Swissloop
Swissloop ist eine Studentenvereinigung der ETH Zürich. Sie wurde im Jahr 2016 gegründet, mit dem Ziel, die Erforschung und Weiterentwicklung der Hyperloop-Technologie und ihrer Anwendung in der Praxis voranzutreiben. Swissloop entwickelt und baut betriebliche Prototypen von Transportkapseln („Pods“) und nimmt regelmässig an internationalen Hyperloop Pod Wettbewerben teil. Die Vereinigung bietet Studenten die Möglichkeit, praktische Erfahrungen in den Bereichen Ingenieurwesen und Projektmanagement zu sammeln und gleichzeitig zur Entwicklung von modernsten Technologien beizutragen.
Entstehung und Organisation[Bearbeiten]
Swissloop wurde im Herbst 2016 als Verein von Studierenden an der ETH Zürich gegründet, um die Forschung an Hochgeschwindigkeitstransportsystemen voranzutreiben und die Schweiz an der Hyperloop Pod Competition zu vertreten. Zudem bietet Swissloop Studierenden die Möglichkeit, um bereits während des Studiums praktische Erfahrung sammeln zu können.[1]
Zum Start des Vereinsjahres im September wird jeweils unter der Leitung von erfahrenen Alumni ein neues Aktivteam formiert, welches während eines Jahres die Forschungsarbeit übernimmt. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neuer Hyperloop-Prototyp gebaut, welcher an der Pod Competition im darauffolgenden Sommer zum Einsatz kommt. Seit der Gründung 2016 wirkten so insgesamt schon über 150 Studierende im Verein mit.
Zurzeit besteht das Swissloop-Team aus fünfundzwanzig Studenten verschiedener Schweizer Hochschulen aus den Bereichen Maschinenbau, Elektrotechnik, Industriedesign, Wirtschaftswissenschaften, Recht und Kommunikation. Unterstützt werden sie von einem Netzwerk von Alumni, Beratern und Partnern aus der Industrie.
SpaceX Hyperloop Pod Competition[Bearbeiten]
Der Hyperloop Pod-Wettbewerb war ein jährlicher Wettbewerb, der von SpaceX von 2015 bis 2019 gesponsert wurde, indem sowohl studentische als auch nicht-studentische Teams teilnahmen. Ziel des Wettbewerbs war es, ein teilmassstäbliches Prototyp-Transportfahrzeug zu entwerfen - und für einige, zu bauen - um die technische Machbarkeit verschiedener Aspekte des Hyperloop-Konzepts zu demonstrieren. Die Wettbewerbe waren weltweit für Teilnehmer offen, obwohl alle Wettbewerbe und Bewertungen in den USA stattfanden.
Ein Wettbewerb auf einer längeren Strecke war für 2020 geplant; jedoch wurde letztendlich keine längere Strecke gebaut und die Hyperloop Pod Competition wurde 2021 von einem Tunnelbau-Wettbewerb abgelöst
Swissloop erreichte mit dem Pod „Claude Nicollier“ in der SpaceX-Röhre eine Höchstgeschwindigkeit von 252 km/h und belegte den 2. Platz im Gesamtwettbewerb. Darüber hinaus gewann Swissloop den Innovationspreis von SpaceX für ihren linearen Induktionsmotor sowie ihren Inverter.
European Hyperloop Week (EHW)[Bearbeiten]
Seit 2021 findet jährlich die European Hyperloop Week statt, eine internationale Veranstaltung, die sich dem zukunftsweisenden Transportmittel Hyperloop widmet. Studenten, Gastredner, Unternehmen und Hyperloop-Enthusiasten treffen sich, um über die Technologie, Machbarkeit und Skalierbarkeit von Hyperloop zu diskutieren.
Während dieser Woche haben die Hyperloop-Teams der Universitäten die Möglichkeit, ihre Systeme und vollständigen Prototypen vor einer technischen Jury zu präsentieren und in verschiedenen Kategorien wie Elektrik, Mechanik und Antrieb gegeneinander anzutreten. Darüber hinaus informieren Gastredner und Unternehmen aus den fortschrittlichsten Hyperloop-Firmen über die Technologie, ihre Umsetzungsstrategie und ihre bisherigen technologischen Fortschritte. Durch das Zusammenbringen aller wichtigen Hyperloop-Akteure an einem Ort will die EHW Innovation und technologische Entwicklung fördern, damit Hyperloop als das fünfte Verkehrsmittel der Welt etabliert werden kann.
