Wie funktioniert ein Flaschenzug? Und wie lange nutzen Menschen diese Technologie schon?
Der Flaschenzug war bereits etwa 1.000 Jahre vor Christus bekannt. Es handelt sich um eine Maschine, mit der Lasten besser gehoben werden können. Die aufzubringende Kraft wird dabei mittels eines Seils über mehrere Rollen verteilt, welche lose oder fest sind. Handelt es sich um einen komplexen Flaschenzug, sind diese Rollen mit sogenannten Scheren zu Blöcken zusammengefasst.
Durch die Gewichtsverteilung muss weniger Zugkraft aufgebracht werden, die Lasten lassen sich leichter heben. Der Name Flaschenzug kommt daher, dass die Halterungen der einzelnen Rollen früher Flaschen genannt worden sind. Sie waren ursprünglich aus Hartholz gefertigt. Heute werden die Teile zur Befestigung der einzelnen Rollen insgesamt als Scheren bezeichnet, wobei die Befestigung am Rand der Rollen „Backe“ oder „Wange“ heißen und die Halterung zwischen den einzelnen Rollen „Damm“ genannt wird.
In der Nautik, also der Seefahrt, wird der Flaschenzug häufig als Talje bezeichnet. Zur Absteifung der Masten auf Segelschiffen werden Flaschenzüge ohne Rollen eingesetzt, welche „Jungfer“ genannt werden. Diese enthalten keine Rollen sondern funktionieren mittels Holzscheiben, welche mehrere Löcher enthalten.
Die einzelnen Bestandteile eines Flaschenzugs
Prinzipiell besteht ein Flaschenzug aus Rollen und einem Seil. Auch Weber nutzten Flaschenzüge in Webmaschinen, um die Kettfäden unter Spannung zu halten. Diese Spannrollen werden als Flaschen bezeichnet. Damit eine Last mit möglichst wenig Muskelkraft bewegt werden kann, kommen vorzugsweise kugelgelagerte Rollen zum Einsatz. Auch Bergsteiger nutzen das Prinzip von Flaschenzügen, allerdings benutzen sie keine Rollen, sondern nur Karabinerhaken. In diesen Fällen ist die Zugarbeit nicht optimal und wird durch die Reibung beim Ziehen gemindert.
Das Seil eines Flaschenzuges sollte statisch sein, um ungewünschte Dehnungen und Streckungen zu vermeiden. Diese würden sich negativ auf die Zugkraft auswirken, da der Hub verlängert würde. Es müsste mehr Kraft zum Heben der Last aufgebracht werden. Müssen sehr große und schwere Lasten gehoben werden, kommen Stahlseile zum Einsatz. Für eine möglichst einfache Hebung der Last ist es wichtig, wie das Seil über die Rollen gespannt wird. Diese Führung und Fädelung wird in der Fachsprache als Einscherung bezeichnet. Die Anordnung der einzelnen Rollen spielt eine untergeordnete Rolle, viel wichtiger ist es, wie viele vorhanden sind. Wird die Anzahl der tragenden Seile durch das Anbringen mehrerer Rollen erhöht, verringert sich die Leistung, die am anderen Ende zur Hebung der Last aufgebracht werden muss.
Wie verteilen sich Lasten innerhalb eines Flaschenzugs?
Die Grundform eines Flaschenzugs enthält vier übereinander angeordnete Rollen, wobei die äußeren beiden meist größer sind als die innen liegenden. An jeder Stelle des Seils ist bei dieser Form des Flaschenzugs die Kraft gleich. Das Gewicht der Last wird also gleichmäßig auf alle tragenden Seile verteilt. Allgemein lässt sich sagen, dass bei diesem Flaschenzug nur ein Viertel des eigentlichen Gewichts gehoben werden muss. Enthält der Flaschenzug drei Rollen, muss etwa ein Drittel gehoben werden. Bei zwei Rollen wird die Hälfte der Zugkraft benötigt. Läuft lediglich ein Seil über eine Rolle, kommt es zu keiner Reduzierung der benötigten Kraft: Es muss das volle Gewicht gehoben werden, was nach gültigen Gesetzen der Mechanik einfach berechnet werden kann.