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Einstein Elevator Der englisch Elevator steht für Aufzugsanlage ist eine Forschungsplattform für erdgebundene Experiment

Einstein-Elevator

Der Einstein-Elevator (englisch: Elevator steht für Aufzugsanlage) ist eine Forschungsplattform für erdgebundene Experimente unter Schwerelosigkeit. Im Vergleich zum Betrieb von Falltürmen kann dabei eine deutlich höhere Wiederholrate erreicht werden. Außerdem werden durch die Führungen geringere Rotationsbewegungen erreicht als im freien Fall. Der erste „Flug“ der Kapsel im Einstein-Elevator erfolgte im Oktober 2019 während der Forschungsbetrieb 2020 aufgenommen wurde. Die Anlage ist Teil des Hannover Institute of Technology (HITec) der Leibniz Universität Hannover.

Turmförmiger Gebäudeteil des Einstein-Elevators

Theorie 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

Die Fallkapsel

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 mit Erdbeschleunigung beschleunigt. Diese Bewegung entspricht weitgehend einem freien Fall. Das Experiment im Inneren der Gondel befindet sich dadurch in Schwerelosigkeit. Es kann ohne mechanische Verbindung zur Gondel für vier Sekunden schweben.

Anders als bei einem Fallturm muss nicht der ganze Turm, sondern nur die Gondel evakuiert werden. Dadurch ergibt sich eine Wiederholrate von bis zu 300 Versuchen pro Tag.

Konstruktion 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. Die Bedingungen des freien Falls sind im Einstein-Elevator über eine Strecke von 20 m erfüllt, woraus sich eine Dauer der Schwerelosigkeit von ca. 4 Sekunden 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.

Ablauf Bearbeiten

Für ein Experiment wird die Gondel zunächst mit fünffacher Erdbeschleunigung aufwärts beschleunigt, bis sie eine Geschwindigkeit von etwa 20 m/s erreicht hat. Für diese Beschleunigung werden Linearmotoren eingesetzt. Damit das Experiment sich vom Gondelboden löst, wird die Gondel nach der Beschleunigungsphase für kurze Zeit etwas stärker als Erdbeschleunigung abwärts beschleunigt. Anschließend wird die Gondel möglichst genau mit Erdbeschleunigung abwärts beschleunigt. Dazu gleichen die Linearantriebe den Luft- und Rollwiderstand der Gondel in der Gondelführung aus. Das Experiment erfährt dabei eine maximale Restbeschleunigung von 10−6 g. Kurz vor Ende des freien Falls wird die Gondel leicht weniger als Erdbeschleunigung abwärts bewegt, damit das Experiment kontrolliert wieder auf der Gondel aufsetzt. Anschließend wird die Gondel mit Hilfe von Wirbelstrombremsen zum Stillstand gebracht.

Gebäude Bearbeiten

Der HITec-Forschungsbau mit dem Einstein-Elevator, 2019
Das Tragwerk im Inneren des Einstein-Elevators

Der Einstein-Elevator ist in einem separaten Gebäudeteil des HITec-Neubaus untergebracht, dessen Grundsteinlegung Anfang 2015 erfolgte und dessen Richtfest Mitte 2016 vorgenommen wurde. Die Fertigstellung des Forschungsbaus war für Ende 2017 geplant. 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

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.“ Der Einstein-Elevator dient dabei unter anderem der Erprobung dieser neuen Technologien. Denn aufgrund der hohen Wiederholrate von 300 Versuchen pro Tag können mit dem Einstein-Elevator Experimente statistisch/quantitativ durchgeführt werden.

Weblinks Bearbeiten

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

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. First Flight - successful debut launch of the Einstein-Elevator, Pressemeldung des HITEC (englisch)
  2. ↑ Der Einstein-Elevator Website des Hannover Institut für Technologie. Abgerufen am 19. Juli 2016.
  3. 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)
  4. 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.
  5. Grundsteinlegung des Forschungsneubaus HITec fand am 27. Januar 2015 statt als Mitteilung des HITtec vom 2. Februar 2015
  6. Forschungsneubau HITec feiert Richtfest als Mitteilung des HITtec vom 13. Juli 2016
  7. Hannoversche Allgemeine Zeitung, 23. Juni 2016, Richtfest für 34-Millionen-Euro-Forschungszentrum.
  8. Wissenschaftsrat: Empfehlungen zur Förderung von Forschungsbauten (2012), S. 43–47, Köln 2011 (online)

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

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Veröffentlichungsdatum:
Der Einstein Elevator englisch Elevator steht fur Aufzugsanlage ist eine Forschungsplattform fur erdgebundene Experimente unter Schwerelosigkeit Im Vergleich zum Betrieb von Fallturmen kann dabei eine deutlich hohere Wiederholrate erreicht werden Ausserdem werden durch die Fuhrungen geringere Rotationsbewegungen erreicht als im freien Fall Der erste Flug der Kapsel im Einstein Elevator erfolgte im Oktober 2019 wahrend der Forschungsbetrieb 2020 aufgenommen wurde 1 Die Anlage ist Teil des Hannover Institute of Technology HITec der Leibniz Universitat Hannover Turmformiger Gebaudeteil des Einstein Elevators Inhaltsverzeichnis 1 Theorie 2 Konzept und Aufbau 2 1 Konstruktion 2 2 Ablauf 2 3 Gebaude 3 Forschung 4 Weblinks 5 EinzelnachweiseTheorie BearbeitenDie theoretische Grundlage fur den Einstein Elevator bildet Albert Einsteins Gedankenexperiment zum Aquivalenzprinzip 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 erfahrt 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 nbsp Die FallkapselIn klassischen Fallturmen wie dem Fallturm Bremen wird das Experiment in einer grossen Vakuumrohre entweder in einer Fallkapsel abgeworfen oder durch ein Katapult abgeschossen Der Einstein Elevator ist eine Abwandlung des klassischen Fallturms da nicht die gesamte Turmrohre als Vakuumkammer dient Stattdessen wird das Vakuum in einer kleinen Vakuumkammer der sogenannten Gondel erzeugt in welche der Experimenttrager eingebracht wird Die Gondel wird durch Linearmotoren vertikal mit Erdbeschleunigung beschleunigt Diese Bewegung entspricht weitgehend einem freien Fall Das Experiment im Inneren der Gondel befindet sich dadurch in Schwerelosigkeit Es kann ohne mechanische Verbindung zur Gondel fur vier Sekunden schweben Anders als bei einem Fallturm muss nicht der ganze Turm sondern nur die Gondel evakuiert werden Dadurch ergibt sich eine Wiederholrate von bis zu 300 Versuchen pro Tag 2 Konstruktion Bearbeiten Die Turmkonstruktion des Einstein Elevators besteht aus einem inneren Tragwerk fur die Antriebsfuhrung der Linearmotoren und einem ausseren Tragwerk fur die Gondelfuhrung da elektrische Antriebe und Rollenfuhrungen wie sie beispielsweise in Aufzugsanlagen eingesetzt werden stets Schwingungen erzeugen Durch die Turm in Turm Konstruktion soll erreicht werden dass diese Storeinflusse die Experimente im Gondelinneren nicht beeinflussen 3 Die Bedingungen des freien Falls sind im Einstein Elevator uber eine Strecke von 20 m erfullt woraus sich eine Dauer der Schwerelosigkeit von ca 4 Sekunden ergibt Die Nutzlast welche fur Experimente zur Verfugung steht soll maximal 1 000 kg betragen bei einem Versuchstragerdurchmesser von 1 7 m und einer Hohe des experimentellen Aufbaus von 2 m 2 Ablauf Bearbeiten Fur ein