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FORSTTECHNIK
Auswirkungen neuer EU-Richtlinien
auf den
Einsatz von
Motorsägen
Motorsägen sind nicht nur für
den professionellen Anwender
im Wald notwendige Werkzeuge. Die gleichbleibend hohen
Verkaufszahlen machen deutlich, dass sich Motorsägen auch
bei «Normalbürgern» grosser Beliebtheit erfreuen. Gleichzeitig
entwickeln sich auch die Anforderungen an die Gesundheitsund Umweltfürsorge weiter. Als
laute, vibrierende und abgaserzeugende Kleinmaschine ist
die Motorsäge gleich von drei
neuen EU-Richtlinien betroffen.
F
ür Anwender, Arbeitgeber und Hersteller ergeben sich daraus neue Bedingungen, insbesondere die Konstrukteure, die die technischen Vorgaben umsetzen müssen, sind davon betroffen.
Von Dietmar Ruppert*
Geräuschrichtlinie
Davon betroffen sind Maschinen die im
Freien eingesetzt werden. Für 22 Gerätearten wurden Grenzwerte für die Schallleistungspegel festgelegt. Zu den Geräten
die der Prüfpﬂicht unterliegen, zählen zum
Beispiel Rasenmäher, die je nach Schnittbreite einen garantierten Wert von 96 bis
105 dB(A) nicht überschreiten dürfen.
Für Motorsägen wurden zunächst noch
keine Grenzwerte festgelegt, jedoch müssen auch diese mit einer Kennzeichnung
versehen sein, auf der der garantiert eingehaltene Schallleistungspegel erkennbar
ist. Diese Werte sind auch in der Betriebsanleitung zu veröffentlichen. Der Anwen-
* Der Autor ist Sachgebietsleiter Geräte und Werkzeug beim Kuratorium für Waldarbeit und Forsttechnik KWF in DE-64823 Gross-Umstadt.
Foto: W. Haller
Zwar ist die Schweiz nicht direkt in die
Rechtsverbindlichkeit solcher EU-Richtlinien einbezogen, dennoch werden die
Auswirkungen auch dort spürbar sein.
Die Motorsäge hat bereits einen weiten Entwicklungsweg hinter sich, wie das Bild von
einem Holzerkurs im Jahre 1957 zeigt.
der unterliegt jetzt zeitlichen Einschränkungen. In Deutschland dürfen Motorsägen in lärmempﬁndlichen Gebieten, wie
zum Beispiel Wohn- und Kurbereichen
nur werktags in der Zeit von 7 bis 20 Uhr
betrieben werden.
Positiv an dieser Richtlinie ist sicher,
dass der Verbraucher durch seine Kaufentscheidung auch Einﬂuss auf die Entwicklung der Geräte hat. Laute Modelle
werden langfristig keine Absatzchancen
haben.
Vibrationsrichtlinie
Ziel dieser Richtlinie ist Anwender vor
Gesundheitsrisiken durch Vibrationen zu
schützen. Die Umsetzung in nationales
Recht soll bis 2005 abgeschlossen sein.
Die Richtlinie enthält Grenzwerte für
Hand-, Arm- und Ganzkörperschwingungen und regelt den Verantwortungsbereich der Arbeitgeber. Diese müssen die
Bewertung und Messung der Vibrationen
durchführen, denen die Arbeitnehmer
Bezugszeitraum 8 h
Expositions-Grenzwerte
Auslösewerte
Hand-Arm-Schwingungen
5 m/s2
2,5 m/s2
Ganzkörper-Schwingungen
1,15 m/s2
0,5 m/s2
Grenzwerte Vibrationen.
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FORSTTECHNIK
Ausnahme für Motorsägen und Freischneider
Jahr
2004
2010
2011
Hubraum [cm3]1
SH1
SH2
SH3
SH1
SH2
Kohlenmonoxid (CO) [g/kWh]
805
805
603
805
805
603
Kohlenwasserstoffe (HC) (g/kWh)
295
241
161
Stickoxide (NOx) (g/kWh)
5,36
5,36
5,36
50
50
72
∑ HC-NOx
SH3
SH1
SH2
SH3
* Hubraum: SH1 = < 20 cm3, SH2 = ≥ 20 cm3 < 50 cm3, SH3 = ≤ 50 cm3
Reduktionszeitplan und Grenzwerte der Schadstoffemissionen.
ausgesetzt sind. In die Risikobewertung
werden auch die Arbeitsverfahren und
die verwendeten Arbeitsmittel einbezogen. Es ist nachvollziehbar, dass Produkte
mit niedrigen Vibrationswerten dann bevorzugt eingesetzt werden, um keinen
Arbeitszeitbegrenzungen zu unterliegen.
