Reibungswiderstände
heim Schleifen von Stämmen auf horizontalen Versuchsstrecken
Von H. Steinlin und K. Zehntner
I. Versuchsfragen
Zur Beantwortung vieler Fragen, die sich bei der Untersuchung des Rückens von Holz stellen, ist es notwendig, sich ein Bild über die auftretenden Reibungskräfte und die Möglichkeiten zu deren Verminderung, oder am Steilhang unter Umständen auch zu deren Vergrößerung, zu machen. Schon vor vielen Jahrzehnten wurden Reibungs- koeffizienten von Baumstämmen bestimmt. Die Zahlen von F ö r s t e r ( 2) dienen noch heute als Grundlagen und wurden auch von neuen Büchern ( 3, 5) übernommen. Einen speziellen Fall untersuchte Hafner, der die Widerstandszahlen beim Schleifen von Blockholz auf mit Holzschwellen ausgelegten Streifwegen feststellte ( 4).
Von besonders großer praktischer Bedeutung ist die Kenntnis der Reibungskoeffi- zienten beim Reisten, denn vom Maß der Reibung hängt es ab, ob ein Stamm bei be- stimmter Hangneigung von selbst ins Gleiten kommt, einmal in Bewegung gebracht, diese mehr oder weniger gleichförmig beibehält, oder so stark beschleunigt wird, daß jede Lenkung und Kontrolle unmöglich ist. Durch das Reisten mit oder ohne Rinde und durch die Wahl der geeigneten Witterung können die Reibungskräfte innerhalb ge- wisser Grenzen beeinflußt werden. Ein wirtschaftlicher und pfleglicher Reistbetrieb hat darauf Rücksicht zu nehmen.
Beim Schleifen von Stämmen spielt sow_ohl die Haftreibung als auch die gleitende Reibung eine Rolle. Die Haftreibung muß beim Anfahren überwunden werden, die gleitende Rfihung so lange als der Stamm in Bewegung ist. Die Haftreibung ist größer als die gleitende Reibung. Nach Angaben von Enlil, zitiert nach Hafner (5) und Messungen von H a f n e r selbst ( 4), betragen die Reibungskoeffizienten der Ruhe je nach Holzart und Unterlage das 1,3- bis 4fache derjenigen der Bewegung. Die größten Unterschiede ergeben sich bei lockerem Pulverschnee. Es ist eine jedem Fuhrmann be- kannte Tatsache, daß im ersten Moment die größte Zugkraft ·ausgeübt werden muß.
Daher wird es oft notwendig, durch Anheben mit dem Zapi (Losbeißen) q.as Anfahren zu erleichtern. Die rollende Reibung ist bei Rückewagen und beim seitlichen Bewegen der Stämme von Bedeutung.
315
Nach dem Gesetz von Coulomb ist der Gleitwiderstand abhängig vom Gewicht des Gleitgutes, von seiner Beschaffenheit und von der Beschaffenheit der Unterlage. Da- gegen hat die Form des Gleitgutes keinen Einfluß. Das gilt aber nur, wenn die Unter- lage durch das Gleitgut nicht wesentlich deformiert werden kann, also z. B. beim Be- wegen eines Stammes auf einer Betonplatte. Der weiche Waldboden dagegen 'wird sehr leicht deformiert, wobei Art und Auswirkung dieser Deformation weitgehend von der Stammform abhängen. Das erklärt eine weitere altbekannte Erfahrungstatsach e, daß bei gleichem Gewicht und gleicher Unterlage nicht alle Stammformen gleich leicht .zu rücken _sind. Nach Diener ( 1) hätte allerdings die Stammform keinen Einfluß und
·das ·Coulomb'sche Gesetz würde auch beim Rücken -uneingeschränkt gelten. Es ist jedoch zu berücksichtigen, daß Diener bei seinen Versuchen auf relativ harten Unter- lagen, nämlich hartgefrorenem und nur mit 10 cm Schnee bedecktem Boden im Win- ter und trockenem Boden im Sommer, arbeitete und daß die verglichenen Stämme wohl der Masse nach gleich, im Gewicht jedoch nur «ungefähr gleich» waren.
Beim Rücken mit Pferden und Maschinen sucht man durch verschiedene Rück- hilfen und auch durch verschiedene Befestigungsarten den Reibungswiderstand zu vermindern. Schon in einer früheren Veröffentlichung ( 9) wurde festgestellt, daß der Einfluß des Rückmittels nicht bei allen Unterlagen gleich groß ist. Es ist nicht aus- _geschlossen, daß gewisse Rückhilfen bei bestimmten Unterlagen oder Zuständen der Unterlage vorteilhaft, bei andern dagegen eher nachteilig sind.
Die skizzierten Überlegungen führten zu folgenden Versuchsfragen:
a) Mit welchen Reibungskoeffizienten haben wir bei gleichem Boden und gleichem Holz, jedoch bei verschiedener Witterung, zu rechnen?
b) Innert welchen Grenzen schwanken die Reibungskoeffizienten bei den in der Schweiz wichtigen Unterlagen?
c) Welchen Einfluß haben die verschiedenen Stammformen auf den Reibungswid er- stand bei verschiedener Unterlage?
d) Welchen Einfluß haben einige Befestigungsmittel und Rückhilfen auf den Rei- bungswiderstand bei verschiedenen Stammformen und Bodenzustän~en?
Die Antworten auf die Versuchsfragen a und b sollen die Grundlagen geben, um in konkreten Fällen und für besti~mte Stämme die notwendige Zug- bzw. Brems- kraft zu errechnen und den Einfluß der Witterung zu beurteilen. Die Ergebnisse der Versuche unter c bilden einen weiteren Beitrag zur Diskussion über die vorteilhaftest e Sortimentsbildung und Stammaushaltung, und die Antworten auf die Fragen d dienen zur Beurteilung von verschiedenen Rückmitteln und Rückhilfen.
II. Versuchsanlage
Witterungsbedingungen können nicht zum voraus bestellt werden. Versuche, bei denen die im Laufe des Jahres vorkommenden witterungsbedingten Bodenzustände eme maßgebende Rolle spielen, stellen daher besondere Anforderungen an die Ver-
suchsanlage und verlangen oft ein sofortiges Ausnützen einer bestimmten Situationr Solche Überlegungen führten dazu, daß wir die Messungen auf eigentlichen Ver- suchspisten durchführten, bei welchen die ganze Einrichtung so vorbereitet werden konnte, daß in kurzer Zeit möglichst viele Werte erhoben und störende Einflüsse weitgehend ausgeschaltet wurden.
So erstellten wir im Lehrwald der Eidg. Techn. Hochschule in Zürich links und rechts neben einem eingehenden Weg zwei je 1,2 m breite und 30 m lange, künst- liche horizontale Pisten. Auf diesen wurden alle hier mitgeteilten Werte bestimmt.
Herrn Prof.Dr. H. Leib und gut sind wir für sein Entgegenkommen und das bereitwillige Eingehen auf unsere Wünsche zu großem Dank verpflichtet. Ebenso waren die Versuche in diesem Umfang nur möglich dank der finanziellen Unterstützung durch den Fonds zur Förderung der Wald- und Holzforschung, der uns zu Unter- suchungen zur Verbesserung des Holztransportes im Gebirge namhafte Mittel zur Verfügung stellte. Die beiden Pisten wurden mit Brettern eingefaßt und mit verschie- denem Erdmaterial versehen. Die eine erhielt ein starkes Steinbett. Zur entwässernden Wirkung hatte der Koffer nach beiden Stirnseiten ein schwaches Gefälle. Das Stein- bett wurde mit Tannenreisig abgedeckt und dieses mit kleirien Kieseln vom Aushub beschwert. Die eigentliche Oberfläche bildete eine 8 bis 10 cm hohe Schicht von un- gewaschenem Grubenkies. In die andere Piste siebten wir den sandig-lehmigen Aus- hub und erhielten, nachdem sich die Erde gesetzt hatte, eine eher feuchte, einem stein- freien Waldboden ähnliche Oberfläche . Diese Pisten sind im folgenden - der Ein- fachheit halber - mit Kies, bzw. Erde, bezeichnet.
Als V e r s u c h s s t ä m m e dienten sechs Weißtannen, von denen je zwei einander in Form und Größe ähnlich waren. Der eine von beiden Stämmen wurde entrindet , der andere in der Rinde belassen. Die Kanten wurden gebrochen. Die Stämme hatten folgende Maße:
Durchmesser Länge Inhalt
cm m ms
Kurzer, kleiner Trämel ohne Rinde 30 4,8 0,34
kurzer, kleiner Trämel m i t Rinde 32 4,8 0,39
mittlerer Trämel o h n e Rinde 37 6,2 0,67
mittlerer Trämel m i t Rinde 41 6,2 0,82
Langholz o h n e Rinde 27 18,0 1,03
Langholz m i t Rinde 28 18,0 1,11
Als Zu g m i t t e l diente uns 1m ersten Teil des Versuches eine Schlittenmotor- seilwinde der Firma L. & E. Küpfer, Maschinenfab~ik in Steffisburg BE, im Winter bei Schneeverhältnissen zeitweise ein Pferd 1md im zweiten Teil des Versl.}ches eine fahrbare Motorseilwinde «Küpfer» MF 10.
Die Messung der Zugkräfte erfolgte mit Öldruck-Dynamometer der Firma Amsler~ wie er von Z eh n der ( 10) beschrieben wurde. Das auf den Kontrollstreifen registrierte Zugkraftdiagramm wurde planimetriert und die mittlere Zugkraft für die ganze Länge der Piste errechnet. Eine Messung umfaßte drei vollständige Hin- und Hergänge. Vor jedem Versuch wurde das Gewicht aller Stämme festgestellt, indem sie durch einen 317
Ketten-Flaschenzug hochgehoben wurden. Die Wägung erfolgte ebenfalls mit dem Dynamometer. Auf diese Weise wurde der Reibungskoeffizient unabhängig von even- tuellen Instrumentenfehlern bestimmt.
Die Zuggeschwindigkeit und Art und Weise der Windeninstallation beeinflußte die Resultate in unerwartet starker Weise. Es zeigte sich nämlich, daß infolge der Elasti- zität der Seile und der Befestigung der Umlenkrollen, bei starker Belastung auch infolge Drehzahlschwankungen des Motors, die Stämme bei kleinen Seilgeschwindig- keiten sehr leicht in ruckweise Bewegungen kamen, bei denen immer wieder die Haft- reibung überwunden werden mußte und daher zu große Zugkräfte registriert wurden.
Durch möglichst kurze Anhängung konnte dieser Nach teil behoben werden. Die Gleit- geschwindigkeit wurde der Gehgeschwindigkeit des Pferdes angepaßt und betrug zirka 65 m/min.
Obwohl die Versuchsstämme regelmäßig geformt waren, zeigte es sich bald, daß sie sich beim Ziehen immer wieder in eine oder höchstens zwei bestimmte Lagen einstellten.
Die entsprechenden Gleitflächen wurden mit der Zeit etwas abgeschliffen und die Rei- bung dadurch leicht verringert. Der Einfluß blieb aber im Rahmen der übrigen Streu- ung der Werte. Bei den in Rinde belassenen Stämmen wirkte sich diese Tatsache dage- gen sehr stark aus. Deshalb sind für die Beurteilung des Rindeneinflusses nur die ersten Resultate, die aus den Vorversuchen stammen, verwendbar. Die Erscheinun g, daß die Stämme die Tendenz haben, sich von selbst immer wieder in eine bevorzugte Lage zu bringen, kann man übrigens beim Rücken in der Praxis oft feststellen.
Durch das mehrmalige Hin- und Herbewegen der Stämme auf der gleichen Bahn entstanden, vor allem bei lockerem und weichem Boden, Fahrrinnen, welche je nachdem den Zugkraftbedarf negativ oder positiv beeinflußten. Eine Zugkraftvergrößerung war festzustellen, wenn die Stirnfläche des bewegten Stammes in der engen Rinne kratzte, eine Zugverminderung , wenn eine ausgesprochene Gleitbahn entstand, was besonders bei gefrorenem Boden oder Schnee der Fall war. Auch diese Erscheinung ist keineswegs auf die Versuchspiste beschränkt, sondern tritt im praktischen Betrieb immer dort auf, wo verschiedene Stämme zeitweise den gleichen Weg benützen, was sehr häufig der Fall ist und übrigens auch aus verschiedenen Gründen angestrebt werden sollte. Trotzdem haben wir nach jedem Durchgang auf unseren Pisten den Boden wieder ausgeebnet und die Spuren zerstört.
III. V ersuchsergehnisse
1. Die festgestellten Reibungskoeffizienten
Zur Errechnung der «reinen Reibungskoeffizienten» von angetrockneten, entrindeten Weißtannenstämmen verwendeten wir die Werte aller drei entrindeten Stämme mit der Zugrichtung Zopf voran. Das Zugseil wurde mittels einer Guntel, die im Zentrum der Stirnfläche eingetrieben war, befestigt. Die Zugrichtung war genau horizontal. Zum Vergleich bestimmten wir auch noch die Koeffizienten auf einer grobbekiesten, aber seit längerer Zeit befahrenen und gut eingewalzten Waldstraße.
1
Reibungskoeffizienten von entrindeten, angetrockneten Weißtannenstämmen
Bodenart Bodenzustand
1
sandiger lehmig-sandig steinfrei ungKies (5 cm(/)) ewaschener
Boden trocken, nach längerer
0,47
Trockenperiode 0,49
Boden stark durchnäßt (Spätherbst) 0,29-052* 0,39
Oberflächlich gefroren - 0,30
Hart gefroren 0,23 0,28
Trockener Neuschnee auf harter
0,18 0,18
Unterlage
Tab. 1
~
1
gewalzte Schotterstraae
0,42 - - - -
1
* Beim durchnäßten Waldboden machte sich der Einfluß der Stammform besonders bemerkbar, was sich in einer sehr großen Streu{ing der Werte äußerte. Wir verzichten auf eine Mittelbildung und verweisen auf den Abschnitt «Einfluß der Stammform ».
Aus der Tab. 1 können wir schließen, daß einerseits die Unterschiede zwischen den beiden verglichenen und in ihrer Zusammensetzung stark verschiedenen Böden nicht sehr groß sind und an Bedeutung vom Einfluß des Bodenzustandes weit übertroffen wer- den. Der Kiesuntergrund hat einen eher etwas höheren Koeffizienten als der steinfreie Boden. Besonders deutlich ist das bei sta~kem Frost. Hier bildet sich in der Erde eine deutliche, vereiste, stellenweise wie polierte Gleitbahn, währenddem im Kies einzelne Steinbuckel aus der zusammengefrorenen Grundmasse herausragen. Bei beiden Boden- arten sinkt aber die Reibung bei starkem Frost, gegenüber dem trockenen Zustand, auf rund die Hälfte, bei trockenem Neuschnee auf hartgefrorener .Unterlage sogar auf etwas weniger als 2
/s.