Die European Hyperloop Week wurde ins Leben gerufen, als vier Studenten-Teams - HYPED, Swissloop, Hyperloop UPV und Delft Hyperloop - erkannten, dass die Entwicklung der Hyperloop-Technologie einen vorausschauenderen, vereinten Ansatz benötigt. Die Teams, die sich bei der SpaceX Hyperloop Pod Competition 2019 getroffen hatten, beschlossen, dass eine Veranstaltung erforderlich sei, um die weltweit aufkommenden Ideen zur Weiterentwicklung des Hyperloop-Verkehrs zu verbinden.[2]
Die Organisation der EHW wurde im November 2020 offiziell gestartet, wobei die erste Ausgabe der EHW im Juli 2021 in Valencia und die zweite Ausgabe im Juli 2022 in Delft stattfand. Angespornt durch das erfolgreiche Ereignis im letzten Sommer und das große Interesse der Hyperloop-Teams an der EHW arbeitet ein neues Organisationsteam derzeit an der nächsten Ausgabe der EHW im Sommer 2023.
Das Team besteht aus Mitgliedern jedes Gründerteams, mit Sponsoring und Partnern von vielen führenden Unternehmen in Infrastruktur, Verkehr und Hyperloop-Technologie.
Während der EHW 2021 hat Swissloop Auszeichnungen für das komplette Pod Design, die Levitation, den Antrieb und das beste elektrische System erhalten! Ausserdem wurde das Team mit dem Würth Elektronik Thermal-Management Award und dem Nevomo Power Electronics Award ausgezeichnet.
An der EHW 2022 konnte Swissloop erneut zwei Auszeichnungen gewinnen — das beste mechanische Subsystem und das beste Antriebssystem.
Transportkapseln ("Pods")[Bearbeiten]
Escher (2017)[Bearbeiten]
2017 hat Swissloop zum ersten Mal am Hyperloop-Pod-Wettbewerb teilgenommen. Der Pod "Escher" wurde nach Alfred Escher benannt, einem der einflussreichsten Schweizer Bürger des 19. Jahrhunderts.
Die Transportkapsel verfügt über ein Antriebssystem, das auf komprimierter Luft basiert, die bei niedrigen Temperaturen aus der Kapsel austritt und sich an den Düsen ausdehnt, wodurch eine raketenartige Beschleunigung erreicht wird. Das System wurde mit einem Druck von mehr als 200 bar getestet.
Permanentmagnete für das Schweben befinden sich in den Skiern der Gondel und senken den Schwerpunkt ab. Das Bremssystem von Escher basiert auf hydraulischem Druck. Damit kann der Pod bei bis zu 400 km/h sicher bremsen, während gedämpfte Räder für die seitliche Stabilität des Pods sorgen.
Unter 1'200 Mitbewerbern erreichte Escher im August 2017 den dritten Platz beim Hyperloop Pod Wettbewerb.
Mujinga (2018)[Bearbeiten]
2018 nahm Swissloop zum zweiten Mal an der Hyperloop Pod Competition teil. Das Team entwickelte und baute eine 3,5 m lange Kapsel namens "Mujinga". Der Pod ist nach der Schweizer Leichtathletin Mujinga Kambundji benannt, die derzeit die Schweizer Rekorde im 100-Meter- und 60-Meter-Sprint hält.
Anders als der Vorgänger Escher wird Mujinga von vier Elektromotoren angetrieben. Zusammen leisten sie über 540 PS - das ist etwa das 2,5-fache der Leistung eines Bugatti-Sportwagens. Zwei Batterien liefern insgesamt 700 Volt Energie, eine Menge, die 1'500 iPhone-Batterien übersteigt.
Obwohl Mujinga es wegen eines Kurzschlusses der Batterien nicht unter die letzten drei schaffte, gehörte Swissloop zu den zwanzig Teams, die nach L.A. eingeladen wurden, um ihre Pods dort zu präsentieren und zu testen.[3]
Claude Nicollier (2019)[Bearbeiten]
"Claude Nicollier" ist 3,27 Meter lang, 1,0 Meter breit und 0,49 Meter hoch. Die Transportkapsel besteht aus über 1'415 Einzelteilen, wovon rund 147 speziell angefertigt wurden.[4] Der Pod ist nach Claude Nicollier benannt, dem ersten (und bisher einzigen) Schweizer Astronauten. Er flog 1992 zum ersten Mal ins All und hat insgesamt vier Weltraumflüge absolviert.
Im Gegensatz zum Kaltgasantrieb von "Escher" und den vier elektronischen Motoren von "Mujinga" wird "Claude Nicollier" von einem linearen Induktionsmotor angetrieben. Obwohl diese Art des Antriebs bereits 2013 von Elon Musk für den Hyperloop vorgeschlagen wurde, ist dies das erste Jahr, in dem ein solcher Motor im Hyperloop-Pod-Wettbewerb eingesetzt wird. Der Pod erhält seine Energie aus zwei Batterien mit insgesamt 480 einzelnen Batteriezellen. Zusammen erzeugen sie über 600 Volt und etwa 250 kW Leistung.
