Auf sechs Füßen bodenschonend durch den Wald

Test bestanden: Der Portal-Harvester belastete den Waldboden nur punktuell, ohne dauerhafte Verdichtungen zu hinterlassen.

Foto: KIT/Sebastian Beiser

Forscher und Praktiker der TU Dresden (TUD), des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und des Rettenbacher Maschinenbauers Pfanzelt haben in ihrem dreijährigen Förderprojekt „Portalschreitwerk“ das Bewegungsprinzip eines Portalschreitwerks für Forstmaschinen weiterentwickelt. Das Vorhaben wurde durch das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Heimat (BMLEH) über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördert.

Ziel: Schreitwerk für die Forstwirtschaft optimieren

Wie FNR mitteilt, war es das Ziel des Projektteams, die mechanischen, hydraulischen und steuerungstechnischen Eigenschaften des an der TU Dresden entwickelten Bewegungsprinzips „Schreiten mit einem Portalschreitwerk“ weiter zu erforschen und für den Einsatz in der Forstwirtschaft zu optimieren. Dafür war der 2009 entwickelte Prototyp eines Portalschreitwerks soweit zu modifizieren, dass das Prinzip des Schreitwerks praxistauglich demonstriert und seine Wirkungen auf den Waldboden getestet und wissenschaftlich ausgewertet werden konnten.

Bei dem Portalschreitwerk handelt es sich, so FNR weiter, um eine 8 m lange Klappbrücke auf zwei ausfahrbaren, dreibeinigen Standbasen. Die Waldarbeit wird mithilfe eines schienengebundenen Oberwagens mit krangeführtem Arbeitsgerät – zum Beispiel einem Harvesterkopf – von der Brücke aus erledigt. Hat sich der Oberwagen an ein Ende der Brücke vorgearbeitet, so wird das andere, freie Ende der Brücke senkrecht hochgeklappt, im gewünschten Winkel um den Wagen gedreht und mit angepasstem Dreibein wieder im Gelände abgesetzt. Der Vorgang wiederholt sich, sobald der Wagen das andere Brückenende erreicht hat. Auf diese Weise bewegt sich die Maschine in großen „Schritten“ über den Boden.

Die Schreitbewegung entsteht durch das Einklappen, Drehen und Absetzen der freien Brückenhälfte an neuer Position. Die Waldarbeit wird vom Oberwagen aus erledigt. Hat der Wagen das gegenüberliegende Ende der Brücke erreicht, wiederholt sich die Klapp-, Dreh- und Positionierungsbewegung.

Foto: KIT/Sebastian Beiser

Vor Inbetriebnahme wurde das 2009 gebaute Portalschreitwerk komplett zerlegt und überarbeitet. Reparaturen, die Neukonstruktion verschiedener Baugruppen, die Erneuerung der Hydraulik und Veränderungen an Stahlbauteilen der Brücke – etwa beim Verbolzen der Brückenhälften – waren Voraussetzung für die Praxistests des Schreitwerks auf ebenem Untergrund und auf Waldbodenstrukturen. Zudem musste im Projekt ein ferngesteuerter Oberwagen konstruiert und angefertigt werden, um die Funktionsfähigkeit des Schreitens mit Arbeitsgerät zu erproben.

Praxistest: Punktuelle Bodenbelastung ohne schädliche Verdichtung

„Das Schreiten mit einem Portalschreitwerk ist physikalisch und maschinenbaulich machbar und hydraulisch ebenso wie steuerungstechnisch beherrschbar“, heißt es im Abschlussbericht des Projektteams. Der Grundaufbau des Prototyps mit Klappbrücke und zwei Standbasen habe sich bewährt. Der Einsatz eines unbemannten Oberwagens sei für das Bedienpersonal ergonomisch von Vorteil. Die Steuerung der Maschine mithilfe der Echtzeitsimulationen ihres digitalen Zwillings funktioniere zuverlässig.

Unter Laborbedingungen und in realen Waldversuchen wurde die Bodenbelastung an den Standbasen beim Beschreiten und Umsetzen (ohne Erntelast) gemessen. Im Ergebnis zeigte sich, dass der Portalharvester messbare, aber deutlich geringere Auswirkungen auf den Boden hat als Rad- oder Kettenfahrzeuge. Die aus allen Proben errechnete mittlere Spurtiefe der Standbasen lag bei 3 cm. Die Bodendichte stieg im Oberboden leicht an, blieb aber im normalen Bereich gesunder Waldböden ohne schädliche Verdichtung. Durch die schreitende, schlupffreie Bewegung bleiben scherende Belastungen aus, wie sie von Rädern oder Ketten verursacht werden. Eine Flächenbelastung tritt lediglich punktuell auf; an den Rändern der Belastung können Wurzeln und Bodenorganismen den Boden leichter wieder lockern.

Vorteile auf empfindlichen Böden noch offensichtlicher

Unter den getesteten Bedingungen hatte die Beschreitung nur geringe, ökologisch unkritische Veränderungen zur Folge. Auf empfindlicheren Böden – etwa lehmigen Substraten – wären die Vorteile eines schreitenden Harvesters noch offensichtlicher, heißt es in dem Abschlussbericht. Die Punktverdichtung des Schreitharvesters verändere die bodenphysikalischen Eigenschaften weit weniger stark als fahrende Forstmaschinen. Daher sollte das Thema weiter untersucht werden, so die Empfehlung des Projektkonsortiums.

Konzeptdarstellung der konstruktiven Ausführung des Portalschreitwerks. Der Prototyp des Schreit-Harvesters wurde bereits 2009 konstruiert. Inzwischen wurde die Anlage überarbeitet und verschiedenen technischen wie bodenkundlichen Tests unterzogen.

Foto: KWF/Christian Knobloch

Das modifizierte Portalschreitwerk wurde im Dezember 2024 unter realen Bedingungen auf einer Waldfläche des KIT einem Fachpublikum vorgestellt und legte erfolgreich mehrere „Schritte“ im Wald zurück. Die Weiterverwendung der überarbeitungsbedürftigen Altkonstruktion wird allerdings nicht empfohlen. Vielmehr schlagen die Projektbeteiligten den Neubau eines zeitgemäßen, leichten Portalschreitwerks vor, um weitere Einsatzfelder für die Anlage zu erschließen. Denkbar wären beispielsweise Pflanzungen und Jungbestandspflege, alternativ Grabenbau, Moor- und Haldenrenaturierung oder der Einsatz als Minensuchgerät.