Elektrische und autonome schwere Ausrüstung:Die Zukunft von Bau und Bergbau

Da die Elektrifizierung von Autos, Bussen, Lastwagen und anderen Transportfahrzeugen seit Jahren im Gange ist, ist es nur natürlich, dass Baumaschinen endlich bereit sind, mitzumachen. Die Ziele von null Emissionen, Kraftstoffeinsparungen und geringerem Lärm sowie verbessertem Gefühl und Handling sind vergleichbar haben Unternehmen wie GM dazu veranlasst, ihren ehrgeizigen Wunsch anzukündigen, bis 2035 vollelektrisch zu werden und Gas- und Dieselmotoren vollständig auslaufen zu lassen.

Wir bei Volvo haben uns auch der Bereitstellung nachhaltiger Lösungen verschrieben – tatsächlich arbeiten wir seit Jahrzehnten hart daran, elektrische Baumaschinen zu entwickeln, die nicht nur aktuelle Baustellen verändern, sondern auch Möglichkeiten für völlig neue Anwendungen für schweres Gerät eröffnen. Autonome Lösungen eröffnen diese Möglichkeiten noch weiter.

Wenn Sie beim Besitz und Betrieb eines Elektrogeräts an vorderster Front stehen möchten, nehmen wir derzeit Vorbestellungen für unsere kompakten Modelle ECR25 Elektrobagger und L25 Elektroradlader entgegen, die diesen Sommer auf den Markt kommen sollen – aber diese kompakten Elektromodelle sind nur der Anfang. Werfen Sie einen Blick auf die Designs unseres mittelgroßen Elektrobaggers EX03 und der autonomen Dumperkonzepte TA15, um zu sehen, wohin die Zukunft der Bau- und Bergbaumaschinen führt. 

EX03 MITTELGROSSES BAGGERKONZEPT:SICHERHEIT IM KERN

Der EX03 ist ein Konzept-Akku-Mobilbagger – der erste in unserer mittelgroßen Maschinenpalette. Als Konzeptlabormaschine ist es noch Teil eines Forschungsprojekts und derzeit nicht im Handel erhältlich. Ziel ist es zu zeigen, wie ein elektrischer Antriebsstrang verwendet werden kann, um mittelgroße Maschinen mit effizienter, robuster Batterietechnologie anzutreiben.

Der elektrische Antriebsstrang des EX03 ist darauf ausgelegt, die gleiche Leistung wie eine 14-Tonnen-Dieselmaschine zu liefern, jedoch mit null Emissionen, höherer Effizienz, niedrigerem Geräuschpegel und geringeren Gesamtbetriebskosten. Aufgrund des geringeren Geräuschpegels eignet sich diese Maschine besser für Projekte wie Straßenbau und Baustellenvorbereitung in dicht besiedelten städtischen Gebieten oder nachts.

Der in Maschinen dieser Größenordnung übliche Verbrennungsmotor wurde durch Lithium-Ionen-Batterien ersetzt. Derzeit kann der EX03 mit einer einstündigen Schnellladung über die Mittagszeit einen ganzen Arbeitstag (je nach Arbeitszyklus der Maschine) betrieben werden. Wir streben in Zukunft einen ganzen Tag Betrieb ohne Schnellladung an.

Wie stellt das Elektrobaggerkonzept EX03 die Sicherheit an erste Stelle?

Wie bei jedem Volvo-Konzept steht die Sicherheit im Mittelpunkt des Designs. Ein optionales Merkmal für den EX03 ist beispielsweise ein Videobildschirm, der an der Rückseite der Maschine befestigt ist. Es kann auf drei Arten konfiguriert werden:

• ein Echtzeit-Videostream von der Vorderseite der Maschine, damit hinterherfahrende Autos klar nach vorne sehen können ist ideal für den Einsatz auf öffentlichen Straßen
• ein textbasierter Sicherheitsbildschirm, um Arbeiter vor Ort auf Bewegungen nach links, rechts oder rückwärts aufmerksam zu machen
• und ein Livestream zur Sicherheitskommunikation, bei dem der Bediener Augenkontakt mit Fußgängern und Arbeitern herstellen kann, um Missverständnisse zu minimieren (z. B. könnte die Textnachricht des Bedieners auf dem Bildschirm für Fußgänger lauten:„Ich höre auf zu arbeiten, damit Sie überqueren können die Straße vor mir .“)