Das gibt uns einen Fingerzeig für den Einfluß der Witterung auf den Gang der Rückarbeiten.2. Der Einfiu.& der Rinde auf den Reibungswiderstand
Durch ihre rauhe Oberfläche vergrößert die Rinde die Reihung. Auch innerhalb der selben Baumart ist die Beschaffenheit der Rinde von Baum zu Baum verschieden. Je rauher und grobhorkiger die Rinde ist, um so mehr wirkt sie sich auf den Zugkraft- bedarf aus.· Wie bereits ausgeführt, war es nicht möglich, entrindete und unentrindete Stämme während der ganzeri Versuchsdauer , also bei den verschiedenen Bodenzustän- den, zu vergleichen. über zuverlässige Werte verfügen wir nur bei nassem Boden.
Für unsere Versuchsstämme hatte das Entrinden eine Verminderung des Reibungs- koeffizienten um rund 20
%
zur Folge. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Fällung im Herbst erfolgte und die Versuche erst einige Wochen nach der Entrindung statt- fanden. Die Verhältnisse entsprachen somit den im Mittelland bei Winterfällung üb- lichen. Bei Sommerfällung und unmittelbar nach der Entrindung ist der Unterschied319
Reibungswiderstand mit und ohne Rinde auf durchnä.&tem Boden
Tab. 2 (Wei.&tanne)
Stammform Bodenart unentrindet °lo entcin<let °lo
=i
Trämel Kies 100 79
Langholz Erde 100 82 1
Langholz Kies 100 78
_J
viel größer. Die Stämme lassen sich dann einerseits sauberer schälen und sind anderer- seits mit einer schleimigen Schmierschicht bedeckt, welche das Gleiten ungemein erleichtert.
3. Der Einßu.& der Stammform auf den Reibungswiderstand
Der Einfluß der Stammform ist nicht mehr direkt mit physikalischen Gesetzen zu erklären. Wie einleitend erwähnt, hängt die Reibung theoretisch nicht von der Form des bewegten Körpers ab. Praktisch dagegen hat jeder Stamm beim Schleifen auf der Erde die Tendenz, mit den Kanten der Stirnflächen, auch wenn diese abgerundet sind, den Boden aufzuschürfen und mehr oder weniger viel Material des Untergrundes vor sich herzuschieben. Je weicher der Boden ist, um so leichter gelingt ihm das in der Regel, und je größer die Kohäsion des Untergrundmaterials , um so mehr wird der Widerstand verstärkt. Das Maß des Aufschürfens wird von verschiedenen Eigenschaft en des Stammes beeinflußt. Neben dem Gewicht pro Einheit der Auflagefläche sind es die Größe der Stirnfläche und vor allem ihr Verhältnis zum Gesamtgewicht wie auch die Elastizität des Stammes und die Beschaffenheit der Kanten, sowie die allgemeine Form und Lage der bevorzugten Gleitflächen, welche sich stark auswirken. Alle diese Faktoren sind schwer zahlen- und definitionsmäßig zu erfassen und in ihrem Zusammenwirken nicht leicht zu überblicken. Daher sind die erhaltenen Zahlen sehr stark stammindivi- duell beeinflußt und nur mit Vorbehalten zu verallgemeinern.
In unseren Versuchen verglichen wir drei einigermaßen typische Stammformen. Der kleine Trämel hatte geringen Inhalt, dementsprechend geringes Totalgewicht und ge- ringen Bodendruck. Der mittlere Trämel hatte bei wenig größerer Länge ein viel höheres Totalgewicht, ein Mehrfaches an Bodendruck und war in seinem Verhalten sehr starr.
währenddem der Langholzstamm wiederum kleineren Bodendruck und im Mittel be- deutend kleinere Stirnflächen aufwies. Dagegen war er biegsamer und paßte sich besser dem Untergrund an.
Die in Tab. 3 dargestellten Werte ergeben sich im Mittel aus gleichviel Fahrten in jeder Richtung, also sowohl Zopfende als Stammfuß voran. Die Befestigung erfolgte auch hier mit Gunteln, und die Zugrichtung war horizontal.
Obwohl wir uns darüber klar sein müssen, daß die Werte mit drei Stammindividuen erhoben wurden und streng genommen nur für genau gleich geformte Stämme gelten.
so sind die Unterschiede doch so deutlich und regelmäßig ausgefallen, daß sie zum
Verhältnisse der Reibungskoeffizienten bei verschiedenen Stammformen
und verschiedenen Unterlagen Tab. 3
1
Untergrund 1 Langholz 1 Trämel starker 1 schwacher Trämel°lo °lo °lo
Durchnäßte, lehmig-sandige, steinfreie Erde 100 171 162
Nasser Kies 100 llO 120
Ausgetrocknete, harte, lehmig-sandige Erde 100 90 106
Trockener Kies 100 86 106
Hartgefrorene Erde 100 106 94
Hartgefrorener Kies 100 98 98
1
Schnee, auf gefrorenem Boden . 100 ll2 104
mindesten tendenzmäßig verallgemeinert werden dürfen. Wir stellen fest, daß bei weichem Boden, der sich leicht aufschürfen läßt und wo immer wieder festgestellt werden konnte, daß der Stamm viel Untergrundmaterial vor sich herschiebt , das Lang- _holz einen sehr viel kleineren Reibungswiderstand findet als das Trämelholz. Der
schwere Trämel seinerseits schneidet noch etwas schlechter ab als der leichte Trämel.
Für denjenigen, der die Stämme auf ihrem Weg beobachtet hat, ist dieses Resultat nicht erstaunlich. Es war nämlich unverkennbar, wie die Trämel, vor allem die schweren, sich viel mehr in den Untergrund einbohrten, diesen wellenförmig aufkratzten und vor allem auch mehr Mühe hatten, um die herausgekratzte Erde seitlich wegzuschieben als die biegsameren Langholzstämme , die sich an sich weniger einbohrten und dank ihrer Elastizität viel leichter über die selbstgeschaffenen Buckel hinwegglitten. Ganz besonders galt das natürlich, wenn sie Zopf voran bewegt wurden. Im Kies, wie auch im Schnee, war die gleiche Erscheinung, wenn allerdings auch etwas weniger deutlich, festzustellen. Die viel geringere Beeinflussung des Widerstandes liegt vor allem in der kleineren inneren Reibung dieser Materialien, die sich dementsprechend leichter zur Seite schieben ließen, begründet. Ganz anders sind die Verhältniss e auf den harten Unterlagen. Beim hart zusammengefrorenen Kies bestehen sozusagen keine Unter- schiede zwischen den verschiedenen Stämmen. Hier gilt also das physikalische Gesetz, daß die Reibung von der Form unnabhängig sei, vollständig. Beim harten trockenen und beim hartgefrorenen Boden liegen die Verhältnisse ähnlich, zum Teil schneiden sogar die Trämel, in erster Linie die schweren Trämel, besser ab als das Langholz.
Auch dieses Resultat läßt sich durch die Beobachtungen erklären. Es zeigte sich näm- lich, daß die schweren Trämel mit ihrem großen Bodendruck viel besser als das Lang- holz und vor allem auch als die leichten Trämel in der Lage waren, die kleinen Un- ebenheiten, die die Rauhigkeit des harten Bodens bedingten, zu zerdrücken und aus- zugleichen und sich so ~ine glatte Bahn schufen, währenddem die andern Stämme sich über diese Rauhigkeiten hinweg bewegen mußten.
