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Der Flaschenzug - Grundlagen & Funktion

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In diesem Artikel geht es um die Grundlagen zum Thema Flaschenzug. Der Flaschenzug ist eine praktische Anwendung von Gesetzen der Physik und Mechanik. Doch bevor es an die Berechnung des Flaschenzugs geht, soll zunächst beschrieben werden, was man genau unter einem Flaschenzug versteht und aus welchen Elementen er zusammengesetzt ist.

Der Flaschenzug – Grundlagen & Funktion

Flaschenzüge sind Maschinen, die (vereinfacht gesagt) aus Rollen und Seilen bestehen. Sie werden in der Realität verwendet, um schwere Lasten zu heben – wie bei einem Kran. Der Vorteil eines Flaschenzugs besteht darin, dass die benötigte Kraft verringert wird. Dies wird durch die trickreiche Anwendung physikalischer Gesetzte erreicht. Der Nachteil bei dieser Methode ist jedoch, dass man beim Heben von Lasten mit einem Flaschenzug einen längeren Zugweg des Seils hat. Man denke hier auch an die Goldene Regel der Mechanik die besagt: „Was man an Kraft spart, muss man an Weg zusetzen“. Es zeigt sich hier also eine Analogie zum Hebelgesetzt.

Wie schon erwähnt, besteht ein Flaschenzug aus Rollen (feste und/oder lose) und einem Seil. Hebt man mit Hilfe eines Flaschenzugs eine Last, so verteilt sich die Belastung (=Gewichtskraft der Last) gleichmäßig auf alle tragenden Seile. Dadurch verringert sich die notwendige Kraft, je mehr tragende Seile eingesetzt werden. Arbeitet ein Flaschenzug beispielsweise mit drei tragenden Seilen, so beträgt die zum Anheben der Last notwendige Kraft nur noch 1/3 der eigentlichen Gewichtskraft der Last.

Flaschenzug
Beispiel für einen Flaschenzug

Randbedingungen für die vereinfachte Berechnung eines Flaschenzugs

In den meisten Aufgaben, in denen ein Flaschenzug berechnet werden soll, wird die Reibung vernachlässigt. Dies stellt standardmäßig eine Randbedingung dar, die mit der Realität nicht übereinstimmt. Bei einem echten Flaschenzug tritt Reibung in Form von Seilreibung und Rollreibung auf. Dadurch hat der Flaschenzug eigentlich einen Wirkungsgrad kleiner 1, was zur Vereinfachung jedoch (zumindest in Schule und Ausbildung)  vernachlässigt wird.

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Bestandteile eines Flaschenzugs

Ein Flaschenzug besteht im einfachsten Fall aus einer losen Rolle und einem Seil. In der Realität ist das Ganze natürlich deutlich komplexer. Im Folgenden werden zumindest die wichtigsten Bestandteile eines Flaschenzugs kurz beschrieben:

Flaschen

Als Flaschen wurden die Halterungen der Rollen bezeichnet. Diese waren früher aus einem Stück Hartholz gefertigt. Heute werden diese Bauteile als Scheren bezeichnet. Sie sitzen am Rand der Rollen und zwischen den Rollen.

Seil

Das Seil erklärt sich im Prinzip von selbst. Wichtig ist, dass das Seil ein Statikseil ist, da dieses keine unnötige Dehnung bzw. Streckung zulässt. Am Seil wird die Last befestigt und zugleich hochgezogen.

Rollen

Die Rollen sind neben dem Seil das wichtigste Element eines Flaschenzugs. Durch die Rollen wird das Seil umgelenkt. Früher wurden die Rollen ebenfalls als Flaschen oder auch Scheiben bezeichnet und gaben damit dem Flaschenzug seinen Namen. Bei einem echten Flaschenzug sind die Rollen mit Kugellagern gelagert, um Reibkräfte und Verschleiß zu verringern.

Wichtig ist die Unterscheidung zwischen festen Rollen und losen Rollen bei einem Flaschenzug:

Feste Rollen

Wie der Name schon sagt, hat eine feste Rolle einen festen Sitz. Das bedeutet nicht, dass sich die Rolle nicht drehen kann, sondern dass sie keine Bewegung nach oben oder unten machen kann. D.h. ihre Position ändert sich nicht, auch wenn das Seil bewegt wird.

Durch eine feste Rolle wird die Zugrichtung bei einem Flaschenzug umgedreht. Die Zugkraft bleibt dabei unverändert.

Flaschenzug feste Rolle 
Flaschenzug mit einer festen Rolle (oben)

Lose Rollen

Lose Rollen können sich nach oben und unten bewegen. Das heißt, sie verändern ihre Position, wenn eine Last mit dem Flaschenzug gehoben oder gesenkt wird. Sie liegen in der Seilführung und werden dadurch quasi vom Seil getragen.

Durch lose Rollen wird die Last auf zwei Seile verteilt.

Hat man z.B. einen Flaschenzug mit einer losen Rolle, wird die Kraft auf die beiden Teile des Seils, welche die lose Rolle einschließen, gleichmäßig verteilt. Beide Teile des Seils nehmen somit 50% der Kraft auf. Der Kraftaufwand zum Bewegen der Last wird dadurch halbiert. Der Zugweg wird jedoch verdoppelt.

Flaschenzug mit loser Rolle
Flaschenzug mit einer losen Rolle

Erfindung & Geschichte

Der Erfinder des Flaschenzugs ist nicht bekannt. Jedoch war die Kraftminderung durch die Anwendung der Hebelgesetzte bereits in der Antike bekannt. Die erste bekannte bildliche Darstellung einer Art von Flaschenzug fand man auf einem assyrischen Relief, welches um 970 v. Chr. gefertigt wurde. Die Erfindung des zusammengesetzten Flaschenzugs wird jedoch Archimedes zugeschrieben.

Die Konstruktionsweise und Anwendung des Flaschenzugs blieb bis 1861 unverändert. Eine Steigerung der Effizienz konnte erst danach erreicht werden. Dies wurde durch den sogenannten Differenzialflaschenzug realisiert, der zum ersten Mal in London verwendet wurde. Gegenwärtig findet man den Flaschenzug in Kränen und Spannvorrichtungen (Radspannwerk) für Fahrdrähte.

Soviel also zu den Grundlagen über den Flaschenzug. Im nachfolgenden Artikel wird gezeigt wie man den Flaschenzug berechnen kann.

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2009 Maschinenbau-Wissen.de
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