Eidg. Anstalt für das forstliche Versuchswesen, CH-8903 Birmensdorf
Nr.159, 1976
Separatdruck aus «Der Schweizer Förster» 112 (1976) 6: 225-232
Funk und seine Anwendung in der Forstwirtschaft*
Von R. Litscher, Eidgenössische Anstalt für das forstliche Versuchswesen, Birmensdorf ZH
Einleitung
Bereits vor rund fünfzehn Jahren erprobte man in Seilkran-Versuchen den Einsatz von Funkgeräten. Die damaligen unhandlichen Geräte erwiesen sich aber als zu wenig betriebssicher. Dank den Fortschritten in der Elektronik stehen uns heute wesentlich kompaktere, wenig störungsempfindliche und preislich günstige Funkanlagen zur Verfügung. Die Beweggründe für die Verwendung von drahtlosen übermittlungsanlagen sind vorwiegend wirt- schaftlicher Art; oft geht es zudem darum, gewisse Arbeiten zu vereinfachen, zu erleichtern oder sicherer zu gestalten.
Die nachfolgenden Ausführungen basieren nicht auf experimentellen Arbei- ten. Es wird lediglich versucht, neben einer kurzen Einführung die forst- lichen Verwendungsmöglichkeiten aufzuzeigen.
Begriffe
Was ist Funk? Funk ist die Nutzbarmachung elektromagnetischer Wellen zur Nachrichtenübermittlung, Bildübertragung und Fernsteuerung von Anlagen.
* Für die fachliche Unterstützung danken wir der Sektion Frequenzverwaltung und Senderegal GDT, PTT, Bern.
Zur Erzeugung und Abstrahlung bzw. zum Empfang der Wellen werden Sende- und Empfangsgeräte benötigt.
In der Technik wird unter einer Welle oder Schwingung eine fortschreitende Bewegung verstanden, welche von Null ausgehend über Höchst- und Tiefst- wert zur Nullinie zurückkehrt.
Abb.1 Sinusförmige Welle
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen beträgt - unabhängig von der Wellenlänge - rund 300 000 km/sec, was 7½ mal dem Erdumfang entspricht. Im Raum breiten sich die Wellen im allgemeinen kugelförmig aus und schwächen sich dabei immer mehr ab.
Als Frequenz wird die Anzahl der Schwingungen einer Welle pro Zeiteinheit (normalerweise pro Sekunde) bezeichnet. Die Maßeinheit Hertz (Hz) - ge- bräuchlicher sind Kilo-Hertz (kHz
=
1000 Schwingungen pro Sekunde) und Mega-Hertz (MHz) - ehrt einen Physiker dieses Namens.Eine gleichbleibende Welle erzeugt in einem Empfangsgerät keine hörbare Wirkung. Soll z. B. ein Ton übertragen werden, so müssen wir mit diesem die Welle verändern (
=
modulieren). Entweder wird die Trägerwelle bei gleichbleibender Frequenz in ihrer Amplitudenhöhe oder bei gleichbleibender Amplitude in ihrer Frequenz verändert.Abb. 2 Modulierte Wellen
Frequenzmodulierter Träger FM Amplitudenmodulierter Träger AM
Die Anzahl nebeneinanderliegender Wellen ist theoretisch unendlich groß.
Da jedoch zwischen zwei unabhängigen Trägerwellen ein mehr oder weniger großer Frequenzabstand eingehalten werden muß und das nutzbare Frequenz- spektrum beschränkt ist, kann nur eine begrenzte Anzahl Anlagen neben- einander betrieben werden. Aufgrund internationaler Verträge werden den verschiedenen Bedarfsträgern (Radio, Fernsehen, Amateure usw.) genau ab-
gegrenzte Frequenzbereiche zugewiesen. Diese Bereiche werden noch in Kanäle mit bestimmter Bandbreite unterteilt, die schließlich als Verbindungs- wege dienen. Jedem Kanal ist normalerweise eine Trägerfrequenz zugeordnet.
