Verfahrenstechnik III: Unterlagen zur Vorlesung

(1)

Research Collection

Educational Material

Verfahrenstechnik III

Unterlagen zur Vorlesung

Author(s):

Heinimann, Hans-Rudolf Publication Date:

2001

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https://doi.org/10.3929/ethz-a-004177197

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(2)

Forstliches Ingenieurwesen

Verfahrenstechnik III

Analyse, Gestaltung und Steue- rung technischer Produktions- systeme

April 2001

Unterlagen zur Vorlesung

Prof. Dr. H.R. Heinimann

D-FOWI

Forstliches Ingenieurwesen

(3)

1. Einführung

1.1 Gegenstand

ÖKOSYSTEME TECHNISCHE SYSTEME SOZIALE SYSTEME Gestaltung

Verwirklichung Betrieb Produktionssysteme

Transportsysteme Ökosystem-

Management Erhaltung Gestaltung

Steuerung Nutzung

Handlungsgestaltung

"The world moves into the future as a result of decisions,

not as a result of plans"

[BOULDING, 1974]

Produktionssystem

"Konbination von Menschen, Maschinen und Anlagen, die durch gemeinsame Stoff-, Informations- und Energieflüsse zusammengebunden

sind"

[CHRYSSOLOURIS, 1992]

Im Zentrum der Forsttechnik steht die Gestaltung, Verwirklichung und die Steuerung resp. Nutzung forsttechnischer Produktionssys- teme. Jede technische Gestaltungs- und Steuerungsfunktion ist zwin- gend mit einer Entscheidungssitu- ation verbunden.

Kapital Ressourcen

Human Ressourcen

Produktionssystem Transport-

prozesse Bearbeitungs-

prozesse

Steuerungs- prozesse

Produktionssteuerung

Informations- Ressourcen Produktionsplanung

Programmplanung Strategische Planung

Bioressourcen (Waldbau)

Zugänglich- keit

Leistungen

Wirkungen

(Mensch, Umwelt)

Forstliche Produktionssysteme sind offen gegenüber der Umwelt.

Ihr Kern besteht im geordneten

Zusammenwirken von Bearbei-

tungs-, Transport- und Steue-

rungsvorgängen.

(4)

Begriffe

Produktionssystem Kombination von Menschen, Maschinen und An- lagen, die durch gemeinsame Material-, Informati- ons- und Energieflüsse verbunden sind (C

HRYSSOLOURIS

, 1992).

Prozess Strukturverändernder Vorgang, bei dem Stoffe, Energie oder Information umgeformt oder trans- portiert werden. Ein Prozess erzeugt eine Klasse von Resultaten.

Produktionsprozess Summe verschiedener Prozesse, die Rohmaterial in Produkte umwandeln und die dazu notwendi- gen Transportvorgänge besorgen. Ein Produkti- onsprozess vernetzt verschiedene Prozesse und wird deshalb auch Prozesskette oder Arbeitskette genannt.

1.2 Problemfelder

heute früher

nur ein Verfah-

ren möglich

Verfahren 1

Verfahren 2 Bearbeitungs- oder Transportaufgabe

Wahl geeigneter Produktionsprozesse als

Die Palette der Möglichkeiten für

die technische Lösung von Bear-

beitungs- und Transport- und

Steuerungsaufgaben ist äusserst

vielfältig geworden. Während frü-

her ein motor-manuelles Lösungs-

prinzip zur Verfügung stand, bie-

ten sich heute mehrere Lösungs-

prinzipien an.

(5)

100

75

50

25

Planung Ausführung

Kosten-Festlegung(%)

Entscheid

Verfahrenswahl

60-80% der Kosten werden im Rahmen von Planung und

Arbeitsvorbereitung vorbestimmt

Mit der Wahl eines bestimmten Produktionsverfahrens werden et- wa 70% der Wirkungen (tech- nisch, ökonomisch, ökologisch) festgelegt. Die Phase der Ausfüh- rung kann noch ca. 30% der Wir- kungen beeinflussen.