Unsere Untersuchungen zeigten also, daß tatsächlich die Stammform b~i gewissen Unterlagen eine ganz wesentliche Rolle spielt und gerade beim Rücken auf dem weichen Waldboden berücksichtigt werden muß.
321
Mit der Form steht auch die Bewegungsrichtung, d. h. ob Fuß- oder Zopfende voran geschleift wurde, im Zusammenhang. Die kleinen Trämel waren so wenig abholzig, daß die beiden Enden kaum unterschieden werden konnten. Dementsprechend treten auch keine Unterschiede auf. Bei den schweren Trämeln dagegen und beim Langholz waren die beiden Stirnflächen sehr stark verschieden. Wie die Resultate der Tab. 4 zeigen'.
waren bei den schweren Trämeln die Widerstandskräfte immer größer, wenn Fuß voran gezogen wurde. Beim Langholz sind bemerkenswerterweise keine eindeutigen Unter · schiede festgestellt worden, obwohl man eher das Gegenteil erwarten würde.
Verhältnis der Reibungskoeffizienten bei verschiedener Bewegungsrichtung
Tab. 4 (Befestigungsmittel Guntel)
Untergrund
Lehmig-sandige Erde, durchnäßt . Kies, naß.
Lehmig-sandige Erde, trocken Kies, trocken .
Gewalzte Kiesstraße
Lehmig-sandige Erde, ·hartgefroren Kies, gefroren
Schnee, auf hartem Boden
schwere Trämel Zopf voran
°lo 100 100 100 100 100 100 100 100
Fu.s voran
°lo 103 120 118 118 104 112 104 100
Langholz Zopf voran
°lo 100 100 100 100 100 100 100
Fuä voran
°lo
110 99 100 96 102 98 115
Schon die Tab. 3 gibt uns einen Hinweis, daß sich die Veränderungen des Boden- zustandes nicht bei allen Stammformen gleich stark und gleichartig auswirken. In diesem Sinne müssen auch die Resultate der Tab. 1, die ein Mittel aus allen drei untersuchten Stammformen darstellen, vorsichtig aufgenommen werden. Wenn wir für jede Stamm- form den Reibungswiderstand auf trockener Erde gleich 100
%
einsetzen, so finden wir bei den verschiedenen Böden und Bodenzuständen folgende Werte:Beeinflussung der Reibungskoeffizienten durch den Zustand der Unterlage
Tab. 5 bei den verschiedenen Stammformen
1 Lehmig-sandige Erde Grubenkies
Stammform
I h.,, •·· 1 l•icht I h.,,,,- 1 l • icht
Schneetrncken
1
nafi froren gefrorentrncken l
nafi froren gefroren°lo °lo °lo °lo °lo °lo °lo °lo °In
Leichter Trämel 100 98 37 - 107 91 50 - 41
Schwerer Trämel 100 121 49 97 102 98 59 73 48
Langholz 100 64 42 70 107 80 54 65 43
Wir sehen daraus, daß ein nasser Boden, vor allem wenn er durch die starke Ver· nässung aufgeweicht wird, nicht in jedem Falle eine Verminderung der Reibungswider-
1
stände zur Folge hat, da die kurzen Stämme die Tendenz haben, sich um so mehr einzu- bohren und Erde vor sich herzuschieben. Die in der Literatur angegebenen Unter- schiede zwischen trockenem und nassem Boden stimmen gut mit den Werten von unse- rem Langholz überein. Bei unseren Trämeln finden wir geringere Unterschiede oder sogar vereinzelt eine Verschlechterung. Am günstigsten sind wohl die Rückverhältnisse, wenn ein harter, ausgetrockneter Boden oberflächlich naß ist und sich so eine Schmier- schicht auf harter Unterlage bildet. Hartgefrorener Boden und Schnee sind bei allen Stammformen gleichermaßen reibungsvermindernd. Beim nur oberflächlich gefrorenen Boden sind die Unterschiede gegenüber dem trockenen Boden bei Langholz größer als bei den schweren Trämeln.
4. Der Einßufi des Befestigungsmittels auf den Reihun gswiderstand
Im praktischen Betriebe werden die Stämme mit verschiedenen Hilfsmitteln an der Waage der Pferde oder dem Drahtseil befestigt. Am gebräuchlichsten sind Zangen und Ketten, die um den Stamm geschlungen werden. In neuerer Zeit werden die Ketten häu- fig auch durch Drahtseilschlingen ersetzt. Zur leichteren Überwindung von Hindernissen und zur Verminderung des Zugkraftbedarfes werden oft noch weitere Hilfsmittel, wie Rückhauben und-Rückewagen, eingesetzt.
Auf unseren Ve'rsuchspisten verglichen wir auf den verschiedenen Unterlagen die Guntelbefestigung, die in ihrer Wirkung der Zange entspricht, die Befestigung mit einer üblichen Kette, die Verwendung der Schlepphaube und für einige Unterlagen auch den Rückrolli Rohr. Die Tab. 6 gibt die Resultate als Mittel der verschiedenen Unterlagen und Stammformen. Der Reibungswiderstand der Guntel (bzw. der Zange) wurde gleich 100
%
gesetzt.1
Einßufi von Befestigungsart und Rückhilfe auf den Reibungswiders _tand Tab. 6
Befestigungsart, bzw. Rückhilfe Untergrund
Guntel
1
Kette
1
Haube
1
Rolli
°lo 0/o °lo O/o
Kies und Erde, trocken . 100 118
1
119 61
Kies und Erde, naß . 100 113 118 -
Kies und Erde, leicht gefroren · 100 117 - -
Gewalzte Kiesstraße
1
100
1
119 114 56
Schnee 100 149* 88 -
* Da die Schneehöhe nur zirka 10 cm betrug, kratzte die Kette auf dem hart gefrorenen Boden, was die Reibung natürlich gewaltig erhöhte.
Im Mittel aller unserer Stämme und auf allen Unterlagen hat demnach die Kette immer eine ,<\'esentliche Vermehrung der Reibung bewirkt, wie das ja auch nicht anders 32.1
zu erwarten war. Sehen wir von den besonderen Verhältnissen im Schnee ab, so beträgt die Widerstandsvergrößerung gegenüber der Zange 13 bis 19
% .
Auch die Rückhaube hat auf dem nicht mit Schnee bedeckten Waldboden und auf der Straße den Rück- widerstand vermehrt. Ein gleiches Resultat stellte schon Z e h n d e r ( 10) fest. Auf dem Schnee dagegen erwies sich die Haube als sehr vorteilhaft, was einerseits auf die geringere Reibung zwischen Schnee und Eisen, die bedeutend kleiner ist als zwischen Schnee und Holz, und anderseits auf die günstige Schneepflugwirkung zurückzuführen ist. Die Reibungsvergrößerung auf schneefreiem Untergrund ist zum Teil auf das zu- sätzliche Gewicht der Haube und auf den ungünstigeren Reibungskoeffizienten zwischen Eisen und Stein, bzw. Erde zurückzuführen. Bei der Beurteilung der Haube als Rück- mittel darf nicht in erster Linie auf die Verhältnisse auf den hindernisfreien Versuchs- pisten abgestellt werden. Die Haube hat ja vor allem bei der Überwindung von Hinder- nissen, an denen sich ein Stamm festklemmen könnte, ihre Bedeutung, während man von ihr kaum eine Verminderung der Reibung auf ebener Unterlage erwartet. Die Resultate für den Rolli decken sich sehr gut mit jenen, die früher bei andern Versuchen erhalten und in (9) mitgeteilt wurden.Die Kette erweist sich als umso nachteiliger, je größer der Anteil des Stammgewich- tes ist, das auf ihr lastet, also je kürzer der Stamm ist. Dementsprechend wirkt sie sich bei Trämeln wesentlich ungünstiger aus als bei Langholz. Die Widerstandsvermehrung beträgt:
Auf trockener Erde Auf Kies
für Trämel für Langholz für Trämel für Langholz
30-40
%
5%15-20
%
5-10%Nicht nur das vermehrte Schürfen der Kette bewirkt eine höhere Widerstandskraft.
