Die Zapfwelle wird auch als Nebenabtrieb (nicht -antrieb!) bezeichnet und stellt eines von mehreren Verfahren dar, um die Leistung einer Energiequelle, wie beispielsweise einem laufenden Motor, zu entnehmen und an eine externe Anwendung zu übertragen, wie etwa ein angebautes Gerät oder ein separater Holzspalter.
Am häufigsten handelt es sich um eine verzahnte Antriebswelle, die an einem Traktor oder LKW installiert ist und es ermöglicht, Geräte mit passendem Gegenstück direkt vom Motor anzutreiben.
Es gibt verschiedene Antriebsarten hydraulischer Holzspalter – in diesem Beitrag soll Ihnen jene der Zapfwelle näher gebracht, erläutert und verglichen werden!
Generelle Funktion eines Holzspalters
Um das Holz zu spalten, wird ein Baumstück – im Fachjargon „Spaltgut“ genannt – auf die Ablage des Holzspalters gelegt.
Die Verwendung des Holzspalters erfolgt entweder vertikal (= liegend) oder horizontal (= stehend). Das Holzstück wird dabei in der Regel längs, also in die Richtung des Wachstums des Holzstammes, zur Laufrichtung des Keils eingelegt.
Bei Betätigung des Geräts wird dann ein Spaltkeil (das Holz spaltet sich in zwei Teile) oder ein Spaltkreuz (das Holz spaltet sich in mehr als zwei Teile) gegen das Spaltgut gedrückt, wodurch sich das Werkstück entsprechend spaltet.
Dabei verbleibt das Holzstück entweder statisch oder es bewegt sich aktiv gegen den Spaltkeil bzw. das Spaltkreuz.
Die verschiedenen Antriebsarten
Der Holzspalter wird entweder durch einen eigenen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor oder durch einen externen Antrieb betrieben.
Bei den durch einen Elektromotor angetriebenen Geräten ist darauf zu achten, dass viele einen Starkstrom-Anschluss (380/400 V) benötigen, der nicht überall zur Verfügung steht.
Es gibt zwar Modelle, die mit gewöhnlichem Haushaltsstrom (220/230 V) betrieben werden, diese weisen jedoch einen entscheidenden Nachteil auf, der später noch eingehender beleuchtet wird.
In der (semi-) professionellen Landwirtschaft wird in den meisten Fällen ein Holzspalter verwendet, der sich durch die Zapfwelle des Traktors bzw. Schleppers antreiben lässt.
Der Schlepper stellt den externen Antrieb bereit. Wird der Holzspalter außerhalb der Reichweite einer Stromquelle betrieben, z.B. im Wald, nicht direkt vor der Garage oder im Hof, ist ein Gerät mit Verbrennungsmotor oder Antrieb per Zapfwelle die bessere Wahl.
Historie des Nebenabtriebs über Zapfwellen
Bevor die heute bekannten Nebenabtriebe an Traktoren und Co. üblich wurden, waren verschiedene Antriebsmethoden für externe Maschinen und Nebenaggregate verbreitet, die jedoch allesamt jeweils spezifische Nachteile aufwiesen.
So eigneten sich beispielsweise Flachriemen nur für Anwendungen, bei denen der Motor statisch angeordnet war, wie es bei Dampfmaschinen und Stationärmotoren der Fall war.
Zum Bewegen von Fahrzeugen, wie beispielsweise eines Traktors, der ein landwirtschaftliches Gerät schleppte, setzte man in früheren Zeiten meist Rollenketten ein. Ein Nachteil dieser Konstruktion besteht darin, dass das per Nebenabtrieb angetriebene Gerät nur dann arbeitet, wenn das Zugfahrzeug in Bewegung ist.
Hinzu kommt: Je höher der Widerstand bei zunehmender Arbeitsbelastung, desto mehr neigt die Konstruktion dazu, durchzudrehen. Somit ist das maximal übertragbare Drehmoment entsprechend begrenzt.
Gegen Ende des 19. Jahrhunderts setzte sich schließlich das Konzept eines Wellenantriebs mit leicht zu- und abschaltbaren Kupplungen sowie der Flexibilität für das Fahren bei wechselnden Winkeln (z.B. beim Drehen einer Sattelzugmaschine) durch.
Dazu wurden bereits 1878 experimentelle Nebenabtriebe getestet; in den folgenden Jahrzehnten entstanden verschiedene Versionen.
Die International Harvester Company (IHC) war das erste Unternehmen, welches eine Zapfwelle in einem 1918 eingeführten Schleppermodell (Typ 8-16) auf den Markt brachte. Die Entwicklung geht zurück auf Edward A. Johnston, einen IHC-Ingenieur, der von einer improvisierten Zapfwelle beeindruckt war, die er bei einem Bauern in Frankreich gesehen hatte.
