Wertästung 2.0

Der Patas bei der Hochästung einer Lärche. Eine Schlauchleitung versorgt ihn mit Öl und Druckluft

Der Patas ist ein mechanisiertes Arbeitssystem für die Wertästung, das die Firma advaligno aus Wunstorf für die Ästung von Lärchen, Kiefern, Fichten und Douglasien entwickelt hat. Es eignet sich für die Hochästung auf 12 m und mehr.

Das Ästungsaggregat wird hydraulisch angetrieben und ist über einen Versorgungsschlauch mit der Antriebseinheit verbunden, die ein 37-kW-Schlepper per Zapfwelle antreibt. Der gummierte und widerstandsfähige Versorgungsschlauch ist 25 m lang, aber auch längere Schläuche sind erhältlich. Am Baum bewegt sich der Ästungskopf mit Hilfe von zwei hydraulisch angetriebenen Gummilaufbändern, die eine Beschädigung der Rinde verhindern sollen.

 

Komponenten des Wertästungsverfahrens Patas: Kleinschlepper mit angehängter Antriebseinheit und dem Ästungsaggregat. Es wird beim Transport und beim Umsetzen im Bestand auf der Antriebseinheit befestigt

Die insgesamt fünf stammumfassenden Entastungsmesser werden dagegen pneumatisch an den Stamm gepresst, wobei sich den Druck manuell zwischen 3,0 und 8,0 bar einstellen lässt. Bewegt der Bediener das Aggregat den Stamm hinauf, scheren die Entastungsmesser die Äste bei Aggregatgeschwindigkeiten von 4 m/s einfach ab. Bleibt das Aggregat im Baum hängen, lassen sich die Messer manuell öffnen, um das Aggregat zu befreien. Der Patas ästet Z-Bäume bis zu einem Brusthöhendurchmesser von 27 cm. Optimal ist jedoch ein BHD bis maximal 25 cm, da sich das Aggregat bis zu dieser Stärke leichter am Stamm befestigen lässt [1 und 2].

Verfahrensablauf

Die mechanisierte Wertholzästung mit dem Patas ist ein Zwei-Mann-Verfahren. Im ersten Arbeitsschritt positionieren die Bediener den Schlepper mit der Antriebseinheit in sicherer Entfernung (Mindestabstand 10 m) zum nächstgelegenen Ästungsbaum auf der Rückegasse. Dort senken sie die Antriebseinheit über die Dreipunktaufhängung des Schleppers auf den Waldboden ab.

Anschließend aktivieren sie den Antrieb und lösen das darauf arretierte Ästungsaggregat. Bevor sie es am ersten Z-Baum positionieren, rollen die Arbeiter zunächst den Versorgungsschlauch ab und verlegen ihn so, dass er sich beim Hochfahren des Aggregates nicht im Gestrüpp oder in den Ästen anderer Bäume verhaken kann. Danach tragen sie es zu zweit zu dem Ästungsbaum, der am weitesten vom Schlepper entfernt ist, aber aufgrund der Länge des Versorgungsschlauches noch bearbeitet werden kann.

Das am Baum fixierte Aggregat. Gut zu erkennen sind die Entastungsmesser, die den gesamten Stamm umschließen. Das Stützrad ist anders als die Antriebsbänder nicht angetrieben

Am Baum angekommen, fixieren sie den Patas durch das Schließen der Entastungsmesser in Brusthöhe am Baum. Äste am Erdstammstück müssen zuvor manuell (z. B. mittels einer Machete) entfernt werden. Dieser Arbeitsschritt kann – wie in der vorliegenden Studie – auch in einem separaten Arbeitsgang vor der eigentlichen Wertästung erfolgen.

Haben die Bediener den Patas am Z-Baum befestigt, nehmen sie den vorgesehenen Sicherheitsabstand von 10 m zum Baum ein. Mittels Funkfernbedienung fährt einer von ihnen das Aggregat anschließend den Baum hinauf und leitet so die Ästung ein. Die Ästungshöhe ist mit Hilfe farbiger Markierungen am Versorgungsschlauch ablesbar.

Haben die Bediener den Patas am Z-Baum befestigt, nehmen sie den vorgesehenen Sicherheitsabstand von 10 m zum Baum ein. Mittels Funkfernbedienung fährt einer von ihnen das Aggregat anschließend den Baum hinauf und leitet so die Ästung ein. Die Ästungshöhe ist mit Hilfe farbiger Markierungen am Versorgungsschlauch ablesbar.

Sobald der Patas die gewünschte Höhe erreicht hat, stoppt ein Bediener das Gerät und fährt es herunter. Zu zweit tragen sie es dann zum nächsten Baum. Dieser Vorgang wiederholt sich so oft, bis von einer Schlepperposition aus die Ästung weiterer Bäumen ineffizient erscheint oder die Länge des Schlauchpaketes nicht mehr ausreicht.