Gesetzliche Regelung
Die Funkhoheit in der Schweiz liegt beim Bund; sie wird durch die PTT ausgeübt. Von einigen Ausnahmen abgesehen amten die Generaldirektion der PTT oder ihre nachgeordneten Stellen als Konzessionsbehörde. Grundsätz- lich sind alle Anlagen konzessionspflichtig: «Das Erstellen, Betreiben und Benützen von Anlagen und Einrichtungen, die der radioelektrischen Zeichen-, Bild- oder Lautübertragung dienen, ist konzessionspflichtig.» Die Konzession ist zu erwerben, bevor eine Anlage erstellt oder betrieben wird. Das Kon- zessionsgesuch ist schriftlich mit besonderem Formular bei der Kreistelephon- direktion einzureichen. Die Anlagen müssen von den PTT-Betrieben typen- genehmigt sein
*.
Ein Anrecht auf eine Konzession kann nicht geltend gemacht werden. Diese wird jedoch i. a. erteilt, wenn eine drahtelektrische Verbindung unmöglich oder unzweckmäßig ist und ein hinreichendes Bedürfnis besteht. Ein solches ist namentlich nachgewiesen beim Einsatz von Anlagen für:
a) die Rettung von Menschen aus Gefahrensituationen;
b) die Verhütung von Unfällen;
c) die Sicherung bedeutender Sachwerte;
d) Die Verhinderung oder Verfolgung strafbarer Handlungen;
e) die wesentliche Erleichterung von Dienstleistungen und Arbeitsvorgängen.
Die Radiosendekonzessionen sind in verschiedene Klassen aufgeteilt, wobei uns· hier nur die Klasse A für Anlagen zu betrieblichen Zwecken interessiert.
Je ausgewiesener das Bedürfnis und das Sicherheitsrisiko sind, desto. eher erhält der Antragsteller einen Kanal in einem optimalen Frequenzbereich zugeteilt.
Exklusivfrequenzen (Klasse A 1) kommen infolge Frequenzmangel für die Forstwirtschaft nicht in Frage. Dagegen ist es möglich, für gewisse Zwecke eine Konzession A 2 für Gemeinschaftsfrequenzen mit beschränkter Bele- gungsdichte zu erlangen. In der Klasse A 3 für Anlagen auf Sammelfrequen- zen werden Konzessionen ohne Rücksicht auf die gegenseitigen Störungs- möglichkeiten erteilt; solche Konzessionen sind für forstliche Zwecke ohne weiteres erhältlich.
Neben einer einmaligen Behandlungsgebühr von Fr. 100.- für Klasse A 2 und Fr. 50.- für Klasse A 3 wird pro Gerät eine monatliche Regalgebühr erhoben.
In der Klasse A 2 beträgt diese je nach Kategorie, Orts- oder Fernverkehr Fr. 1.50 bis Fr. 37.-, in der Klasse A 3 Fr. 3.50.
* A lOi Allgemeine Bestimmungen und Konzessionsordnung, Generaldirektion PTT, Bern.
Einsatzmöglichkeiten in der Forstwirtschaft
In der Schweiz dürfte sich ein allfälliger Funkeinsatz vor allem innerhalb der Forstbetriebe abspielen. Funknetze über Forstkreise oder ganze Regionen aus forstpolizeilichen oder Forstschutzgründen (z. B. Waldbrandbekämpfung) ent- sprechen wohl nur in Ausnahmefällen einem Bedürfnis.
Je nach der Größe des Betriebes kommt ein Funkeinsatz nur bei der eigent- lichen Arbeitsausführung, beispielsweise als Verständigungsmittel beim Rük- ken mit Seilkranen und Traktoren oder zur Fernbedienung von Seilgeräten, in Frage.
