Tunnelbau: Münchner Studenten gewinnen Musks Wettbewerb

Ein frostiger Januarmorgen liegt über dem Testgelände nahe dem Parkplatz des Garchinger Forschungszentrums der TUM. Auf den ersten Blick wirkt der weiße Container dort unspektakulär. Doch wer genauer hinschaut, erkennt die tief ins Erdreich gedrehten Schraubfundamente an den Seiten – ein Hinweis auf das, was sich im Inneren verbirgt: das potenzielle Gewinnerprojekt der „Not-a-Boring Competition“ 2025, veranstaltet von Elon Musks Tunnelbauunternehmen The Boring Company.

Ein 19-köpfiges Studierendenteam der Technischen Universität München hat die Tunnelbohrmaschine, mit der es bereits 2021 und 2023 erfolgreich war, in den vergangenen zwölf Monaten umfassend weiterentwickelt. Eine zentrale Neuerung: Die Steuerelektronik ist nun direkt im ersten Tunnelsegment hinter dem Bohrkopf, der sogenannten „Power-Pipe“, untergebracht.

So soll das volle Drehmoment der vier Elektromotoren optimal genutzt werden. Projektleiter Felix Blanke blickt optimistisch auf den Wettbewerb: „Mit den Erfahrungen aus den ersten beiden Runden und den Verbesserungen, die wir umsetzen konnten, erwarten wir, dass wir das Ziel von 30 Metern Bohrstrecke als Erste schaffen.“

Bei den Verbesserungen im Bohrkopf spielen Verbindungslösungen von Lapp, dem Weltmarktführer für integrierte Lösungen im Bereich der Kabel- und Verbindungstechnologie, eine zentrale Rolle. Weil die Elektronik jetzt weitgehend im ersten Tunnelrohr untergebracht ist, sind die mechanischen Belastungen in der rauen Feldumgebung enorm.

„Zuverlässigkeit und Robustheit ist hier absolute Notwendigkeit“, sagt Jens Zaigler, Experte für die Elektrotechnik im Projekt der TUM. „Das muss ohne Einschränkung funktionieren, denn haben wir einmal mit der Bohrung gestartet, kommen wir nicht mehr an den Bohrkopf ran. Daher war uns klar, dass wir wieder Leitungen und Steckverbinder von Lapp einsetzen.“

„Kannst Du die Schnecke schlagen?“ Das ist die Frage, um die sich seit 2021 bei der „Not-a-Boring Competition“ von Elon Musks Boring Company alles dreht. Der Hintergrund: Eine Schnecke ist etwa zehnmal schneller als eine herkömmliche Tunnelbohr-Maschine. Studierendenteams aus der ganzen Welt sollen zeigen, dass innovative Technologie es besser kann.

Felix Blanke erklärt: „Da geht es natürlich nicht nur um den sportlichen Wettbewerb und akademischen Forschungsgeist. Die Boring Company sucht unter anderem auch nach Lösungen, die sie bei sich umsetzen können, um effektiver zu arbeiten. Außerdem ist das auch eine gute Gelegenheit, Fachkräfte zu rekrutieren.“

So löste das Team der TUM neue Herausforderungen

Bei der neuen Runde, die im März 2025 in Texas ausgetragen wird, sind die Anforderungen an die Maschine so hoch wie noch nie. Sieger ist das Team, das es mit seiner Tunnelbohrmaschine schafft, als Erstes durch 30 Meter klebrigen Lehm zu bohren. „Unsere erste Maschine war dafür ausgelegt, hartes Gestein zu durchbohren – das sind jetzt ganz andere Voraussetzungen. Der schlammige Lehmboden macht es uns nicht leichter, ganz im Gegenteil, wir mussten uns hier echt was einfallen lassen.“

Die Lösung des Teams der TUM: Über eine Drehdurchführung wird ein Schaum zu den Schneidezähnen des Bohrkopfes gepumpt, der sich mit dem klebrigen Erdreich zu einer fluffigen Masse vermischt und ein Verkleben des Bohrkopfes verhindert.

Dazu kommen weitreichende Verbesserungen, die dazu führen sollen, dass das volle Drehmoment des Antriebs genutzt werden kann. Eine Hydraulikvorrichtung presst den Bohrkopf in den Bohrtunnel und kann dabei eine Geschwindigkeit von bis zu einem Meter pro Minute ermöglichen. Doch die effektive Bohrgeschwindigkeit hängt davon ab, wie schnell der Bohrkopf Material abtragen kann – und hier ist das Drehmoment entscheidend.

Jens Zaigler erklärt hierzu: „Die vier Elektromotoren, die wir bereits seit der ersten Runde einsetzen, können zusammen theoretisch rund 11.000 Newtonmeter stemmen. Das wäre mehr als genug, um eine beachtliche Bohrgeschwindigkeit zu erreichen. Bisher konnten wir davon aber nur etwa 3.000 Newtonmeter herausholen. Das wollen wir dieses Mal mit den Weiterentwicklungen verbessern.“

Bei der bisherigen Lösung war die gesamte Leistungselektronik außerhalb des Bohrkopfes und des Bohrtunnels angebracht, zehn lange Leitungen waren daher erforderlich, um die Steuersignale und Energie zu transportieren – „und da kam es einfach zu Schwierigkeiten, die vier Motoren miteinander zu synchronisieren, was zu einem Leistungsabfall geführt hat“, sagt Zaigler. Mit dem neuen Power-Pipe-Konzept hat das Studierenden-Team hierfür eine Lösung gefunden: Die Leistungselektronik ist nahe dem Bohrkopf angebracht, so dass der Signalweg für die Synchronisation der Motoren viel kürzer ist, was zusammen mit neuen Frequenzumrichtern die Effizienz des Systems erhöht.

