Der Mensch lenkt, die Maschine denkt (mit)

Assistenzsysteme und Maschinensteuerungen verändern Arbeitsweisen

Als "Bagger-Navi" bezeichnet MTS das Display, das dem Fahrer mittels Satellit und Neigungssensoren in Echtzeit alle Vorgaben liefert, um den Löffel präzise entlang des digitalen Geländemodells zu führen.Foto: MTS

Grube. – Im noch jungen 21. Jahrhundert sind wir Zeugen einer ebenso großartigen wie weitreichenden technischen Veränderung: Erstmals in der langen Geschichte der Baumaschinen werden bestimmte Bewegungsvorgänge und –abläufe automatisiert.

Zudem erhalten Fahrer, Bediener, Maschinisten und auf Wunsch sogar Büro und Bauleitung erstmals exakte Informationen und Zahlenwerte, in welcher Höhe oder Tiefe sich das Werkzeug der Maschine "da vorne" im Erdreich bewegt und gräbt, wo und wie viel es fördert, baggert oder verlädt.

Schon als 1836 der erste dampfgetriebene Löffelbagger von Otis in den Vereinigten Staaten losschnaubte, war das Füllen des Löffels eine Angelegenheit, die viel Können, Konzentration und Erfahrung erforderte. Bei den meisten Baumaschinen ist das bis heute so geblieben. Ob Bagger oder Radlader, ob Planierraupe oder Grader, ob Kaltfräse, Fertiger oder Walze, ob Teleskopstapler oder Raupenlader – stets sind für deren effizientes Bedienen viel Know-how, gute Unterweisung und umfassende Erfahrungen gefragt.

Das ändert sich heute zwar nicht, aber es wird einfacher. Innovative, noch nie zuvor dagewesene Technologien werden Fahrer keineswegs erübrigen, greifen ihnen aber bei der Führung und Bedienung der Maschinen mit wertvollen Informationen und Teilautomatisierungen "unter die Arme". Das entlastet jeden Fahrer deutlich. Er kann sich somit besser auf andere wichtige Bedienungsschritte konzentrieren, ebenso auf Maschinenumfeld und Sicherheit. Das wiederum beschleunigt viele Arbeiten und macht das Mensch-Maschine-Team merklich effizienter und produktiver.

Die Zauberworte für diese Technologien sind zwar lang und so neu, dass es noch keine griffigen Abkürzungen für sie gibt, doch werden sie sich in den kommenden Jahren zweifellos tief in den Alltagsjargon der Baubranche eingraben: Die beiden Wortungetüme lauten Fahrerassistenzsysteme und Maschinensteuerungen. Praxistauglich wird all dies durch eine pfiffige, vor wenig mehr als einem Jahrzehnt kaum denkbare Kombination aus Sensorik, Elektronik, GPS/GNSS-basierter Satellitennavigation, Plug-In-Technologien, informativen Multifunktions-Displays und Minicomputern an Bord der Maschinen und Ausrüstungen.

Die rasend schnellen Minirechner werten eine Flut von Messwerten in Echtzeit und in Sekundenbruchteilen aus, regeln gemäß vorgenommener Einstellungen Höhen, Tiefen und Schnittwinkel von Löffel, Schaufel, Planierschild, Schar, Frästrommel oder Fertigerbohle, ebenso von Kranausladung, Schwenkwinkel und vieles mehr. Zudem werden dem Fahrer resultierende Werte und Grafiken angezeigt und – sofern Telematik mit eingeschlossen wird – sind jederzeit mit PC, Notebook, Tablet und Smartphone von Servern via Datenfunk und Internet abrufbar.

Wer an dieser Stelle kurz innehält, erkennt, dass sich Baumaschinentechnik rasant auf dem Weg in die Zukunft befindet. Die obige Beschreibung dieser Technik hätte vor wenigen Jahrzehnten nicht nur für Staunen, sondern vor allem für Unverständnis gesorgt. Das zeigt sich schon in der Menge der Begriffe, die vor gar nicht langer Zeit in unserer Sprache noch mehr oder weniger unbekannt waren.

