Flaschenzug

Ein Flaschenzug ist eine einfache Maschine zum Heben von Lasten und verschieben von schweren Körpern. Ein Flaschenzug besteht aus festen und losen Rollen, über die ein Seil gezogen wird.

Geschichte

Die Kraftminderung durch Anwendung des Hebelgesetzes war schon in der Antike bekannt. Die erste bildliche Darstellung der Kombination von Seil und einfacher Rolle findet sich auf einem assyrischen Relief um 970 v. Chr.. Im alten Rom]war der Baukran zur Errichtung der Arenen ein unverzichtbares Gerät. Mit verschiedenen Umlenkrollen versehen, konnten bis zu 7 Tonnen schwere Steinblöcke gehoben werden.

In der Renaissance fand der Flaschenzug seine spektakulärste Anwendung beim Transport und der Aufrichtung des Obelisken auf dem Petersplatz in Rom durch den Ingenieur Domenico Fontana (1586). Bis 1861 blieb der Flaschenzug und seine Anwendung weitgehend unverändert. Erst mit dem Differentialflaschenzug, der zum ersten Male in London eingesetzt wurde, konnte eine Effizienzsteigerung erreicht werden. Mit diesem Flaschenzug konnte die Kräfteverstärkung bis auf 1:1000 erhöht werden.

Heute werden Flaschenzüge vor allem bei Kränen und Spannvorrichtungen eingesetzt.

Faktorenflaschenzug

verschiedene Flaschenzüge

Bei einem Flaschenzug können die Rollen unterschiedlich angeordnet sein. Entscheidend für die "Zugkraft" ist aber immer die Zahl der tragenden Seile. Der vom Gravitationsfeld in die Last quellende Impuls fliesst über den Haken an die losen Rollen weg. Dort verzweigt sich der Impulsstrom und teilt sich auf die verschiedenen Seile auf. Die Rollen sorgen dafür, dass alle Seile gleich stark belastet werden. Wendet man den Knotensatz auf die losen Rollen an, erhält man für die in den Seilen fliessenden Impulsströme die folgende Beziehung

[math]F_{ZS} = \frac {F_L}{n}= \frac{m g}{n}[/math]

n steht für die Anzahl Seile, die zwischen den losen und festen Rollen gespannt sind. In der Berechnungsformel ist stillschweigend vorausgesezt worden, dass die Rollen keine Reibung aufweisen und wie das Seil masselos sind. Dank der obersten Rolle ist die Spannung im Zugseil gleich gross wie in den tragenden Seilstücken.

Hebt man die Last an, verlängert sich das Zugseil um gleich viel, wie die tragenden Seile verkürzt worden sind. Folglich gilt für die Geschwindigkeit im Zugseil

[math]v_{ZS} = n v_L[/math]

Bewegen sich alle Teile des Flaschenzuges reibungsfrei und sind sie zudem masselos, fliesst bei einer beliebigen Bewegung die Energie durch die Maschine hindurch. Für die zugeordneten Energieströme, die Leistung der Kräfte, gilt dann nämlich

[math]I_{W_ZS} = P{F_{ZS}) = F_{ZS}v_{ZS} = F_L v_L = P{F_L) = I_{W_L}[/math]

Potenzflaschenzug

Potenzflaschenzug

Differenzialflaschenzug

Datei:Differentialflaschenzug

Differenzialflaschenzug

Der Differenzialflaschenzug besteht aus zwei festen Rollen, die fest miteinander verbunden sind und unterschiedliche Durchmesser haben. Die Last hängt an einer losen Rolle.

Ein wichtiger Vorteil dieses Flaschenzugtyps ist die Material- und Gewichtsersparnis. Durch das umlaufende Seil ist dessen Länge vom Übersetzungsverhältnis des Flaschenzugs fast unabhängig. Weiterhin sind immer nur drei Rollen erforderlich. Da für die Funktion ein (rutsch-)fester Kontakt der beiden Seile mit den Rollen erforderlich ist, wird bei einem Differenzialflaschenzug statt des Seils auch gerne eine Kette verwendet, deren Glieder über verbundene Zahnräder laufen. [[Kategorie:Rot]