. ondern auch der Umstand, daß sie nicht in der Längsachse des Stammes wirkt. Sie kann um den Stamm gelegt werden wie man will, immer übt sie einen gewissen seitlichen Schub aus, der in größerer Reibung zum Ausdruck kommt.
Neben der Stammform wirkt sich auch die Bewegungsrichtung bei den untersuchten Befestigungen verschieden aus. Da bei der Befestigung am Fuß mehr Gewicht auf der Kette liegt, erstaunt der Unterschied Yon 20
%
bei Trämeln und 15%
bei Langholz gegenüber der Befestigung am Zopf nicht. überraschender sind die Ergebnisse bei der Haube. Gefühlsmäßig hat man den Eindruck, daß die Haube dann am günstigsten sei, wenn sie genau auf den Stamm paßt. Befestigt man aber die gleiche Haube, deren Durch- messer für den Stammfuß richtig ist, am Zopfende, so vermindert sich der Zugkraft- bedarf auf nicht schneebedecktem Boden trotzdem. Auch hier wirkt sich demnach die größere Belastung nachteilig aus. Bei Schnee dagegen liegen die Verhältnisse umge- kehrt, indem bei Befestigung am Fuß die Reibung um 15 bis 20%
geringer wird. Je stär- ker hier die Belastung, um so größer wird der Anteil des Stammgewichtes, der vom gün- stigen Reibungskoeffizienten Eisen auf Schnee profitiert und um so mehr wird eine Schneebahn gepreßt, auf der das Stammende leicht gleiten kann.5. Der Einfluli des Winkels
zwischen Zugrichtung und Bewegungsrichtung auf den Reibungswiderstand
Alle bisherigen Werte wurden bei horizontaler Zugrichtung gemessen. Das stimmt mit der Praxis nicht überein, sofern mit Pferden gerückt wird. In diesem Fall ist die Zugrichtung je nach der Länge der Befestigung mehr oder weniger stark aufwärts ge- richtet. Es ist anzunehmen, daß das nicht ohne Einfluß auf den Reibungswiderstand bleibt. Es wurden daher für die verschiedenen Stämme und auf den verschiedenen Unterlagen Messungen mit einer Zugrichtung gemacht, die mit der Horizontalen einen Winkel von 22
°
bildete, was ungefähr den Verhältnissen beim Pferdezug entspricht.Praktisch wurde so vorgegangen, daß das Zugseil über einen kleinen Zweiräderkarren gelegt wurde, der dann vor dem Stamm herfuhr. Der Zugkraftmesser wurde zwischen Karren und Stamm angeschlossen.
Für Trämel wurde in jedem Falle eine Verminderung des Reibungswiderstandes fest- gestellt. Diese betrug bei Trämeln und bei Langholz auf harter Piste 10
%,
im Schnee bei allen Stammformen sogar 20% .
Bei Langholz auf durchnäßter Piste war dagegen eine Zunahme um 5%
festzustellen. Der Zug aufwärts wirkt sich demnach insofern gün- stig aus, als das Stammende leicht angehoben wird und damit die Unterlage weniger aufschürft. Beim Langholz auf weicher Unterlage wurde ein Teil der Kr~ft zur Defor- mation (Aufbiegung) des elastischen Stammes verwendet, und zwar auf Kosten der Zugkraft. Die sehr große Auswirkung im Schnee erklären wir dadurch, daß dieser weni- ger seitlich weggeschoben, als vielmehr von oben gepreßt wurde.IV. Beurteilung der Ergebnisse
1. Vergleich mit Ergebnissen anderer Untersuchungen
Unsere Messungen haben gezeigt, daß sogar auf besonders hergerichteten Pisten die Streuung der Reibungskoeffizienten beträchtlich ist und Zufälligkeiten der Unterlage und des Holzes eine wesentliche Rolle spielen. Um so erstaunlicher ist die Tatsache, daß die ermittelten Wert~ so genau mit anderen Untersuchungen übereinstimmen , wie Tab. 7 zeigt.
Wir dürfen daraus folgern, daß unsere Werte trotz den künstlichen Versuchsbedin- gungen verallgemeinert werden dürfen und wir tatsächlich Reibungskoeffizienten gefun- den haben, die mit der Praxis übereinstimmen.
Die Einflüsse der Form wurden unseres Wissens bisher nirgends systematisch unter- sucht. Auf die Angaben von Diener (1) sind wir bereits eingetreten. Auch systema- tische Untersuchungen der Befestigungsmittel fehlen unseres Wissens. Einzig Zehn - d e r ( 10) gibt an, daß mit der Schlepphaube eine Zugkraftbedarfserhöhung von 15
%
bis 25
%
gegenüber der Anhängung mit Gunteln festgestellt wurde. Auch dieser Wert stimmt recht gut mit unseren Resultaten, die auf schneefreiem Boden 14 bis 19%
Wider- standsvermehrung ergaben, überein .. über den Einfluß des Zugwinkels auf die Aus-325
Tab. 7
Vergleich der Reibungskoeffizienten aus verschiedenen Untersuchungen
Unterlage
1 Harter, steinfreier Lehmboden ohne Vegetation
Harter, ausgetrockneter, lehmig-sandiger steinfreier Boden
Erde, etwas feucht, ohne Grasnarbe, lehmi- ger Boden mit kleinen Steinen .
Verhältnisse wie oben, Stamm in Rinde
Harter, fester Boden, bedeckt mit grobem, lockerem Geschiebe (flache, abgerundete Steine, von denen einzelne im Boden fest eingebettet waren)
Gewalzte Schotterstraße
Harter, fester Boden, überdeckt mit einer 4 bis 5 cm dicken, losen, grobkörnigen Sandschicht (Kalksteingrieß)
Ungewaschener, trockener Grubenkies.
Frischer Pulverschnee .
Trockener Neuschnee auf gefrorenem Boden
1
Baumart 1
(entrindet)
?
Ta
Fi
? Ta
?
1
Ta
Ta Ta
Förster 1885
0,478
? 0,571
0,413
0,491
1 Hafner
1937
0,49
Fi 0,68
Enlil 1940
0,15
~
-1952 1
0,47
Ta 0,56
0,42
0,49
0,18
wertung der vom Zugmittel entwickelten Zugkraft hat Haus k a ( 6) eine eingehende Arbeit veröffentlicht. Er kommt dabei auf Grund theoretischer Ableitung zum Ergebnis, daß bei den Reibungskoeffizienten, die beim Schleifen in Frage kommen, sich die schräge Zugrichtung nachteilig auswirke. In unseren Versuchen bestätigte sich das nur beim Langholz auf weicher Unterlage. Wir glauben aber, daß sich diese Diskrepanz durch das Schürfen der Stirnfläche, das immer schwächer wird, je mehr der Stamm angehoben wird, mindestens zum Teil, zwangslos erklären läßt.
