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Forschung optimiert den Einsatz von Seilkränen in der Waldarbeit

Forstdienste setzen in der Waldpflege zunehmend Seilkräne ein. Ein Team der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL und der ETH Zürich hat eine Software entwickelt, mit der sich deren Seillinie optimal planen lässt. Dafür haben die Forschenden eine fast vergessene Berechnungsmethode neu umgesetzt.

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Damit Wälder ihre wertvollen Leistungen langfristig und nachhaltig erbringen können, müssen sie gepflegt werden. Für die dafür notwendigen Arbeiten setzen Forstdienste schwere Maschinen wie z.B. Tragschlepper ein. Für diese ist steiles Gelände aber kaum zugänglich. Und im Flachland ist man darauf bedacht, sensible Böden zu schonen. In beiden Fällen bietet sich als Alternative der Seilkran an: Mit einem auf einem Tragseil rollenden Laufwagen werden Holzstämme zur Sammelstelle befördert. Solche Holzernteverfahren werden heute auf rund einem Viertel der Schweizer Waldfläche eingesetzt. Damit die Seillinie jeweils sicher und effizient geführt wird, müssen die Verantwortlichen die Anlage passend zu den Geländegegebenheiten sorgfältig planen. So wissen die Arbeiter vor Ort, wo sie das Seil durchziehen und wo sie Stützen bauen müssen.

Die optimale Berechnungsformel war ihrer Zeit voraus

In den 1960er Jahren beschäftigten sich zwei Professoren unabhängig voneinander mit solchen Seilbahnberechnungen. Ernst Pestal in Wien publizierte damals ein Buch über Seilbahnen und Seilkräne, das in der Forstwirtschaft als Standardwerk gilt. Seine darin beschriebenen seilmechanischen Formeln werden bis heute weithin eingesetzt, obwohl sie die Seildurchhänge für Seilkräne überschätzt darstellt. Ihr Vorteil: Sie ist händisch und grafisch einfach lösbar. Zur gleichen Zeit entwickelte Otto Zweifel an der ETH Zürich eine Formel, die besser den Gegebenheiten bei Seilkränen entsprach. Im Gegensatz zu Pestal ging er nämlich nicht von einem gewichtsgespannten sondern von einem beidseitig fix verankerten Tragseil aus. Der Haken daran: Um seine Formel zu berechnen waren leistungsfähige Computer nötig, die damals nur begrenzt verfügbar waren. So verfiel die Methode in einen Dornröschenschlaf.

Neuer Anlauf mit neuer Software

Zurück ins Heute: Während seiner Doktorarbeit an der ETH Zürich arbeitete WSL-Forscher Leo Bont an Algorithmen, welche die Tragseildurchhänge und die auftretenden Tragseilzugkräfte mit Zweifels Methode berechnen. Zusammen mit Patricia Moll entwickelte er in der Forschungsgruppe von Prof. Dr. Hans Rudolf Heinimann ein Open Source Software-Tool (QGIS-Plugin) mit dem Namen Seilaplan (Seilkran Layout Planer). Zusätzlich zur Seillinie berechnet es die optimalen Stützenpositionen für das Seil. 

Im Rahmen des Forschungsprojekts «Neue Grundlagen für eine effiziente Seillinienplanung», finanziert durch die Wald- und Holzforschungsförderung WHFF-CH und die WSL, hat die Gruppe Nachhaltige Forstwirtschaft die theoretischen Grundlagen aus der Doktorarbeit nun Praxistests im Wald unterzogen.

Probieren geht über Studieren

Mit seinen WSL-Kolleginnen und Kollegen Laura Ramstein, Janine Schweier und Fritz Frutig hat Bont seine Erkenntnisse in den Steilhängen des Tösstals, des Toggenburgs und des Pilatus getestet. Mit ihnen arbeiteten die Forstunternehmen Nüesch & Ammann AG sowie Abächerli AG. Sie vermassen die gebauten Seillinien und bestimmten die Tragseildurchhänge bei verschiedenen Lasten. Am Ankerbaum stellten sie die Seilzugkräfte mittels Kraftmessdose fest. Zurück im Büro an der WSL verglich Bont die Daten mit den von Seilaplan berechneten Angaben. Und tatsächlich: Die Berechnungsmethode nach Zweifel führte zu genaueren Voraussagen der Tragseildurchhänge und der Tragseilzugkräfte als jene nach Pestal. Für alle Seilfeldlängen lieferten die in Seilaplan integrierten Zweifel-Formeln für den Durchhang eine Genauigkeit von rund +/- einem Meter - , ein sehr gutes Ergebnis. Die leichte Überschätzung bei den Tragseilzugkräften ist dabei positiv zu werten, mit ihr ist man bei der Planung auf der «sicheren Seite».

Forstunternehmen und Behörden auch jenseits der Landesgrenzen zeigen grosses Interesse an den Resultaten des Feldtests und am frei zugänglichen QGIS-Plugin Seilaplan. Eine sorgfältige und genaue Berechnung der Seillinie ist aus ökonomischen Gründen wie auch für die Arbeitssicherheit zentral. Dank der Integration des Tools Seilaplan ins QGIS ist es zudem möglich, verschiedene Fernerkundungsdaten und GIS-Layer für die Planung einzubeziehen.

Das Bundesamt für Umwelt BAFU hat das Forschungsprojekt «Neue Grundlagen für eine effiziente Seillinienplanung» für den Wissenstransfer von der Forschung in die Praxis gefördert. Dazu hat es das Erklärvideo «Digitale Seillinienplanung» produziert (siehe unten). 

Quelle: WSL  

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