In diesen Fällen rollen die Arbeiter den Schlauch auf, fixieren den Ästungskopf auf der Antriebseinheit und setzen mit dem Schlepper zur nächsten Position um. Der Arbeitsschutz erfordert für das gesamte Arbeitsverfahren das Tragen von Sicherheitsschuhen, Warnkleidung, Helm sowie von Arbeitshandschuhen.

Versuchsmethoden

Die Untersuchung fand in den südlichen Ausläufern der Lüneburger Heide statt. Der überwiegend mit 40-jähriger Lärche bestockte, einschichtige Bestand befindet sich in Privatbesitz. Er hat eine Größe von rund 1,7 ha, ist eben und voll erschlossen. Die Fläche wies keinen für das Arbeitsverfahren hinderlichen Bodenbewuchs oder Durchforstungsrückstände auf. Die 188 für die Ästung vorgesehenen Z-Bäume (ca. 110/ha) haben eine mittlere Höhe von 20,3 m und einen mittleren BHD von 21,9 cm. Bei 70 % der Z-Bäume setzt die Grünkrone bei 14 m und höher an, weshalb die Ästungshöhe auf 12 m festgesetzt wurde.

Grundlage der Arbeitszeitstudie war die internationale Nomenklatur nach Björheden [3]. Sämtliche Tätigkeiten wurden mit einer Videokamera aufgenommen (527,6 min) und später am PC nach dem Fortschrittszeitverfahren ausgewertet. Zur Untersuchung der ergonomischen Belastungen des Verfahrens war einer der beiden Probanden während der gesamten Studie mit einem Langzeit-EKG-Gerät ausgestattet. Dieses Gerät misst unter anderem Minimal-, Mittel- und Maximal-Herzfrequenzen. Die Ästungsqualität haben zwei wissenschaftliche Mitarbeiter nach der Ästung mit dem Fernglas visuell eingeschätzt. Kriterien waren Feinäste, Stummel sowie durch das Aggregat verursachte Rindenverletzungen. Um Aussagen über die Arbeitssicherheit des Verfahrens treffen zu können, haben sie außerdem bei 40 zufällig ausgewählten Z-Bäumen die abgeschlagenen Äste gezählt und einer radialen Fallzone zugeordnet (0 – 1 m, 1 – 2 m, 2 – 3 m, >3 m Abstand zur Stammmitte).

Arbeitszeiten und Kosten

Die Zeitmessung startete, nachdem der Schlepper mit dem Arbeitssystem am Ästungsbestand ankam und endete am Feierabend mit abgeschlossener Rüstzeit. Die internationale Nomenklatur für Arbeitszeitstudien sieht eine Einteilung der Gesamtzeit in Arbeitszeit und Nicht-Arbeitszeit vor. Wie Abb. 5 zeigt, nahmen die Ablaufabschnitte Baumsuche mit Aggregat (27,2 %), der Ästungsprozess (14,7 %), die Positionierung des Schleppers (11,8 %) sowie persönliche Erholzeiten bei der Nicht-Arbeitszeit (13 %) die höchsten Anteile an der Gesamtzeit ein. Dabei ist allerdings anzumerken, dass die Zeitmessung die Spanne ab Befestigung des Aggregates am Baum bis zum Stehenbleiben des Aggregates am Stammfuß nach dem Herunterfahren erfasste. Der eigentliche Ästungsvorgang selbst dauerte nur zwischen 8 und 12 s. In der Gesamtschau benötigte der Patas für die Wertästung der 188 Z-Stämme 396,33 min, was einer Produktivität von 28,45 Bäumen pro Arbeitsstunde entspricht bzw. 2,1 min pro Baum.

Die Kalkulation der Ästungskosten erfolgte nach zwei Szenarien. Ersteres rechnete mit Lohnkosten und Lohnnebenkosten pauschal für zwei Waldarbeiter je Arbeitsstunde in Höhe von 70 €. Der in der Studie verwendete 37-kW-Schlepper wird gemäß Herstellerangaben und den Sätzen der Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen [5] mit 16 € je Stunde abgerechnet. Der Patas kostet unter Berücksichtigung aller relevanten Kosten 20 € je Stunde. Bei Systemkosten von rund 106 € je Stunde und einer Produktivität von 28,45 Bäumen je Stunde Arbeitszeit ergeben sich damit Ästungskosten in Höhe von 3,70 € pro Baum.

