Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG

XALT Energy und Freudenberg Battery Power Systems, beides Tochtergesellschaften von Freudenberg Sealing Technologies, Weinheim, arbeiten erfolgreich mit MacLean Engineering zusammen, dem größten kanadischen Hersteller von Bergbaumaschinen. Ziel ist es, den Einsatz von sauberer, batterieelektrischer Energie für den Betrieb von mobilen Maschinen im Untertagebergbau zu fördern.

MacLean möchte seine schweren batterieelektrischen Bergbaumaschinen der EV-Series™ mit Gesteinsbrechern, Auslegerfahrzeugen, Sprengstoffladern, Maschinen für den Streckenvortrieb, Kassettenträgern, Straßenplaniermaschinen, Betonfahrzeugen und -spritzen sowie weitere Geräte emissionsfrei und dabei sicher und kosteneffizient betreiben. Hier kommt der Batterie-Subpack XMP76P von Freudenberg Battery Power Systems zum Einsatz, denn er bietet eine enorme Flexibilität bei der Konstruktion. Mehr als 30 Fahrzeugtypen hat MacLean bereits für das Freudenberg-Batteriesystem konfiguriert (Bild 1).

„Wir freuen uns, die EV-Series von Mac-Lean mit einer leistungsstarken Batterie-lösung unterstützen zu können, die den Energieanforderungen im rauen Bergbauumfeld unter Tage gerecht wird“, so Nils Martens, Senior Vice President der Division Battery & Fuel Cell Systems von Freudenberg Sealing Technologies. „Der XMP76P erfüllt alle Anforderungen des Kunden und ist Wegbereiter für einen sauberen, sicheren und nachhaltigen Bergbau.“

Der zum XPAND-Modular-Pack-Portfolio von Freudenberg gehörende XMP76P wird mit hochwertiger Lithium-Ionen-Zellentechnologie von XALT Energy betrieben. Um ein Energieniveau von mehr als 106 kWh pro Fahrzeug zu erreichen, setzt MacLean mehrere Subpacks in Serie ein. MacLean liefert bereits seit fünf Jahren batterieelektrische Maschinen an Bergbauunternehmen in Kanada. Nun will MacLean mit den Premium-Batterien von Freudenberg Kunden auf der ganzen Welt eine dieselfreie Flottenlösung anbieten.

„Während Klimawandel und steigende CO₂-Emissionen weltweit den Einsatz batterieelektrischer Antriebe vorantreiben, befindet sich der Bergbau in einer besonderen Situation“, so Patrick Marshall, Vice President Product Management bei MacLean. „Auf der einen Seite steigt die Nachfrage nach Erzen und Mineralien, die die Entwicklung von emissionsfreien, elektrischen Fahrzeugen und Maschinen unterstützen. Auf der anderen Seite könnten die steigenden Emissionen bei der Gewinnung dieser Ressourcen ohne eine Umstellung auf einen CO₂-neutralen Bergbaubetrieb jegliche Umweltvorteile zunichtemachen.“

MacLean hat die EV-Series 2016 auf den Markt gebracht und das Portfolio seitdem kontinuierlich vergrößert. Zuletzt wurde die Reihe 2021 um einen knickgelenkten Schwerlast-Spritzbetonierer und einen Grader erweitert, die speziell für die rauen Bedingungen im Untertagebergbau konzipiert wurden. Doch die Vorteile sämtlicher batteriebetriebener Fahrzeuge von MacLean gehen weit über die Umweltziele hinaus.

Die Elektrifizierung von Maschinen für den Hartgesteinstiefbau hat viele positive Facetten. „Das ist eine wahre Schatztruhe an Vorteilen“, meint Marshall. „Elektrische Maschinen sind leiser, stoßen keine Dieselpartikel aus und schaffen eine gesündere, stressfreiere Umgebung für die Arbeitenden. Es lassen sich zudem enorme Einsparungen erzielen, weil die Kosten für unterirdische Belüftungssysteme sinken.“

Damit hilft MacLean mit den EV-Series seinen Kunden, ihre Nachhaltigkeitsziele zu erreichen und zukünftige Investitionen zu sichern. „Viele Bergbauunternehmen haben sich verpflichtet, bis 2050 CO₂-neutral zu werden, einige sogar schon bis zum Jahr 2030“, so Marshall. „Sie wollen bei wichtigen Leistungsindikatoren für Umwelt, Nachhaltigkeit und Unternehmensführung gut abschneiden, da dies für Investoren immer wichtiger wird. Nachdem die Regierungen im Einklang mit dem Pariser Abkommen neue CO₂-Emissionsstandards festgelegt haben, will auch die Bergbauindustrie ihren Teil dazu beizutragen.“

Deshalb war MacLean mit der -Bitte um Unterstützung an Freudenberg herangetreten. Die Batterie-Experten des Unternehmens hatten umgehend gemeinsam mit den MacLean-Ingenieuren geprüft, welche Energieanforderungen gestellt, welche Batterieträgersysteme benötigt wurden und wie die Konfigurationen aussahen. Am Ende entschied sich MacLean für den XMP76P-Subpack als optimale Lösung für den Antriebsstrang. Mehrere Subpacks werden dabei in Reihe geschaltet, um ein Energieniveau von über 106 kWh pro Fahrzeug zu erreichen.

