Inhaltsverzeichnis
1. Tunnelbohrmaschine – Presse und Vortrieb im Team
2. Lapp-Komponenten – Strom und Daten in Echtzeit
3. Schleppketten – weniger komplex, eher pragmatisch
Derzeit schaffen Tunnelbohrmaschinen innerhalb einer Stunde ein Maximum von fünf m Bohrstrecke. Der Vorgang erfolgt meist hydraulisch, wobei die Maschine sich mit sogenannten Gripper-Elementen an der Wand verhakt. Erst dann können die Vortriebspressen den Bohrkopf einige Meter nach vorne schieben. Das Abtragen von Erdmaterial und die neue Positionierung der Gripper-Elemente lassen einen kontinuierlichen Vorschub dabei nicht zu.
Im Herbst 2021 holte das Team TUM Boring – Innovation in Tunneling den Sieg im Finale von Elon Musks Tunnelbohr-Wettbewerb „Not-a-Boring Competition“. Im Finale ging es spannend zu: In 1,5 m Tiefe sollte ein 30 m langer Tunnel mit einem Durchmesser von 50 cm gebohrt werden – in etwa 3h. Und da am Ende ein ferngesteuertes Auto eine Testfahrt auf der Strecke fahren musste, sollte auch eine Fahrbahn im Tunnel integriert werden. Die drei Gewinnkategorien, in denen die Teams gemessen wurden, lauteten: Schnellster Tunnelbau, schnellster Tunnelbau inklusive Test gefahrener Fahrstrecke und genauestes Führungssystem.
Tunnelbohrmaschine – Presse und Vortrieb im Team
Ein erheblicher Vorteil der Tunnelbohrmaschine von TUM Boring: Effiziente und parallel ablaufende Prozesse, die durch smarte Komponenten gesteuert werden. Vier 8,5 m lange und 1,2 t schwere Stahlrohre sind mit asynchron arbeitenden Stahlklammern umschlossen und werden in einem Revolver-Mechanismus fixiert. Ein hydraulischer Vortrieb, genannt pipe jacking-System, presst zunächst eines der Stahlrohre mit dem Bohrkopf an der Spitze nach vorne. Nach jedem fertig in das Erdreich gedrückten Bohrsegment dreht sich die Revolverhalterung um 90°. So kann sofort ein weiteres Stahlrohr über die Strecke nachgeschoben werden, damit der Bohrkopf schlussendlich einen kontinuierlichen Vortrieb erhält. Jede der Hydraulikpressen hat dabei eine Vortriebskraft von bis zu 500 kN im kontinuierlichen Modus, die im diskontinuierlichen Modus auf 100 t verdoppelt werden kann. Die Stahlrohre bergen gleichzeitig Förderbänder für den Abtransport von Erdmaterial und bilden außerdem die Außenwand des Mini-Tunnels.
Jede Bewegung wird durch eine Steuereinheit überwacht, um den Bohrstand überprüfen und abfragen zu können. Gleichzeitig kontrolliert ein Lasermesssystem dauerhaft den Soll- und Ist-Zustand, wobei eine Steuereinheit am Bohrkopf automatisch auf Abweichungen reagieren kann. Die Fahrstrecke für den Test zum Abschluss der Bohrung befindet sich bereits verschweißt in den Stahlrohren. Um den Transport in die USA schadensfrei durchzuführen, wo das Finale der „Not-a-Boring Competition“ stattfindet, wurde die Tunnelbohrmaschine bereits von Beginn an in einem 12 m langen und 2,5 m breiten sowie hohen Container verbaut.
Lapp: So lassen sich ausfallgefährdete Datenleitungen überwachen
Lapp-Komponenten – Strom und Daten in Echtzeit
Um das ausgeklügelte System am Laufen zu halten, ist eine absolut zuverlässige Verbindung von Strom und Daten in Echtzeit unabdingbar. Für beides wandte sich das Team an Lapp. „Schlussendlich wurde unsere ganze Produktfamilie in der Tunnelbohrmaschine verbaut“, erklärt Alois Heimler, Business Development Manager Automotive bei Lapp, und spielt damit auf die rund 200 Produkte an, die in der Maschine zum Einsatz kommen. Während das TUM Boring Team zunächst nur vereinzelt Komponenten anfragte, folgten im Laufe des Planungsprozesses schließlich Steckverbinder, Switches, Kabelschutzschläuche und Schleppketten. Drei große Herausforderungen standen im Fokus der Konzeption: extrem wenig Platz, eine hohe geforderte Robustheit und eine enorme Geschwindigkeit.
Aus dem Lapp-Portfolio wurden verbaut:
- individuell online konfigurierte Steckverbinder der Serie Epic, um während des Bohrvorgangs die nachgeschobenen Segmente auf Daten- und Stromseite zügig neu zu verbinden, um überhaupt die geforderte 30 m Bohrstrecke in der vorgegebenen Zeit zu schaffen.
- weitere Epic-Steckverbinder, die den flexiblen Einsatz in der Ethernet-Anwendung und die Versorgung der Servomotoren sichern.
- Etherline-Switches, Leitungen und Patchkabel für eine zuverlässige Datenübertragung in der Maschine.
- Unitronic kommt für die Sensor/Aktor-Verdrahtung zum Einsatz
- Ölflex Steuer- und Anschlussleitungen sowie Servoleitungen für die Spannungsversorgung von Antrieben, Hydraulikaggregaten und Ventilen.
- Skintop Mehrfacheinführungssysteme, die dabei helfen, Leitungen mit unterschiedlichen Außendurchmessern zugentlastet und abgedichtet ins Gehäuse zu führen.
- Kennzeichnungslösungen von Fleximark für Steckverbinder, Leitungen und andere Komponenten für eine platzsparende und beständige Markierung, um auch unter den herausfordernden Umgebungsbedingungen schnell die richtigen Komponenten erkennen zu können.
Schleppketten – weniger komplex, eher pragmatisch
Ein besonderes Augenmerk lag auf den Schleppketten: “Der erste Ansatz der Studierenden war sehr komplex, weshalb wir praxiserprobte Anwendungen vorgeschlagen und so gemeinsam eine pragmatische Lösung gefunden haben”, erläutert Alois Heimler. So kommt nun Silvyn Chain zum Einsatz. Mehrere Schleppketten beinhalten die zusätzlichen Leitungslängen, die es braucht, um die einzelnen Segmente der Tunnelbohrmaschine zügig und sicher verbinden zu können. Dafür liegen sie in einer Art Schublade hinter dem Steckerboard. Am Revolver befindet sich eine weitere Schleppkette und dient der Leitungszuführung für Bohrkopf und Förderbänder. (co)
Ein Video informiert über den Bau der Tunnelbohrmaschine: hier.pro/qfeYT
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