über den Einfluß der Rinde geben uns sowohl Zahlen von F ö r s t e r und H a f - n er als auch E n l i l Angaben. Nach Förster ist bei trockenem Holz zu rechnen, daß der Reibungskoeffizient durch die Entrindung je nach Unterlage um 11 bis 18
%
abnimmt, Hafner findet bei Fichte 28
% ,
E n l i l bei Tanne im Schnee sogar 45% .
Unsere Werte liegen demnach zwischen jenen von F ö r s t e r und von Ha f n e r . Dabei ist zu berücksichtigen, daß wir mit Tanne, H a f n e r jedoch mit der allgemein grobborkigen Fichte gearbeitet hat.
2. Praktische Folgerungen aus den Ergebnissen
Mit großer Deutlichkeit haben unsere Messungen ergeben, welche Bedeutung die Witterung und damit der Bodenzustand für den Reibungswiderstand hat. Neben diesem Einfluß sind die Unterschiede in der Bodenart viel weniger wichtig und werden leicht von andern Faktoren überdeckt. Diese Tatsache ist für die Praxis unbedingt positiv zu werten. In sehr vielen Fällen haben wir nämlich die Möglichkeit, für unsere Rück- und Reistarbeiten eine geeignete Wetterlage abzuwarten. So können wir am steilen Hang in Rinde und bei trockenem Wetter reisten, wodurch es leichter ist, die Stämme unter Kon- trolle zu halten und Schäden zu verhüten. Gilt es jedoch, vor allem im flachen Gelände, die Reibung möglichst gering zu halten, wählen wir nach Möglichkeit gefrorenen, oder noch besser gefrorenen und schneebedeckten Boden. Im Sommer soll in diesen Fällen das Entrinden erst unmittelbar vor dem Rücken erfolgen.
Die folgende Tab. 8 gibt an, bei welcher Hangneigung ein Stamm bei den verschie- denen Bedingungen gleichförmig weitergleitet, sofern er einmal in Bewegung gesetzt wurde.
Tabelle der kritischen Hangneigungen, bei welchen ein in Bewegung befindlicher Stamm mit unveränderter Geschwindigkeit weitergleitet Tab. 8
Stamm- Reibungs- Kritische Hangneigung
Bodenzustand zustand koeffizient
1
-
°lo Grad a. T.
Steinig-sandig, trocken mR 0,61 61 31
oR 0,49 49 26
Lehmig-sandig, trocken mR 0,59 59 31
oR 0,47 47 25
Steinig, naß mR 0,49 49 26
oR 0,39 39 21
Lehmig-sandig, naß mR 0,40-0,65 40.-:-65 22-33
oR 0,29-0,52 29-52 16-27
Oberflächlich gefroren oR 0,30 30 17
Steinig, hart gefroren oR 0,28 28 16
Lehmig-sandig, hart
oR 0,23 23 13
gefroren
Lockerer Neuschnee, mR* 0,32 32 18
Unterlage gefroren oR 0,18 18 10
* Wert mit Rinde, entsprechend den Angaben von E n 1 i 1 , aus unserem Reibungskoeffizient errechnet.
327
Bei einer homogenen Gleitbahn entsprechen die kritischen Hangneigungen ungefähr dem Gefälle, bei welchem das Reisten ohne große Gefahr und ohne eigentliche Brems- vorrichtungen größeren Ausmaßes möglich ist. Das Gefälle genügt noch nicht, daß sich der Stamm von selbst in Bewegung setzt, und beim Gleiten wird auch das Holz nicht wesentlich beschleunigt. Bei kleinerer Hangneigung wird der Stamm gebremst. In Rinde und bei trockenem Wetter können wir demnach noch bei Hängen bis gegen 60 % mehr oder weniger gefahrlos reisten. Ohne Rinde oder mit Rinde bei feuchtem Wetter sind die Verhältnisse bei ungefähr 50
%
Hangneigung am günstigsten. An steilen Hängen wer- den schon besondere Maßnahmen notwendig, um den Stamm in eine bestimmte Bahn zu zwingen und wieder aufzuhalten. Bei oberflächlich gefrorenem oder schmierigem, hartem Boden und entrindetem Holz liegt die Grenze schon bei etwa 30%
Neigung, währenddem ein entrindeter Stamm bei gefrorenem Boden und leichter Schneelage schon bei 18%
gleitet. Unter günstigen Bedingungen ist demnach ein Reisten auf stei- len Schlittwegen im Winter möglich. G. von Kaufmann (7) gibt ähnliche, empirisch gewonnene Werte an. Natürlich ist zu berücksichtigen, daß unsere Hänge im Gebirge nie vollständig mit den Verhältnissen im Versuch verglichen werden können, sondern daß meist steilere und weniger steile Partien abwechseln und auch in bezug auf qen Unter- grund viele Wechsel vorkommen. Eine wesentliche Verminderung der Reibungswider- stände bilden flach streichende Baumwurzeln, und nicht selten kann festgestellt werden. daß solche dafür verantwortlich sind, wenn an einem mäßig steilen Hange einzelne Stämme plötzlich sehr stark beschleunigt werden und den Arbeitern entgehen. Beim Reisten spielt sodann auch das Gewicht der Stämme eine Rolle, da schwere Stämme in der Bewegung viel mehr Energie haben und dadurch auch kleine ungünstige Gleit- strecken und Hinde_rnisse überwinden können, bei denen leichte Stämme aufgehalten werden. Für die Praxis ist es wesentlich, zu wissen, daß an Hangpartien mit mehr als dem angegebenen kritischen Gefälle eine Beschleunigung und auf kleinen Terrassen mit geringerem Gefälle eine Bremsung der Stämme zu erwarten ist. Ebenfalls kann die Tab. 8 mit Vorteil dazu verwendet werden, um bei Schlägen an Steilhängen festzulegen, ob das Holz mit oder ohne Rinde und bei welchen besonderen Witterungsverhältnissen gereistet werden müsse, unter Umständen auch ob ein Abseilen nötig werde. Es gibt Waldgebiete, bei denen diese Bestimmungen in jedem einzelnen Schlage oder sogar jedem Schlagteil für die Arbeiter verbindlich auf gestellt und in den Akkordvertrag aufgenommen werden.An Hand der Reibungskoeffizienten ist es sodann auch leicht möglich, die Zugkraft zu berechnen, die notwendig ist, um Stämme von bestimmtem Inhalt zu rücken. Das ist für die Dimensionierung von Seilwinden, Drahtseilen, Motoren usw. wichtig. Dabei ist aber daran zu denken, daß im praktischen Betrieb auch noch Hindernisse überwun- den werden müssen, was ebenfalls viel Zugkraft verlangt. Diese kann dabei als konstante Größe zu den Werten der Tab. 9 geschlagen werden. Ebenfalls ist zu berücksichtigen, daß gewisse Reserven für die Überwindung des Anfahrwiderstandes, also der Reibung in der Ruhe, vorhanden sein müssen.
Hier fällt besonders auf, wie bei größerer Hangneigung der Einfluß der Unterlage immer kleiner wird. Beträgt in der Ebene der Zugkraftbedarf für den ungünstigsten
1 Hangn,;gung
inO/o in Grad a. T.
