Standardantrieb für landwirtschaftliche Geräte
Landwirtschaftliche Geräte wir Kreiseleggen, Zettwender, Sämaschinen oder Mäher verfügen in der Landwirtschaft über keinen eigenen Antrieb. Sie werden standardmäßig über eine Umlenkmechanik angetrieben, die von einer Welle gespeist wird. Die Welle des Anbaugeräts wird über eine Zapfen-Nut- Kupplung an den Traktor angeschlossen. Das Gegenstück am Traktor heißt entsprechend "Zapfwelle". Sie wird auch "Nebenantrieb" genannt.
Die Zapfwelle hat sich schnell zum Standardantrieb in der Landwirtschaft etabliert. Ihre Größe, Form und ihre abgegebene Drehzahl wurde schnell normiert, so dass sie ein Universal-Anschluss für viele Anbaugeräte werden konnte. Das Drehmoment hängt hingegen von der Motorleistung des Schleppers ab. So kommt es, dass kleine wie große Schlepper zwar identische Zapfwellen-Anschlüsse haben, die zudem auch fest gelegte Drehzahlen abgegeben - aber sich in ihrer Leistungsfähigkeit dennoch deutlich unterscheiden.
Die Geschichte der Zapfwelle
Obwohl der erste dampfbetriebene Traktor bereits im Jahr 1889 erfunden wurde, dauerte es noch knappe 50 Jahre, bis der Traktor in seiner heutigen Konfiguration zur Verfügung stand. Erst mitten im zweiten Weltkrieg, im Jahr 1940, wurde die Zapfwelle normiert. Zusammen mit dem Dieselmotor, den Luftreifen und der ab 1950 normierten Dreipunkt-Standardaufhängung stand die Konfiguration des Traktors für die nächsten Jahrzehnte fest.
Die Technik der Zapfwelle
Bei einer Zapfwelle wird zwischen dem
- direkten Antrieb, und dem
- Indirekten Antrieb
unterschieden. Außerdem wird die Zapfwelle nach ihrer Einbauart und ihrer Antriebsweise klassifiziert.
Als Einbauart kommen bei der Zapfwelle
- Heck
- Front
- Seite
zur Auswahl.
Bei den Antriebsarten wird zwischen
- Motorzapfwelle
- Getriebezapfwelle
- Wegezapfwelle
unterschieden.
Zapfwelle mit Direktantrieb
Zapfwellen mit Direktantrieb treiben das Anbaugerät proportional zur Drehzahl des Antriebsmotors vom Schlepper an. Je höher der Motor dreht, desto mehr Leistung wird an das Anbaugerät abgegeben. Dies funktioniert auch bei stehendem Schlepper. Diese Antriebsart ist gut geeignete für Anbaugeräte, deren Arbeitsweise relativ unspezifisch ist. Dazu zählen
- Beregungspumpen
- Seilwinden
- Schneeräumer
- Holzspalter
- Kreisel- und Balkenmäher
Diese Anbaugeräte sind auf keine spezifische Drehzahl der Zapfwelle angewiesen. Die Zapfwelle ist mit dem Standard - 3/8 Zoll Keilwellenprofil oder mit einem Evolventenprofil ausgestattet. Als direkt vom Motor bzw. vom Getriebe angetriebene Kraftübertragung hat der Direktantrieb den geringsten Leistungsverlust und die geringste Komplexität. Jedoch werden alle Kräfte in gleicher Weise beidseitig abgegeben. Schlägt der Mähbalken eines Kreiselmähers beispielsweise gegen einen Stein, überträgt sich der negative Impuls bis in den Kolben des Motors. Bei einer gelegentlichen Störung macht dies nicht viel aus, da es von der durablen Ausführung aller in der Landtechnik eingesetzten Maschinen gut abgefangen werden kann. Für Arbeiten, bei denen mit hohen Widerständen am Werkzeug zu rechnen ist, ist der Direktantrieb jedoch weniger geeignet, da er hohen Verschleiß und teure Reparaturen nach sich zieht.
Zapfwelle mit indirektem Direktantrieb
Der indirekte Antrieb ist eine Lösung, bei welcher die Zapfwelle über eine Hydraulikpumpe angetrieben wird. Diese Technik war lange Zeit nur bei LKW und Baufahrzeugen im Einsatz. Teilweise wurden sogar PKW, wie der Toyota Land Cruiser, damit ausgestattet. Jedoch erlebt der indirekte Antrieb einer Zapfwelle bei neuen landwirtschaftlichen Fahrzeugen gegenwärtig einen Boom:
Die eigentlich nur für den Hofeinsatz ausgelegten Teleskopstapler finden allmählich auch ihren Weg in den allgemeinen Feldeinsatz. Statt diese an sich vorwiegend hydraulisch arbeitenden Kraft-Arbeits-Fahrzeuge mit einer aufwändigen Zusatztechnik auszustatten, werden sie ganz einfach mit einer hydraulisch betriebenen Zapfwelle ausgestattet. Der dafür notwendige Arbeitsdruck und das leistungsstarke Hydraulik-System ist bei diesen Fahrzeugen ohnehin vorhanden. Mit Hilfe der einfachen Lösung durch das hydraulische Zapfwellen-Aggregat.
Positionen einer Zapfwelle
Die Heckzapfwelle ist bei Schleppern der Mindest-Standard. Sie befindet sich genau mittig unter dem Fahrerstand in der standardisierten Dreipunkt-Aufhängung. Diese Bauart macht sie einfach und schnell zugänglich für alle möglichen Anbaugeräte. Die Verbindung zwischen Zapfwelle und Anbaugerät ist in der Regel eine Kupplungs- bzw. Kardanwelle, die als festes Bauteil vom Anbaugerät mit geliefert wird. Dank der seit 2005 geltenden DIN EN 12965 sind für das Abnehmen und Anschließen der Kardanwelle keine Werkzeuge mehr erforderlich. Das erleichtert und beschleunigt die Arbeit für den Bediener ganz erheblich.
Die Frontzapfwelle ist nur bei sehr hochwertigen Schleppern serienmäßig. Alle anderen Traktoren können aber mit diesem Feature als Option bestellt werden. Sieht der Hersteller an der Front des Traktors konstruktiv keine Zapfwelle vor, kann ein solches Gerät dennoch mit Hilfe einer hydraulisch betriebenen Zapfwelle mit diesem Feature ausgestattet werden. Die Frontzapfwelle erreicht nicht die Leistungen der Heckzapfwelle und ist deshalb nur für kleinere Zusatz-Geräte ausgelegt. Üblich sind Schneeräumer, Spritzen, Mähbalken oder Wasserpumpen.
Die seitlich angebrachte Zapfwelle war in den 1950er - 1970er Jahren ein gelegentlich geordertes Zusatzmodul. Sie konnte in bestimmten Situationen, meistens bei den Heuernte, mit dem entsprechenden Anbaugerät einen gewissen Zusatznutzen anbieten. Insgesamt konnte sich die Seitenzapfwelle aber nie so recht behaupten, weswegen diese Bauweise heute nicht mehr eingesetzt wird.
Moment- und Drehzahlgeber für Zapfwellen
Bei der Motorzapfwelle wird die Zapfwelle direkt durch den Antriebsmotor angetrieben. Diese Bauweise kommt bei älteren Schleppern mit Frontzapfwellen zum Einsatz. Kleinere Schlepper haben den direkten Motor-Antrieb für Zapfwellen auch am Heck. Diese Konfiguration ist zwar technisch recht einfach und preiswert umsetzbar. Jedoch muss zum optimalen Betrieb der Anbaugeräte die Motordrehzahl stets exakt eingehalten werden. Dies ist in der landwirtschaftlichen Praxis nicht immer umsetzbar. Bei Ballenpressen, die durch eine direkt angetriebene Motorzapfwelle gespeist werden, kommt es deshalb schnell zu einer Blockade.
Die Getriebezapfwelle ist an das Getriebe vom Motor angeschlossen. Dadurch kann mit Hilfe des Gangwechsels die Drehzahl und das abgegebene Drehmoment präziser gesteuert werden. Die meisten heute gebräuchlichen Zapfwellen sind als Getriebezapfwellen ausgelegt. Nur über diese Technik sind die heute gebräuchlichen Standard-Drehzahlen für Anbaugerät herstellbar. Diese sind:
- 540 Umdrehungen/Minute
- 1000 Umdrehungen/Minute
- 540 Umdrehungen/Minute "Economy"
- 1000 Umdrehungen/Minute "Economy"
Die "Economy" Stufen wurden eingeführt, um Anbaugeräte mit geringer Leistungsabnahme bei einer entsprechend geringeren Motordrehzahl laufen lassen zu können. Dies trägt erheblich zum Einsparen von Kraftstoff bei.
Die Wegezapfwelle wird an den Fahrantrieb angeschlossen. Sie wird vorwiegend zum Fahrantrieb von Anhängern verwendet. Dies macht die Gespanne aus Schlepper und Hänger wesentlich geländegängiger. Vor allem bei Steigungen im offenen Gelände konnte so eine Kraft auf alle Achsen abgegeben werden. Die größer werdenden Leistungen der Traktoren haben diese Technologie aber weitestgehend verdrängt.
Zapfwelle gebraucht kaufen
Beim Gebrauchtkauf von Zapfwellen kommt es darauf an, welche Ausführung gewünscht ist. Eine einfache Fernwelle gebraucht zu kaufen ist durchaus möglich. Da diese Bauteile jedoch auch im Neukauf nicht sehr teuer sind, sollten gute Gründe für den Kauf einer gebrauchten Zapfwelle sprechen. Auf dieses Bauteil wirken hohe Kräfte, insbesondere Torsionsmomente welche stark belastend für das Material sind. Darum gehört zum Kauf einer gebrauchten Zapfwelle stets eine gründliche Inspektion.
Ein hydraulisch angetriebenes Zapfwellen-Aggregat ist hingegen technisch wesentlich komplexer und auch entsprechend teurer. Die für die Landwirtschaft ausgelegten Geräte sind jedoch von einer hervorragenden Durabilität, so dass außer an den Dichtungen und den Lagern kein nennenswerter Verschleiß zu erwarten ist. Diese Defekte sind bei gebrauchten Zapfwellen diesen Typs recht normal und lassen sich einfach beheben.