Team der TU München gewinnt internationalen Wettbewerb

Markus Keila, Baumüller Nürnberg GmbH
2024-08-21T12:29:03+02:00
Antriebstechnik
Baumüller

Mit Baumüller-Antriebstechnik: Team der TU München gewinnt internationalen Wettbewerb um die beste Tunnelbohrmaschine

Die Tunnelbohrmaschine revolutionieren – das war das Ziel der ?Not-a-Boring Competition“, die von Elon Musks The Boring Company ausgerufen wurde. Gewonnen hat ein Team aus Studenten der TU München – mit wassergekühlter Antriebstechnik von Baumüller.

Kilian Scheer, Sub-Team-Lead für das Power System erkl?rt, welche Herausforderungen im Wettbewerb zu l?sen waren und wie das technische Konzept der Tunnelbohrmaschine aussieht.

Herausforderung Megacity

Stau in den Innenst?dten, Zeitverlust, Luftverschmutzung und eine hohe L?rmbelastung – wie k?nnte die Verkehrsproblematik in boomenden Metropolen gel?st werden? Tesla- und Space X-Gründer Elon Musk ist überzeugt: Der Verkehr muss unter die Erde. Musks Boring Company arbeitet an der Entwicklung einer unterirdischen Infrastruktur, um die Verkehrsprobleme moderner Millionenst?dte zu beheben. Eine gro?e Herausforderung ist dabei der Tunnelbau – dieser muss in Zukunft deutlich schneller und kosteneffizienter werden.

Zu diesem Zweck rief Musk im Jahr 2020 die ?Not-a-boring-Competition“ aus. Studententeams aus aller Welt entwickelten Konzepte für die Tunnelbohrmaschine der Zukunft.

Abb. 1: Kilian Scheer hat als Sub-Team-Lead an dem Wettbewerb ?Not-a-Boring Competition“ teilgenommen und war für das Power System verantwortlich

Die Tunnelbohrmaschine aus München

TUM Boring wurde als ein gemeinnütziger Verein im Juli 2020 gegründet, um am Wettbewerb teilzunehmen. Das Team besteht aus mehr als 60 Mitgliedern aus 16 L?ndern, haupts?chlich Studierende der TU München. TUM Boring wurde als eines von zw?lf Teams zur Finalrunde in den USA zugelassen. Sie setzten sich damit in der Konzeptphase gegen rund 400 Teams aus der ganzen Welt durch.

Im September 2021 folgte dann der H?hepunkt des Wettbewerbs: Die zw?lf Teams traten in der Mojave-Wüste bei Las Vegas gegeneinander an – und gewannen den Hauptwettbewerb mit der schnellsten Tunnelbohrmaschine im Feld.

Abb. 2: Das Team der TUM Boring beim Wettbewerb in Las Vegas

Das technische Konzept

Die Tunnelbohrmaschine funktioniert nach dem Pipe-Jacking- oder Rohrvortriebsverfahren, welches auch in aktuell g?ngigen Tunnelbohrmaschinen eingesetzt wird. ?Das besondere an unserem System ist, dass die Rohre in einem Revolver gelagert sind und wir dadurch Zeit beim Bohren einsparen. ?ber die Vorpresskraft werden die Rohre samt Bohrkopf in die Erde hineingetrieben und grabenlos verlegt“ erkl?rt Scheer. Die Tunnelbohrmaschine wurde in einen ?bersee-Container gebaut, und hatte bei 12 Meter L?nge ein Gesamtgewicht von ca. 22 Tonnen.

Abb. 3: Tests an der Tunnelbohrmaschine

Wassergekühlter Synchronmotor ersetzt Hydraulik-Motor

Abb. 4: Bohrkopf mit wassergekühlten Synchronmotoren der DSC-Reihe

Für den Wettbewerb musste ein Tunnel mit 0,5 m Durchmesser gebohrt werden. Um den Bohrkopf zu betreiben, durfte laut Lastenheft die komplette Tunnelbohrmaschine eine Gesamtleistung von maximal 100 kW nicht überschreiten. Das Team hatte sich entschieden, statt eines Hydraulik-Motors Elektromotoren einzusetzen, da diese einfacher im Bohrkopf installiert werden konnten. Ein weiterer Grund war, dass m?gliche ?lleckagen unter Umweltschutzgesichtspunkten im Erdreich verhindert werden sollten.

Die Herausforderung für das Team war nun, einen kompakten, energieeffizienten Motor mit hoher Leistungsdichte auszuw?hlen, da der Bauraum nur wenig Platz beanspruchen durfte. Das Team hat sich für den Einsatz von wassergekühlten Synchronmotoren der DSC-Serie von Baumüller in der Baugr??e 45 als Bohrkopf-Antrieb entscheiden. Auf jedem Motor wurde ein Stirnrad montiert, welches auf ein gro?es Hohlrad eingreift. Mit einer eigens entwickelten Regelung wurde der Bohrkopf dann synchronisiert betrieben.

Die Herausforderung war, einen kompakten, energieeffizienten Motor mit hoher Leistungsdichte auszuw?hlen, da der Bauraum klein sein musste.

Vortrieb der Tunnelbohrmaschine

Der Vortrieb der Maschine wurde durch eine hydraulische L?sung realisiert. ?Die Rohre haben wir im Revolver gelagert. Ein Rohr wird durch das Vortriebssystem nach vorne gejackt, die anderen Rohre liegen im Revolver. Wenn ein Rohr vollst?ndig nach vorne gejackt wurde, hat sich der Revolver gedreht, es wurde sozusagen nachgeladen und man konnte sofort weiterbohren.“ erkl?rt Scheer.

Für den Betrieb wurde dafür ein Kabelmanagement-System entwickelt, welches selbst gesteckt werden musste und sehr zuverl?ssig funktioniert hat. Nach jedem Zyklus wurden die Steckverbindungen ge?ffnet, gewechselt und eingesteckt. Dann konnte sofort weitergearbeitet werden.

Wasserkühlung verhindert ?berhitzen

Zum Abtransport des Materials kam eine F?rderschnecke zum Einsatz. Diese f?rdert das Material aus dem Bohrkopf heraus auf F?rderb?nder. Diese wurden im gleichen Arbeitsschritt auf einer direkt mitverlegten Fahrbahn platziert um im Wettkampf zus?tzlich Zeit einzusparen. Um eine ?berhitzung der Schnecke zu vermeiden, wurde hier ebenfalls ein wassergekühlter DSC1-Motor mit 14 kW eingesetzt. Durch die Wasserkühlung des Motors wird die Abw?rme zuverl?ssig abgeführt. Im Vergleich zu anderen Kühlarten ist die Leistung der Elektromotoren bei wassergekühlten Varianten um bis zu 50% h?her. Dies bedeutet umgekehrt, dass die Baugr??en kleiner dimensioniert werden k?nnen – eine zentrale Voraussetzung für die ben?tigte geringe Bauform des Motors.

So geht es mit dem Team der TU München weiter

Das Team von TUM Boring hat noch viele Ideen, die noch nicht in der aktuellen Maschine umgesetzt wurden. In diesem Jahr wird der Wettbewerb wahrscheinlich fortgesetzt – ein idealer Anlass, die Tunnelbohrmaschine weiter zu verbessern. Wir wünschen dem Team von TUM Boring dabei weiterhin viel Erfolg!

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Markus Keila
Produktmanager Motoren