Täglicher Energieüberschuss beträgt rund 200 kWh
Der Muldenkipper «eDumper» ist das grösste Elektrofahrzeug der Welt und ist seit dem 20. April in einem Steinbruch in Péry im Berner Jura im Einsatz. Zusammen mit Industriepartnern haben die Berner Fachhochschule BFH, die NTB Interstaatliche Hochschule für Technik Buchs und der Eidgenössischen Materialprüfungsanstalt, EMPA, den umweltfreundlichen Laster entwickelt.
Das größte Elektroauto der Welt mit 58 Tonnen Leergewicht und 65 Tonnen Zuladung wurde am 20. April in Anwesenheit von zahlreichen Vertretern aus Wirtschaft und Politik auf den Namen LYNX (deutsch: Luchs) getauft und nahm im Steinbruch der Vigier Ciment in Péry im Berner Jura seine Arbeit auf. Der in den vergangenen 18 Monaten konzipierte Elektromuldenkipper ist ein Beispiel für erfolgreiche angewandte Forschung in der Schweiz. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit sorgt für gleich drei Weltrekorde: Der eDumper ist das größte und stärkste stromspeicherbetriebene Elektro-Radfahrzeug der Welt. Dazu wurde ihm die größte je für ein Elektrofahrzeug hergestellte Batterie eingebaut, die mit 4.5 Tonnen so schwer wie zwei komplette PKW ist. Noch nie hat zudem ein vergleichbares Fahrzeug eine derart große Menge an CO2 einsparen können. Der eDumper wird über die nächsten zehn Jahre jährlich über 300.000 Tonnen Material transportieren und dabei nach vorläufigen Berechnungen bis zu 1.300 to CO2 und 500.000 Liter (500 to) Diesel einsparen.
Wer bremst, gewinnt!
Der eDumper wird Kalk- und Mergelgesteine aus einem höher gelegenen Abbaugebiet in eine tiefer gelegene Verarbeitungsanlage transportieren. Bei der voll beladenen Talfahrt werden die Akkumulatoren mittels Rekuperation der Bremsenergie aufgeladen. Der so erzeugte Strom reicht nach vorläufigen Berechnungen für die unbeladene Rückfahrt bergauf ins Abbaugebiet weitgehend aus. Er wäre damit ein Null-Energie-Fahrzeug. Wie die Energiebilanz des eDumpers genau ausfällt, sollen Untersuchungen im Alltagsbetrieb während der nächsten Monate zeigen.
Vom Dieselmotor zum Elektroantrieb
Der umweltfreundliche eDumper wurde auf Basis eines dieselbetriebenen Muldenkippers des Typs Komatsu HD 605-7 komplett neu aufgebaut. Der ursprünglich eingebaute Dieselmotor ist vom Typ Komatsu SAA6D170E-3 mit einer Leistungseinstellung von 533 kW bei 2.000/min. Der Motor hat ein max Drehmoment von rund 3.260 Nm.
Um den Elektroantrieb optimal zu dimensionieren, haben Forschende der Berner Fachhochschule am Institut für Energie- und Mobilitätsforschung das herkömmliche Modell mit vielerlei Sensoren bestückt, damit zahlreiche Messdaten gewonnen werden konnten. Unter anderem das nötige Drehmoment an der Kardanwelle sowie die Leistungsabgabe des Motors zusammen mit dem jeweiligen Fahrzustand und den GPS-Daten des Fahrzeugs gemessen.
Das BFH-Zentrum Energiespeicherung befasste sich daraufhin mit der Evaluation geeigneter Batteriezellen und der Kühlung eines Batteriemoduls. So wurden die passenden Li-Ionen-Zellen herausgesucht und eines der mit den ausgewählten Batteriezellen konfektionierten Batteriemodule in einer speziellen, in einem Schiffscontainer untergebrachten Testanlage, geprüft.
Um die Langlebigkeit und Robustheit der Technik zu gewährleisten, wurden von der NTB Interstaatlichen Hochschule für Technik Buchs Erschütterungen des Diesel-Muldenkippers im realen Einsatz und die Wärmeabgabe der Batteriezellen des künftigen eDumpers untersucht. Das NTB-Forscherteam konzipierte auch das Thermomanagement für das Batteriepaket, berechnete die nötige Stärke der Batteriehalterung und die Auslegung der Schweissnähte. Ihm obliegt auch die Überwachung der eDumper-Batterie im realen Einsatz.
Damit die Brandsicherheit einer derart grossen Batteriezelle gewährleistet ist, untersuchten Empa-Forscher schliesslich das Verhalten der verwendeten Li-Ionenzellen im Falle eines Kurzschlusses oder einer mechanischen Beschädigung. Nie zuvor ist ein Landfahrzeug mit einem solch gewaltigen Akkupaket bestückt worden. Der eDumper wurde so konstruiert, dass eine «durchgehende» Zelle keine Nachbarzellen in Mitleidenschaft ziehen kann.
Der tägliche Energieüberschuss beträgt rund 200 kWh
Möglich wird dies durch die Nutzung der Bremsenergie, die aufgefangen wird und genutzt wird, um die Akkus wieder aufzuladen. Dieses Prinzip existiert bei quasi allen Elektro- und Hybridfahrzeugen. Die Besonderheit des E-Dumpers besteht nun in der smarten Umsetzung. Denn der Transporter fährt stets schwer beladen den Hang hinab – und leer wieder hinauf. Noch nie wurde ein Fahrzeug dieser Leistungsklasse gebaut, das unter rauhesten Umweltbedingungen voll beladen Steigungen bis 13 Prozent bewältigen kann, damit die Stromspeicher von 700 kWh, mit elektrischen Strömen bis zu 3.000 Amperes belastet, bei den Talfahren aber auch um je 40 kWh auflädt, und dabei als Energie Plus Fahrzeug unterwegs ist. Den Berechnungen der beteiligten Entwickler zufolge hat dies den Effekt, dass auf der Abfahrt mehr Energie gewonnen wird als bei der Fahrt den Berg hinauf. Pro Tag mit jeweils zwanzig Fahrten soll so immerhin ein Überschuss von 200 Kwh gewonnen werden.
Das Stromspeicherpaket weist ein Gewicht von rund 4,5 Tonnen auf und besteht aus 1.440 Nickel-Mangan-Kobalt-Zellen. Das ist so viel wie acht Exemplare des Tesla Model S.
Industriepartner aus der Schweiz
Nicht nur die Konzeption des eDumper geschah in der Schweiz, auch die schliesslich verbauten Komponenten stammen zum Teil von schweizerischen mittelständischen Unternehmen. Der eigentliche Umbau erfolgte bei der Kuhn Schweiz AG in Lommis (TG) und Heimberg (BE). Sowohl der Synchron-Antriebsmotor (Oswald Motoren GmbH), Getriebe (Puls Getriebe GmbH), Batterien (Lithium Storage GmbH) und Inverter (Aradex AG) sind allesamt Spezialanfertigungen auf der Basis industrieller Produkte der neuesten Generation. Sie wurden im September/Oktober 2017 in das leere Chassis des Komatsu HD 605-7 eingebaut. Die Hydropumpen für Lamellen-Bremsanlage, Kippantrieb, Servounterstützung, Vorspannung der Hilfsbremsanlage werden von einem weiteren Elektromotor mit 200 kW Leistung aus dem Berner Oberland (Brienzer Motoren AG) angetrieben.