Mit Kooperationen gut gerüstet

Zum Erproben neuer Maschinensteuerungen setzt Leica Geosystems auf dem Haupttestgelände in Dänemark mehrere Baumaschinen seines Kooperationspartners Case ein, darunter ein Bagger, Radlader, Grader und eine Planierraupe.Foto: Case

Welche Bedeutung große, weltweit tätige Baumaschinenhersteller vielversprechenden Zukunftstechnologien wie Fahrerassistenzsystemen und automatisierten 2D- und 3D-Maschinensteuerungen beimessen, wird angesichts mehrerer Kooperationen deutlich. Die Baumaschinenhersteller möchten gerne auf das gewaltige Know-how der spezialisierten Anbieter von Maschinensteuerungen und Messtechnik zurückgreifen, um ihren Kunden auch Komplettpakete mitsamt modernster 2D- und 3D-Steuerungen anbieten können.

Den Anfang bei derartigen Kooperationen machte Mitte der 1990er Jahre Caterpillar, indem das US-Unternehmen ein Joint Venture mit Trimble gründete. Beide Unternehmen entwickelten gemeinsam CAES (Computer-Aided Earthmoving System), das als Vorreiter dieser Technik Bordcomputer und GPS für Baumaschinen vereinte. In Deutschland ist Sitech der exklusive Vertriebs- und Servicepartner von Trimble. Sitech wiederum ist nunmehr eine 100-%-ige Zeppelin-Tochter, gehört also zum deutschen Exklusivpartner von Caterpillar.

Eine weitere bedeutende Kooperation folgte, als der japanische Komatsu-Konzern mit dem US-Unternehmen Topcon ein Abkommen schloss. Zu jener Zeit begann in der weltweiten Vermessungsbranche eine durchgreifende Konzentration, denn Trimble erwarb Spectra Precision, Topcon übernahm die GPS-Firma Java und Leica kaufte Laser Alignment. Insofern sind viele der früher bekannten Namen in den heutigen Marktführern aufgegangen.

Jüngste Kooperation ist die 2014 vom CNH-Konzern (Baumaschinen der Marken Case und New Holland) bekanntgegebene strategische Allianz mit Leica Geosystems aus der Schweiz. Auch Unternehmen aus anderen Bereichen koppeln sich heute gerne an das Know-how der Vermessungsspezialisten. So ging Indexator Rototilt aus Schweden eine Zusammenarbeit sowohl mit Topcon als auch mit Scanlaser/Leica Geosystems ein, um Baggerfahrern bei der Verwendung eines Tiltrotators eine vollständige Kontrolle des Baggerlöffels zu ermöglichen. Das System koppelt den Tiltrotator und den Drehwinkel des Löffels an die 2D- oder 3D-Maschinensteuerung.

Zweifellos werden Baumaschinen immer vernetzter, "kommunikativer", werden Bestandteile von GPS/GNSS-Ortungs- und Telematiksystemen, erhalten 2D- und 3D-Maschinensteuerungen, arbeiten digitale Geländemodelle ab, geben automatisch oder auf Abruf wichtige Informationen und Daten preis, ob Dieselverbrauch, Leerlaufzeiten oder auch gelandene Tonnen Material. Die Maschinen bereichern auf diese Weise als "wertvolle Informanten" sowohl die Betriebslogistik als auch das Flottenmanagement.

Sind Baumaschinen dadurch "smart", sind sie schlau und intelligent? Nein, sie erhalten nur zeitgemäße, teils sehr hilfreiche technische Ausstattungen. Doch wie so oft bei allem Neuen, sind auch Zweifel berechtigt, ob solche Technologien tatsächlich überall und immer angebracht sind oder ob auch hier allzuviel Fortschrittseuphorie schaden kann. Fahrer, besonders ältere mit weniger vertrautem Smartphone- und Computerumgang, dürfen sich durch automatisierte Assistenzsysteme nicht überfordert fühlen. Keineswegs darf Scheu vor einer neuen Maschine aufkommen, die dem Fahrer eigentlich die Arbeit erleichtern soll, ihn jedoch weitgehend verunsichert – und er dies nicht zugeben möchte.

Wenn nun die eigentlich dringend benötigte Einarbeitung, eventuell auch aus Zeit- und Termingründen, umgangen wird, könnte das zwangsläufige Resultat eine schlechtere, zögerliche Bedienweise sein. Oder aber es kommt beim Fahrer zu einer Art "Verweigerung", sodass die neue Technologie nur einmal notgedrungen eingestellt und dann nicht mehr genutzt wird. All dies führt unmittelbar zu weniger effizienten und weniger produktiven Einsätzen. Damit steht die Bedienerfreundlichkeit – gerade angesichts neuartiger Assistenzsysteme und Maschinensteuerungen – mehr denn je im Vordergrund.

