Theorie des Schnittes

Der erste Schritt bei der mechanisierten Mulchtechnologie ist das Abtrennen der aufgewachsenen Vegetation von ihren Wurzelstümpfen oder Trieben, möglichst ohne das Wurzelsystem zu schädigen [DENICH ET AL. 1998; WIESENMÜLLER

1999].

PERSSON (1987) erklärt, dass die für den Schnitt des Materials bestimmenden Eigenschaften durch seine Widerstandsfähigkeit gegen Stauchung, Spannung, Biegung, Scherung sowie Dichte, Bruch und Adhäsion determiniert werden. Dies wird hauptsächlich durch den Pflanzentyp, das Alter, den Feuchtegehalt wie auch die zelluläre Struktur beeinflusst. Dieses muss insofern Berücksichtigung finden, als das Alter der zu fällenden Sekundärvegetation insgesamt wie auch in Einzelpflanzen variieren kann. Es stehen nach PERSSON (1987) ganz allgemein verschiedene Schneidwerkzeuge in unterschiedlicher Anordnung zur Auswahl, die für verschiedene Materialien optimal ausgewählt werden können. Dabei ist das Material des Schneidwerkzeuges ebenso zu berücksichtigen, wie auch die Ausführung und Anordnung der Schneide und Gegenschneide [DOBLER 1972]. Da sich die Brachevegetation aus verschiedensten Pflanzenarten mit verschiedensten Widerstandsfähigkeiten gegen die genannten mechanischen Beanspruchungen zusammensetzt, kann die Auswahl eines geeigneten Schneidwerkzeuges nicht in jeder Hinsicht optimal ausgestaltet sein. Die Optimierung kann jedoch zunächst nur experimentell erfolgen, da die Unterschiedlichkeit der Vegetation keine eindeutige Aussage über die voraussichtlich optimale Schneidwerkzeugform zulässt. Einige grundlegende Bedingungen können jedoch definiert werden.

Die Anwendung modernster Schneidverfahren wie z.B. Plasmaschneiden, Wasserstrahlschneiden oder Laserschneiden lässt sich zur Abtrennung von Sekundärvegetation, sofern überhaupt geeignet, nicht realisieren. Zum Einen ist davon auszugehen, dass die Brandgefahr bei Anwendung thermischer Schneidverfahren zu hohe Feuergefahr bei der Bearbeitung von Bracheflächen in sich bergen würde, zum Anderen ist die Anwendung von Hochtechnologie in technisch wenig entwickelten Regionen grundsätzlich problematisch, da die

fachgerechte Wartung eines solchen Schneidaggregats durch die lokalen Anwender praktisch unmöglich sein wird. Zur Auswahl eines geeigneten Schneidverfahrens verbleiben also nur die konventionellen Verfahren, die mit entsprechenden Schneidwerkzeugen arbeiten. Abbildung 2 zeigt eine Auswahl spanlos arbeitender Schneidverfahren und Werkzeuganordnungen für das Schneiden pflanzlichen Materials.

Abbildung 2: Auswahl von spanlosen Schneidverfahren und Werkzeuganordnungen für das Schneiden pflanzlichen Materials [NACH PERSSON (1987), ERWEITERT NACH BÄRISCH ET AL. 1982].

Bei einer Mechanisierung der Fällung der Vegetation kommen linear arbeitende Verfahren nicht in Frage. Starre Messer ohne Antrieb sind aufgrund der notwendigen Schnittgeschwindigkeiten in krautigem oder grasigem Material nicht einsetzbar [PERSSON 1987]. In einer kontinuierlich vorwärtsfahrenden Maschine können die spanlos arbeitenden, nicht-kontinuierlichen Verfahren, wie Scherenschnitte mit langsam arbeitenden Scheren, ebenfalls nicht eingesetzt werden, da das zu schneidende Material der Maschine schneller zugeführt würde,

spanlose Verfahren Spanlos arbeitende Werkzeuge trennen Pflanzenmaterial durch Messer- oder Scherenschnitt längs

oder quer zum Faserverlauf.

als diese es trennen könnte. Weiterhin erläutern BÄRISCH ET AL. (1982), dass die erforderliche maximale Schnittkraft bei Scherenschnitten in Holz linear mit dem Durchmesser der Stämme ansteigt. Es nimmt mit einem Anstieg der Rohdichte von 1 % die maximale Schnittkraft um ca. 0,6 % zu. Der wesentliche Nachteil bei scherenden Schnitten in Holz sind nach BÄRISCH ET AL. (1982) der hohe Schnittkraftbedarf und die geringe Schnittqualität bei schlecht instandgesetzten Werkzeugen. Dabei kommt es zu Faserstauchungen, Rissbildungen und Splitterung des Holzes. Daher können auch kontinuierlich arbeitende scherenartige Schneidverfahren wie zum Beispiel Messerbalken mit schnell oszillierender Bewegung ausgeschlossen werden, da das Vorhandensein stärkerer, harter Baumarten von bis zu 10 cm Durchmesser den Einsatz eines solchen Schneidverfahrens nicht geeignet erscheinen lässt.

