Zwanzig Jahre autonomes Fahren ohne Personenschaden

Wenn es um „Konzeptfahrzeuge“ geht, wird viel über autonomes Fahren gesprochen. Dabei arbeiten die automatisierten Lader und Muldenkipper von Sandvik bereits seit mehr als 20 Jahren in echten Bergwerken. Das sind sage und schreibe über zwei Millionen Betriebsstunden autonomes Fahren unter Tage, die ohne einen Unfall mit Personenschäden absolviert wurden.

Für diesen Bereich hat Sandvik kürzlich seine neue Generation vorgestellt. Zum allerersten Mal erfolgt nun eine Befüllung der Fahrladerschaufel automatisiert. Das bedeutet, dass vom Beladen über das Transportieren bis hin zum Entladen der gesamte Produktionszyklus vollautomatisch abläuft.

„Das war keine leichte Aufgabe,“ gibt Jouni Koppanen, Senior Systems Engineer für Automation bei Sandvik, zu. „Sie müssen neben den verschiedenen Arten von Minen auch die unterschiedlichen Gesteinsgrößen berücksichtigen. Außerdem muss die Schaufel im richtigen Moment befüllt werden. Aber wir haben es geschafft, und wir sind die einzigen, die eine Autoload-Funktion haben.“

Die Anfänge des autonomen Fahrens

Seit den Anfängen der selbstfahrenden Fahrzeuge in den 1990er Jahren ist zwar der Fokus von Sandvik – Menschen aus potenziell gefährlichen Bereichen unter Tage herauszunehmen und die Produktivität der Kunden zu steigern – gleich geblieben, doch die Technologie hat sich seit dieser Zeit beträchtlich gewandelt.

„Auch die Technologie ändert sich in immer kürzeren Abschnitten,“ fügt Koppanen erklärend hinzu. „Und genau das ist die große Herausforderung für uns und die Bergbauindustrie, in der die Bedingungen rau sind und der Betrieb nonstop und rund um die Uhr läuft. Deshalb müssen wir in der Lage sein, Technologie zu entwickeln, die langlebig ist und viele Jahre hält.“

Sandvik hat das mithilfe eines stabilen und intelligenten Systems, das sich zudem noch ständig weiterentwickeln kann, geschafft.

Deshalb müssen wir in der Lage sein, Technologie zu entwickeln, die langlebig ist und viele Jahre hält.

Vollgepackt mit Innovationen

Genau genommen werden beim Automatisierungssystem von Sandvik den Ladern und Muldenkippern die Routen einprogrammiert, wenn sie das erste Mal in einen Tunnel fahren. Das intelligente System des Fahrzeugs, das durch eine Reihe von Lasern geführt wird, arbeitet einen Pfad aus und speichert diesen. Die patentierten Algorithmen von Sandvik stellen dann zusammen mit Sensoren und Gyroskopen sicher, dass die Maschine sich unter Tage – wo kein GPS verfügbar ist – orientieren kann.

„Es ist schon eine Herausforderung, dieses komplexe System von Komponenten in Einklang zu bringen, sodass es funktioniert,“ macht Koppanen deutlich. „Dazu benötigt man Spezialisten aus verschiedenen Bereichen. Aber wir verfügen über ein echt gutes Team und sind in der Lage, ein Bild des ganzen Systems zu erstellen. Und genau aus diesem Grund sind wir Weltspitze.“

Über Tage kann der Bediener aus einem komfortablen Kontrollraum heraus dank der Onboard-Kameras genau sehen, wohin sich die Maschine bewegt. Die Bediener können der Maschine sagen, wann sie wohin fahren soll. Die richtig schwere Arbeit erledigen allerdings die Algorithmen und das intelligente System: Einhalten der vorgegebenen Route, Berechnen der Geschwindigkeit, Kontrolle von Bremsen, Lenkung, Beladung, Transport und Abkippen – also alles.

Im Gegensatz zu Tagebaumaschinen sind Untertage-Lader Gelenkfahrzeuge, die sowohl für Vorwärts- als auch Rückwärtsbewegung mit gleicher Geschwindigkeit konstruiert wurden. In engen Tunneln sind sie unglaublich wendig. Die Maschinen sind darüber hinaus dafür ausgelegt, neben anderen schwierigen Bedingungen unten in der Mine auch der Höhenlage und der Hitze, dem Wasser sowie korrosiven Umgebungen zu trotzen.

Und genau diese Bedingungen waren damals die Hauptantriebskraft für die Automation.

Annukka Kokkonen

Automation: der Mensch steht im Vordergrund

„Einer unserer Kunden in Australien hat seine gesamte Mine automatisiert,“ erzählt Koppanen. „Sie haben immer noch die gleiche Anzahl von Angestellten, aber diese arbeiten jetzt meist über Tage in bequemen Büros.“

„Jeder Bediener kann nun mehrere Lader gleichzeitig steuern, während die automatisierte Maschine sämtliche schwere Arbeiten ausführt,“ fügt Koppanen hinzu. „Unsere automatisierten Lader und Muldenkipper sind in der Lage, ihr Arbeitspensum präzise, gleichmäßig und effizient zu bewältigen. Dadurch werden Unfälle reduziert und gleichzeitig Auslastung sowie Produktivität gesteigert.“

Es ist großartig, die eigenen Ideen unter realen Bedingungen zu testen.

Auf Herz und Nieren geprüft

Dank der Untergrundtestmine im finnischen Tampere kann Sandvik seine Innovationen und Technologien von Grund auf testen. Dazu meint Wayne Scrivens, Vize-Präsident Product Line, Load and Haul bei Sandvik: „Wir testen unsere Technologien um sicherzustellen, dass sie robust, gebrauchstauglich und sicher für die Arbeit im Untertagebau sind.“

Annukka Kokkonen, Research Engineer für Forschungs- und Technologieentwicklung bei Sandvik, arbeitet in der Testmine.

„Es ist großartig, die eigenen Ideen unter realen Bedingungen zu testen,“ schwärmt sie. „Nicht viele Ingenieure oder Programmierer haben die Gelegenheit, mit ihren eigenen Augen zu sehen, ob etwas funktioniert oder nicht. Oder auch den gesamten Weg von der Forschung bis zur Auslieferung an den Kunden mitzuverfolgen.“

Sorgfältige Tests, die in enger Zusammenarbeit mit den Kunden erfolgen, helfen dabei, dass Sandvik Lösungen entwickelt, die die Kunden bei ihren größten Herausforderungen unterstützen.

„Derzeit arbeiten unsere Lader und Muldenkipper in einem Bereich, in dem es weder Menschen noch sonstige Geräte gibt. Wir haben Sicherheitssensoren, welche die Bremsen der Maschine aktivieren, sobald etwas ihren Weg behindert,“ erläutert Kokkonen. „Wir stellen uns für die Zukunft vor, dass automatisierte Lader und Muldenkipper im selben Teil einer Mine, in der auch Menschen und herkömmliche Geräte arbeiten, sicher agieren.“

Blick in eine elektrisierende Zukunft

Neben der Automation macht Sandvik seit einigen Jahren auch Furore in Sachen Elektrifizierung seiner Untertage-Ausrüstungen. In den 1980er Jahren stellte das Unternehmen den weltweit ersten Elektrolader vor. 2016 hat Sandvik einen batteriebetriebenen Lader auf den Markt gebracht – der dieselbe Bewegungsfreiheit wie einer mit einem Dieselmotor hat, aber mit geringerer Wärmeabstrahlung und niedrigerem Lärmpegel sowie Null-Abgas-Emissionen unter Tage.

„Zukünftig wird sich die Abhängigkeit von Dieselmotoren verringern,“ ist sich Scrivens sicher. „Der Fokus verschiebt sich mehr und mehr zur Elektrifizierung des Antriebssystems sowie zu einem Einsatz von Elektroladern und batteriebetriebener Technologie, was gleichzeitig mit einer Automation einhergeht.“

Und so weit entfernt ist die Zukunft gar nicht mehr, wie an Projekten in Borden Lake im kanadischen Bundesstaat Ontario zu sehen ist. Sandvik arbeitet hier mit dem Goldproduzenten Goldcorp zusammen, um eine der weltweit ersten, komplett elektrisch betriebenen Minen zu erschließen. Das bedeutet saubere Luft, weniger Emissionen und niedrigere Kosten.