Der Mittelklasse-Bagger EX03 kann sich an alle Baustellenbedingungen anpassen und verfügt über die Kraft und Langlebigkeit, um auf einer Vielzahl von Baustellen zu arbeiten. Dank seiner Null-Emission ist er ein perfekter Partner für innerstädtische Arbeiten oder Bereiche, in denen die Emissionsvorschriften Baubeschränkungen vorschreiben. Es kann mit einer Vielzahl unterschiedlicher Aufsätze für eine vollständige Anwendungsvielfalt ausgestattet werden.

Wir freuen uns über das enorme Potenzial des EXO3-Konzepts, da es die Zukunft für sicherere und umweltverträglichere Baustellen im größeren Maßstab darstellt.

TA15 AUTONOMES TRANSPORTERKONZEPT:DEN BETRIEB VON STEINBRÜCHEN ÜBERDENKEN

Der TA15 ist das Ergebnis der kontinuierlichen Weiterentwicklung früherer Konzeptmodelle. Die Maschine ist jetzt Teil der TARA-Lösung für autonomen Transport, die aus mehreren Komponenten besteht – den Basisfahrzeugen (mehrere TA15) sowie der erforderlichen Infrastruktur wie Ladestationen, einem Kontrollturm, verbundenen Cloud-Lösungen, die darauf ausgelegt sind, die Betriebsanforderungen des Kunden zu erfüllen, Wartung und Reparaturunterstützung und die praktische Betriebseinrichtung, die von Standort zu Standort variiert.

Der bestimmungsgemäße Einsatz des TA15 ist der Transport von Material in sich wiederholenden Strömen in beengten Offroad-Umgebungen wie Steinbrüchen. Die Anzahl der Maschinen und der jeweiligen Ladestationen hängt stark vom angestrebten Produktions-/Transportvolumen sowie vom Transportzyklus ab. Es kann mit einer kleinen Flotte von 3-4 Maschinen beginnen und bis zu größeren Flotten von 15-20 Maschinen reichen, die in einer koordinierten Anstrengung auf einer Baustelle laufen. Die Flotte der TA15-Maschinen wird eng mit dem jeweiligen Ladeequipment am Standort (z. B. Radlader oder Bagger) zusammenarbeiten und von einer zentralen Leitwarte vor Ort aus überwacht und gesteuert.

Die TA15-Maschinen sind für das Zwischenladen mit hoher Leistung ausgelegt, was ein natürlicher Bestandteil des Transportzyklus ist. Dadurch können die Maschinen im Prinzip bei jedem Zyklus mit der Energiemenge aufgeladen werden, die sie für den nächsten Zyklus benötigen. Der Ladevorgang erfolgt völlig autonom mit einem 150-kW-Hochleistungsladegerät, das über einen Pantographen am Boden mit einem Pick-up an der Unterseite des TA15 verbunden ist. Die Ladezeit variiert je nach benötigter Energiemenge zwischen etwa einer Minute und drei Minuten.

Was sind die Vorteile einer autonomen Transportlösung?

Zu den wichtigsten Vorteilen für Kunden gehören:

• Gesteigerte Energieeffizienz durch elektrischen Antriebsstrang und innovatives Design der Basismaschine
• geringere Emissionen (null lokale Emissionen) aufgrund des batteriebetriebenen Antriebsstrangs
• erhöhte Sicherheit
• eine allgemeine Steigerung der Prozessproduktivität durch die Kombination von Automatisierung, Elektrifizierung und Konnektivität

Das TA15-Konzept hat sich als Prototyp während des Electric Site-Projekts sehr gut bewährt und seine Vorteile und sein Potenzial eindeutig bestätigt. Unsere nächsten Schritte sind die Verbesserung der Stabilität, Betriebszeit und Gesamtleistung des Systems, um das erforderliche Niveau zu erreichen, um das Konzept von einem Prototyp zu einer kommerziell tragfähigen Lösung zu machen.

Und Sicherheit, die schon immer einer der Kernwerte von Volvo war, steht auch bei der TARA-Lösung im Vordergrund. Es beginnt mit einem eingezäunten/begrenzten Bereich für den autonomen Betrieb. Es gibt auch ein redundantes Notstoppsystem, das jederzeit einen sicheren Stopp des gesamten Systems gewährleisten kann, sowie ein Verkehrsmanagementsystem, das die Position aller Maschinen kontinuierlich verfolgt, um den richtigen Verkehrsfluss sicherzustellen. Schließlich besteht ein Hinderniserkennungssystem auf den TA15-Maschinen aus einer Kombination von LIDAR- und RADAR-Sensoren, die der Maschine helfen, Hindernisse auf dem vorgesehenen Fahrweg zu erkennen.

Was bedeutet das TARA-System für konventionelle, dieselbetriebene Maschinen?

Die größte Änderung von konventionellen Transportlösungen zum TARA-System ist der Ansatz des Systemdenkens. Dabei geht es nicht nur darum, die heutige Ausrüstung durch etwas Neues auszutauschen – es geht darum, die Funktionsweise von Standorten zu ändern, um die Vorteile, die Sie aus Elektrifizierung, Automatisierung und Konnektivität ziehen können, voll auszuschöpfen.

Wir sehen die TARA-Lösung als Erweiterung des heutigen Transportlösungsangebots der Volvo Group. Es wird dazu beitragen, die Transportbranche auf nachhaltigere Lösungen umzustellen. Das System passt jedoch möglicherweise nicht in jede Umgebung und jeden Kundenprozess, sodass wir noch einige Zeit parallel mit Diesel oder erneuerbaren Kraftstoffen betriebene Lkw sehen werden.

Wir sehen auch einige Änderungen in der Art und Weise voraus, wie Steinbruchstandorte und andere Kundenanwendungen in Zukunft betrieben werden. Dies wird in Zukunft andere Jobs und neue Kompetenzen erfordern, und wir müssen eng mit unseren beteiligten Kunden und Partnern zusammenarbeiten, um diese Änderungen zu verwirklichen.

In der Zwischenzeit liegt unser Fokus und unsere oberste Priorität darauf, unseren Entwicklungs-, Verifizierungs- und Validierungsprozess abzuschließen, um eine erfolgreiche Markteinführung der TARA-Lösung für ausgewählte Kunden sicherzustellen. Dies wird Ende 2021 beginnen, mit starken Ambitionen, die Lösung in den kommenden Jahren zu skalieren. Während wir daran arbeiten, diese Lösung auf den Markt zu bringen, werden wir weiterhin an vielen anderen aufregenden autonomen Lösungen arbeiten, die dazu beitragen werden, zukünftige Standorte produktiver, effizienter und sicherer zu machen. Bleiben Sie dran – die Zukunft verspricht sehr spannend zu werden!

Lesen Sie mehr über unser Streben nach Elektromobilität und weitere autonome Lösungen von Volvo, um zu sehen, was die Zukunft elektrischer und autonomer Maschinen sonst noch bereithält.

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Hakyong Yang: Hakyong kam 1998 als Ingenieur für Motorleistungskontrolle und Installation von Motorsystemen zum Team von Volvo CE. Derzeit arbeitet er als Direktor der mittelgroßen Baggerplattform im Büro in Changwon, Korea.

Uwe Müller: Uwe begann seine Karriere 2006 bei Volvo Construction Equipment (Volvo CE), wo er mehrere Forschungsprojekte zur Entwicklung neuer Technologien, Konzeptmaschinen und Baustellensysteme leitete, darunter die bahnbrechende Studie Electric Site. Derzeit ist er Head of Sales and Marketing für Offroad-Lösungen bei Volvo Automated Solutions, spezialisiert auf Automatisierung und Elektrifizierung von Baumaschinen.