Schließlich wurde rund um das Modell „Typ 8-16“ eine ganze Gerätefamilie entwickelt, um die Vorteile der neuen Konstruktion voll auszunutzen. IHC blieb mit der Neuentwicklung nicht lange allein auf dem Markt.
Innerhalb eines Jahres zogen mehrere Konkurrenten nach – so wurden beispielsweise auch für einige Case (= Traktormarke) Modelle fortan Zapfwellenantriebe als Extra angeboten.
Im Getriebe bestimmt der genaue Punkt entlang des Kraftschlusses, an dem die Kraft abgenommen wird, ob die Zapfwelle unabhängig von der Fahrzeugbewegung bzw. der Fahrgeschwindigkeit betrieben werden kann.
Früher wurden Zapfwellen oft von der Hauptabtriebswelle abgeleitet (Prinzip der Motorzapfwelle), so dass sich das Fahrzeug „im Gang“ befinden musste, um die Zapfwelle verwenden zu können.
Später ersetzte man diese Version durch sogenannte LPTO-Konzepte („Live Power Take-Off“), die eine Steuerung der Zapfwellendrehung unabhängig von der Traktorbewegung ermöglichen.
Dies ist von Vorteil, wenn die von der Zapfwelle angetriebene Last erfordert, dass die Fahrbewegung langsamer wird oder ganz zum Stillstand kommt.
Die neuen Konzepte ermöglichten das Arbeiten, bei geparkten Schleppern, wie z.B. beim Befüllen von Silos oder Entladen eines Dungstreuers.
Bei modernen Schleppern ist es heutzutage üblich, sowohl eine Motorzapfwelle als auch eine Getriebezapfwelle zu verbauen, um die Varianten zum Antrieb von Nebengeräten möglichst flexibel und vielfältig zu halten.
Technische Normungen (innert der EU)
Die landwirtschaftlichen Nebenabtriebe sind heute in ihren Abmessungen und den Geschwindigkeiten standardisiert.
Die entsprechende ISO-Norm (International Organization for Standardization) für Nebenabtriebe lautet „ISO 500“. Sie ist in drei Teile gegliedert:
- ISO 500-1: Allgemeine Spezifikationen, Sicherheitsanforderungen, Abmessungen
- ISO 500-2: Schmalspurtraktoren, Abmessungen für Hauptschild und Freizone
- ISO 500-3: Hauptabmessungen der Zapfwelle und Abmessungen der Nutzung, Lage der Zapfwelle
In Deutschland sind die entsprechenden Normen zudem in der deutschen Norm DIN EN 12965 (Traktoren und Maschinen für die Land- und Forstwirtschaft – Gelenkwellen und ihre Schutzeinrichtungen) niedergeschrieben.
Die ursprüngliche Version des Zapfwellenantriebs verlangt den Betrieb mit 540 Umdrehungen pro Minute (U/min). Für Anwendungen mit höherer Leistung werden inzwischen Zapfwellen eingesetzt, die mit 1.000 Umdrehungen pro Minute arbeiten.
Moderne Traktoren können zudem mit sogenannten 540E- und/oder 1000E-Optionen ausgestattet sein, die es ermöglichen, bestimmte Geräte mit geringem Leistungsbedarf wie Heuwender bzw. Zettwender mit niedrigeren Motordrehzahlen anzutreiben und trotzdem die erforderlichen Nenndrehzahl an der Zapfwelle aufrechtzuerhalten.
Der Effekt: Weniger Kraftstoffverbrauch, weniger Belastung für den Motor, verbesserte Effizienz und somit niedrigere Kosten.
Zapfwellen haben zudem folgende genormte Profilformen:
- 1-3/8-Zoll- und 1-3/4-Zoll-Keilwellenprofil mit sechs Zähnen
- 1-3/8-Zoll-Zahnwellenprofil mit 21 Zähnen
- 1-3/4-Zoll-Zahnwellenprofil mit 20 Zähnen (= Evolventenprofil)
Vor- & Nachteile gegenüber anderen Antriebsarten
Holzspalter, die per Zapfwelle angetrieben werden, kommen heute noch vorwiegend in der Landwirtschaft und im professionellen Bereich zum Einsatz.
Die Gründe liegen auf der Hand: Trotz fehlendem Eigenantrieb ist der Zapfwellen-Holzspalter in der Regel größer und deutlich schwerer als die Geräte mit Elektro- oder Verbrennungsmotor.
Das wiederum macht ihn teurer. Zudem benötigt man zum Betrieb einen geeigneten Traktor oder eine andere Arbeitsmaschine mit Nebenabtrieb.