1.3 Lösungsansatz

Intuition

Erfahrung Funktionsanalyse

und -optimierung Systemanalyse

und -gestaltung Fliessgleichgewicht (Material, Information Werkzeuge ArbeitArbeit MaschinenArbeits- systemeProzesse

B e tr a c h tu n g s e b e n e

Betrachtungsansätze

Dumamel du Monceau

1764

Hilf 1928

Steinlin Sundberg

Samset

Warkotsch Löffler

1975

vorliegende Darstellung

Die heutige Sichtweise stellt die

massgebenden Prozesse in den

Mittelpunkt und versucht, Fliess-

gleichgewichte zu beschreiben, zu

gestalten und zu steuern.

(6)

Prozesse Maschinen Systeme

Modelle zum Erklären und Vorhersagen des Berhaltens

Wertsystem vgl. VDI-Richtlinie

"Technikbewertung"

0.0 0.5 1.0

Individual- verträglichkeit

Sozialver- träglichkeit

Funktions- fähigkeit

Oeko- effizienz Wirtschaft- lichkeit

Umweltver- träglichkeit

Optimierung technischen Han- delns bedeutet auf der einen Seite das Gestalten und Nutzen von Prozessen, Maschinen und Syste- men, auf der anderen Seite das Optimieren verschiedener Ziel- grössen. Die Zieldimensionen um- fassen „Funktionsfähigkeit“, „Ef- fizienz“ und „Verträglichkeit“.

Analyse- Konzept

Strukturanalyse

Funktionsfähigkeits- Analyse

Effizienzanalyse

Verträglichkeitsanalyse

Das gewählte Analysekonzept geht

von der Strukturanalyse der wich-

tigsten Holzerntesysteme aus, ana-

lysiert danach die Funktionsfähig-

keit, die Effizienz und die

Verträglichkeit.

(7)

2. Strukturanalyse

2.1 Massgebende Prozesse

abzopfen entasten

einschneiden

entrinden fällen

écimer ébrancher

tronçonner

ecorçer abattre

to top to limb to debranch to buck

to debark to fell

cimare, svettar sramare

depezzare

abbattere scortecciare

Bearbeitungsprozesse sind Trenn- vorgänge, die den Baum vom Stock trennen, die Aeste vom Stamm trennen und den Stamm in einzelne Sortimentsstücke auf- trennen.

Transportlinie

Rückegasse Maschinenweg Seillinie

layon de débardage piste de débardage ligne de cable grue

skid trail (strip road) skid road (strip road) cable road (cable line) Vorrücken

konzentrieren grouper to bunch concentrare

rücken

débusquer, débarder

to extract (to skid, to forward, to yard) esboscare

sentiero di esbosc pista

linea di gru a cavo stapeln

empiler to pile accatastare

Transportprozesse besorgen die

gezielte Bewegung der Bäume

rexp. Sortimentsstücke vom Fäl-

lort bis an ein Zwischenlager an

einer Waldstrasse.

(8)

Bäume entnehmen

Sorten bilden

Lasten für Transport

bilden

Waldbauliche Information

Holzmarkt- Information

Transportmittel- Information

Intuitive Einschätzung Regeln

[heuristische Verfahren]

Kriterien Gewichtung

Ana- lytische Verfahren

Steuerungsvorgänge sind für Ent- scheidungen während des Produk- tionsablaufes verantwortlich. Sie können mit unterschiedlichen Strategien gelöst werden.

2.2 Modelle zur Strukturbeschreibung

Fällen Entasten Vermessen Einschneiden

Vorrücken Rücken

Bestand Rückegasse Waldstrasse

In Mitteleuropa ist das Matrix-

Modell von Warkotsch (1975)

verbreitet. Es weist jedoch ver-

schiedene Mängel auf und vermag

insbesondere integrierte Vorgänge

und Steuerungsabläufe nicht dar-

zustellen.

(9)

Buffer, Lager; sammeln Zuflüsse und speisen Wegflüsse

Materialflüsse; füllen und leeren Buffer, sind immer gerichtet

Konverter (Umwandler), wandeln Input in Output um (Materialeigenschaften, Informationsgehalt, Ort)

"Connectors"; stellen logische Verbindung dar und repräsentieren den Informations- fluss

Strukturbeschreibungen, die in aus der Systemtheorie hergeleitet sind und für Systemsimulationen ver- wendet werden, basieren auf vier Grundelementen: (1) Buffer, die durch Zuflüsse gespiesen und durch Ablüsse entleert werden; (2) Materialflüsse, die Buffer füllen und leeren, (3) Konverter, die In- put in Output umwandeln und (4)

„connectors“, die den geordneten Ablauf sicherstellen.

