustand zu unterstützen, unterhalb des Pods wieder ausgeführt werden. Obwohl der Testlauf des Wettbewerbs nicht bei Überschallgeschwindigkeit sondern bei etwa 320 Stundenkilometern durchgeführt werden wird, wollten die Münchner von Anfang an einen sicheren und skalierbaren Prototyp entwickeln. Der wassergekühlte Kompressor, dessen Gehäuse mit Unterstützung der Universität der Bundeswehr München entwickelt und von toolcraft gefräst wurde, verfügt über zwei Rotor-/Statorstufen mit entsprechenden Luftaustrittsöffnungen. Angetrieben wird er von einem 30kW starken Elektromotor von SciMo, der in einem 3D gedruckten Gehäuse von Creabis untergebraucht ist. Mit 17.500 U/min und einem Druckverhältnis von 2.26 wird ein Luftmassenstrom von 0,15 kg/s angesaugt. Eine Hirth-Verzahnung von Voith sorgt für sichere Stabilität der Antriebswelle bei hohen Drehzahlen. Ausgewuchtet wurde mit Hilfe des Max Plank Instituts für Plasmaphysik. Die aerodynamische Simulation des Fahrverhaltens wurde mit Software von Ansys durchgeführt.
Die Struktur des 600 Kilogramm schweren Pods baut auf einem versteiften Aluminiumrahmen, gesponsert von MayTec, und einer CFRP-Leichtbauhülle auf. Esterlössl lieferte den Materialblock, aus dem das Team bei der Schreinerei Josef Springer das Formwerkzeug baute, mit dem Becker Carbon die Hülle fertigte. Bis zum Erreichen der Endgeschwindigkeit wird die Transportkapsel über elektrisch angetriebene Räder beschleunigt, die von der Kunststofftechnikfirma Asma entwickelt und herstellt wurden. Trotz der hohen Geschwindigkeit können sie den Pod in der Spur halten, falls der Schwebezustand – dank starker Permanentmagneten ab 100 Stundenkilometern in 1 Zentimeter Höhe über Boden – nicht erreicht werden sollte.
Verlangsamt wird über zwei Systeme. Zum einen mit einem Reibbremssystem an der von TROB bereitgestellten Führungsschiene, das bei Stromausfall zur Sicherheit automatisch aktiviert wird. Die Druckregulierer für die Bremsklötze lieferte Swagelok. Zum anderen kommen magnetisch gesteuerte Wirbelstrombremsen zum Einsatz. Simuliert und optimiert wurde mit Knorr Bremse, der Hochleistungsstahl kam von AK Steel und Spulen wurden von Fersch Wickeltechnik gewickelt.
Das zweiteilige Gleichstrom-Batteriesystem mit Lithium-Ionen-Zellen von Kokam kann zwei Minuten lang die volle Leistung bereitstellen und hält eine Stunde im Standby-Betrieb. Eine 0,9 Kilowattstunden starke Einheit versorgt bei einer Spannung von 450 Volt den elektrischen Antrieb von Kompressor und Rädern mit 60 Ampere. Schutzschalter und Kabelverbinder kamen von Lemo Elektronik.
Eine zweite Batterie mit 48 Volt liefert 36,6 Ampere für die Elektronik. Deren Komponenten kommunizieren intern über einen CAN-Bus. TNG Technology Consulting half bei beim Design der Steuerung, das benutzerdefinierte PCB-Board mit NXP Mikroprozessor wurde von LeitOn hergestellt. Über Positionssensoren von Leuze electronic wird sichergestellt, dass sich der Pod im erlaubten Bereich innerhalb der Transportröhre bewegt.
Besonders ausschlaggebend für die kurze Realisierungsphase war die Unterstützung des MakerSpace bei UnternehmerTUM, wo das Team auch dank der Zeidler Stiftung Zugriff auf alle Fertigungsmaschinen und einen speziellen Werkstattbereich zur Verfügung hatte. Getestet wurde der Pod unter vakuumähnlichen Zuständen mit Elektronenstrahlschweißmaschinen von Steigerwald. Die Räder wurden beim TÜV Süd einer separaten Prüfung unterzogen.
Der Transport zur 1,6 Meter langen SpaceX Teststrecke nahe Los Angeles ist etwas verzwickt, da weder Magnete und Batterieeinheit, noch der als Militärgut eingestufte Kompressor per Flugzeug transportiert werden dürfen. Die Zeit spielt dem Team in die Hände. SpaceX hat den ursprünglich für Herbst 2016 anberaumten Testlauf auf Ende Januar 2017 verschoben.