Claude Nicollier hat zwei Bremsen, die sich an der Rückseite der Gondel befinden und mit hydraulischem Druck arbeiten. Insgesamt erlauben sie eine Verzögerung von 5g und beinhalten eine Bremskraft von etwa 16'000 Newton, was rund einer Tonne entspricht. Ein Federungssystem trägt das Gewicht der Gondel und sorgt dafür, dass die Gondel während der Beschleunigungsphase in der richtigen Position auf der Teststrecke bleibt. Die Stabilität des Pods wird zudem durch vier Räder gewährleistet, die entlang des I-Trägers angeordnet sind.
Da zusätzliches Gewicht den Pod verlangsamt, ist sein Chassis aus Kohlefaser, einem sehr leichten Material, gefertigt. Aus diesem Grund wiegt der gesamte Pod nur 200 kg. Mit einer Höchstgeschwindigkeit von 252km/h erreichte Claude Nicollier den 2. Platz im Hyperloop Pod Wettbewerb 2019. Darüber hinaus erhielt das Team einen Innovationspreis von SpaceX für ihren linearen Induktionsmotor und den Inverter.
Simona de Silvestro (2020)[Bearbeiten]
Aufgrund der unvorhergesehenen Ereignisse im Jahr 2020 beschloss Swissloop, bei der Entwicklung des Prototyps andere Prioritäten zu setzen. Vom Bau eines erstklassigen, rennerprobten Pods verlagerte sich das Ziel auf die Erforschung und Optimierung der Kernkompetenz von Swissloop: die Konstruktion von Linear-Induktionsmotoren (LIMs) und der gesamten damit verbundenen Leistungselektronik.[5]
Nach vielen Erkenntnissen aus dem erfolgreichen Design des Vorjahres wurden die Erkenntnisse und Verbesserungen umgesetzt, um zu einer völlig neuen Architektur zu gelangen. Der Pod verfügt über ein neues doppelseitiges LIM mit sechs Spulen pro Seite. Um die Leistungsübertragung vom LIM zur Schiene zu optimieren, wurde der Inverter des Pods als dezentrale Einheit konzipiert und gebaut, die aus unabhängigen Modulen besteht, die jedes Spulenpaar einzeln ansteuern. Dieser skalierbare Inverter ermöglicht die separate Steuerung des Stromflusses durch jedes Spulenpaar und erlaubt theoretisch dynamische Polpaarübergänge während des Betriebs. Auf der mechanischen Seite entschied sich Swissloop, von einem hydraulischen auf ein pneumatisches Bremssystem umzusteigen, was die Sicherheit erhöht und das Gewicht des gesamten Systems verringert. Zudem wurde die Schale - die aerodynamische Hülle des Pods - zum ersten Mal vollständig aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt.
Der Prototyp des Swissloop Pod 2020 ist nach Simona de Silvestro, der Schweizer Formel-E-Rennfahrerin und Porsche-Werksfahrerin, benannt.
"Simona" ist 2,05 m (1,5 m ohne Hülle) lang, 0,8 m (0,6 m) breit, wiegt 111 kg und ist aus über 3600 Einzelteilen gefertigt. Da die Entwicklung mit Blick auf den SpaceX Hyperloop Pod-Wettbewerb begann, wurden viele Komponenten so konstruiert, dass sie den hohen Anforderungen eines Rennens standhalten. Dennoch wurden viele der anfänglichen Konzepte im endgültigen Pod umgesetzt. Zum Beispiel hätte das Wettbewerbsfahrzeug zwei Sätze identischer Bremssysteme gehabt, um eine ähnliche Verzögerung wie bei einem viel schwereren Pod zu erreichen. Simona verfügt nur über einen Satz, was das Gewicht des Pods reduziert und dennoch alle notwendigen Erkenntnisse zur Validierung des Konzepts liefert.
Simon Ammann (2021)[Bearbeiten]
Die erste schwebende Gondel von Swissloop wird ihrem Namensgeber, dem olympischen Skispringer Simon Ammann, in Sachen Kraft und Leistung gerecht. Die Besonderheit des Prototyps: Dank eines innovativen Linear-Induktionsmotors hebt er aus eigener Kraft von herkömmlichen Aluminiumschienen ab.[6] Die Reduktion der Reibung mit den Schienen sorgt für eine sehr ruhige Fahrt und ist die Grundlage für eine Beschleunigung ohne Materialhindernisse.
Mit "Simon Ammann" hat Swissloop einen grossen Sprung in der Gestaltung des Verkehrs der Zukunft gemacht. Wie gross dieser Sprung wirklich ist, zeigte sich an der European Hyperloop Week 2021 in Valencia, Spanien. Dort hat Swissloop Auszeichnungen für das komplette Pod-Design, die Schwebefähigkeit, den Antrieb und das beste elektrische System erhalten! Außerdem wurde die Gondel mit dem Würth Elektronik Thermomanagement Award und dem Nevomo Power Electronics Award ausgezeichnet.