Bestand Transport- linie

Wald- Strasse

fällen

entasten

schneidenein-

vor-

rücken rücken stapeln

Teilsystem 1

Teilsystem 2

Baumbearbeitung Geländetransport Entscheidungen Prozessvariablen Schnittstelleninput

vermessen

einteilen wählenaus-

sortieren Länge, Durchmesser,

Qualität Volumen,

Qualität Waldbau-

ziel

Verwendetes Darstellungsmodell

für die Strukturbeschreibung von

Holzerntesystemen.

(10)

2.3 Lösungsprinzipien

2.4 Bodengestützte Holzerntesysteme

Die technischen Lösungsprinzi- pien werden üblicherweise nach den Hauptmerkmalen (1) Aufar- beitungsgrad des Produktes und (2) Prinzip des Transports im Gelände klassiert. Daraus erge- ben sich 12 Lösungsprinzipien, die jedoch nicht alle realisierbar sind.

Aufarbeitungsgrad des Produktes im Bestand

Vollbäume

Rohschäfte

Sortiments- stücke Schüttgut (Schnitzel)

Geotechnisches Tragwerk

(Boden)

Mechanisches Tragwerk (Seiltragwerk)

Auftrieb (aerostatisch, aerodynamisch) Prinzip der Tragwirkung beim Transport

Rohschaft - Prinzip Sortiments - Prinzip

Schüttgut - Prinzip

Das Vollbaum-Prinzip zeichnet sich dadurch aus, dass im Be- stand lediglich der Teilprozess

„Fällen“ erfolgt. Alle anderen Bearbeitungs-Teilprozesse wer- den auf der Waldstrasse oder einem zentralen Aufarbeitungs- platz durchgeführt.

Bestand Transport-

linie Wald-

Strasse

fällen

rückenvor- rücken ablegen

Baumbearbeitung Geländetransport Entscheidungen Prozessvariablen Schnittstelleninput wählenaus-

sortieren Waldbau-

ziel

bildenLast

Last- volumen optimierenLast

entasten schneidenein-

vermessen

einteilen

stapeln

Länge, Durchmesser,

Qualität Volumen, Qualität

Teilsystem 1

Teilsystem 2

Teilsystem 3

(11)

Bestand

fällen

zufall- bringen

rückenvor- rücken

stapeln

ziel

Last bilden

ein- scheiden

vermessen

einteilen Durchmesser,^Länge, Qualität Volumen, Qualität grob-

entasten

Teilsystem 1

Teilsystem 2

Mit der Wahl eines bestimmten Produktionsverfahrens werden etwa 70% der Wirkungen (tech- nisch, ökonomisch, ökologisch) festgelegt. Die Phase der Ausfüh- rung kann noch ca. 30% der Wirkungen beeinflussen.

linie Wald-

Strasse

fällen

grob- entasten

stapeln

sortieren Waldbau-ziel

Last bilden

ein- scheiden

vermessen

einteilen Durchmesser,^Länge, Qualität Volumen, Qualität

Werk

transpor- tieren

Teilsystem 1

Teilsystem 2

Teilsystem 3

(12)

Die heutige Sichtweise stellt die massgebenden Prozesse in den Mittelpunkt und versucht, Fliess- gleichgewichte zu beschreiben, zu gestalten und zu steuern.

linie Wald-

Strasse

fällen

entasten

schneidenein-

rückenvor- rücken stapeln

vermessen

Qualität Volumen,Qualität Waldbau-

ziel

Last bilden

Teilsystem 1

Teilsystem 2

Optimierung technischen Han- delns bedeutet auf der einen Seite das Gestalten und Nutzen von Prozessen, Maschinen und Sys- temen, auf der anderen Seite das Optimieren verschiedener Ziel- grössen. Die Zieldimensionen umfassen „Funktionsfähigkeit“,

„Effizienz“ und „Verträglich- keit“.

linie Wald-

Strasse

fällen

rückenvor- beschicken

Waldbau-ziel

Last-

volumen Last

optimieren vorkon- zentrieren

hacken

bunkern

rücken

abtrans- portieren

Teilsystem 1

Teilsystem 2

Teilsystem 3

(13)