Für den Einsatz von Motorsägen sind
nur die Hand-Arm-Schwingungen von Bedeutung. Neu ist auch, dass die bisher angewandte Methode der K-Wert-Bestimmung mit Berechnung der zulässigen
Arbeitszeit durch Grenzwerte über eine
8-Stunden-Arbeitsschicht ersetzt wurde.
Die sich daraus ergebende Situation bei
Motorsägen soll nachfolgend vertieft betrachtet werden.
Das KWF ist eine Prüfstelle für Gebrauchswert und Arbeitssicherheit und
verfügt über langjährige Erfahrungen mit
dem Messen und Beurteilen von Schwingungen. Alle bedeutenden Hersteller von
Motorsägen für den professionellen Einsatz lassen ihre Produkte beim KWF prüfen. Die Schwingungen an den Handgriffen werden an beiden Handgriffen gemessen und zwar bei Leerlauf, Volllast und
Höchstdrehzahl.
Die Ergebnisse der letzten 10 Schwingungsmessungen zeigen schon deutliche
Veränderungen. Die meisten Werte liegen
inzwischen weit unter denen, die noch
vor 5 Jahren gemessen wurden. Der Druck
aus dem Bereich des Arbeitsschusses,
aber auch weiterentwickelte Dämpfungssysteme haben zu diesen Reduzierungen
geführt. Fast alle führenden Sägenhersteller verwenden inzwischen Schraubenfedern als Dämpfungselemente. Diese
sind unempﬁndlich gegenüber Ölen und
Kraftstoffen, langlebig und über einen
hohen Drehzahlbereich gleichbleibend in
ihrer Dämpfcharakteristik.
Bei den Messungen wird ein Arbeitszyklus mit zeitgleicher Verteilung für Leerlauf, Volllast und Vollgas ohne Belastung
zugrunde gelegt. Eine solche Verteilung
entspricht allerdings nicht den tatsächlichen Arbeitsbedingungen. Untersuchungen, die vom KWF im Rahmen der Erfassung von tatsächlichen Laufzeitverhalten
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in der Praxis durchgeführt wurden, haben
gezeigt, dass über 50 % der Laufzeit im
Bereich Volllast liegen. Weiterhin haben
diese Messungen hervorgebracht, dass
tatsächliche Tageslaufzeiten von über
3 Stunden je Tag sehr selten sind.
Zunächst richtet sich die EU-Richtlinie
an die Arbeitgeber, die dafür sorgen müssen, dass die Arbeitnehmer vor von Vibrationen verursachten Gesundheitsschäden
geschützt werden. Dazu müssen sie sich
dem technischen Fortschritt und dem
wissenschaftlichen Kenntnisstand anschliessen.
Die Verpﬂichtung wird erfüllt, wenn
Maschinen mit entsprechend niedrigen
Vibrationswerten verwendet werden. Auch
hier sind wieder die in der Betriebsanleitung aufgeführten Angaben zur Vibrationsbelastung eine wichtige Informationsquelle. Auf der Internetseite des KWF
(www.kwf-online.de) sind Prüfberichte
und gemessene Werte zu ﬁnden. Die Seiten bieten ebenfalls einen ausgezeichneten Überblick über das gesamte Prüfspektrum und die ermittelten Prüfergebnisse.
Die gemessenen Werte können in der
Praxis nur erreicht werden, wenn die
Schneidgarnitur sich in einem perfekten
Zustand beﬁndet, das heisst Kettenschärfe
und Tiefenbegrenzer nach Herstellerangabe eingestellt wurden. Bei den modernen «weichen» Sägen kann es vorkommen, dass bei unsachgemässer Anwendung zum Beispiel stumpfe Kette und
hoher Anpressdruck, die Dämpfer auf
Anschlag gehen, was häuﬁg mit einem
deutlichen Anstieg der Vibrationen verbunden ist.
Zusammengefasst kann festgestellt
werden, dass die Hersteller schon auf
die Anforderungen vorbereitet sind und
entsprechend gute vibrationsgedämpfte
Motorsägen anbieten können.
Abgasrichtlinie
In der Ausgabe Nr. 10/1997 dieser Zeitschrift wurde vom gleichen Autor über
Abgasbelastungen durch Motorsägen berichtet.
Die im letzten Teil des Beitrages angekündigten europäischen Vorschriften liegen jetzt als EU-Richtlinien 97/68/EG vor.
Darin geht es um Massnahmen zur Bekämpfung von gasförmigen Schadstoffen
und luftverunreinigenden Partikeln aus
Verbrennungsmotoren für mobile Maschinen und Geräte. Die Richtlinie lehnt
sich eng an die bereits in den USA bestehenden Rechtsvorschriften an. Betroffen
sind kleine Maschinen mit einer Leistung
bis 19 kW. Die Maschinengruppen werden unterteilt in handgehaltene und nicht
handgehaltene Maschinen. In diesem Beitrag wird ausschliesslich die Situation bei
den handgehaltenen Maschinen, speziell
die im Forst verwendeten Motorsägen
und Freischneider, angesprochen.
