Vakuumtechnik für Hyperloop Mit 1‘000 km/h durch die Röhre

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Die Vision der EuroTube Stiftung mag verlockend klingen: Denn die Schweizer Forschende wollen Menschen und Güter mit dem Hyperloop sicher, umweltfreundlich und vor allem schnell von A nach B zu transportieren. Ob das gelingt, hängt nicht zuletzt von der Qualität der verwendeten Vakuumtechnik ab.

Gegenwärtig befindet sich die Technologie noch in der Testphase. Das Gelingen hängt nicht zuletzt auch von der Qualität der Vakuumtechnik ab. Denn nur im Vakuumtunnel ist der Luftwiderstand so gering, dass ein energiesparendes Gleiten mit Geschwindigkeiten von bis zu 1‘000 Stundenkilometern durch eine Röhre Wirklichkeit werden kann. Am Projekt beteiligt ist daher der Vakuumpionier Leybold – mit Rat und Tat sowie seinen Vakuumpumpen.

Hyperloop-Projekt: Kooperation von Leybold und EuroTube

Die Kooperation zwischen Leybold und der gemeinnützigen Stiftung hat sich bewährt und ist über die Jahre noch gewachsen. Gegründet wurde EuroTube 2019 aus einem Zusammenschluss ehemaliger Studenten der ETH Zürich und der EPF Lausanne, die mit Erfolg an den SpaceX Hyperloop Competitions teilnahmen. Mittlerweile hat sich daraus ein Forschungsstandort mit 15 Mitarbeitern, einem Büro und Labor am Standort Dübendorf bei Zürich entwickelt. Und Leybold unterstützt das Hyperloop-Projekt mit seinen Produkten und seinem immensen Anwendungswissen. „Wir sind überzeugt, das Hyperloop-Projekt mit unserem Engagement zum Erfolg bringen zu können“, betont der Physiker Dr. Tom Kammermeier, der das Projekt bei Leybold seit dem Jahr 2017 begleitet.

Swissloop-Konzept hat die Hyperloop-Entwicklung forciert

Das erste Aufeinandertreffen der beiden Partner erfolgte im August 2017 beim SpaceX Hyperloop Pod Contest in Hawthorne, Kalifornien, auf dem SpaceX Gelände. Nachdem sich die ETH Zürich-Studenten beim SpaceX-Wettbewerb von Elon Musk mit ihrem Swissloop-Konzept gegen Tausende Teams durchgesetzt hatten. Die studentische Swissloop-Initiative hat die Hyperloop-Entwicklung durchaus forciert.

„Daher haben wir im Anschluss direkt die Unterstützung von Leybold angeboten“, berichtet Tom Kammermeier voller Begeisterung. „Es sind dann sofort fünf Kollegen von Köln aus nach Zürich gereist, um zwei Studenten in angemieteten Universitäts-Räumen zu besuchen und deren visionäre Ideen zu erfahren“, ergänzt Kammermeier. Diese waren so fundiert, dass mittlerweile noch weitere Spezialisten von Leybold zum Projekt gestoßen sind: Neben Dr. Tom Kammermeier begleitet seit vier Jahren außerdem Sebastian Rosensträter das EuroTube-Team in leitender Funktion.

Vakuumpumpstand aus Ruvac WH4400 und Dryvac DV650

Unter anderem hat Leybold währenddessen regelmäßig Berechnungen und Simulationen für EuroTube vorgenommen, weil sich die Rahmenbedingungen dynamisch entwickelt haben. Die Auslegungen mussten daher immer wieder angepasst und neu kalkuliert werden. Mit positivem Ergebnis, denn im Juli 2024 konnte EuroTube den Kick-off des ersten Bauabschnitts der Hyperloop-Testanlage „DemoTube“ im Innovationspark Zürich feiern. An diesem Demonstrator hat EuroTube derzeit einen Vakuumpumpstand von Leybold aus Wälzkolbenpumpen der Baureihe Ruvac WH4400 sowie der trockenverdichtenden Schraubenvakuumpumpe Dryvac DV650 laufen.

„Dies sind typischerweise volumetrische Pumpen, die bis an den Fein-Vakuumbereich heranreichen“, konkretisiert Tom Kammermeier. Im Pumpstandscontainer ist überdies noch Bauraum für ein weiteres System vorgehalten, um je nach Bedarf des Testbetriebs ab der Fertigstellung die Pumpleistung noch zusätzlich erhöhen zu können.