2.5 Seilkrangestützte Holzerntesysteme

2.5.1 Sortimentsprinzip

Die einfachste technische Reali- sierung des Sortimentsprinzips umfasst die drei Teilsysteme (1) Aufarbeiten im Bestand, (2) seilkrangestützter Transport und (3) Uebernehmen und Stapeln auf der Waldstrasse. Die drei Teilsysteme können mit unter- schiedlichen technischen Prinzi- pien verwirklicht werden.

linie Wald-

Strasse

fällen

entasten

schneidenein-

rückenvor- rücken verziehen

vermessen

Qualität Volumen, Qualität Waldbau-

ziel

bildenLast

Teilsystem 2 Teilsystem 1

stapeln

Technische Verbesserungen versuchen, verschiedene Funkti- onen in einem System zu integ- rieren. Die Integration von des Rücke-, Uebernahme- und Sta- pelprozesses wurde mit dem sogenannten „Kombiseilgerät“

erstmals von den Oesterreichi- schen Bundesforsten um 1980 verwirklicht (MAUKO).

linie Wald-

Strasse

fällen

entasten schneidenein-

vermessen

Qualität Volumen,Qualität Waldbau-ziel

bildenLast

Baumbearbeitung Geländetransport

Entscheidungen Prozessvariablen Schnittstelleninput

stapeln

(14)

Die Schlagordnung an der Schnittstelle zwischen zwei Teil- systemen beeinflusst den Ablauf und die Produktivität entschei- dend. Das Fällen „zum Seil“

verkürzt die Vorrückedistanz.

Allerdings fällt der Grossteil der Aeste im Bereich der Seillinie an.

Die Schlagordung „vom Seil“

vermindert den Anfall von

Aesten direkt unter der Seillinie,

vergrössert allerdings die Rücke-

distanz geringfügig.

(15)

2.5.2 Rohschaftprinzip

2.5.3 Vollbaumprinzip

Das Rohschaftprinzip wird bei seilkrangestützten Systemen nur selten angewandt. Ein Vorteil gegenüber dem Sortimentsprin- zip liegt im grösseren Stückvo- lumen der zu rückenden Sorti- mente, was sich in einer höheren Produktivität niederschlägt.

linie Wald-

Strasse

fällen

entasten

schneidenein-

rückenvor- rücken verziehen vermessen

sortieren Länge, Durchmesser,Qualität

Volumen,Qualität Waldbau-

ziel

Last bilden

stapeln

Die einfachste technische Um- setzung des Vollbaumprinzips im Seilkrangelände verwendet drei Teilsysteme: (1) Fällen, (2) Rü- cken und (3) Bearbeiten. Die Teilsysteme 1 und 3 können durch unterschiedliche Mechani- sierungsprinzipien realisiert werden. Der Fällvorgang wird in Nordamerika oft mit speziellen Steilhangharvestern durchge- führt, die auf Raupenchassis aufgebaut sind.

linie Wald-

Strasse

fällen

ziel

Last bilden

entasten

schneidenein-

vermessen

einteilen

stapeln

Länge, Durchmesser,Qualität

Volumen,Qualität Teilsystem 1

Teilsystem 2

Teilsystem 3

(16)

Eine Möglichkeit, Funktionen zu integrieren, besteht darin, dass das Fällen und das Rücken als geschlossene Prozesskette erfol- gen. Dies entspricht dem integ- rierten Seillinienverfahren des befahrbaren Geländes. Insbeson- dere in dichten Schwachholzbe- ständen kann auf diese Weise das Zufallbringen mechanisiert er- folgen.

linie Wald-

Strasse

fällen

ziel

bildenLast

entasten

schneidenein-

vermessen

einteilen

stapeln

Länge, Durchmesser,Qualität

Volumen,Qualität Teilsystem 1

Teilsystem 2 zufall-

bringen

Eine weitere Möglichkeit der Integration besteht darin, die Teilsysteme „Rücken“ und „me- chanisierte Aufarbeitung“ zu kombinieren. Derartige Geräte sind auf einem LKW-Chassis aufgebaut und bestehen aus ei- nem Mobilseilkran sowie einem Hydraulikkran mit Prozessor.

