Einstein-Elevator

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Im Bau befindlicher turmförmiger Gebäudeteil des Einstein-Elevators, 2016

Der Einstein-Elevator (englisch: Elevator steht für Aufzugsanlage) ist eine noch in der Entstehung begriffene Forschungsplattform für erdgebundene Experimente unter Schwerelosigkeit bzw. Mikrogravitation mit hoher Wiederholrate. Sie soll 2018 in Betrieb gehen. Die weltweit einzigartige Anlage wird vom Hannover Institut für Technologie (HITec) der Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover betrieben. Standort ist die Callinstraße 32 in Hannover.

Theorie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die theoretische Grundlage für den Einstein-Elevator bildet Albert Einsteins Gedankenexperiment zum Äquivalenzprinzip, daher der Name Einstein-Elevator. Dieses besagt, dass ein Beobachter in einem geschlossenen Zimmer experimentell nicht nachweisen kann, ob sich das Zimmer beispielsweise im Schwerefeld der Erde mit der Erdbeschleunigung befindet oder ob das Zimmer im Weltraum eine Beschleunigung erfährt. Ebenso kann der Beobachter nicht nachweisen, ob sich das Zimmer im Weltraum unter Schwerelosigkeit oder im Schwerefeld der Erde im freien Fall befindet.

Konzept und Aufbau[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In klassischen Falltürmen, wie dem Fallturm Bremen, wird das Experiment in einer großen Vakuumröhre entweder in einer Fallkapsel abgeworfen oder durch ein Katapult abgeschossen. Der Einstein-Elevator ist eine Abwandlung des klassischen Fallturms, da nicht die gesamte Turmröhre als Vakuumkammer dient. Stattdessen wird das Vakuum in einer kleinen Vakuumkammer, der sogenannten Gondel, erzeugt, in welche der Experimentträger eingebracht wird. Die Gondel wird durch Linearmotoren vertikal beschleunigt und anschließend in einen vertikalen Flug ähnlich einem Parabelflug überführt. Während des freien Falls schwebt das Experiment im Gondelinneren losgelöst und befindet sich dadurch in Schwerelosigkeit. Der wesentliche Vorteil ist die deutlich geringere Evakuierungsdauer der Vakuumkammer gegenüber einer großen Vakuumröhre aufgrund des deutlich geringeren Volumens. Daraus ergibt sich eine hohe Wiederholrate der Experimente von bis zu 100 Versuchen pro Tag.

Konstruktion[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Turmkonstruktion des Einstein-Elevators besteht aus einem inneren Tragwerk für die Antriebsführung der Linearmotoren und einem äußeren Tragwerk für die Gondelführung, da elektrische Antriebe und Rollenführungen, wie sie beispielsweise in Aufzugsanlagen eingesetzt werden, stets Schwingungen erzeugen. Durch die Turm-in-Turm-Konstruktion soll erreicht werden, dass diese Störeinflüsse die Experimente im Gondelinneren nicht beeinflussen.[1] Die Bedingungen des freien Falls sind im Einstein-Elevator über eine Strecke von 20 m erfüllt, woraus sich eine Dauer der Schwerelosigkeit bei einem vertikalen Parabelflug von ca. 4 s ergibt. Die Nutzlast, welche für Experimente zur Verfügung steht, soll maximal 1.000 kg betragen bei einem Versuchsträgerdurchmesser von 1,7 m und einer Höhe des experimentellen Aufbaus von 2 m.[2]

Antrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für einen vertikalen Parabelflug des Experiments wird die Gondel zunächst beschleunigt. Damit das Experiment in der Gondel frei schweben kann, wird die Gondel nach der Beschleunigungsphase kurz abgebremst, sodass sich der Experimentträger vom Gondelboden löst. Anschließend beginnt der vertikale Parabelflug, in dem das Experiment eine maximale Restbeschleunigung von 10−6 g[3] erfährt. Um die Gondel mit einer Gesamtmasse von ca. 3.000 kg (inklusive Experiment und bewegte Antriebskomponenten) mit fünffacher Erdbeschleunigung auf ca. 20 m/s zu beschleunigen, werden Linearmotoren eingesetzt. Nach der Beschleunigungsphase gleichen die Antriebe lediglich den Luft- und Rollwiderstand der Gondel und der Gondelführung aus. Abschließend wird die Gondel dem Experiment wieder angenähert und mit Hilfe von Wirbelstrombremsen zum Stillstand gebracht.

Gebäude[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der im Bau befindliche HITec-Forschungsbau mit dem Einstein-Elevator, 2016

Der Einstein-Elevator ist in einem separaten Gebäudeteil des HITec-Neubaus untergebracht, dessen Grundsteinlegung Anfang 2015 erfolgte[4] und dessen Richtfest Mitte 2016 vorgenommen wurde.[5] Die Fertigstellung des Forschungsbaus war für Ende 2017 geplant.[6] Der turmähnliche Gebäudeteil hat eine Höhe von ca. 30 m über Erdniveau und eine Gesamthöhe von ca. 40 m. Das unterste Kellergeschoss liegt ca. 10 m unter Erdniveau. Die Betonhülle des Bauwerkes ist mechanisch vom Rest des HITec-Gebäudes entkoppelt, was Störeinflüsse in den sensiblen Laboren vermeiden soll.

Forschung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Forschungsschwerpunkte am HITec liegen in den Bereichen der Quantenphysik, -optik und -sensorik sowie Festkörperphysik und Geodäsie. „Neben Grundlagenforschung im Bereich der Quantentechnologien zielt das Forschungsvorhaben des HITec auf die Entwicklung von neuen Quantentechnologien und die Realisierung von neuen hoch präzisen und empfindlichen Quantensensoren.“[7] Der Einstein-Elevator dient dabei unter anderem der Erprobung dieser neuen Technologien. Denn aufgrund der hohen Wiederholrate von 100 Versuchen pro Tag können mit dem Einstein-Elevator Experimente statistisch/quantitativ durchgeführt werden.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Einstein-Elevator – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Lotz, C.; Kämper, T.; Berlin, H.; Overmeyer, L.: Innovative Drive and Guide Concept for Experiments under Microgravity in the Einstein-Elevator In: 1st Symposium on Automated Systems and Technologies (AST), Berichte aus dem ITA Band 4/2014, S. 1–12, Garbsen 2014, ISBN 978-3-944586-84-7 (online)
  2. Der Einstein-Elevator Website des Hannover Institut für Technologie. Abgerufen am 19. Juli 2016.
  3. Lotz, C.; Overmeyer, L: Mechanische Ersatzmodelle zum Nachweis der Realisierbarkeit minimaler Restbeschleunigungen während der Freifallphase im Einstein-Elevator In: Logistics Journal Vol. 2013, S. 199–208.
  4. Grundsteinlegung des Forschungsneubaus HITec fand am 27. Januar 2015 statt als Mitteilung des HITtec vom 2. Februar 2015
  5. Forschungsneubau HITec feiert Richtfest als Mitteilung des HITtec vom 13. Juli 2016
  6. Hannoversche Allgemeine Zeitung, 23. Juni 2016, Richtfest für 34-Millionen-Euro-Forschungszentrum.
  7. Wissenschaftsrat: Empfehlungen zur Förderung von Forschungsbauten (2012), S. 43–47, Köln 2011 (online)

Koordinaten: 52° 23′ 16,5″ N, 9° 42′ 44,7″ O