Die Verwendung des Sprechfunks im organisatorischen Bereich wird sich wohl auf größere Betriebe beschränken. Unseres Wissens sind zurzeit Funkanlagen nur bei größeren Baustellen (Straßenbau, Lawinen- und Bachverbauungen) im Einsatz, nicht dagegen als Mittel der Betriebsführung und für die Koordi- nation des Maschineneinsatzes.
Sprechfunk
Eine kürzlich von der Gruppe Holzernte und Transport der EAFV durchge- führte Umfrage zeigte, daß die Verwendung von Funkgeräten bei den Seilkran- arbeiten schon ziemlich gebräuchlich ist. Aus den Antworten von 18 Forst- betrieben und -Unternehmern, welche mit Funk arbeiten, ergab sich folgendes:
Die Mehrzahl kaufte zuerst die billigen, sogenannten J edermannsfunkgeräte (27,005 bis 27,135 MHz), stellte jedoch rasch fest, daß diese den gestellten Anforderungen nicht entsprachen. Heute setzen 60 % der Auskunftspersonen Geräte im 11-m-Band (27,425 bis 27,485 MHz, Klasse A 3 für berufliche Ver- wendung) und 40 % solche im 2-m-Band (160-MHz-Bereich, Klasse A 2) ein.
Erstere werden auf Distanzen bis 700 m und günstigen Geländeverhältnissen als sicher bezeichnet. Mit den teureren Geräten im 2-m-Band lassen sich auch in topographisch schwierigem Gelände Distanzen bis 2 km überwinden; für günstige Bedingungen wurden Reichweiten bis 40 km angegeben. Für diese Geräte sprechen ferner: höhere zugelassene Sender-Ausgangsleistung, Heli- flex-Antenne (in Gummi eingebettete Federspirale), stärkeres Gehäuse und geringere Reparaturanfälligkeit.
Die Funkgeräte werden, gemäß besagter Umfrage, vor allem bei den In- stallationsarbeiten eingesetzt. Beim Seilkranbetrieb wird nur bei geringem Holzanfall teilweise mit Funk allein gearbeitet, bei größeren Schlägen dient der Funk als zusätzliche Verbindung neben dem Telefon. Die Benützer der Funkanlagen sind der Ansicht, daß sich deren Anschaffung innert kurzer Zeit bezahlt macht.
In uns nicht bekanntem Ausmaß wird der Sprechfunk auch beim Rücken mit dem Traktor, vornehmlich in steilem Gelände, eingesetzt. Mit Funk wird meist nur gearbeitet, wenn die Sicht zwischen Fahrer und Gehilfe durch Gelände, Bestand oder Nebel unterbrochen ist. Teure Geräte kommen für periodische Einsätze nicht in Frage, billige Geräte sind, wie bereits erwähnt, aber un- tauglich. Funkgeräte in der Preisklasse Fr. 500.- (Klasse A 3 für berufliche
Verwendung), mit biegsamer Antenne, sollten in den meisten Fällen den ge- stellten Anforderungen genügen. Neben der Zeitersparnis muß sicher auch die erhöhte Arbeitssicherheit in Rechnung gestellt werden.
Sprechfunkverbindung beim Aufziehen mit der Traktorseilwinde am Steilhang
Fernsteuerung
Vor zwanzig Jahren wurden in Süddeutschland Versuche mit einer durch Ultraschall ferngesteuerten Seilwinde durchgeführt. Diese Übertragungsart bewährte sich indessen nicht. Heute hat die Funkfernsteuerung einen Stand erreicht, der einen störungsfreien Betrieb erwarten läßt. Die Vorteile der Fernsteuerung sind mannigfaltig: Einsparung von Arbeitskräften, Erleichte- rung der Rückearbeiten, Verminderung der Unfallgefahr und Reduktion der Schäden am verbleibenden Bestand sowie an den eingesetzten Arbeitsmitteln.