B e s t a n d T r a n s p o r t -

l i n i e W a l d -

S t r a s s e

f ä l l e n

v o r -

r ü c k e n r ü c k e n

B a u m b e a r b e i t u n g G e l ä n d e t r a n s p o r t E n t s c h e i d u n g e n P r o z e s s v a r i a b l e n S c h n i t t s t e l l e n i n p u t a u s -

w ä h l e n

s o r t i e r e n W a l d b a u -z i e l

L a s t b i l d e n

L a s t - v o l u m e n L a s t

o p t i m i e r e n

e n t a s t e n e i n - s c h n e i d e n

v e r m e s s e n

e i n t e i l e n

s t a p e l n

L ä n g e , D u r c h m e s s e r ,Q u a l i t ä t

V o l u m e n ,Q u a l i t ä t T e i l s y s t e m 1

T e i l s y s t e m 2 a b z o p f e n

(17)

Die vollintegrierte Lösung rea- liert sämtliche Prozesse als ge- schlossene Prozesskette.

B e s t a n d T r a n s p o r t -

l i n i e W a l d -

S t r a s s e

f ä l l e n

v o r -

r ü c k e n r ü c k e n

B a u m b e a r b e i t u n g G e l ä n d e t r a n s p o r t E n t s c h e i d u n g e n P r o z e s s v a r i a b l e n S c h n i t t s t e l l e n i n p u t a u s -

w ä h l e n

s o r t i e r e n W a l d b a u -z i e l

L a s t b i l d e n

L a s t - v o l u m e n L a s t

o p t i m i e r e n

e n t a s t e n

e i n - s c h n e i d e n

v e r m e s s e n

e i n t e i l e n

s t a p e l n

L ä n g e , D u r c h m e s s e r ,Q u a l i t ä t

V o l u m e n ,Q u a l i t ä t

T e i l s y s t e m 1 z u f a l l -

b r i n g e n

Die Ausgestaltung der Schnitt-

stelle „Fällen“ - „Rücken“ spielt

auch beim Vollbaumprinzip eine

wichtige Rolle. Am einfachsten

lässt sich der Fällvorgang beim

Bergauf-Transport realisieren,

indem die Bäume fischgratartig

hangabwärts gefällt werden kön-

nen.

(18)

2.5.4 Probleme der Verfahrensentwicklung

Auch beim Bergabtransport müssen die Bäume hangabwärts gefällt werden, obwohl sie da- durch dünnörtig gerückt werden müssen. Bergwärts Fällen ist ohne Zugeinrichtung (Seilzug) praktisch nicht möglich. Dün- nörtige Rücken von Vollbäumen ist möglich; allerdings müssen die Gipfel abgezopft werden, und das seitliche Zuziehen ist nur bei Jungbeständen mit einer Bestan- desoberhöhe von weniger als 15m praktizierbar.

Die Mechanisierung des Voll- baumprinzips bedingt, dass die Bäume im Bestand gefällt, entas- tet, eingeteilt und eingeschnitten werden. Die Harvestertechnolo- gie lässt sich verwenden, sofern geeignete Trägerplattformen (Raupenfahrwerk, Gehwerk) zur Verfügung stehen. Ein besonde- res Augenmerk verdienen die Schnittstellen. Erste Untersu- chungen zeigen, dass der Vor- konzentrations-Effekt die Pro-

Transport-

linie Wald-

Strasse

fällen

entasten

schneidenein-

Teilsystem 1 vermessen

Länge, Durchmesser,

Qualität Volumen,Qualität Waldbau-

ziel

vorkon- zentrieren

fort- bewegen

bildenLast

Bestand

1

2 3

4

(19)

3. Analyse der Prozessfähigkeiten

3.1 Analysekonzept

Die technische Machbarkeit wird in der Verfahrenstechnik allgemein mit Prozessfähigkeiten (process knowledge) umschrieben. Diese Prozess- fähigkeiten müssen für die wichtigsten Vorgänge beschrieben werden. Es handelt sich um „Meta-Wissen“, das eine Technologie charakterisiert, jedoch für das einzelne technische System nicht genau zutrifft. Prozess- wissen verändert sich mit dem technischen Fortschritt.

Für die Analyse der Prozessfähigkeiten werden folgende Bereiche einzeln betrachtet:

• Fortbewegungsfähigkeit (Mobilität) von Fahrzeugen;

• Bearbeitungsfähigkeit;

• Transportfähigkeit;

• Fähigkeit, Objekt- und Systemzustände zu prüfen;

• Fähigkeit, Prozesse zu steuern.