Experiment wird die Gondel zunachst mit funffacher Erdbeschleunigung aufwarts beschleunigt bis sie eine Geschwindigkeit von etwa 20 m s erreicht hat Fur diese Beschleunigung werden Linearmotoren eingesetzt Damit das Experiment sich vom Gondelboden lost wird die Gondel nach der Beschleunigungsphase fur kurze Zeit etwas starker als Erdbeschleunigung abwarts beschleunigt Anschliessend wird die Gondel moglichst genau mit Erdbeschleunigung abwarts beschleunigt Dazu gleichen die Linearantriebe den Luft und Rollwiderstand der Gondel in der Gondelfuhrung aus Das Experiment erfahrt dabei eine maximale Restbeschleunigung von 10 6 g 4 Kurz vor Ende des freien Falls wird die Gondel leicht weniger als Erdbeschleunigung abwarts bewegt damit das Experiment kontrolliert wieder auf der Gondel aufsetzt Anschliessend wird die Gondel mit Hilfe von Wirbelstrombremsen zum Stillstand gebracht Gebaude Bearbeiten nbsp Der HITec Forschungsbau mit dem Einstein Elevator 2019 nbsp Das Tragwerk im Inneren des Einstein ElevatorsDer Einstein Elevator ist in einem separaten Gebaudeteil des HITec Neubaus untergebracht dessen Grundsteinlegung Anfang 2015 erfolgte 5 und dessen Richtfest Mitte 2016 vorgenommen wurde 6 Die Fertigstellung des Forschungsbaus war fur Ende 2017 geplant 7 Der turmahnliche Gebaudeteil hat eine Hohe von ca 30 m uber Erdniveau und eine Gesamthohe von ca 40 m Das unterste Kellergeschoss liegt ca 10 m unter Erdniveau Die Betonhulle des Bauwerkes ist mechanisch vom Rest des HITec Gebaudes entkoppelt was Storeinflusse in den sensiblen Laboren vermeiden soll Forschung BearbeitenDie Forschungsschwerpunkte am HITec liegen in den Bereichen der Quantenphysik optik und sensorik sowie Festkorperphysik und Geodasie Neben Grundlagenforschung im Bereich der Quantentechnologien zielt das Forschungsvorhaben des HITec auf die Entwicklung von neuen Quantentechnologien und die Realisierung von neuen hoch prazisen und empfindlichen Quantensensoren 8 Der Einstein Elevator dient dabei unter anderem der Erprobung dieser neuen Technologien Denn aufgrund der hohen Wiederholrate von 300 Versuchen pro Tag konnen mit dem Einstein Elevator Experimente statistisch quantitativ durchgefuhrt werden Weblinks Bearbeiten nbsp Commons Einstein Elevator Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Website des Einstein Elevator Sebastian Scherer Universitat Mit Einstein in den Elevator in Neue Presse vom 2 Juni 2017 Ralph Hubner Schwerelosigkeit in Hannover Das steckt dahinter in Neue Presse vom 25 November 2018 Barbel Hilbig Einstein Elevator bekommt seine Gondel in Hannoversche Allgemeine Zeitung vom 25 November 2018 Barbel Hilbig Leibniz Uni Hannover startet Forschungszentrum Hitec in Hannoversche Allgemeine Zeitung vom 9 Juli 2018Einzelnachweise Bearbeiten First Flight successful debut launch of the Einstein Elevator Pressemeldung des HITEC englisch a b Der Einstein Elevator Website des Hannover Institut fur Technologie Abgerufen am 19 Juli 2016 Lotz C Kamper 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 Lotz C Overmeyer L Mechanische Ersatzmodelle zum Nachweis der Realisierbarkeit minimaler Restbeschleunigungen wahrend der Freifallphase im Einstein Elevator In Logistics Journal Vol 2013 S 199 208 Grundsteinlegung des Forschungsneubaus HITec fand am 27 Januar 2015 statt als Mitteilung des HITtec vom 2 Februar 2015 Forschungsneubau HITec feiert Richtfest als Mitteilung des HITtec vom 13 Juli 2016 Hannoversche Allgemeine Zeitung 23 Juni 2016 Richtfest fur 34 Millionen Euro Forschungszentrum Wissenschaftsrat Empfehlungen zur Forderung von Forschungsbauten 2012 S 43 47 Koln 2011 online 52 38792 9 71243 Koordinaten 52 23 16 5 N 9 42 44 7 O Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Einstein Elevator amp oldid 227238394