Das zweite Berechnungsszenario berücksichtigte neben den genannten Kosten für Waldarbeiter und Patas einen stärkeren 110-kW-Schlepper, der gemäß LWK NRW ohne zusätzlichen Fahrer stündlich mit 34,50 € zu Buche schlägt. Die Produktivität bezieht sich in diesem Szenario außerdem auf die Gesamtzeit (Arbeitszeit plus Nicht-Arbeitszeit). Bei einer Produktivität von 188 Bäumen in 527,69 min Gesamtarbeitszeit (unter Berücksichtigung von Pausen-, Rüst- oder Störungszeiten) ergibt sich eine Ästungsleistung von 21,38 Bäumen je Stunde. Bei Systemkosten von 124,50 € je Stunde macht das 5,80 € je Baum.

Vergleicht man die Spanne von 3,70 € bis 5,80 € je Baum mit konventionellem (Hoch-)Ästungsverfahren wie etwa der Ästung mit Distelleiter [6], dann erscheint bei passenden Bedingungen eine Kostenreduktion von bis zu 75 % möglich. Man könnte die Kosten nach Angaben der Firma advaligno noch auf rund 1,50 € pro Baum reduzieren, wenn man einen abgeschriebenen Schlepper verwendet, kostengünstigere Arbeitskräfte einsetzt und deutlich mehr Bäume je Hektar astet.

Ergonomie

Weil das Ästungsgerät mit 50 kg relativ schwer ist, trug ein Arbeiter zur Untersuchung der körperlichen Beanspruchung den ganzen Arbeitstag ein EKG-Messgerät. Die geringste Herzfrequenz trat bei der Messung des Ruhepulses um 08:29 am Morgen vor Beginn der Arbeiten auf (HF = 43), nachdem der Proband bereits 20 min eine sitzende Ruheposition eingenommen hatte. Die mittlere Herzfrequenz kann bei HF = 125 verortet werden. Der Maximalwert der Herzfrequenz betrug HF = 166 und wurde um 13:26, etwa eine Stunde nach Beendigung der Mittagspause, erreicht. Der Proband arbeitete in einigen Situationen daher nur knapp unterhalb der individuellen Leistungsgrenze, die bei ihm auf etwa 186 Schläge pro Minute geschätzt werden kann. Die Dauerleistungsgrenze von 130 Schlägen pro Minute hingegen überschritt er regelmäßig. Daher ist die Wertästung mit dem Patas als schwere körperliche Arbeit zu bezeichnen und ist mit Tätigkeiten wie der Holzernte vergleichbar [4].

Das Aufsuchen des Ästungsbaumes mit dem Aggregat ist eine körperlich hochbeanspruchende Tätigkeit

Im Rahmen der Untersuchung wurden ferner sämtliche Z-Bäume und Schlepperpositionen eingemessen, um die Arbeitsradien des Arbeitssystems ableiten zu können. Die Auswertung ergab, dass der Schlepper zur Wertästung von 188 Z-Stämmen 62 mal umgesetzt werden musste. Pro Schlepperposition haben die beiden Arbeiter in einem durchschnittlichen Arbeitsradius von 10,9 m je nach räumlicher Verteilung der Z-Stämme zwischen einem und sechs Bäume wertgeastet, im Durchschnitt drei pro Schlepperposition. Insgesamt passten der durchschnittliche Arbeitsradius und die Länge des Versorgungsschlauches von 25 m also gut zusammen.

Qualität und Sicherheit

Die Untersuchung der Ästungsqualität ergab, dass an 11 % der geasteten Z-Stämme Feinäste nach der Ästung zurückblieben (pro Baum 1 – 2 Stück). 76 % dieser Feinäste befanden sich in über 9 m Höhe. Die Prüfung auf Aststummel (>1 cm Länge) zeigte, dass bei lediglich 18 Ästungsbäumen 1 – 4 Stummel zurückblieben, 89 % davon fanden sich wiederum in über 9 m. Das gleiche gilt für kleinere Rindenverletzungen, die bei 15 von 188 Z-Stämmen auftraten. Astausrisse kamen nicht vor. In der Gesamtschau hatten 22,7 % der Z-Stämme einen Ästungsschaden, 90,7 % lagen über 9 m Stammhöhe. Stummel und Feinäste könnten bei einem zweiten Ästungsdurchgang nahezu vollständig entfernt werden. Das Versuchsdesign sah das jedoch nicht vor.

 Die Ästungsqualität war im Lärchen-Versuchsbestand sehr gut; hier ein kleiner Schaden

An 40 zufällig ausgewählten Probebäumen überprüfte die Studie die Gefährdung durch herabfallende Äste. Von den insgsamt 2 801 abgetrennten Ästen lagen 1 013 im 1-m-Radius um den Stamm herum. Weitere 787 Äste fanden sich bis 2 m, 537 Äste bis 3 m und 464 Äste waren über 3 m vom Stamm entfernt aufgeschlagen. Lediglich 17 % der Äste trafen also weiter als 3 m vom Stamm entfernt auf dem Boden auf – keiner davon weiter als 7 m.