3.2 Fahrzeug - Mobilität

Die Mobilität eines Landfahr- zeuges hängt von verschiedenen Paramtern ab. Die Geländever- hältnisse werden mit den Param- tern (1) Bodentragfähikgeit, (2) Hangneigung und (3) Oberflä- chenrauhigkeit beschrieben. Die Fahrzeugeigenschaften hängen primär von der Kontaktfläche Reifen-Boden, Raupe-Boden oder Fuss-Boden und den entspre- chenden Kräften ab.

Tragfähigkeit Hangneigung Hindernisse

Fahrzeuge Modelle [TERRAMECHANIK]Modelle [TERRAMECHANIK]

(20)

Ein einfaches Modell beschreibt die Kräfte zwischen Rad und Boden. Einwirkende Kräfte sind:

(1) die Normalkraft, (2) der Hangabtrieb, (3) Beschleunigung resp. Bremskraft und (4) die Widerstandskraft des Bodens, die durch den „Bulldozereffekt“

entsteht. Die entgegenwirkende Kraft ist der Schubwiderstand des Bodens, der sich aus dem Kontaktflächendruck und den Bodeneigenschaften herleiten lässt.

Fhang

Fbeschl

Fbulld

F^norm

Radlast

R^schub

Fhang

Fbrems

Fbulld

F^norm

Radlast

R^schub

bergauf bergab

BRIXIUS (1987) entwickelte ein Modell, dass die Reifen-Boden Interaktionen quantitativ be- schreibt. Der Vorteil des Modells liegt darin, dass die Bodeneigen- schaften mit einer Kenngrösse, dem CI-Wert, beschrieben wer- den. Die Widerstandskraft des Bodens und der Bodenschub lassen sich Abhängigkeit von Reifeneigenschaften und Radlast vorhersagen.

-15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00

0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Tragfähigkeit (CBR %)

Kräfte (kN)

Schub 500/60-22.5 Widerstand 500/60-22.5 Zug 500/60-22.5 Schub 700/40-22.5 Widerstand 700/40-22.5 Zug 700/40-22.5

(21)

In Abhängigkeit von Radlast, Reifen und Boden kann die Steigfähigkeit iterativ hergeleitet werden. Die maximal überwind- bare Hangneigung ist ein Konti- nuum zwischen 0% und etwa 45%. Allerdings ist in diesen Ueberlegungen die Oberflächen- rauhigkeit nicht berücksichtig.

0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Tragfähigkeit (CBR%)

Grenzneigung (%)

500/45-22.5 12.5 kN 500/45-22.5 25 kN 700/40-22.5 12.5 kN 700/40-22.5 25 kN Voralpen

[EHRBAR 1982] Mittelland [EHRBAR 1983]

Die Oberflächenrauhigkeit wird mit der Hindernishöhe und der Hindernishäufigkeit beschrieben.

Die Abbildung gibt eine Klassie- rung wieder, wie sie in Schwe-

den verwendet wird

(SKOGFORSK).

<20 <40 <60 <80

selten dicht

Hindernishäufigkeit

günstig

ungünstig

(22)

3.3 Bearbeitungsfähigkeiten

3.3.1 Hauptfunktion

Der Lösungsraum „Bearbeitung“

ergibt sich aus der Mobilität der Maschine und des Menschen und den Grenzen, den Trennvorgang

„Stamm-Stock“ vorzunehmen.

Vollmechanisierte Bearbeitung ist beim heutigen Stand auf etwa 65 cm maximalen Trenndurch- messer limitiert. Die überwind- bare Hangneigung hängt von der Bodentragfähikgeit und dem Fortbewegungsprinzip ab (Rad, Raupe, Gehwerk).

50

40

30

20

10 ^Stan

genholz IStangenholz IIBaumholz IBaumholz IIBaumholz III

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Hangneigung (%)

Durchmesser (cm BHD)

>20

>10

>5

>2.5

Bodentragfähigkeit (% CBR)

Die unterschiedlichen Lösungs- prinzipien ermöglichen die Be- arbeitung verschiedenster Ent- wicklungsstufen. Die Grenzen ergeben sich durch den derzeiti- gen Stand der Technik

10 20 30 40

Stangenholz I Stangenholz II Baumholz I Baumholz II 50

Baumholz III

Kombinierte Seillinienverfahren

[Prozessoren] Rohschaftverfahren

Motormanuelle Verfahren Vollernter

klein Vollernter

mittel voll-

mechanisiert

teil- mechanisiert

motor- manuell

Schwachholz Starkholz

Vollernter gross

(23)

Aeste als Objekte der Bearbei- tung. Die skandinavischen Ma- schinen wurden aufgrund von Eigenschaften skandinavischer Bäume entwickelt. In Mitteleu- rope ist nur wenig über die ent- sprechenden Zusammenhänge bekannt.