Abpumpzeit und Leckrate entscheidend

Wie lange und häufig und an welchem Streckenabschnitt evakuiert werden muss – dies sind die entscheidenden Fragen, die es technologisch zu beantworten galt. "Und das ist ja exakt der Input den Leybold geben konnte. Dabei gibt zwei wichtige Größen", führt Tom Kammermeier weiter aus: Die Abpumpzeit und die Leckrate. Die Abpumpzeit bestimmt, wie schnell ein Hyperloop nach einer Belüftung der Röhre wieder in Betrieb gehen kann, und die Leckrate, wie viele Pumpen welcher Größe laufen müssen, damit der Betriebsdruck gehalten werden kann. Auf die exakte Positionierung und Verteilung des Saugvermögens entlang der Strecke können dann noch diverse Druckgradienten Einfluss nehmen. "Das wird allerdings erst so richtig bei großen Dimensionen relevant, wie sie heutzutage noch nicht realisiert sind", verrät Kammermeier.

Unterdruck in den Röhren halten, Energieverbrauch minimieren

Leybold kann bei der Erreichung der Zielgrößen auf seine bewährte Vakuumtechnologien zurückgreifen. Bereits die beiden Big Player Virgin Hyperloop One des Investors Richard Branson sowie Hyperloop Transportation Technologies (HTT) haben Pumpsysteme, bestehend aus bis zu acht Dryvac- und acht WH Roots-Pumpen bei Leybold geordert. Zudem ist das HTT System im Container designt worden, um die Vakuumtechnik anschließend als mobile Lösung anbieten zu können. Die HTT Einheit passt in einen Standard-Versandcontainer und bietet somit eine komplette Plug-and-Play-Lösung. Das gesamte System ist darauf ausgelegt, den Unterdruck in den Röhren zu erreichen und aufrechtzuerhalten, bei minimalem Energieverbrauch und maximaler Betriebszeit. Die Container werden in Abständen von zehn Kilometern entlang der Strecke aufgestellt.

Ersatz von Mittelstreckenflügen?

Die breite Praxistauglichkeit des futuristisch anmutenden Transportsystems muss sich erst noch erweisen. Zudem ist ein struktureller Wandel im Gange: Mit Virgin Hyperloop One hat sich bereits ein Big Player aus dem Hyperloop-Universum zurückgezogen. Laut Sebastian Rosensträter sind derzeit neben dem Forschungsinstitut EuroTube fast ausnahmslos Start-ups aktiv, die auf das Wachstumspotenzial setzen, aber unterschiedliche Ansätze verfolgen:

„Ein Teil betrachtet den Hyperloop als zukünftigen Ersatz von Mittelstreckenflügen. Als Voraussetzung dafür müssten neue Vakuumrohr-Trassen jeweils von Flughafen zu Flughafen errichtet werden. Die Überbrückung der Distanzen würde in den Hyperloop-Kapseln vergleichbar schnell erfolgen wie im Flugzeug – nur mit deutlich reduziertem CO2 Ausstoß“, erläutert Sebastian Rosensträter.

Die zweite Fraktion sieht im Hyperloop eher eine Alternative zu Hochgeschwindigkeitszügen. Der Grund: Sämtliche Zugtrassen seien bereits jetzt an ihrem Kapazitätslimit und aufgrund der Geschwindigkeit sowie des Bremswegs ist die Taktung für Hochgeschwindigkeitszüge so gering, dass der Neubau einer Hyperlooptrasse insgesamt günstiger sein könnte als der Ausbau des konventionellen Netzes. Die bestehenden Schienen könnten laut Sebastian Rosensträter dann vorrangig dem Güterverkehr vorbehalten sein.

Transportmittel bei Olympischen Spielen

Es bleibt also spannend, und Ideen gibt es viele. Und ob der Hyperloop in Zukunft Verkehrsmittel ersetzt oder ergänzt, bleibt offen. „Fakt ist, dass nicht zuletzt auch durch den Support von Leybold Teststrecken erfolgreich geplant und realisiert wurden, wodurch das Hyperloop-Konzept zum Transport von Menschen und Gütern jetzt technisch geeignet ist“, bilanziert Sebastian Rosensträter. Technisch und auch vakuumtechnisch bestehen somit derzeit keine unüberwindbaren Hürden mehr.

Die Realisierung der Projekte sollte laut Sebastian Rosensträter am besten durch staatliche Ausschreibungen erfolgen. Denkbar wären seiner Ansicht nach auch die Umsetzung von Prestigeprojekten im mittleren Osten oder zu Sportgroßveranstaltungen wie den Olympischen Spielen.

Weitere Informationen: https://www.leybold.com/

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