Die verbleibenden spanlosen Schneidverfahren mit zirkulär umlaufenden Werkzeugen können in Verfahren mit horizontaler und vertikaler Achse der Schneidwerkzeuge eingeteilt werden. PERSSON (1987) beschreibt Schneidwerke, die mit auf horizontaler oder vertikaler Achse angeordneten Werkzeugen arbeiten.

Die Werkzeuge können je nach Umfangsgeschwindigkeit beweglich oder starr angeordnet sein. Es kann jedoch aufgrund der zu erwartenden Materialstärken in der Vegetation davon ausgegangen werden, dass gerade holzige Pflanzenteile mit den genannten Schneidverfahren nicht optimal abgetrennt werden können. Die Daten der o.a. Tabelle 2 für den Kreiselmulcher „Super Tatu“, der nach diesem Verfahren arbeitet, belegen dies.

Die folgende Abbildung 3 zeigt eine Auswahl spanender Schneidverfahren.

Die spanenden linearen Verfahren wie Gattersägen und Bandsägen werden überwiegend im stationären Einsatz verwendet. Zum Trennen holzigen Materials in mobilen Maschinen ist die Verwendung von Sägeblättern und Sägeketten ein Standardverfahren. Der Einsatz von Sägeketten verlangt jedoch den Einsatz in relativ erdstaubarmer Umgebung, wenn man hohe Standzeiten einer Sägekette erreichen will. Gerade in der brasilianischen Trockenperiode herrschen staubige Arbeitsbedingungen vor, die den Einsatz von Sägeketten nicht sinnvoll erscheinen lassen. Des weiteren ist bei dem bodennahen Abtrennen der Vegetation davon auszugehen, dass sich durch den Regen hochgespritzter Sand und Erde gerade an den unteren Teilen der Bäume abgelagert hat. Daher soll im folgenden nur auf die Verwendung von Sägeblättern eingegangen werden.

Abbildung 3: Auswahl von spanenden Schneidverfahren und Werkzeuganordnungen für das Schneiden pflanzlichen Materials [NACH PERSSON (1987),

ERWEITERT NACH BÄRISCH ET AL. 1982].

HARZMANN (1988) verweist auf verschiedene Optima der Schnittgeschwindigkeit bei der Bearbeitung tropischer Hölzer in Abhängigkeit von der bearbeiteten Pflanzenspezies. Diese Optima sind jedoch im Einsatz in gemischt strukturierter Vegetation verschiedenster Spezies nicht realisierbar. Es muss daher eine Schnittgeschwindigkeit angestrebt werden, die einen Kompromiss darstellt und allen Anforderungen bestmöglich gerecht wird. Man kann aufgrund der bei Sägeblättern üblichen Schnittgeschwindigkeiten von 55 bis 75 m/s [BÄRISCH ET AL. 1982] davon ausgehen, dass auch grasiges und krautiges Material im freien Schnitt abgetrennt wird. Auch wenn TUCK (1976) [nach PERSSON 1987] die minimale Schnittgeschwindigkeit für den Schnitt von Gras mit Rotationsmähwerken mit etwa 70 m/s angibt, berichtet CHANCELLOR (1987) [nach PERSSON 1987] von mindestens 10 m/s, in Einzelfällen von 20 bis 25 m/s.

Niedrigere Schnittgeschwindigkeiten können in Kauf genommen werden, wenn die Schnitthöhe reduziert wird. Selbst wenn die Schnittgeschwindigkeit für Sägeblätter konstruktiv an der von BÄRISCH ET AL. (1982) genannten unteren

spanende Verfahren

Sägewerkzeuge, die auf einer Kreisbahn rotieren, sich geradlinig hin- und herbewegen oder als endloses Band oder Kette umlaufen.

Fräswerkzeuge, die entsprechend der Arbeitsaufgabe als einteilige oder mehrteilige Werkzeuge zur Anwendung kommen.

zirkulär linear

Häckselmesser Fräsmesser Hobelmesser

Sägeketten Kreissägeblätter Gattersägeblätter

Bandsägeblätter

Grenze von 55 m/s angesetzt sein sollte, kann nach diesen Daten immer noch von einem hinreichend sauberen Schnitt für grasiges und krautiges Material ausgegangen werden. Zu beachten ist hierbei allerdings, dass die Zahl der Zähne auf dem Sägeblatt so gering sein sollte, dass auch bei höherer Schnittgeschwindigkeit das grasige Material noch zwischen die Zahnzwischenräume gelangen und geschnitten werden kann. Eine hohe Zahnzahl in Verbindung mit einer hohen Umfangsgeschwindigkeit des Sägeblattes kann dazu führen, dass das Zeitfenster zu klein wird, in dem der Grashalm von den Sägezähnen erfasst werden kann [BEHN 1998]. Die Drehzahl der Sägeblätter kann nicht frei gewählt werden, da besonders in hohen Drehzahlbereichen, abhängig von der Stärke der Blätter, Resonanzschwingungen auftreten können, die sich negativ auf die Stabilität der Sägeblätter auswirken [FELDE 1980, CHABRIER &

MARTIN 1999, IORAS ET AL. 2002].