14 12 10 8 6 4 2

10 15 20 25 30

Brusthöhendurchmesser (cm)

Anzahl Aeste (Stk/m')

5

4

3

2

1

10 15 20 25 30

Brusthöhendurchmesser (cm)

Astdurchmesser (cm)

Die Harvesterköpfe scheren die Aeste vom Stamm ab. Die not- wendigen Kräfte sind baumar- tenabhängig. Die heutigen Ag- gregate sind auf Nadelholz aus- gerichtet. Der zunehmende Laubholzanteil, der sich aus dem naturnahen Waldbau ergibt, bedingt eine Weiterentwicklung der Harvesterköpfe.

30

20

10 25

15

5

20 30 40 50 60 70 80 90 100

10

Astdurchmesser (mm)

Scherwiderstand (kN)

Fichte Föhre

(24)

3.3.3 Hilfsfunktionen

Die Hilfsfunktion „Positionieren“

ist mit einer bestimmten Fehler- rate behaftet. Die Genauigkeit ist jedoch entschieden besser als bei motor-manuellem Einschneiden.

40

30

20

Relative Häufigkeit (%)

10

Abweichung von der Sollänge (cm)

-3 -6

-9 0 3 6 9

Die Reichweite der Kranaggrega- te bestimmt das räumliche Lay- out der Fahrlinien für den Har- vestereinsatz. Aus waldbaulichen Gründen werden heute Kran- reichweiten von 10m gefordert.

Zu beachten ist dabei, dass eine Erhöhung der Kranreichweite eine Vergrösserung der Maschi- nenmasse bedingt, dies aus Sta- bilitätsgründen.

4 6 8 10 12 14

4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

Leermasse Harvester (kg)

Kranreichweite (m)

(25)

3.4 Transportfähigkeit

3.4.1 Hauptfunktion

Die Tragkraft von Forwardern hängt mit der Leermasse zu- sammen. Als Faustregel gilt, dass die Fahrzeugleermasse etwa der Nutzlast entspricht.

0 50 100 150 200

2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

Leermasse Forwarder (kg)

Tragkraft (kN)

Beim Helikoptertransport gelten ähnliche Zusammenhänge wie beim Forwarder-Transport. Die theoretische Hubkraft kann nur etwa zu 70% ausgenützt werden.

Als Faustregel gilt: das Lastvo- lumen entspricht etwa 7% der theoretischen Hubkraft in kN.

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0

Lastvolumen pro Zyklus (m3)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 SA-315B

AS-350B2 K-1200

AS-330 214 B1

AS-332 C

KV 107 II

MI-6

205 A1

S-64 E

S-61N

(26)

3.4.2 Hilfsfunktionen

Der Lösungsraum der Transport- fähigkeit ist bestimmt durch die Maximalneigung des Fortbewe- gungs-Pfades und die maximale Reichweite, die von diesem Pfad aus möglich ist.

1 10 100

0 20 40 60 80 100

Hangneigung (%)

Reichweite von Fortbewegungspfad (m)

Die Lastbildung mit Chokern ist ein Prinzip, das beim Seilschlep- per, beim Seilkran und beim Helikopter angewandt wird. Die Lastbildung erfolgt seriell. Die maximale Anzahl Choker ist begrenzt, zum einen durch die Lastkapazität, zum anderen durch das Zusammenziehen der Last, wenn die einzelnen Cho- kerseile weit auseinanderliegen.

10

8

6

4

2

A nz a hl S o rti m e nt ss rü cke (S tk/ m 3)

Grenze

Anzahl Choker pro Seil Sc hwa c hholz Starkholz

Trämel

Stämme

(27)

Die Häufigkeit der Anzahl Sor- timentsstücke pro Last folgt einer Dichtefunktion, die mit einem Poisson-Prozess beschrieben werden kann.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Anteil

1 2 3 4 5 6 7