Schnittbild bei einem abgetrennten Grünast

Resümee

Die mechanisierte Wertästung mit dem Patas besticht durch ihre hohe Produktivität von fast 30 Bäumen pro Stunde Arbeitszeit. Bei einer höheren Dichte der zu ästenden Bäume, wie beispielsweise auf Plantagen, ist eine noch höhere Produktivität vorstellbar. Die körperlichen Belastungen des Arbeitsverfahrens erscheinen zwar recht hoch, bewegen sich aber im Rahmen der allgemeinen Waldarbeit. Würde man für das Verfahren drei Bediener einsetzen, könnten sie sich abwechseln und die Belastung senken, indem beispielsweise ein Arbeiter zeitweise nur mit Schlepper fährt und den Schlauch auszieht.

Die Qualität der Ästung ist trotz des hohen Mechanisierungsgrades in der Lärche als sehr gut zu bezeichnen, auch weil der weitaus überwiegende Teil der marginalen Schäden in einer Höhe von über 9 m zu verorten ist. Bei der Wertästung ist ein unversehrtes Erdstammstückes von zentraler Bedeutung – und das war beim Einsatz des Patas in allen Fällen kein Problem. Eine Hochästung auf 12 m war im Versuchsbestand problemlos möglich. Eine höhere Ästungshöhe würde aufgrund des geringen Zeitbedarfs keine Mehrkosten verursachen. Limitierende Faktoren beim Zeitverbrauch sind hingegen die Anzahl und die räumliche Verteilung der Z-Stämme, der Feinerschließungsgrad des Bestandes, die Geländeverhältnisse sowie das Vorhandensein von Unterstand und Bodenbewuchs. Gleichzeitig ist die Arbeitssicherheit des Verfahrens hoch, da ein Großteil der Äste in geringer Entfernung zum Stamm herabfällt und ein Sicherheitsabstand von 10 m damit als ausreichend erscheint.

Das Arbeitsverfahren stellt damit eine interessante Alternative zu den herkömmlichen Ästungsverfahren dar. Da die Bestandesbedingungen für den Patas in der vorliegenden Studie als ideal bezeichnet werden können, ist beim kommerziellen Einsatz aber eine differenzierte Betrachtung der Ergebnisse notwendig. Vor dem Hintergrund, dass auch in Zukunft hochwertiges Nadelholz benötigt wird und ausgedehnte Kalamitätsfolgeflächen (z.B. Kyrill) in ästungswürdige Stärkeklassen einwachsen werden, erscheint ein Einsatz des Patas zur Wertästung durchaus sinnvoll.

Literatur

  • [1] advaligno GmbH (2019 a): Patas – Technische Daten. Merkblatt.
  • [2] advaligno GmbH (2019 b): Patas Bedienungsanleitung.
  • [3] Björheden, R.; Apel, K.; Shiba, M.; Thompson, M.A. (1995): IUFRO Forest work study nomenclature. Swedish University of Agricultural Science, Department of Operational Efficiency, Garpenberg, 16 p.
  • [4] Kaufmann, U. (2010): Im Wald geht der Puls hoch. Schwere Arbeit kann den Bewegungsapparat schädigen. Wald Holz 91, 12: 33 – 35.
  • [5] Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen, Rheinischer Landwirtschaftsverband e.V. (2020): Erfahrungssätze für überbetriebliche Maschinenarbeiten im Rheinland 2020. Von Landwirten für Landwirte. Powerpoint-Präsentation. Zugegriffen am 17.02.2020 auf www.landwirtschaftskammer.de/landwirtschaft/beratung/pdf/erfahrungssaetze-rh.pdf
  • [6] Schnyder, R. (2019): Wertastung mit der Distelleiter. Wald und Holz 04/2019. Zugegriffen am 17.02.2020 auf www.waldschweiz.ch/fileadmin/user_upload/user_upload/Wald_und_Holz/Archiv/2019/Wald_Holz_04_2019_72dpi.pdf

 

Die Autoren

Florian Hartsch ist Doktorand an der Fakultät für Forstwissenschaften und Waldökologie, Abteilung Arbeitswissenschaft und Verfahrenstechnologie der Georg-August-Universität Göttingen. Prof. Dr. Dirk Jaeger leitet die Abteilung Arbeitswissenschaft und Verfahrenstechnologie. Tim Jordan ist Geschäftsführer der advaligno GmbH in Wunstorf.

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