Der entscheidende Vorteil liegt jedoch darin, dass die Spaltkraft eines Holzspalters mit Zapfwelle um ein Mehrfaches höher ausfällt als bei den Geräten mit eigenem Motor.
Kein Wunder: Hier wird das Drehmoment des (großvolumigen) Schleppermotors direkt genutzt, um es über die Welle auf den Spaltkeil oder das Spaltkreuz zu übertragen.
Elektromotoren und kleine Verbrennungsmotoren dagegen können niemals ein solch hohes Spaltmoment aufbringen.
Am deutlichsten wird der Unterschied, wenn man Zapfwellen-betriebene Holzspalter mit Elektro-Holzspaltern, die für 230 Volt Haushaltsstrom geeignet sind, vergleicht.
Während Letzterer – etwas überspitzt ausgedrückt – maximal etwas dickere Äste spalten kann, gibt es beim Holzspalter mit Zapfwellenantrieb kaum eine Begrenzung hinsichtlich der Dicke des zu spaltenden Materials.
Zusammenfassung
Zapfwellen-betriebene Holzspalter haben den großen Vorteil, unabhängig von Stromquellen oder Treibstoffen zu sein.
Die Motorleistung des Traktors wird genutzt, um Spaltkräfte von mehreren Dutzend Tonnen zu erzeugen.
Die Gefahr eines Motorschadens ist bei dieser Antriebsform ausgeschlossen, da es eben gar keinen Motor gibt. Dafür müssen Sie aber damit rechnen, etwas mehr auszulegen.
Achten Sie beim Kauf eines Holzspalters mit Zapfwellenantrieb jedenfalls auf die passende Profilform.
Haben Sie bereits einen Holzspalter zuhause und überlegen einen neuen zu kaufen – dann teilen Sie es uns in den Kommentaren mit!
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5 Kommentare zu „Holzspalter mit Zapfwelle als Antriebsart“
Danke für den interessanten Beitrag, über die Holzspalter mit Zapfwelle als Antriebsart. Ich habe mich immer mehr mit der Forstwirtschaft auseinandergesetzt, weshalb ich mir die Optimierungsprozesse angeschaut habe. Ich wusste nicht, dass es so viele verschiedene Antriebsarten gibt.
Im professionellen Bereich existieren Holzspalter deren Spaltkraft mit über 40 Tonnen angegeben wird. Teilweise werden auch Säge-Spalt-Kombinationen verwendet, die es ermöglichen, automatisiert meterlange Holzstämme zu verarbeiten. Die Spalter im Profisegment werden oft mit Stammhebern und Seilwinden ausgestattet.
Hallo Thomas!
Auch dir vielen Dank für deinen Beitrag zu diesem Thema.
Ja, das stimmt allerdings. Säge-Spalt-Kombinationen erleichtern einem die Arbeit noch um ein Vielfaches mehr – sie kosten aber auch dementsprechend. Für den Privatgebrauch sind diese wohl eher nicht notwendig.
Stammheber & Seilwinden hingegen sorgen dafür, dass die Arbeit sicherer ist und das Verletzungsrisiko sinkt. Dadurch kann zum Beispiel noch rückenschonender gearbeitet werden!
Liebe Grüße,
Alex
Qualität und Leistung kostet natürlich Geld. Wenn du einen Holzspalter mit Zapfwelle als Antrieb nutzt, musst du mit einem Anschaffungspreis ab 700 EUR rechnen.
Kombigeräte sind aufgrund ihrer doppelten Anschlüsse noch etwas teurer. Ansonsten entscheidet unterm Strich auch die Marke und Spaltleistung maßgeblich den Preis. Für professionelle forstwirtschaftliche Maschinen kann die Investition schon schnell mal über 8.000 EUR kosten.
Das hohe Gewicht der sperrigen Maschinen wurde ja bereits angesprochen. Mit 150 Kilogramm aufwärts musst du mindestens rechnen. Zudem bist du stets auf einen Traktor als Antrieb angewiesen. Das fordert am Einsatzort einen gewissen Platz. Und natürlich ist auch der Lärm- und Schadstoffausstoss nicht zu unterschätzen.
Hallo Sebastian!
Vielen Dank für deinen Kommentar!
Du hast in allen Punkten Recht. Vor allem Holzspalter mit kombinierten Antriebssystemen (zB Zapfwelle + Elektromotor) sind teils deutlich teurer als jene, die nur mit einem Elektro- oder Verbrennungsmotor betrieben werden.
Im Profi-Bereich gibt es tatsächlich auch Holzspalter mit einem Spaltdruck jenseits der 40 Tonnen, die mit über 30.000€ zu Buche schlagen können.
Liebe Grüße,
Alex