Während frühere Untersuchungen zum
Abgasverhalten meistens aus der Sicht
der Gesundheitsfürsorge durchgeführt
wurden, wird in dieser Richtlinie davon
ausgegangen, dass die kleinen Benzinmotoren erheblich zu Luftqualitätsproblemen beitragen. Der Umweltschutz steht
also hierbei im Vordergrund.
Schadstoffe
Die Abgase bestehen zu zirka 75 % aus
Kohlenmonoxid (CO), 20–25 % aus Kohlenwasserstoffen (HC) und der Rest aus
Stickoxiden (NOX), Aldehyde, Schwefel
usw.
Die drei erstgenannten Stoffe sollen
künftig nicht mehr unbegrenzt ausgestossen werden können, Grenzwerte sind
in der Richtlinie vorgegeben.
Die Einführung erfolgt dabei in 2 Stufen
und beginnt bereits ab dem 11. August
2004. Danach verweigern die Mitgliedstaaten die Erteilung einer Typenbescheinigung, wenn der Motor nicht der Richtlinie entspricht.
Für Motorsägen, Freischneider, Heckenscheren und Trennschleifer wurden Ausnahmen zugelassen. Diese Geräte müssen
erst 3 Jahre nach Einführung der Stufe II
die Grenzwerte erfüllen. Dies geschah
nach massiver Einwirkung der Hersteller,
die sich nicht in der Lage sahen, in der
relativ kurzen Frist neue Motoren zu ent-
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wickeln. Denn anders als bei Rasenmähern, Gartenfräsen usw. können nicht
Motoren «von der Stange» verwendet
werden, sondern die Motoren müssen
mit den jeweiligen Endprodukten zusammen harmonieren. Bei Motorsägen ist der
Motorblock voll in das Gesamtkonzept
integriert ist und kann nicht beliebig anoder abgebaut werden.
Umsetzung
Auf die ab 2004 greifenden Grenzwerte haben die Hersteller ihre Motoren
weitestgehend eingestellt. Ältere Baugruppen wurden im Rahmen der Modellpﬂege ersetzt. Für die Freigaben müssen
die Motoren auch in den ungünstigsten
Situationen gemessen werden. Das bedeutet auch, dass die bei Motorsägen
noch immer üblichen Vergaser-Stellschrauben mit Begrenzungseinrichtungen ausgestattet werden.
Die Stufe I wird also zunächst zu einer
Marktbereinigung führen.
Spannend wird es aber mit Einführung
der Stufe II. Nach vorsichtiger Einschätzung der Aussagen verschiedener Firmenvertreter haben selbst die technisch führenden Motorsägenhersteller noch keine
serienreifen Lösungen parat, mit denen
auch Proﬁ-Motorsägen praxisgerecht eingesetzt werden könnten. Damit ist gemeint, nach dem heutigen Stand der
Technik keine Verschlechterungen beim
Leistungsgewicht, Lärm, Vibrationen und
Handhabung zu akzeptieren.
Darüber wie die neuen Motorsägenkonzepte aussehen, kann nur spekuliert
werden. Soviel steht jedoch fest: mit
herkömmlicher 2-Takt-Technik sind die
Grenzwerte der Stufe II nicht zu erfüllen.
Ein Umsteigen auf Viertaktantrieb ist,
wenn überhaupt, nur in der kleinen Hubraumklasse möglich.
Stihl hat mit seinem 4-Mix-Motor einen
kleinen Viertakter in Serie genommen,
der schon heute die Stufe-II-Werte unterschreitet. Der Motor kommt ohne separate Ölschmierung aus. Das Öl wird dem
Kraftstoff beigemischt. Über spezielle Kanäle werden dabei Ventile und Kurbelgehäuse geschmiert. Ein lageunabhängiger
Betrieb ist somit möglich und gleichzeitig
konnte der technische Aufwand gegenüber Zweitaktern begrenzt werden. Die
Leistung mit 1 kW reicht für kleine Trimmer aus.
Obwohl alle Hersteller stets auf die
Grenzen der 4-Takt-Technik bei Motorsägen hinweisen, gibt es dennoch Versuche, diese im unteren Leistungsbereich
zu placieren. DOLMAR hat in Zusammenarbeit mit dem Autobauer PORSCHE eine
4-Takt-Motorsäge entwickelt und bis zur
Funktionsreife gebracht. Die Säge wurde
schon auf der für die Branche wichtigsten
VERDICHTEN
VERDICHTEN
ARBEITEN
AUSSTOSSEN
ANSAUGEN
ANSAUGEN
Funktionsprinzip des 4-Mix-Motors von Stihl.