Die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes - besonders bei den Traktorseilwinden - ist allerdings umstritten. Dies hängt damit zusammen, daß einerseits die An- schaffungskosten relativ hoch sind, was eine große jährliche Auslastung be-.
Sender für funkgesteuerte Seilwinde (Werkfoto HSM)
dingt und anderseits Leistungsvergleiche meist zwischen der Einmannarbeit mit und ohne Fernbedienung angestellt werden. Ferner fällt es schwer, die geringeren Rückeschäden und die größere Arbeitssicherheit in Franken und Rappen auszudrücken.
Zur Fernbedienung von Arbeitsmitteln (Seilwinden usw.) werden Sender und Empfänger benötigt. Der Empfänger setzt die vom Sender ausgestrahlten
Befehle (elektrische Schwingungen, Impulse) mittels entsprechender Schalt- elemente in Arbeitsfunktionen um. Unter den Seilwinden eignen sich die hydraulisch und pneumatisch gesteuerten besonders gut für den Einbau einer Fernbedienung. Funkgesteuerte Kleinseilwinden mit eigenem Antrieb wie beispielsweise die Radiotir-Winde sind vor allem in Skandinavien in großer Zahl beim Vorrücken auf die Rückegassen im Einsatz. Die Verwendung solcher Winden in Hanglagen könnte möglicherweise bei uns vorteilhaft sein, allerdings müssen diese über eine Rücklaufsperre (Bremse) verfügen. Für die Fernsteuerung von Traktorseilwinden werden bereits verschiedene Funk- anlagen angeboten. Unserer Ansicht nach ist es jedoch wenig sinnvoll, billige Anbauseilwinden mit einer Fernsteuerung auszurüsten, deren Anschaffungs- kosten diejenigen der Winde übersteigen.
Anfangs der sechziger Jahre wurde in Norwegen die erste funkgesteuerte Seilkrananlage entwickelt, welche 1968 versuchsweise im Berner Oberland zum Einsatz kam. Mit dieser Anlage sollte sowohl der Maschinist eingespart als auch das gleichzeitige Fällen und Seilen ermöglicht werden. Als Bedie- nungsmannschaft sind zwei Holzhauer im Bestand und ein Mann am Ent- lade-/ Aufarbeitungsplatz vorgesehen. Die hohen Anschaffungskosten, das un- gewohnte Arbeitsverfahren als auch die Notwendigkeit der Verwendung eines umlaufenden Zugseiles dürften für die geringe Verbreitung dieses Seilkranes verantwortlich sein. Nach wie vor besteht jedoch ein Interesse an der Fern- steuerung von Seilanlagen, insbesondere bei Kippmastseilkranen. Ob eine Seilwinden-Fernbedienung bei der Arbeit mit offenem Zugseil (Gravitations- system) möglich ist, muß eher bezweifelt werden, denn eine dauernde Sicht- kontrolle der Seilauf- und -abwicklung auf der Trommel erscheint hier un- umgänglich.
Laut Auskünften der PTT sind diese wenig geneigt, für forstliche Fern- steuermvgen (Fernwirkanlagen) eine Konzession in den Klassen A 1 oder A 2 zu erteilen. Jene sollen in die Klasse A 3 eingeteilt werden. Die Sicherheit solcher Anlagen muß durch funktechnische Maßnahmen gewährleistet werden.
Betriebssicherheit
Störungen und Unterbrüche bei den Funkverbindungen können durch die Geräte selost, durch das Gelände und andere Umwelteinflüsse sowie den Funkverkehr von Dritten bedingt sein. Es darf angenommen werden, daß bei sorgfältiger Wartung die Betriebssicherheit-der Geräte mit deren Anschaf- fungspreis in enger Beziehung steht. Mit Kinder-«Walkie-Talkies» läßt sich wohl im Wald nicht arbeiten.