Das Schweben wird durch einen Motor mit 36 Spulen ermöglicht, der anders als bei früheren Konstruktionen oben auf der Schiene angebracht ist. Tatsächlich wurde die gesamte Architektur der 2,25 m langen und 0,7 m breiten Gondel für das Schweben optimiert. Mit einem Gewicht von weniger als 150 kg einschließlich der Hülle und 1741 Einzelteilen zeichnet sich jedes Teilsystem durch seine Leichtigkeit, Kompaktheit und Effizienz aus. Die Höchstgeschwindigkeit des Prototyps wird auf 144 km/h geschätzt, doch die Skalierbarkeit des Systems könnte weit höhere Geschwindigkeiten ermöglichen.
Lavinia Heisenberg (2022)[Bearbeiten]
"Lavinia Heisenberg" ist der erste vollwertige Prototyp von Swissloop mit einer neu entwickelten Antriebstopologie. Der Pod kann bis zu 100 kg zusätzliche Nutzlast auf einer Standard-Europalette transportieren. Der neu entwickelte linear geschaltete Reluktanzmotor (LSRM) ermöglicht ein hybrides Antriebskonzept. In der ersten Phase arbeiten die On-Board-Spulen als passive Elektromagnete, während ein in die Schiene integrierter stationärer Booster für die energieintensive Beschleunigung sorgt. In der zweiten Phase arbeitet das On-Board-Antriebssystem als Reluktanzmotor und es werden keine aktiven Elemente im Gleis benötigt. Dies bedeutet, dass lange Gleise relativ kostengünstig gebaut werden können. In der letzten Phase kann wieder ein stationärer Booster zum regenerativen Bremsen eingesetzt werden und den Wirkungsgrad des Gesamtsystems optimieren.
Der Motor besteht aus 16 Spulen, die zwischen zwei zahnförmigen Schienen angeordnet sind, und ist in der Lage, Beschleunigungskräfte von bis zu 0,5 g zu erzeugen. Die gesamte Gondel ist 2,95 m lang, 1,37 m breit und 1,12 m hoch (einschließlich Schale) und hat ein Nettogewicht von 224 kg. Darüber hinaus ist der Pod mit einer variablen pneumatischen Steuerdruckbremse mit Tellerfedern ausgestattet, die unter allen Umständen ein sicheres Abbremsen gewährleistet. Der von "Simon Ammann" adaptierte Inverter schaltet mittels FPGA-basierter Hystereseregelung die entsprechenden Spulen präzise und sehr zuverlässig. Die beiden abnehmbaren, autonomen Batteriekästen können bis zu 24 Batterien aufnehmen, liefern 400 V und stellen Spitzenströme von bis zu 400 A zur Verfügung.
Weblinks[Bearbeiten]
- Offizielle Website von Swissloop. Abgerufen am 8. März 2023.O
Einzelnachweise[Bearbeiten]
- ↑ Herbie Schmidt: Der Hyperloop kommt: Das Reisen bei 900 km/h durch ein Vakuumrohr rückt in greifbare Nähe. Hyperloop: In Dübendorf entstehen Grundlagen für den Durchbruch. In: Neue Zürcher Zeitung. 14. Dezember 2022, abgerufen am 1. März 2023: „Elon Musk wollte uns in kleinen Kapseln unterirdisch von Stadt zu Stadt schiessen. Er zog sich zurück, doch drei kleine Unternehmungen aus der Schweiz arbeiten an der konkreten Umsetzung der Vision.“
- ↑ Max Fischer: Hyperloop: Der Rückenwind kam von Elon Musk. In: handelszeitung.ch. 13. Mai 2022, abgerufen am 1. März 2023 (Schweizer Hochdeutsch).
- ↑ Swissloop unleashed their hyperloop pod in preparation for Elon Musk competition. In: sciencebusiness.net. 24. Mai 2018, abgerufen am 1. März 2023 (english).
- ↑ Muriel Hoffmann: News: Swissloop setzt auf «Claude Nicollier». In: ethz.ch. 12. Juni 2019, abgerufen am 1. März 2023.
- ↑ Alois Feusi: Elon Musks Hyperloop-Wettbewerb fällt dieses Jahr aus. Dennoch geht «Simona de Silvestro» in Dübendorf auf Testfahrt. In: Neue Zürcher Zeitung. 24. September 2020, abgerufen am 1. März 2023.
- ↑ Herbie Schmidt: Swissloop: Künftig schwebend statt auf Rollen. In: Neue Zürcher Zeitung. 3. Juli 2021, abgerufen am 1. März 2023.
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