Von außen verläuft jetzt nur noch ein einziges Stromkabel, die Lapp Ölflex Robust, und eine einzige Datenleitung, die Etherline Robust von Lapp, durch das Tunnelrohr in die Power-Pipe und ermöglicht so die Kommunikation über das Bussystem Ethernet/IP zwischen der Steuerung im Schaltschrank und der Aktorik und Sensorik in der Power-Pipe und dem Bohrkopf.

Die Anschluss- und Steuerleitung Ölflex Servo aus dem Hause Lapp verbindet die Frequenzumrichter in der Powerpipe mit den Elektromotoren im Bohrkopf, um diese mit Spannung zu versorgen und Motorwerte zu übertragen. Auch die Steckverbinder für die Leitungen stammen von Lapp.

Jens Zaigler hatte vor seinem Studium an der TUM eine Ausbildung zum Elektroniker gemacht, daher kannte er Verbindungslösungen von Lapp bereits gut. Als er für den Wettbewerb 2025 die Verantwortung für die Elektrotechnik übernahm, war ihm klar, dass das Team auch weiterhin die Verbindungstechnik von Lapp beziehen wird: „Das ist einfach der goldene Industriestandard. Und ich weiß, Lapp erfüllt bei seinen Produkten nicht nur die erforderlichen Vorgaben für Normzertifikate, sondern testet von sich aus darüber hinaus. Und genau diese beruhigende Gewissheit, dass das alles Hand und Fuß hat, brauchen wir hier“, erklärt Zaigler.

Hohe mechanische Belastung durch neues Konzept

Durch das neue Konzept sind die Leitungen nahe dem Bohrkopf hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt und müssen unter anderem starke Vibrationen aushalten können. „Mit den Lösungen von Lapp sind wir da einfach auf der sicheren Seite“, sagt Jens Zaigler: Die Datenleitung Etherline Robust bietet mit Cat.7 eine außergewöhnlich hohe Datenübertragungsrate und ist ideal auf das verwendete Bussystem Ethernet/IP abgestimmt. Damit sorgt sie für stabile und zuverlässige Kommunikation und ist zugleich mit der TPE-Isolierung äußerst widerstandsfähig.

Bei der Ölflex Servo wusste der Elektrotechniker bereits aus seiner Ausbildungszeit, dass sie hervorragend für den Einsatz in rauen Umgebungen geeignet ist. Durch das zusätzlich abgeschirmte Aderpaar kann die Leitung die Motorwerte in nur einem Kabel sicher übertragen, was Komplexität und Verkabelungsaufwand reduziert. Und auch die kompakten und robusten Epic-Steckverbinder bieten eine zuverlässige und schnelle Montage. „Das ist wichtig, denn jede Sekunde, die wir schneller sind, erhöht unsere Siegeschancen”, betont Zaigler.

In seinen 18 Jahren als Account Manager bei Lapp hat Markus Schreiber schon viele spannende Projekte bei Anwender:innen mitbekommen und begleitet. Er fungiert als Ansprechpartner für das Studierenden-Team und ist begeistert von dessen Arbeit: „Das flößt einem schon Respekt ein, mit welchem unermüdlichem Einsatz die Studierenden innerhalb kürzester Zeit ehrenamtlich innovative Entwicklungen planen, testen und umsetzen“, Schreiber.

Er sagt weiter: „Für mich ist das inspirierend, mit jungen Menschen zusammenzuarbeiten, die solch eine Energie und Engagement zeigen. Dass wir von Lapp an diesem Projekt mit unseren Verbindungslösungen auch dieses Mal wieder beteiligt sind, macht uns nach wie vor stolz. Besonders die Tatsache, dass unser Fokus auf Qualität und Zuverlässigkeit ein zentraler Erfolgsfaktor ist – die beiden bisherigen Siege des Teams der TUM sind dafür ein großartiger Beleg.“

Projektleiter Felix Blanke ist ebenfalls begeistert von Lapp: „In den ersten Runden hat Lapp das TUM-Team nicht nur mit Komponenten, sondern auch mit Beratung unterstützt. Das hat eine solide Basis für uns gelegt, so dass wir dieses Mal eigenständig loslegen konnten und uns dabei voll auf die gelieferte Verbindungstechnik und die Qualität von Lapp verlassen können.“ Wesentliche Grundlage dafür war der Lapp Online Shop.

Markus Schreiber erklärt: „Das ist ein weiterer Faktor, der Lapp auszeichnet: Der Online Shop bietet nicht nur alle relevanten technischen Daten, sondern ist auch übersichtlich nach Anwendungsbereichen strukturiert. So werden Anwender schnell und zielsicher von ihrem Problem zur passenden Lösung geführt, das loben unsere Kunden oft. Für die Tunnelbohrmaschine hat das Team der TUM die Komponenten im Shop ausgewählt und uns eine Liste geschickt, die sich nach unseren internen Tests zu 99 Prozent als passend erwiesen hat. Und beim Rest haben wir natürlich gerne mit Rat weitergeholfen.“

Felix Blanke vom TUM-Team schätzte die einfache und zugängliche Auswahlmöglichkeit, denn so blieb dem Team mehr Zeit, sich der Verbesserung und Weiterentwicklung des Bohrsystems zu widmen. „Ich bin froh, dass wir mit Lapp einen so kunden- und qualitätsorientierten Partner für unsere Verbindungslösungen haben. Das gibt mir die Gewissheit, dass wir im März die bestmöglichen Chancen auf einen Sieg haben – und auf nichts weniger legen wir es an.“

Die Zuversicht erwies sich als berechtigt: Das Team der TUM stellte einen neuen Längenrekord von 22,5 Meter Bohrstrecke in 7 Tagen auf und fuhr damit den Gesamtsieg ein.

(Quelle: Lapp)