Flaschenzug

Unter dem Begriff Flaschenzug versteht man eine Kombination aus einer oder mehreren Rollen, über die ein Seil verläuft. So können schwere Lasten leichter angehoben werden. Es gilt: Je mehr Rollen der Flaschenzug besitzt, desto leichter ist es, das Gewicht anzuheben, aber desto länger ist die Zugstrecke. Das entspricht der goldenen Regel der Mechanik, die besagt: „Was man an Kraft spart, muss man an Weg zusetzen.“

Der Begriff Flaschenzug kommt daher, dass eine Halterung für mehrere Rollen nebeneinander auch Flasche genannt wird.

In den meisten Fällen ist entweder das Seil oder eine Rolle an der Decke oder einem Balken befestigt. Die Last, also der Gegenstand, den wir heben wollen, befindet sich größtenteils ebenfalls an einer anderen Rolle. Ein Ende des Seils ist entweder an der Decke oder einer der Rollen befestigt und am anderen Ende des Seils kann gezogen werden.

Ein Flaschenzug kann auch horizontal angeordnet sein, wenn etwa ein Auto aus dem Schnee gezogen werden soll. Für einen horizontalen Flaschenzug gelten die gleichen Gesetze wie für einen vertikalen Flaschenzug. 

Manchmal spricht man beim Flaschenzug auch von Umlenkrollen, da sie das Seil umlenken. In diesem Text verwenden wir aber hauptsächlich den Begriff Rolle.

Die Anzahl der Rollen ist entscheidend dafür, wie stark die aufzuwendende Kraft verringert wird. Mit einer zunehmenden Anzahl an Rollen verringert sich die Kraft, allerdings erhöht sich die Strecke, die das Seil gezogen werden muss. Bei zwei Rollen benötigt man nur noch die Hälfte der Kraft, muss aber auch doppelt so weit ziehen. Die wirkende Kraft wird von der Rolle auf beide Teile des Seils gegeben. Somit wirkt auf jedes von der Rolle weggehende Stück Seil nur die Hälfte der Kraft, die auf die Rolle wirkt.
Es gibt vier wichtige Größen bei der Betrachtung eines Flaschenzugs:

: Lastkraft, meist die Gewichtskraft der Last
: Laststrecke (Länge der Strecke, um die die Last angehoben wird)
: Zugkraft (Kraft, mit der am Seil gezogen werden muss)
: Zugstrecke (Länge der Strecke, um die das Seil gezogen werden muss)

Die Last hängt, wenn das Seil um mehrere Rollen gelegt ist, nun nicht mehr nur an einem Teil des Seils, sondern an mehreren Teilen. Diese Teile werden als tragende Seile bezeichnet, auch wenn es sich um dasselbe Seil handelt.
Für die Reduktion der Last ist die Anzahl der tragenden Seile entscheidend. Meist entspricht sie der Anzahl der Rollen des Flaschenzugs; es lassen sich aber auch Flaschenzüge konstruieren, bei denen die Anzahl der tragenden Seile nicht der Anzahl der Rollen entspricht.
Die Zugkraft verringert sich mit größer werdender Anzahl , die Zugstrecke nimmt hingegen zu. Ein Flaschenzug mit Rollen, also im Allgemeinen tragenden Seilen, benötigt für die gleiche Last weniger Kraft, aber mehr Strecke als ein Flaschenzug mit Rollen.

Man unterscheidet bei den Rollen im Flaschenzug in feste und lose Rollen. Feste Rollen bewegen sich in keine Richtung, sind also zum Beispiel an der Decke befestigt. Lose Rollen hingegen können sich nach oben und unten bewegen. Hängt die Last direkt an einer Rolle, handelt es sich dabei um eine lose Rolle.

Die folgenden drei Formeln beschreiben die drei für Flaschenzüge gültigen Gesetze.

1. Teilt man die Lastkraft durch , erhält man die Zugkraft .

2. Die Streckenlänge , um die das Seil gezogen werden muss, ist das Produkt aus der Anzahl und der Streckenlänge , um die die Last angehoben wird.

3. Im Flaschenzug gilt zudem, dass das Produkt aus Kraft der Last und Laststrecke gleich dem Produkt aus Zugkraft und Zugstrecke ist.

Beispiel: Flaschenzug berechnen
Wir wollen mit einem Flaschenzug, der fünf tragende Seile besitzt, eine Last mit einer Kraft von anheben. Wie viel Zugkraft ist dafür notwendig?

Die Formel zum Berechnen der Zugkraft lautet:

Da wir fünf tragende Seile haben, beträgt . Setzen wir die beiden Werte ein, erhalten wir für die Zugkraft:

Die notwendige Zugkraft beträgt .

Um welche Strecke müssen wir das Seil ziehen, wenn wir die Last um anheben wollen?

Für diese Aufgabe haben wir zwei Lösungsmöglichkeiten. Zum einen können wir die folgende Formel verwenden:

Setzen wir die beiden Werte ein, erhalten wir für die Zugstrecke:

Wir können aber auch die folgende Formel nach der Zugstrecke umstellen und erhalten:

Beide Rechnungen ergeben eine Zugstrecke von .

Der Kran ist ein anschauliches Beispiel für die Verwendung eines Flaschenzugs im Alltag. Hierbei wird das Prinzip des Flaschenzugs genutzt, um schwere Bauteile anzuheben. 

Flaschenzüge lassen sich auch problemlos selbst bauen. Dafür brauchst du lediglich etwas stabiles Holz, Haken und ein Seil. Anstatt der Rollen kann man in einer einfachen Variante und bei einem kleinen Flaschenzug auch Haken verwenden.

Die Krafteinsparung beim Potenzflaschenzug wird ausschließlich durch lose Rollen erzielt. Es existieren mehrere Seile, die über eine Rolle gehen und an einer Stütze und der jeweils nächsten Rolle befestigt sind. Auf die Rolle, an der das Gewicht hängt, wirkt noch die volle Kraft der Last, auf das Seil, das über diese Rolle läuft, nur noch die halbe Kraft. Somit wirkt auch auf die nächste Rolle nur die halbe Kraft und auf das Seil, das über diese Rolle läuft, nur noch ein Viertel der ursprünglichen Kraft. Die Wirkung potenziert sich also mit der Anzahl der losen Rollen. Es gilt: