Für Technik-Freaks Wissen aktuell: Frequenzumrichter im Einstein-Elevator

Der Mond als Ausgangsbasis und Standort für physikalische und produktionstechnische Versuche!? Dieser Traum vieler Wissenschaftler wird durch den Einstein-Elevator nachgebildet. Es handelt sich beim Einstein Elevator dabei um einen Fallturm der Universität Hannover. Unter variablen Gravitationsbedingungen finden demzufolge dort Forschungsexperimente statt. Bis zu vier Sekunden Schwerelosigkeit simulieren somit die Forscher. Ein Hochleistungsantrieb beschleunigt die Versuchskapsel, wodurch diese besondere Situation entsteht. Eines ist aber klar: Eine derartige Beschleunigung benötigt folglich große Energiemengen. Denn mehrere Mega-Watt bezieht das System aus dem Speicher. Frequenzumrichter regeln daher die Energiezufuhr.

Welche Funktion erfüllt der Einstein Elevator?

Damit in Zukunft Forschungsstationen auf dem Mond errichtet werden beziehungsweise damit Forscher auf dem Mond Experimente durchführen können, ist entsprechend geeignetes Gerät erforderlich. Ein erfolgsversprechendes Projekt ist die Entwicklung eines Lasers, welcher aus Mondstaub feste Kugeln bilden soll. Der Laser schmilzt somit den Mondstaub auf und fügt ihn zu Kugeln zusammen.

Laut Aussage des Leiters des Instituts für Transport- und Automatisierungstechnik (ITA) der Leibniz Universität Hannover ist die Entwicklung eines solchen Lasers ein wichtiger Schritt, um auf dem Mond mittels 3D-Druck benötigte Geräte und Werkzeuge herzustellen. Die Ressourcen vor Ort in Form des Mondstaubes werden genutzt, sodass die Forscher wenig Material auf ihrer Reise mitnehmen müssen. Die Umgebungsbedingungen werden entsprechen im Einstein Elevator nachgebildet.

Wo befinden sich die Frequenzumrichter im Einstein Elevator?

Der Einstein Elevator verfügt über zwei Anstriebsstränge, die jeweils fünf parallelgeschaltete Umrichter enthalten. Ohne diese Umrichter wäre die symmetrische Aufwärtsbewegung nicht möglich. Die Versuchskammer ist in Form einer Gondel konstruiert, die man an Schienen führt. Mit hoher Geschwindigkeit bewegt sich diese Gondel auf und ab.

Gegenüber bisherigen Konstruktionen fällt vor allem die hohe Wiederholungsgeschwindigkeit positiv auf. Alle vier Minuten ist ein neuer Durchgang möglich. Klassische Falltürme bewältigen pro Tag lediglich zwei bis drei Durchgänge. Im Einstein-Elevator kann man nicht nur die Schwerelosigkeit simulieren, die Nachbildung verschiedener Gravitationsstärken ist ebenfalls möglich.

Hohe Anforderungen und extreme Leistung

Forscher platzieren in der Versuchskammer bis zu 1.000 Kilogramm schwere Lasten. Der Elevator bewegt diese Lasten mit einer sehr hohen Geschwindigkeit. Nicht nur die Beschleunigung wird zur Herausforderung, auch das Abbremsen ist wichtig. Um Schäden zu vermeiden, ist die punktgenaue „Landung“ notwendig. Ein hoher Automatisierungsgrad sowie eine präzise Führungstechnik bewältigen diese Aufgabe.

Die Frequenzumrichter sind im Bereich des Gleichlaufs aktiv. Die Antriebsstränge sind unabhängig voneinander verbaut. Zwei der Antriebsstränge realisieren die Beschleunigung der Kammer. Jeder der in den Antriebssträngen verbaute Frequenzumrichter erbringt eine Leistung von 400 kW. In dieser Angabe ist die Überlast von maximal 180 Prozent noch nicht berücksichtigt. Der dritte Antriebsstrang wirkt an der Erzeugung variabler Beschleunigungen und der Regelung der Schwebehöhe mit.

Besonderheiten beim Anschluss der Frequenzumrichter im Einstein-Elevator

Beim Anschluss der Umrichter beschritten die Wissenschaftler einen besonderen Weg. Es wäre nicht zielführend gewesen, die Umrichter direkt an das Stromnetz anzuschließen. Das Netz wäre zu stark belastet worden, wenn die Umrichter aus der Wechselspannung eine DC-Spannung erzeugen. Dadurch hätte die Gefahr bestanden, dass in anderen Forschungsbereichen nicht mehr genügend Spannung zur Verfügung steht beziehungsweise dass dort Spannungsschwankungen auftreten, die sensible Experimente stören.

Um eine solche Situation zu vermeiden, haben die Techniker einen Hochleistungsspeicher eingebaut, der als Puffer fungiert. Der Puffer lädt sich langsam auf, sodass das Stromnetz stabil bleibt. Beim Entladen realisiert der Puffer für einen kurzen Zeitraum Stromstärken von bis zu 7.000 A.

Die Rückspeisung des Stroms beim Abbremsen der Kammer ist nicht vorgesehen. Denn zu groß schätzen die Wissenschaftler die Sicherheitsrisiken im Vergleich zum Nutzen ein. Es soll daher möglich bleiben, die Kammer jederzeit zum Stillstand bringen zu können. Somit erfüllt der Einstein-Elevator hohe Sicherheitsanforderungen.

Videos und Fotos und weitere Hintergrundinformationen finden Sie hier:

Über uns

Im Großraum München sind wir der Aufzugsexperte seit 1966 mit folgenden Leistungen: