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Hamm

Foto: Hamm

Zukünftig mit autonomer Walze?

Autonom fahrende Fahrzeuge werden im PKW und LKW-Bereich bereits intensiv erprobt.

So sind hier in neuen Fahrzeugen heute bereits GNSS-Systeme für die Navigation, Tempomat, Abstandshalter, Spurassistent, Einpark- und Lenkhilfen oder das automatische Zu- und Abschalten des Abblendlichts verbaut.

Diese Assistenzsysteme sind die Basis für autonom fahrende Fahrzeuge, die auf Teststrecken unterwegs sind.

In der Baumaschinenindustrie gibt es bis dato hingegen nur wenige autonom fahrende Maschinen.
Allerdings erobern Assistenzsysteme auch im Bausektor die Geräte.

“Diese Entwicklung wird vor den Baumaschinen keinen Halt machen. Dabei werden Walzen für die Asphalt- und Erdverdichtung zu den ersten Geräten gehören, in denen sich solche Systeme großflächig durchsetzen. Der Grund: Sie ähneln dem Auto in mehr Aspekten als viele andere Maschinentypen. Genau deshalb befassen wir uns bei HAMM schon länger mit diesem Thema”, erklärt Dr. Stefan Klumpp, Vorstand Technik der HAMM AG.

Wie eine autonom fahrende Walze aussehen könnte, hat Dr. Axel Römer, Leiter Forschung und Entwicklung des Tirschenreuther Unternehmens, mit seinem Team bereits untersucht:
“Wir haben technische, konstruktive und wirtschaftliche Aspekte betrachtet und in verschiedenen Studien bewertet.
Das Ergebnis: eine Walze ohne Fahrer benötigt keinen Fahrerstand, aber deutlich mehr Sensoren, die neben den Verdichtungsparametern auch das Umfeld der Walze überwachen. Wir haben diese Anforderungen verknüpft und sehen eine Menge neuer, konstruktiver Möglichkeiten. So könnten wir autonome Walzen mit deutlich größeren Bandagendurchmessern, größerem Wassertank und Platz für Akkus einer elektrisch angetriebenen Walze bauen. Das bringt Vorteile bei der Qualität, der Umweltfreundlichkeit und der Effizienz.”

Bis eine solche Maschine Realität wird, ist jedoch der Weg noch weit.

Aber, wie bei den schon erwähnten Fahrzeugen, ist die Entwicklung durch die Nutzung zahlreicher Assistenzsysteme der Weg bereits vorgezeichnet.

Bekannt ist vor allem der HCQ Navigator.
Er zeigt mit Hilfe eines Computers an Bord der Walze und GNSS-Daten in Echtzeit, wo bereits wie oft bzw. wie viel verdichtet wurde. Dazu kommen Fahrfunktionen wie das automatische Reversieren oder der Tempomat und Sicherheitsfeatures wie Rückfahrkameras. Sie alle entlasten die Fahrer und steigern schon heute die Qualität der Verdichtung. An anderen Systemen wie dem Spurassistent, zusätzlichen Lenkhilfen und der Weiterentwicklung des HCQ Navigators schreiten die Entwicklungen fort.

Damit sich eine Walze bei hochwertiger Verdichtung komplett autonom bewegen kann, sind deutlich mehr Sensoren und eine intelligentere Software als bei heutigen Walzen erforderlich.
So müssen diese alle relevanten Daten aus dem Umfeld der Walze erfassen.
Das sind unter anderem die Position im Raum, die Fahrtrichtung, der Abstand zu anderen Objekten, aktuelle Material-Parameter der zu verdichtenden Fläche (z. B. Temperatur und Steifigkeit) oder Wetterinformationen (z. B. Wind oder Abkühlgeschwindigkeit).

Zudem müssen diese Daten abgeglichen werden mit Vorgaben zur Fläche (wo soll verdichtet werden?), zum Walzschema (wie viele und welche Walzen arbeiten gemeinsam?) oder zur gewünschten Verdichtung (welcher Hohlraumgehalt wird angestrebt?).
Hinzu kommt die Abbildung der Verdichtungsstrategie mit Handlungsanweisungen für das Einlenken vor dem Reversieren, die Kantenbearbeitung, der Fahrgeschwindigkeit, den Einsatz der Erregersysteme etc.
Kurz: Es ist eine komplexe Aufgabe.

Die ersten Schritte dazu hat HAMM bereits erfolgreich erledigt.

Nicht nur auf dem Papier, sondern sehr konkret in Form der Dauerteststrecke im Werk in Tirschenreuth und mit dem Bau einer “Schattenwalze”, die fahrerlos einer voran fahrenden Maschine folgt.

Die Dauerteststrecke ist seit 2014 in Betrieb.

Sie entstand in erster Linie, um Prototypen zu testen.

Unter reproduzierbaren Bedingungen lassen die Entwickler seither ihre Neuentwicklungen über Wochen im Testbetrieb Tag und Nacht laufen – ohne Fahrer.

Die Maschine absolviert dazu ein festgelegtes Programm autonom, fährt sich selbst zum Tanken und stellt sich nach Ende der Tests selbstständig ab.
Damit die Walze dabei weder mit Personen noch mit Objekten kollidiert, wurde eine umfangreiche Umfeldüberwachung installiert.

“Wir haben auf dieser Teststrecke mittlerweile über 10.000 Betriebsstunden gefahren und dabei einiges über das autonome Fahren gelernt”, erklärt Dipl.-Ing. Hans-Peter Patzner, der die Steuerung dieser Anlage mit entwickelt hat.

Jetzt wartet eine neue Herausforderung auf ihn, denn derzeit entsteht hier eine zweite Teststrecke, so dass künftig zwei Walzen zeitgleich auf dem Gelände fahren können.
“Dafür haben wir eine Kollisionsüberwachung erarbeitet – ein weiterer wichtiger Schritt in Richtung autonomes Fahren”, berichtet der Automatisierungs-Fachmann.

Die Ausrichtung des zweiten Projektes, so der Hersteller, war jedoch eine andere:

Hamm

Bild: Hamm

In Zusammenarbeit mit der Hochschule Osnabrück ist es gelungen, eine umgerüstete Walze ohne Fahrer automatisiert hinter einem simulierten Straßenfertiger fahren zu lassen.

Dazu Entwicklungsleiter Dr.-Ing. Römer:
“Denkt man den Ansatz dieser ‘Schattenwalze’ weiter, können wir viele Potenziale durch die Automatisierung des Verdichtungsprozesses heben. So wird durch die Einhaltung von Geschwindigkeitsfenstern und Spuren die Qualität steigen. Durch ein gezieltes Abbremsen der Walze kann man Überschreitungen der Walzfelder und damit die Überverdichtung vermeiden. Nicht zuletzt kann ein sehr präziser Wechsel der Walzbahn Verdrückungen verhindern. Dabei führen all diese Systeme automatisch zu mehr Effizienz – insbesondere, wenn solche Konzepte flottenübergreifend angewendet werden.”

Zu beachten ist jedoch, dass solange die Umgebungsüberwachung noch nicht ausreichend präzise ist und somit das komplett selbstständige Fahren noch in den Kinderschuhen steckt, ist ein Walzenfahrer an Bord unverzichtbar.

Bis Walzen auf der “autonomen Baustelle” verdichten, sind, wie in anderen Bereichen auch, die rechtlichen Themen, wie z.B. Haftungsaspekte zu lösen.

Betrachtet man die vergangenen 20 Jahre, so hat sich das Berufsbild des Walzenfahrers erheblich verändert.

Dieser Prozeß wird an Geschwindigkeit zunehmen.
So ist wohl der nächste Schritt, das Schattenwalzen oder weitgehend ferngesteuerte Walzen die Baustelle erobern.

Vorstellen kann man sich schon heute, dass sich das Berufsbild zu einem „Walzenmanager“ hinbewegt, der vom Büro aus eine ganze Flotte von Maschinen parametriert und überwacht.

Eine solche Entwicklung wird sich sicherlich zunächst in den Hochlohnländern abspielen – vorausgesetzt, sie bringt qualitative und kommerzielle Vorteile mit sich.

April 2017