4-Takt-Säge von Dolmar,
Prototyp.
Gartenfachmesse in Köln vorgestellt und
hat für viel Aufsehen gesorgt. Auch dieser Motor erfüllt bereits die strengen Anforderungen der Stufe II und wird ebenfalls mit Gemischschmierung betrieben.
Von den Konstrukteuren wird diese Entwicklung zunächst als Machbarkeitsversuch gewertet. Es ist noch völlig unklar,
ob der Motor später in Serie gehen wird.
Auch bei diesem Prototyp wurde klar,
dass man noch weit vom Stand der Technik entfernt ist. Die Motorsäge hat eine
Leistung von zirka 1 kW, das Gewicht entspricht aber dem einer 4-kW-Säge. Bemerkenswert ist, dass die Entwicklung
von einem «kleineren» Hersteller mit begrenzter Entwicklungskapazität kommt,
der aber dennoch in der Lage ist, solche
innovativen Entwicklungen voranzutreiben.
Die Beispiele zeigen die Grenzen der
4-Takt-Technik bei handgehaltenen Maschinen und werfen die Frage nach Alternativen auf. Aus rein technischer Sicht
steckt in dem bewährten 2-Takt-Motor
noch viel Potenzial zur Verringerung
schädlicher Emissionen, bei gleichzeitiger
Reduzierung des Kraftstoffverbrauches.
Alle Lösungsansätze müssen darauf zielen, die Spülverluste zu verringern. Es muss
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eine Umkehr bei der Gemischaufbereitung
stattﬁnden, in Richtung wenig Kraftstoff
und viel Luft, anstelle von viel Kraftstoff
und wenig Luft.
Dazu sind neue Motorenkonzepte erforderlich. Verständlicherweise äussern
sich die Hersteller nicht zu konkreten Entwicklungsvorhaben und erreichten Fortschritten.
Die nachfolgend vorgestellten
Kraftstoff eingespritzt. Wegen den kleinen Mengen und der kurzen Füllzeiten ist
die technische Umsetzung schwierig.
Schichtladung
Die saubere Trennung von Frisch- und
Abgas nach der Verbrennung ist eine
Grundvoraussetzung zur Reduzierung un-
Verbesserungsmassnahmen
Zusammenfassung
sind daher zunächst als Spekulationen,
jedoch mit einem hohen Grad an Machbarkeit, zu sehen.
In dem Beitrag sollte aufgezeigt werden,
welche Veränderungen beim Einsatz und
der weiteren Entwicklung der Motorsäge zu erwarten sind.
Neue EU-Richtlinien haben Auswirkungen auf Vibrationen, Lärm- und Abgasbelastungen. Sie richten sich sowohl an
den Anwender als auch an den Arbeitgeber und Motorsägenhersteller.
Nach einer langen Zeit der stillen Fortentwicklung, ist in den nächsten Jahren
mit interessanten Neuentwicklungen zu
rechnen. Der Anwender proﬁtiert von
den Fortschritten, wird aber hierfür
einen höheren Preis bezahlen müssen.
Einspritzung
Im Kfz-Bereich ist diese Technik seit langem eingeführt und scheiterte bei den
kleinvolumigen Zweitaktern bisher an der
geringen Stückzahl und den hohen technischen Anforderungen. Ein funktionstüchtiger Prototyp ist bisher nur von der
Firma Stihl vorgestellt worden. Dabei ist
das Prinzip sehr erfolgsversprechend. Der
Brennraum wird in der Verdichtungsphase nur mit Luft gefüllt. Erst kurz vor dem
Zünden wird die erforderliche Menge
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erwünschter Emissionen. Mit der Schichtladung oder Spülvorlage stehen dafür
technische Lösungen zur Verfügung. Bei
beiden Systemen wird eine Luftschicht
über dem Kraftstoffgemisch aufgebaut.
Diese bewirkt dass die verbrannten Abgase mit reiner Luft ausgestossen werden. Spülverluste werden dadurch minimiert. Auch dieser Effekt wird bei modernen 4-Takt-Motoren schon mit Erfolg
angewendet. Dieser strömungstechnisch
sehr anspruchvolle Vorgang erfordert
aufwendige Massnahmen bei den Ausformungen der Überstromkanäle, Kolben
und Zylinder. Bei solchen Magermotoren
wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Lambda) sehr günstig beeinﬂusst, was auch die
Ankoppelung eines Katalysators sinnvoll
macht.
Technisch ist es also durchaus möglich
auch 2-Takt-Motoren sauber zu machen.
Probleme bereiten den Herstellern allerdings die relativ kurze Zeit für die Umsetzung, aber viel mehr noch die Lösung
so günstig zu gestalten, dass die Preise
für den Käufer noch in einem Bereich
bleiben, der auch für den Gelegenheitsanwender noch nicht abschreckend
wirkt.
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