Im Subpack XMP76P kommen 43-Ah-Hochleistungszellen von XALT in einer 2p24s-Architektur zum Einsatz, die insgesamt 7,6 kWh Energie liefern. Mit einer 6C-Entlade- und 3C-Ladefähigkeit ist der XMP76P ideal für Anwendungen mit hohen Anforderungen an Entlade-leistung und Rückspeisung. Jedes Subpack enthält VTB-Boards (Voltage Temperature Balancing), welche die Spannungen aller 24 Zellenpaare sowie die internen Packtemperaturen messen und den Zellenausgleich durchführen. Der XMP76P ist für die Verwendung mit der BDU (Battery Disconnect Unit) und der MCU (Master Control Unit) von XALT über den I/O-Port konzipiert.

Das flexible Gehäuse des Subpacks ermöglicht kundenspezifische elektrische und kältetechnische Schnittstellen. Das aktive Flüssigkeitskühlsystem sorgt für ideale Zelltemperaturen, die schnell auf einen Anstieg des Strombedarfs und der Umgebungstemperaturen reagieren.

„Wir sind sehr zufrieden mit der Leistung der Batterien, der Technologie-Roadmap von Freudenberg und der Unterstützung, die wir vom technischen Vertrieb des Unternehmens erhalten – und natürlich mit der Tatsache, dass wir jetzt eine internationale Lieferkette für unsere Elektrofahrzeuge haben. Wir sehen in dieser Partnerschaft ein großes Wachstumspotential“, so Marshall abschließend.

Weitere Informationen:
Freudenberg Sealing Technologies
www.fst.com
XALT Energy
www.xaltenergy.com

Für Atlas Copco, den weltweit führenden Anbieter von Gesteinsbohrhämmern, hat die Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG, Weinheim, ein neues Dichtungssystem entwickelt. Dadurch konnten die Wartungsintervalle einer neuen Maschinengeneration im harten Untertageeinsatz verdoppelt werden. Die Serienproduktion der COP MD20 im schwedischen Örebro ist nun angelaufen (Bild 1).

Bis zu 140 Mal pro Sekunde trifft der Bohrmeißel mit einer Kraft von 25 t auf die Gesteinsoberfläche. Seine Aufgabe: 80 Löcher zu bohren, in die anschließend die Sprengladungen kommen, mit denen Versorgungstunnel im Untertagebergbau oder im Straßenbau in den Fels gesprengt werden. Angetrieben wird der Meißel von einem Gesteinsbohrhammer. Um die Betriebskosten solcher Bohrhämmer niedrig zu halten, sind zwei Faktoren ausschlaggebend. Einerseits müssen die Löcher auch in hartem Gestein wie Granit sehr schnell gebohrt werden, was den Einsatz sehr hoher Kräfte bedingt. Andererseits sollen trotz der hohen Kräfte die Wartungsintervalle gesteigert werden. Bei der Entwicklung der neuen Maschine COP MD20 hat Atlas Copco den Zielkonflikt gelöst: Bei unverminderter Vortriebsleistung konnten die Wartungsintervalle verdoppelt werden.

Die Schlüsselkomponente dafür war der Einsatz eines neuen Dichtungssystems von Freudenberg Sealing Technologies. Denn die metallischen Bauteile – insbesondere der Kolben, der den Meißel antreibt – waren zuvor bereits optimiert worden, etwa durch den Einsatz hochfester Speziallegierungen. Doch die insbesondere beim Rückfahren des Meißels auftretenden Kräfte sind so hoch, dass sie auch die Dichtungen im Hochdruck-Hydrauliksystem stark belasten. Tritt an diesen Dichtungen Verschleiß auf, kann es zu Leckagen kommen, die das Verhältnis von einzusetzender Energie und Bohrkraft sehr negativ beeinflussen – sprich die Systemeffizienz sinkt.

In einem von Freudenberg Sealing Technologies initiierten Workshop fanden die Entwickler die genaue Ursache für den Dichtungsverschleiß heraus. Die Dichtungen werden nicht nur durch die Längsbewegung des Kolbens beansprucht, sondern werden von diesem gleichzeitig in eine Rotationsbewegung versetzt. Die Analysen zeigten, dass sich eine der Radialwellen-Dichtungen relativ konstant mit 300 bis 400 min^-1 bewegt, darauf aber nicht ausgelegt war. Für die COP MD20 entwickelten die Freudenberg-Ingenieure deshalb eine Speziallösung mit einer veränderten Konstruktion sowie einem neuen Materialmix. Anschließende Tests auf dem Prüfstand sowie mit sechs Versuchsträgern, die sich unter Tage in Australien, Schweden, Spanien und Portugal bewähren mussten, erbrachten den Nachweis, dass die Lebensdauer der entscheidenden Dichtung deutlich verlängert werden konnte.

Der neue Gesteinsbohrhammer COP MD20 von Atlas Copco wird seit Anfang 2017 in Örebro in Serie produziert. Freudenberg Sealing Technologies ist Alleinlieferant für alle 30 Dichtungen, die in der neuen Maschinengeneration zum Einsatz kommen. Dazu gehören neben zahlreichen Komponenten im Hydrauliksystem auch die Gehäusedichtungen, die dafür sorgen, dass weder Bohrstaub noch Feuchtigkeit eindringen.

In die Entwicklung des Dichtungssystems für die COP MD20 waren Freudenberg-Experten aus Hamburg, Schwalmstadt und Weinheim sowie aus Schweden eingebunden. Das gesamte Projekt folgte dem von Freudenberg Sealing Technologies definierten Innovationsprozess. Es begann mit einem gemeinsamen Ideen-Workshop von Kunde und Zulieferer, setzte sich in einem fünfstufigen Entwicklungsprozess fort und endete mit der Produktion einer bahnbrechenden Innovation.

Weitere Informationen:
Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG
www.fst.com