Zugkraft pro 100 kg Stammgewicht heim Bergauftransport,
bei verschiedenem Gefälle und Untergrundszustand Tab.9
Zugkraft in kg/100 kg Stammgewicht 1
1--,---,--- ---,---,---,-- --,---
°' IN
IN v:,
ö ö 11 "'II
~:.o~
0 0 47 49 29- 52 39 4,2 23 28 30 18
10 5 57 59 39- 62 49 52 33 38 40 28
20 11 66 68 48- 71 58 61 4,2 47 49 38
30 17 74, 76 57- 79 66 69 51 56 58 46
40 22 81 83 64- 85 73 76 58 63 65 54
50 1 27 87 89 71- 91 80 82 65 70 72 61
60 31 91 93 76- 96 85 87 71 75 77 66
70 35 96 97 81-100 89 91 76 80 82 72
80 39 99 100 85-103 92 95 80 84, 85 76
90 42 102 103 88 - 105 96 98 84 88 89 80
~10_0 ___ 4_5 ___ 10_4_, --1-06 ___ 92_-_10_8 ___ 9_9_! _1_0_1 __ 8_7 __ 9_1 __ 9_2 ____ 84_1
Fall noch das 2,6fache des günstigsten Falles, so sinkt der Mehrbedarf bei 100
%
Nei- gung auf das l,3fache. Ähnliches gilt vom Zugkraftbedarf in Abhängigkeit von der Hang- neigung. Bei schlechten Gleitbedingungen brauchen wir am Steilhang von 100%
nur wenig mehr als die doppelte Zugkraft gegenüber der Ebene, währenddem bei sehr gün- stigen Bedingungen der Bedarf auf beinahe den Sfachen Wert ansteigt. Daraus wird er- sichtlich, daß im flachen Gelände die Maßnahmen zur Verminderung der Reibung sich besonders stark auswirken.Auf ähnliche Weise läßt sich für den Steilhang errechnen, welche Bremskräfte not- wendig sind, um den Stamm mit gleichförmiger Geschwindigkeit abzuseilen, wie das in Tab. 10 dargestellt ist.
Beim Abseilen im Bestand mit einer Abseilwinde treten natürlich noch stärkere Be- lastungen auf, da es praktisch kaum möglich ist, gleichförmig abzuseilen und immer wieder damit gerechnet werden muß, daß der Stamm in rasche Bewegung kommt und somit beim Abbremsen Energie vernichtet werden muß.
Von direkter praktischer Bedeutung sind sodann die Ergebnisse für die verschiede- nen Stammformen und Anhängeverfahren. Das Langholz läßt sich auf relativ harter Unte'rlage, z. B. ausgetrocknetem Boden, gefrorenem Boden, Straße usw. praktisch gleich gut bewegen wie die Trämel. Je weicher die Unterlage, um so geringer ist der Reibungs- widerstand von Langholz im Vergleich zum Trämelholz. Unter diesen Verhältnissen hat also Langholz bei gleichem Gewicht einen geringeren Zugkraftbedarf. Ebenfalls ist die Überwindung von Bodenunebenheiten und Hindernissen mit Langholz leichter als mit gleich schweren Trämeln, vor allem wenn in der Richtung des Zopfendes gezogen wird.
11 329
Tab. 10
Bremskraft pro 100 kg Stammgewicht für Abseilen mit gleichförmiger Geschwindigkeit bei verschiedenem Gefälle und Untergrundzustand
1 Hsngneigung
Bremskraft in kg
inO/o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
in Grad a. T.
0 5 11 17 22 27 31 35 39 42 45
3 11 18 25 32 38
1 9 17 24 31 36
II oo II
~:.s::.::
1 10 19 6-26 14-33 21-39 29-46 34-50
1 10 17 25 32 38 43
8 15 23 29 36 41
7 16 25 31 38 44 50 55
2 11 20 27 34 40 46 51
0 9 18 25 32 39 45 50
2 12 20 29 36 42 48 54 58
Vom Standpunkt des Zugkraftbedarfes aus gesehen, ist daher Langholz günstiger zu rücken als Trämelholz. Selbstverständlich müssen aber bei der Frage der Langholz- aushaltung auch noch alle übrigen Faktoren, die mitspielen, berücksichtigt werden. Das Anhängen am dünnen Ende ist bei Trämeln in jedem Falle vorteilhaft. Ganz besonders gilt das, wenn mit Kette oder Haube gerückt wird. Bei Langholz ist auf hindernisfreier Unterlage die Bewegungsrichtung weniger wichtig. Hingegen ist die Überwindung von Hindernissen mit dem leichten Zopfende einfacher als mit dem Stammfuß.
Die verbreitete Verwendung der Kette als Befestigungsmittel ist, vom Standpunkt des Zugkraftbedarfes aus betrachtet, nachteilig. Die neu aufgekommenen Drahtseilschlin- gen sind bereits etwas günstiger. Ideal ist die Verwendung einer Zange, sofern sie der- art konstruiert ist, daß sie wirklich schließt und leicht angebracht und gelöst werden kann. Mit der Haube ist das überwinden von Bodenunebenheiten und Hindernissen stark erleichtert. Auf ebener Unterlage erhöht sie aber den Zugkraftbedarf. Es muß daher im einzelnen Fall geprüft werden, ob ihre Verwendung mehr Vor- oder Nachteile bringt.
In den meisten Fällen wirkt sich eine Zugrichtung schräg aufwärts, wie sie sich beim Pferd zwangslos ergibt, günstiger als ein Zug parallel zur Bodenoberfläche. ·
Wie stark der Zugkraftbedarf in der Ebene durch Hilfsmittel und günstige Wahl der Bedingungen variiert werden kann, zeigt als fiktives und extremes Beispiel die Tab. 11.
Hier wurde angenommen, daß an Stelle des ungünstigsten Falles, nämlich Rück_en in Rinde, Fuß voran, Befestigung mit Kette, trockener Waldboden, alle Verbesserungs- möglichkeiten angewendet und das günstigste Wetter abgewartet werden könne. Der Reihe nach wird je ein Faktor variiert. Schließlich kamen wir zum Rücken des entrin-
deten Stammes Zopf voran, mit Haube, auf Schnee und reduzierten damit den Zug- kraftbedarf auf 21
%
des ursprünglichen Betrages.Beeinflussung des Zugkraftbedarfes auf der Ebene durch Veränderung
der einzelnen Faktoren Tab. 71
Einflufifaktoren
Reibungs- Zugkraft-
1
Befestigungs-
1 1
koeffizient bedarf
Bodenzustand art Rückrichtung Stammzustand
trocken Kette Fuß voran in Rinde 0,70 100 %
trocken Kette Fuß voran entrindet 0,60 86 %
trocken Kette Zopf voran entrindet 0,57 81 %
trocken Zange Zopf voran entrindet 0,48 69 %
feucht Zange Zopf voran entrindet 0,41 59 %
leicht
Zange Zopf voran entrindet 0,30 43 %
gefroren
1
hart
Zange Zopf voran entrindet 0,25 36 %
gefroren
Schnee Zange Zopf voran entrindet o,i8 26 %
1
Schnee Haube Zopf voran entrindet 0,14 21 %
Wir haben es demnach in der Ebene weitgehend in der Hand, durch die Wahl dY..r günstigsten Bedingungen den Zugkraftbedarf in praktisch bedeutungsvollem Umfang zu beeinflussen und ganz wesentliche Einsparungen zu erzielen. Solche sind vor allem dort möglich und erwünscht, wo mit Pferden gerückt wird. Gelingt es, ein oder mehrere Pferde einzusparen, so wirkt sich das auf die Rückkosten direkt aus. Bei Motoren kann innert gewisser Grenzen oft die Rückgeschw_indigkeit gesteigert werden.