Infolge der gradlinigen Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen tritt die Topographie immer wieder als Störfaktor auf. Der Begriff «Funkschatten»
dürfte allgemein bekannt sein. Oft ist es jedoch möglich, Funkverbindungen ohne direkte Sicht herzustellen. Dies läßt sich am besten mit Ultrakurzwellen (Frequenzen über 30 MHz) erreichen, da diese unter bestimmten Bedin- gungen an Felswänden usw. reflektiert oder an Bergkanten gebogen werden.
Durch das Zusammenwirken der auf verschiedenen Wegen eintreffenden
Wellen können Störungen entstehen, welche oft durch geringe Standorts- veränderungen von nur wenigen Metern behoben werden können. Bessere Verbindungen würden sich auch durch den Einsatz von Relaisstationen sowie die Erhöhung der Senderausgangsleistung ergeben. Dies ist jedoch aus tech- nischen Gründen bzw. aufgrund der Konzessionsvorschriften nicht möglich.
Die Witterungseinflüsse machen sich vor allem bei qualitativ schlechteren Geräten bemerkbar. Bei guten Anlagen im 2-m-Band wirken sie sich nur wenig aus.
Das Ausmaß der Störungen durch Dritte hängt von der Belegungsdichte der Trägerfrequenzen ab. Das 11-m-Band ist bekanntlich überlastet, so daß hier ständig mit Störungen gerechnet werden muß. Vorteilhaft sind daher Geräte mit zwei und mehr Kanälen, welche ein Ausweichen auf eine andere Fre- quenz jedoch meist nur innerhalb desselben Frequenzbereiches erlauben.
Zur Absicherung von Fernsteuerungen gegen das Einwirken fremder An- lagen gibt es verschiedene Möglichkeiten. So kann beispielsweise auf zwei Kanälen gleichzeitig gesendet werden, was jedoch technisch kompliziert und wenig zufriedenstellend ist. Besser ist im allgemeinen die verschlüsselte Modulation (Codierung) der Signale, d. h. die Übermittlung einer bestimmten Zeichen- oder Tonfolge, die vom Empfänger auch beim Vorhandensein von Störsignalen fremder Sender in der Regel identifiziert werden kann. Bei den modernen Seilwinden ist eine Totmannschaltung (Nullstellungszwang) einge- baut, d. h. beim Zuziehen der Last muß ein Hebel - oder im Falle der Fern- steuerung der Knopf - dauernd betätigt werden, ansonsten wird die Seilwinde gestoppt. Eine zusätzliche Sicherung kann bei der Fernsteuerung durch den Einbau eines Pilottones erreicht werden. Die Seilwinde arbeitet nur dann, wenn eine Funkverbindung zwischen Sender und Empfänger besteht, der Pilotton also nicht unterbrochen ist. Sofern diese technischen Möglichkeiten ausgenützt werden, bestehen keine Bedenken bezüglich der Sicherheit von Funkfernsteuerungen.
Ausblick
Infolge der meist guten überschaubarkeit unserer Forstbetriebe sowie des eher geringen Mechanisierungsgrades wird der dem Betriebsablauf dienende Funkverkehr in nächster Zeit kaum große Bedeutung erlangen. ·
Eine weitere Verbreitung des Sprechfunks ist dagegen beim Rücken, vorab mit dem Seilkran zu erwarten. Die bei gleicher Leistung und Zuverlässigkeit immer handlicher werdenden Geräte bringen den Arbeitern manche Er- leichterung.
Bei den derzeit hohen Anschaffungskosten für die Funkfernsteuerungen ist nicht mit deren schneller Einführung beim Rücken zu rechnen. Die vielfach schlechte Auslastung der Rückefahrzeuge sowie die momentane Arbeits- kräftesituation sprechen gegen die Anschaffung solcher Anlagen.
Funkfernsteuerungen bei Seilkrananlagen haben die praktische Bewährungs- probe noch vor sich; ob sich Gravitationsseilkrane für die Fernbedienung eignen, ist noch nicht abgeklärt.
