Flaschenzug
Ein Flaschenzug ist eine Maschine, die den Betrag der aufzubringenden Kraft z. B. zum Bewegen von Lasten verringert. Der Flaschenzug besteht aus festen und/oder losen Rollen und einem Seil. Ein Kettenzug verfolgt dasselbe Prinzip, nur dass hier eine Kette statt eines Seiles verwendet wird. Bei komplizierten Flaschenzügen sind die Rollen mittels „Scheren“ zum Block zusammengefasst.
Griechisch-römischer Trispastos („3-Rollen-Zug“), der einfachste antike Krantyp (1800 N Last bei 150 N Hebelkraft)
Aufrichtung des Obelisken auf dem Petersplatz mit Hilfe von 50 Flaschenzügen
Flaschenzug an einem Baukran
Der „Block“ (Flasche) eines Flaschenzuges in Metallausführung
und Stahlseil (rechts im Bild)
1 Erfindung, Geschichte, Anwendung
2 Teile des Flaschenzuges
2.1 Flaschen
2.2 Rollen
2.3 Seil
3 Bauformen
3.1 Faktorenflaschenzug
3.1.1 Änderung von Zugrichtung und Angriffspunkt
3.2 Potenzflaschenzug
3.3 Differenzialflaschenzug
3.4 Münchhausentechnik
3.5 Flaschenzug ohne Flaschen bzw. Rollen
3.5.1 Schweizer Flaschenzug
3.5.2 Ellington-Flaschenzug
3.5.3 Schnürungen
3.6 Reversion der Flaschenzüge
3.7 Hubhöhe unterschiedlicher Bauformen
3.8 Rücklaufsicherung
4 Reibungsverluste/Wirkungsgrad
5 Verwandte Themen
8 Belege
Erfindung, Geschichte, Anwendung
Bereits in der Antike war die Kraftminderung durch Anwendung der Hebelgesetze bekannt. Der Erfinder des Flaschenzugs ist nicht bekannt, aber die Erfindung des zusammengesetzten Flaschenzuges[1] wird Archimedes zugeschrieben.[2] Eine erste bildliche Darstellung der Kombination von Seil und einfacher Rolle befindet sich jedoch schon auf einem assyrischen Relief um 970 v. Chr..
Mit Seilen verspannte Einbaumkräne, die über drei („Trispastos“) oder fünf Rollen („Pentaspastos“) liefen, sind seit 750 v. Chr. bekannt.
Zur Geschichte des Krans siehe Geschichte der Krane.
Vitruv, ein römischer Architekt, Ingenieur und Architekturtheoretiker des 1. Jahrhunderts v. Chr., beschrieb in seinem 10. Buch über den Maschinenbau ausführlich den Trispastos, Pentaspastos und Polyspastos. Zu jener Zeit war es aber kaum möglich, Seile für Flaschenzüge mit sehr vielen Rollen in der erforderlichen Länge und Tragfähigkeit herzustellen, oder sie waren in der benötigten Anzahl fast unbezahlbar.
Der griechische Mathematiker und Ingenieur Heron von Alexandria lebte vermutlich im 1. Jahrhundert und befasste sich ebenfalls mit dem Flaschenzug. Unter der regen Bautätigkeit der Cäsaren im alten Rom war der Baukran unentbehrlich zur Errichtung der Arenen. Dank verschiedener Umlenkrollen konnten die Bedienungsmannschaften bis zu sieben Tonnen schwere Steinblöcke heben. Auch Leonardo da Vinci machte sich in seinen Erfindungen (bspw. im Codex Atlanticus,[3] Codex Forster II & III[4]) den Flaschenzug zunutze.[5]
In der Renaissance fand der Flaschenzug seine spektakulärste Anwendung beim Transport und der Aufrichtung des Obelisken auf dem Petersplatz in Rom vom 30. April bis 16. September 1586 durch den Ingenieur Domenico Fontana.[6][7] 907 Arbeiter und 75 Pferde drehten an den 40 Spillen und zogen damit über Umlenkrollen[8] an bis zu 220 Meter langen Seilen[9] die an einem gigantischen Holzgerüst hängenden 40 Flaschenzüge, um den 330 Tonnen schweren und 25,31 Meter langen Obelisken in die Senkrechte zu bringen.[10][11]
Bis 1861 blieb der Flaschenzug und seine Anwendung weitgehend unverändert. Erst mit dem Differenzialflaschenzug, zum ersten Mal in London eingesetzt, konnte eine Effizienzsteigerung erreicht werden. Heute werden Flaschenzüge vor allem bei Kränen oder Spannvorrichtungen (Radspannwerke) für Fahrdrähte eingesetzt.
Teile des Flaschenzuges
Ein Flaschenzug besteht aus mindestens einer losen Rolle (Scheibe) sowie einem Seil.
Flaschen wurden die Halterungen der Rollen genannt und waren meist als Block (mhd. plock, ploch „großes“ oder „zusammenhängendes Stück“) aus einem Stück Hartholz (Esche, Rüster) gearbeitet. Heute nennt man die flachen Teile beiderseitig am Rand (Backe, Wange) und zwischen den Rollen (Damm) insgesamt Scheren. In der Seemannssprache wird der Flaschenzug als Talje bezeichnet.
→ Hauptartikel: Block (Schifffahrt)
Als Jungfer werden meist runde oder halbrunde stabile Holzscheiben mit mehreren Löchern genannt, die keinerlei Rollen beinhalten und beispielsweise zum Spannen der Wanten dienten.
Die Rollen eines Flaschenzuges wurden früher ebenfalls Flaschen oder auch „Scheiben“ genannt. Der Begriff entstand etwa im 18. Jahrhundert: Bei Webmaschinen, speziell bei Bandwebmaschinen, werden die Spannrollen, welche die Kettfäden immer gespannt halten, als Flaschen bezeichnet.
Bevorzugt sind kugelgelagerte Rollen zu verwenden, um mit wenig Muskelkraft ein günstigeres Übersetzungsverhältnis zu erreichen. Bergsteiger benutzen bei Notlösungen (Spaltenbergung) auch einfache Karabiner, die jedoch durch die Gleitreibung die Zugarbeit erschweren.
Seil
Das Seil sollte ein Statikseil sein, um keine unnötigen Dehnungen bzw. Streckung zu erhalten, welche den Hub verlängern würden. Slacklines haben bevorzugt anstelle des Seils ein Flach- oder Schlauchband. Der nach seinem Erfinder benannte Ellington-Flaschenzug ist außergewöhnlich und besticht durch seine Einfachheit.[12] Für extreme Belastungen werden Stahlseile verwendet.
Die Art und Weise, wie das Seil über die Rollen geführt und einfädelt wird, bezeichnet man als Einscherung.
Bauformen
Faktorenflaschenzug
Verschiedene Faktorenflaschenzüge (n = 1, 2, 3 bzw. 4)
Die Rollen bei einem Flaschenzug können sehr unterschiedlich angeordnet sein. Für die Zugkraft entscheidend ist aber immer die Anzahl der tragenden Seile, auf die sich die Last verteilt. In der rechts abgebildeten Grundform des Flaschenzugs ist die Spannung