Ab Werk bestens vorbereitet

Das kleine "i" in der Typenbezeichnung weist darauf hin, dass der Komatsu PC210LCi-10 bereits ab Werk serienmäßig mit einer Maschinensteuerung versehen wird, die das genaue Bewegen des Löffels sehr erleichtert.Foto: Komatsu

Sicherlich dürfen Maschinensteuerungen und Assistenzsyteme bei Baumaschinen als ein wichtiger Trend betrachtet werden. Einige der großen Hersteller richten sich gleich in zweierlei Hinsicht darauf ein. Einerseits statten sie zunehmend mehr Maschinen, besonders Raupenbagger, Radlader, Grader, Planierraupen, Turmkrane, aber auch Kaltfräsen, Walzen und Deckenfertiger, mit diversen, immer ausgefeilteren Arten von Assistenzsystemen aus.

Und andererseits möchten diese Hersteller ihren Kunden den Einstieg in die Nutzung von Maschinensteuerungen erleichtern. Deshalb bereiten sie eine rasch wachsende Anzahl von Maschinen schon ab Werk auf die schnelle, unkomplizierte Installation unterschiedlicher 2D- und 3D-Steuerungen vor. Für solche Zwecke sind die Kooperationen zwischen den namhaften Anbietern von Baumaschinen und Vermessungstechnik natürlich ideal.

Die werksseitige Vorbereitung erleichtert nicht nur den nachträglichen Einstieg oder das Aufrüsten einer 1D- auf 2D- oder 3D-Maschinensteuerung, sondern ermöglicht es auch, Maschinenversionen anbieten zu können, die optional mit einer Maschinensteuerung ab Werk ausgestattet sind.

Weltweit der erste Bagger, der bereits serienmäßig mit einer Maschinensteuerung auf die Baustellen gelangt, ist der 23-t-Raupenbagger Komatsu PC210LCi-10. Seine automatisierte iMC (intelligent Machine Control) mit Echtzeitdaten der Löffelposition verhindert das zu tiefe Eindringen des Löffels über das Zielprofil hinaus. Dazu wird die Löffelkante ständig in Relation zur Baggerposition und den Geländeplandaten gesteuert.

Eines der beliebtesten und von Betreibern meistgewünschten Systeme ist das Erfassen und Anzeigen der exakten Grabtiefe und Böschungsneigung bei Baggern, ist es doch von weitaus größerem Interesse als Maschinensteuerungen bei den ja seltener anzutreffenden Planierraupen und Gradern. So ist bei einigen Caterpillar-Raupenbaggern die 2D-Maschinensteuerung Cat Grade Control schon optional ab Werk vorhanden. Dabei wird für die Höhen- und Neigungsanzeige das Farbdisplays in der Kabine genutzt. Bedeutende Funktionen wie das unkomplizierte Einstellen der Referenzhöhe und -neigung oder das Einfangen einer Referenzhöhe mit einem Laser-Catcher sind bereits in den beiden Joysticks integriert.

Moderne Assistenzsysteme steigern nicht nur die Effizienz und Produktivität der Maschinen und ihrer Fahrer, sondern verbessern auch in ganz erheblichem Maße die Betriebssicherheit. Dazu gehören bspw. Systeme, bei denen die Bilder von drei oder vier Bordkameras in Echtzeit zu einer virtuellen Vogelperspektive kombiniert werden. Dadurch kann der Fahrer jederzeit sehen, was sich sowohl neben als auch hinter der Maschine befindet.

Jedoch sind Kamerasysteme passiv: Blickt der Fahrer nicht auf den Bildschirm, wird eine Gefahr nicht erkannt. Deshalb wurden für Baumaschinen auch aktive Warnsysteme entwickelt, so das Kamerasystem Blaxtair von Arcure mit automatischer Personenerkennung. Dabei soll es sich um das einzige System handeln, das in Echtzeit Personen von anderen Objekten unterscheidet und dann sofort einen zuverlässigen Alarm gibt. Das System kann so programmiert werden, dass es alle Hindernisse im Aufnahmefeld meldet oder nur Personen, und dies auch bei Staub, Nebel und Regen.

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Volvo CE

85737 Ismaning, Deutschland

Schäffer Maschinenfabrik GmbH

59597 Erwitte, Deutschland

Rototilt GmbH

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AVANT TECNO Deutschland GmbH

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Wacker Neuson SE

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