Sollte nach erfolgreichem Test eine Ausgründung geplant sein, hat das Team der TU München, die ihre Forscher mit dem hauseigenen Netzwerk aus Professoren und Fachabteilungen unterstützt, beste Voraussetzungen. Denn die Universität verfügt mit UnternehmerTUM über eines der größten Innovations- und Gründerzentren Europas, das mit einem eigenen Venture Capital Fonds ausgestattet ist. Seit 1990 wurden aus der TUM rund 700 Unternehmen ausgegründet. Damit ist die TUM förderungsstärkste Hochschule in Deutschland.
Beim Tag der offenen Tür am 22. Oktober in Garching stellen sich 25 studentische Teams der TU mit ihren Projekten vor. Eine gute Gelegenheit für Firmen Innovation hautnah zu erfahren.
Wer das WARR Hyperloop Team finanziell unterstützen möchte, kann dies auch über die Crowdfunding-Kampagne auf Indigogo machen.
[1] WARR steht für Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt
Im Interview
Dr. Peter Hunkel – Airbus
[2] Nachgefragt bei Dr. Peter Hunkel – Vice President, Head of Research & Technology and Innovation, Airbus Defence and Space GmbH
Wie wurden Sie auf das Projekt aufmerksam?
Die TU München und die Airbus Group inklusive Partner haben in der Vergangenheit bereits an mehreren Projekten zusammengearbeitet. Beispielsweise hat die TUM erst kürzlich das AlgaeTec Forschungs- und Entwicklungszentrum auf dem Ludwig Bölkow Campus, der sich am Münchner Standort der Airbus Group befindet, eröffnet. Anfang Februar, kurz nachdem das WARR Hyperloop Team in Texas als Finalisten für den Wettbewerb ausgewählt wurde, setzten wir uns mit ihnen und der TUM in Verbindung.
In welchem Umfang haben Sie das WARR Team unterstützt?
Die Airbus Group mit ihren Fachbereichen unterstützt weltweit verschiedenste Projekte dieser Art mit finanziellem und technischem Sponsoring. Im Falle des WARR Teams haben wir uns für drei Arten der Unterstützung entschieden: Erstens mit finanziellen Mitteln. Zweitens standen Experten der Airbus Group allgemein und von Airbus Defence und Space dem Team als Wissensträger zur Verfügung. Es gab dabei kein spezielles Team, vielmehr wurden Fragen bei Bedarf ad hoc von einer Handvoll Experten beantwortet, die das Design und die Technik des Pods überprüften. Drittens haben wir dem WARR Team unsere Testeinrichtungen zur Verfügung gestellt.
Welche Erkenntnisse haben Sie bisher aus dem Projekt mitgenommen?
Wir sehen die Unterstützung des WARR Teams bei dem Hyperloop Pod Wettbewerb genau wie bei ähnlichen Sponsorships und technischen Partnerschaften in der grundsätzlichen Förderung von Innovation und von Projekten, die neue Technologien erforschen. Die Intention ist daher nicht, die Technologie oder innovative Konzepte, die das WARR Team entwickelt, in das Kerngeschäft der Airbus Group oder in einzelne Bereiche zu integrieren. Allerdings hat uns unser Engagement bei diesem Projekt erneut gezeigt, wie wichtig es für die Airbus Group und ihre Bereiche ist und bleibt, eine proaktive Rolle im Startup-Eco-System einzunehmen. Denn die Studenten, die wir heute bei ihren innovativen Startup Ideen unterstützen, könnten zukünftig als Ingenieure und Experten innerhalb der Airbus Group arbeiten, um die nächste Generation von Technologien und Konstruktionen für die Luft- und Raumfahrt zu entwickeln.
Wird ein Airbus-Team die WARR Forscher zum Wettbewerbstest nach USA begleiten?
Falls es meine geschäftlichen Verpflichtungen zulassen, würde ich das WARR Team gerne begleiten. Dies wäre allerdings eher als Beobachter und nicht in einer aktiven Funktion.
Arbeitet die Airbus Group aktuell an eigenen Entwicklungsprojekten, die dem Hyperloop-Konzept ähnlich sind oder die zukünftig sogar damit in Konkurrenz treten könnten?
Nein, das tun wir nicht. Unser Kerngeschäft bleibt die Luft- und Raumfahrt. Einige Technologien, die innerhalb des Hyperloop-Konzepts realisiert werden könnten, wie beispielsweise der Elektroantrieb, sind bereits Kernbereiche der Forschung und Entwicklung innerhalb der Airbus Group . Hier ist das Anschauungsflugzeug der Airbus Group mit E-Fan-Technologie zu nennen, das bereits mit vollelektrischer Ausstattung geflogen und jetzt auch mit Hybrid-Antrieb ausgestattet wurde.
Zeitraffer-Video zum Bau des WARR Hyperloop Pod Prototypen:
Mit dem Laden des Beitrags akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von Facebook.
Mehr erfahren
Dieser Artikel wurde auch im Magazin ke-next (verlag moderne industrie – Mediengruppe des Süddeutschen Verlag) veröffentlicht.
