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Ratgeber
Übersteigen schwere Lasten die menschliche Kraft, sind Hebezeuge gefragt. Technische Vorrichtungen machen es möglich, die Gesetze der Physik zu nutzen und die Last bestmöglich zu verteilen. Eine jahrtausende alte Erfindung in diesem Kontext: der Flaschenzug.
Was einst mit einer Konstruktion mit schlichten Rollen und groben Seilen begann, wurde über die Jahrtausende weiterentwickelt. Heute bietet die Hebetechnik eine grosse Anzahl an Hebezeugen für die Lastenbewegung.
Flaschenzüge gehören als Untergruppe zu den Hebezeugen. Sie erlauben es, eine Last anzuheben, über dem Boden zu halten und gezielt wieder abzusetzen. Ist ein Schwenkarm integriert, kann die Last nach dem Heben auch bewegt und an einem anderen Zielort abgesenkt werden.
Der vom Menschen aufzubringende Kraftaufwand ist mit solchen Geräten vergleichsweise klein, was auch Lasten mit einem Gewicht mehrerer Tonnen beweglich macht. Fahrbare Modelle erlauben den Transport auch über weitere Strecken.
Der grobe Aufbau ist eine Konstruktion bestehend aus losen und festen Rollen. Die Last wird meist über Haken befestigt und mit tragenden Seilstücken oder Ketten bewegt. Je komplexer die Geräte aufgebaut sind, desto eher sind die Rollen mittels Scheren in Blöcken zusammengefasst.
Wer erfand wann den Flaschenzug?
An manchen Stellen liest man, dass um 250 vor unserer Zeitrechnung der griechische Physiker Archimedes den Flaschenzug erfand. Allerdings trifft dies vermutlich nur auf den zusammengesetzten Flaschenzug zu. Das Verständnis der Hebelgesetze geht weiter in der Antike zurück. Wie eine Kraftminderung durch Seile und Rollen erzielt werden kann, wurde bereits 970 vor unserer Zeitrechnung in einem Relief dargestellt.
Mit dem technischen Fortschritt erweiterten sich auch die Möglichkeiten der Flaschenzüge. Manuell betriebene Modelle werden noch immer genutzt, doch vor allem in der Industrie setzt man vermehrt auf elektrische Seilzüge.
1. Flaschen
Sie sind die Halterungen der Rollen und waren in früheren Jahrhunderten aus einem Stück gearbeitet. Oft war dies Hartholz. Die moderne Technik spricht von Scheren. Sie besitzen einen flachen Teil, der als Wange oder Backe bezeichnet wird und einen zwischen den Rollen verlaufenden Damm.
2. Rollen
Sie übernehmen die Arbeit des Gleitens beim Hochziehen oder bei der Umlenkung der Kraft. Dabei entsteht stets eine Reibung mit dem Seil, was bei der Berechnung der Zugkraft beachtet werden muss. Ab dem 18. Jahrhundert nannte man auch sie Flaschen oder Scheiben, was aus der Arbeit mit Bandwebmaschinen herrührte.
3. Seile
Früher mussten Nutzer nur darauf achten, dass ein Seil aus Naturfasern möglichst reissfest war, heute gibt es eine Vielzahl an Materialien, die genutzt werden können. Neben synthetischen Fasern kommen auch Flach- oder Schlauchbänder sowie Stahlseile zum Einsatz. An einem Seilende wird dabei stets das Gewicht befestigt, am Gegenende kann der Seilzug über eine Winde manuell oder elektronisch betätigt werden.
Wie das Heben funktioniert, lässt sich mit einem Blick in die Mechanik erklären. Dabei wird das Wissen zugrunde gelegt, dass man Kraft spart, wenn der Weg verlängert wird. Es handelt sich um die Goldene Regel der Mechanik. Sie wurde von Galileo Galilei formuliert.
Die Anzahl der Seile und Rollen je nach benötigter Dynamik variiert. Wichtig für das Verständnis des Funktionsprinzips ist die Unterteilung in feste und lose Rollen.
Arbeit mit festen Rollen
In der einfachsten Konstruktionsweise gibt es eine feste Rolle. Sie ist beispielsweise an einer Decke verankert und bewegt sich nicht. Um sie herum wird ein Seil gelegt, an dessen einem Ende über Vorrichtungen wie Lasthaken der gewünschte Gegenstand befestigt wird. Sein Gewicht wird über die Zugkraft angehoben, die am anderen Seilende aufgebracht wird.
Im Grunde handelt es sich bei diesem Aufbau nur um das Nutzen einer Umlenkrolle. Eine messbare Kraftersparnis tritt nicht auf, da lediglich die Zugrichtung beeinflusst wird. Dennoch kann ein solcher Seilzug notwendig sein, wenn Kraft dank Umlenkrollen ausschliesslich in einer anderen Richtung entwickelt werden kann. Verschiedene räumliche Gegebenheiten können dies vorgeben.
Arbeit mit losen Rollen
Hierbei liegen die Rollen in der Seilführung. Es ist also das Seil, das die Rollen trägt. Gemäss den Regeln der Physik wird die Kraft zu zwei gleichen Teilen von beiden Seiten des Seils getragen. In der Praxis bedeutet dies, dass eine Gewichtskraft nun mit der halben Kraft gehoben werden kann.
Die Kraft ist nun halbiert, doch der Zugweg entsprechend länger. Auf der Gegenseite muss zweimal so lange am Seil gezogen werden, um dieselbe Hubhöhe zu erreichen.
Dieses Prinzip kann erweitert werden, sodass beispielsweise Konstruktionen aus einer festen und drei losen Rollen die notwendige Zugkraft auf ein Viertel senken. Die Goldene Regel der Mechanik muss jedoch bedacht werden: Der Zugweg vergrössert sich immer mehr.
Der mit Abstand bekannteste Einsatzbereich ist der Kran. Mit ihnen arbeitet die Bauindustrie, um beispielsweise Brücken oder Häuser zu errichten.
Auch in der Transportindustrie sind Flaschenzüge noch immer im Einsatz. Die Zusammenarbeit von Seilrolle und Seilwinde erlaubt das Bewegen auch bei enormer Gewichtskraft.
Grössere Flaschenzüge finden sich ferner im Maschinenbau. In jeder Kfz-Werkstatt beispielsweise nutzen die Angestellten einen Flaschenzug, um Motoren ein- und auszubauen. Die Bahn verbaut mit ihrer Hilfe Zugelemente.
Weitere Einsatzbereiche der Arbeitswelt sind die Veranstaltungstechnik, die Bauwirtschaft und nicht zuletzt die Umzugsbranche. Wer schwere Möbel in höhere Etagen transportieren möchte, kann selten auf entsprechende Kleinkräne verzichten.
Kleine Flaschenzüge stehen auch Privatpersonen zur Verfügung, etwa für Renovierungsarbeiten am Haus oder der Gestaltung des eigenen Grundstückes.
Nicht vergessen werden darf dabei der Einsatz im Sandkasten und Kinderzimmer, wo Kinder mit Flaschenzügen nicht zur kreativ werden, sondern spielerisch Grundlagen der Physik lernen.