Zusammenfassung
1. Die Eidgenössische forstliche Versuchsanstalt führte vom Herbst 1951 bis Sommer 1952 auf horizontalen Versuchspisten Messungen der Reibungswiderstände beim Schleifen von Baumstämmen durch. Diese Untersuchungen bezweckten:
a) Für den gleichen Boden und gleiche Stämme die Reibungskoeffizienten in Ab- hängigk~it von der Witterung zu bestimmen.
b) Festzustellen, ob die Stammform allgemein oder bei einzelnen Unterlagen einen Einfluß auf den Reibungswiderstand ausübt.
c) Festzustellen, wie groß der Einfluß verschiedener gebräuchlicher Befestigungs- mittel und Rückhilfen auf den Reibungswiderstand ist.
2. Die auftretenden Zugkräfte und das Gewicht der Stämme wurden mit einem Öl- druckdynamometer der Firma A. J. Amsler & Co., Schaffhausen, gemessen und auf Kontrollstreifen aufgetragen. Die Zugkraftdiagramme wurden planimetriert un<l daraus die mittlere Zugkraft für die ganze Pistenlänge bestimmt.
331-
3. Die ermittelten Reibungskoeffizienten zeigen, daß der Einfluß der Witterung größer ist als derjenige verschiedener Bodenarten. Vom trockenen, harten Boden über den durchnäßten zum hartgefrorenen und leicht schneebedeckten Boden nimmt der Reibungskoeffizient kontinuierlich bis auf beinahe 1
/3
des ursprünglichen Wertes ab.4. Soweit vergleichbare Werte vorliegen, stimmen unsere Resultate gut mit früheren Veröffentlichungen anderer Autoren überein.
5. Durch das Entrinden der Stämme vermindert sich der Reibungskoeffizient auf nassem Boden um zirka 20
% ,
6. Auf harten Böden beeinflußt die Stammform den Zugkraftbedarf nur unwesentlich.
Je weicher aber die Unterlage ist, um so mehr haben die bewegten Stämme die Ten- denz, den Untergrund aufzuschürfen und teilweise vor sich herzuschieben. Unter diesen Bedingungen ist der Reibungswiderstand von Langholzstämmen geringer als von Trämeln. Die Unterschiede können sehr bedeutend werden.
7. Die Zugrichtung Zopf voran ist, vor allem bei abholzigen Trämeln, deutlich günsti- ger als die Zugrichtung Fuß voran. Bei Langholz sind die Unterschiede geringer.
8. Die um den Stamm geschlungene Kette bewirkt gegenüber der Guntel oder Zange bei allen Unterlagen eine beachtliche Vergrößerung der Reibung. Mit steigender Belastung der Kette nehmen die Unterschiede zu, weshalb Trämel mehr benachteili gt sind als Langholz.
9. Die Rückhaube wirkt auf ebener Unterlage und aperem Boden deutlich reibungs- vergrößernd, u~ so mehr, je größer der Stammgewichtsanteil ist, der auf sie über- tragen wird. Bei Schnee liegen die Verhältnisse gerade umgekehrt , die Haube verringert den Zugkraftbedarf gegenüber dem bloßen Stamm, und zwar desto stärker je mehr sie belastet wird.
10. Die gefundenen Reibungskoeffizienten gestatten, für verschiedene Verhältnisse die kritischen Hangneigungen zu berechnen. Darunter ist jene Neigung zu ver- stehen, bei welcher ein Stamm, einmal in Bewegung gesetzt, sich gleichförmi g weiter bewegt. Beim Reisten läßt er sich so am besten führen und kontrollieren.
größere Neigung hat Beschleunigung, kleinere Bremsung zur Folge.
11. Ebenfalls lassen sich Tabellen für den Zugkraft- und Bremskraftbedarf bei ver- schiedenen Bodenarten , Bodenzuständen und Hangneigungen berechnen.
Resume
1. L' Institut federal de recherches forestieres a procede de l' automne 1951
a
l' ete 1952, sur des pistes d' essais horizontales,a
la mesure de la resistance due an frottement qui se prodziit lors du trainage de troncs d' arbres. Le but de l'investi- gation etaita) de determiner , pour un sol donne et les memes troncs, le coef ficient de frotte- ment dans sa dependance des conditions atmospheriques ,
b) d' etablir si la forme du tronc exerce une influence sur la resistance de /rotte ment, d'une maniere generale ou sur certains fondements,
c) d' etablir quelle peut etre l'influence de divers moyens de fixation et disposi- tif s de debardage usuels sur la resistance de
f
rottement.2. Les forces de traction qui se sont presentees et le poids des troncs ont ete mesures
a
l'aide d'un dynamometre a pression d'huile de la firme A. J. Amsler & Cie, a Schaf fhouse, et enregistres sur des band es de controle. Les diagrammes des forces de traction ont ete planimetres, ce qui a permis de determiner la force de traction moyenne pour la longueur totale de la piste.3. Les coef ficients de frottement determines montrent que l'influence des conditions atmospheriques est plus grande que celle de diverses especes de sol. A partir du sol sec et dur pour finir a celui qui est entierement gele et legerement recouvert de neige, le sol imbibe d' eau faisant la transition, le coef ficient de frottement baisse continuellement, jusqu'a environ 1
13
de sa valeur initiale.4. Pour autant qu'il existe des valeurs comparables, nos resultats cadrent bien avec ceux qu' on trouve dans les publications anterieures d' autres auteurs.
5. L' ecorqage des troncs fait baisser le coefficient de frottement sur sol mouille d' environ 20
% .
6. Sur le sol dur, la forme du tronc n'influence pas la force de traction necessaire d'une maniere sensible. Mais plus le fondement est mou, plus les troncs remues ont aussi la tendance
a
erafler le terrain et a pousser une certaine couche du sol devant eux. Dans ces conditions, la resistance de frottement de bois longs est moindre quc celle des billons. Les differences peuvent etre tres importantes.7. La traction sommet en avant est nettement plus favorable que celle qui s'opere le pied en avant, surtout chez des billons de /orte decroissance. La dif ference est moindre pour les bois longs.
8. Sur tous terrains, la chaine enroulee autour du tronc - comparee avec le coin enf once ou la pince de debardage - provoque une notable augmentation du f rotte- ment. Plus le chargement de la chaine est grand, plus les differences s' accentuent, ceci plus au desavantage des billons que des bois longs.
9. En terrain plat et non enneige, le capuchon de debardage augmente netteme.nt le j rottement, et ceci d' autant plus que la part du poids du tronc qu'il supporte esl plus considerable. En cas de neige, les conditions sont juste inverses: le capuchon reduit la f orce de traction necessaire pour tirer le tronc qui n' en est pas muni, d' au- tant plus qu'il est plus lourdement charge.
10. Les coefficients de frottement trouves permettent de determiner les inclinaisons critiques valables dans diverses conditions. Il faut entendre par la la declivite
a
laquelle un tronc, une Jois mis en mouvement, poursuit sa course a allure egale.
C' esf ainsi que le tronc peut etre le mieux dirige et garde SOUS controle lors du glis- sage. Une pente plus /orte provoque l' acceleration, une pente plus faible, le freinage.
11. Des tableaux indiquant les forces de traction et de f reinage necessaires pour dif fe- rentes especes de sol, conditions et inclinaisons de terrain, peuvent aussi etre etablis
par calcul. Trad.: E. Badoux
333
Literaturverzeichnis
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