Vollumlenkung mit Umlenkrolle - Flaschenzug oder nicht?

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    • Vollumlenkung mit Umlenkrolle - Flaschenzug oder nicht?

      Beim Bergemittelworkshop kam eine Diskussion darüber auf, ob die Vollumlenkung beim Anschlag an das eigene, ziehende Fahrzeug mit Winde einen Flaschenzug darstellt oder nicht. Und ob es einen Unterschied macht, ob das Windenfahrzeug sich selbst oder ein anderes Fahrzeug zieht. Ich habe behauptet, es ist ein Flaschenzug und es ist egal was wohin gezogen wird. Begründung, wer es noch im Ohr hat: Entscheidend ist die Anzahl der tragenden Seile.

      Andere sprachen sich dagegen aus und sagten es ist kein Flaschenzug sondern eine einfache Krafumlenkung.

      Es gab eine lebhafte, aber immer freundliche Diskussion. Jetzt wo mein Nasenbluten aufgehört hat und ich wieder aus den zugeschwollenen Augen gucken kann, möchte ich ganz klar beweise, dass ich mit meiner Behauptung Recht hatte. Ich möchte, dass die Teilnehmer am Workshop auf jeden Fall mit den richtigen Informationen versorgt werden. Daher betreibe ich hier etwas Aufwand, das ist mir wichtig.

      Also, warum ist die Vollumlenkung mit Winde und Anschlag am eigenen Fahrzeug ein Flaschenzug, egal ob ich damit das Windenfarzeug ziehe oder ein anderes.

      Schauen wir nach Wikipedia, was dort zum Flaschenzug steht. Wikipedia ist kein sicheres Nachschlagewerk, aber dieser Artikel ist unstrittig. Die Formeln die dort stehen, können in Büchern und anderen Physik- und Mechanik-Webseiten nachgelesen werden. Ich möchte ausdrücklich jeden animieren, das was ich schreibe nachzuvollziehen, zu recherchieren oder auszuprobieren.

      1. Wann ist das Flaschenzugprinzip erfüllt?
      Gemäß Wikipedia, Zitat: "Der Flaschenzug besteht aus festen und losen Rollen und einem Seil. ... Die Rollen bei einem Flaschenzug können sehr unterschiedlich angeordnet sein. Für die Zugkraft entscheidend ist aber immer die Anzahl der tragenden Seile n, auf die sich die Last verteilt." Insofern, war meine Behauptung es ist ein Flaschenzug schon einmal richtig.

      2. Daraus leitet sich die Frage ab: Ab wann haben wir mehrere tragende Seile?
      Auch da gibt Wikipedia die Antwort: "Nach der Goldenen Regel der Mechanik muss der (Last-)Haken bei zunehmender Zahl der tragenden Seile eine immer längere Strecke s bewegt werden, um die gleiche Höhenänderung h zu erreichen: s = n * h". Etwas anders formuliert, ich muss doppelt so viel Seillänge auf die Winde aufwickeln, als sich das gezogene Fahrzeug bewegt.

      Aus der Erfahrung wissen wir, egal ob ich mein Auto mit Winde an einem Baum mit Umlenkrolle heranziehe, oder ein anderes mit der Winde an mein Fahrzeug heranziehe, verwende ich eine Umlenkrolle ist das Fahrzeug nur noch halb so schnell. Weshalb? Wegen der Goldenen Regel der Mechanik, s = n * h.

      Stellen wir die Formel mal nach unserer Erfahrung um. Wir wollen einen Wagen über Umlenkrolle mit einer Winde 1 m ziehen.

      Zuerst die Formel wie sie oben steht:
      2 m Seilweg (s) = x tragende Seile (n) * 1 m zurückgelegte Strecke (h)

      Umgestellt:
      x tragende Seile (n) = 2 m Seilweg (s) : 1 m zurückgelegte Strecke (h)
      x = 2

      Wenn ich also feststelle, dass ich bei Vollumlenkung 2 Meter Seil auf die Windenrolle wickeln muss, um das Fahrzeug 1 Meter zu bewegen, muss ich 2 tragende Seile haben

      3. Daraus leitet sich die Frage ab, wie bekomme ich denn überhaupt mehrere tragende Seile?
      Antwort: In dem wir dem Seilsystem eine "lose Rolle" hinzufügen. Der Punkt war wohl auch unter allen unstrittig.

      4. Bleibt die letzte Frage, was ist eine "lose Rolle"?
      Die Antwort finden wir bei Lernen ohne Frust: "Lose Rollen liegen in der Seilführung und werden vom Seil getragen. Jeder der beiden Teile des Seils, die die lose Rolle einschließen, nimmt 50% der Kraft auf."

      Eine andere Definition, die zu den unteren Bildern besser passt, finden wir bei Grundwissen.de: "Mit Hilfe einer in einer Seilschlinge hängenden “losen” Rolle kann zwar nicht– wie bei einer festen Rolle – die Richtung, dafür aber der Betrag deraufzubringenden Kraft geändert werden. Hierzu wird ein Ende des Seils an einem beliebigen Punkt oberhalb der Last befestigt." Dieser Punkt ist bei unseren Fahrzeugen der Schäkel neben der ziehenden Winde.

      Dort steht auch, dass sich die feste Rolle nicht verschieben kann, man könnte hier also die Annahme treffen, dies sei der Baum, aber nicht das gezogene Fahrzeug. Das ist aber falsch. Schaut Euch die Bilder der festen und losen Rolle auf dieser Webseite Grundwissen.de an. Dann wird klar, das nicht die räumliche Bewegung der Rollen in Bezug auf fest und lose gemeint ist, sondern ihre Bewegung relativ zu den Kraftvektoren.

      Achtet auf die Pfeile der Seile und in welche Richtungen sie zeigen.

      Bei der festen Rolle geht ein (Kraftvektor-) Pfeil zur Rolle hin und der andere weg. So funktioniert die Winde (auch die Spillwinde). Sie zieht auf der einen Seite das Seil an und gibt es auf der anderen (zur Aufwicklung) ab. Bei der losen Rolle hingegen, zeigen beide Pfeile von der Rolle weg. D.h. die Rolle wird gezogen. Daher der Begriff lose Rolle. Es geht hier um die Richtung der Kraft, nicht der Bewegung im Raum. Ist diese "lose" Rolle räumlich fixiert, ändern sich die Kraftvektoren (die Pfeile in den Bildern) nicht.

      Der Begriff lose Rolle ist in sofern irreführend, denn die Rolle muss dazu nicht "lose" sein, sich also räumlich bewegen. Sondern ihre Definition ist, dass sie im Seil "hängt" und zu beiden Seiten ein Seil hat, welches 50% der Kraft aufnimmt und die Kraftvektoren die gleiche Richtung von ihr weg haben.
      Der Baum, der räumlich zwar fixiert ist, ist im Grunde die Last, die der Seilzug heben soll. Da er aber fix ist, bewegt sich die fest Rolle auf den Baum zu.

      Anders gesagt, was eine feste oder lose Rolle ist, entscheided nicht die Bewegung der Rolle im Raum, sondern die Richtungen der einzelnen Kräfte im Bezug zur Rolle.

      Ok, da haben wir jetzt unsere zwei tragenden Seile und somit einen Flaschenzug.

      Wie realisiere ich das nun beim Windenfahrzeug?
      Schaut Euch dazu das original Wikipedia Bild an. Der Lasthaken hängt nicht am Gewicht (dem Baum oder dem zweiten Fahrzeug), sondern er wird zur "festen Rolle" zurückgeführt. Dadurch, dass der Lasthaken nicht am Gewicht hängt, sondern an einem festen Anschlagspunkt, wird das Seilstück zu einem tragenden Seilstück. Wie gesagt, es ist dabei egal, ob die sich die feste Rolle mit Anschlagspunkt für den Lasthaken räumlich bewegt oder die lose Rolle.

      Genau das ist bei meinem Aufbau im Workshop der Fall gewesen. Der Windenhaken wurde zum Fahrzeug zurückgeführt. Die Winde übernimmt dabei den Part der "festen Rolle". Hier im Bild die obere Rolle.



      Im Gegensatz dazu, die reine Kraftumlenkung, von der einige behaupteten, wir hätten es bei dem Aufbau damit zu tun. Dort hängt der Lasthaken am Gewicht (Baum oder zweites Fahrzeug). Hier haben wir nur ein tragendes Seil:



      Ich fasse zusammen:
      Wir haben immer dann ein Flaschenzug, wenn es mehr als ein tragendes Seil gibt. Ich bekommen weitere tragende Seile in das System, wenn ich lose Rollen einfüge. Ein sicheres Zeichen dafür ist (Goldene Regel der Mechanik), dass sich die Zuggeschwindigkeit bei einer losen Rolle halbiert. Ein lose Rolle ist definiert als eine Rolle, die zu beiden Seiten ein Seil hat, welches die halbe Last trägt.

      Gibt es nur ein tragendes Seil, habe ich eine reine Kraftumleitung.

      Das Prinzip Flaschenzug ist also erfüllt, wenn ich mein Fahrzeug mit Winde an eine Umlenkrolle hänge und den Windenhaken wieder an mein eigenes Fahrzeug anschlage. Die Windentrommel nimmt dabei den Part der festen Rolle und gleichzeitig des krafteinbringenden Systems ein.

      Keine Bedeutung hat, wo die Zugkraft herkommt. Keine Bedeutung hat, ob sich die "feste Rolle" oder die "lose Rolle" räumlich bewegt. Das ist vollkommen irrelevant (siehe Definition oben, wann das Flaschenzugprinzip erfüllt ist und was eine "lose Rolle" ist).

      Ich mache das jetzt noch einmal mit den original Wiki-Bildern klar. Ich zeige jeweils das Wiki Bild und dann das Bild mit Fahrzeugen ersetzt:

      Zuerst die Kraftumlenkung. Hier ist auf dem Seil immer die gleiche Zugkraft, an jeder Stelle. Wickel ich 1 Meter auf, ziehe ich das Fahrzeug 1 Meter. Wir haben ein tragendes Seil, welches über die "feste Rolle" des Flaschenzugs läuft.
      1 m = 1 * 1 m.




      Jetzt der erste Typ des Flaschenzugs, der dem Aufbau entspricht, den ich während des Workshops hatte. Jetzt gibt es zwei tragende Seile, die sich die Last teilen. Daher ändern sich auch die Wert ein der Formel:
      2 m = 2 * 1 m




      Denkt man sich bei diesem Bild das Auto mit Winde etwas anders, nämlich so, dass die obere, "feste Rolle" die Winde ist (denn es ist ja egal, wo die Kraft herkommt), dann wird weiter klar, warum das Flaschenzugprinzip erfüllt ist.



      Gruß
      AWo
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    • Knicki schrieb:

      Ja das sach ich doch die ganze Zeit, ich kann´s nur nicht so schön erklären :)
      Als Lehrer würde ich Glatt verhungern :facepalm:

      Viele Grüße
      Kai
      bei lehrern ist es egal ob sie etwas gut erklären können.................die kohlen gibts sowiso.................. :whistling:

      nur das ansehen bei den schülern sinkt wenn der lehrer nicht in der lage ist etwas schlüssig zu erklären. :facepalm:
      21GX56

      teile............ fwd-ebner.de/
      reifen......... reifenpfaff.de/
      PACKSACK .... tanimade.de/
    • Ich hatte im Workshop ja von unserem Artikel über den Einsatz von Bergemitteln gesprochen. Wer das gesagte noch einmal nachlesen möchte, kann diesen Artikel hier finden: Richtiges Bergen im Gelände – Teil 1 mit Hilfe von Seilwinden und ohne Winde hier: Richtiges Bergen im Gelände – Teil 2 mit Bergegurten und Seilen.

      Gruß
      AWo
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    • Praxisbeisipele

      Auf den LFAD bin ich mit Marc, Doreen, Nik und Alex in den Zauberwald gefahren. Ich fuhr vor und steckte vollkommen unerwartet und überraschend für alle fest. Zunächst zogen wir den Wagen ein Stück mit dem Greifzug, dann wechselten wir auf Alex Winde. Das erste Bild zeigt den Bergeaufbau. Hier handelte es sich um eine reine Kraftumlenkung. Ich habe nur zum Beispiel mal 5 kN als anliegende Kraft gesetzt (was im Grunde viel zu viel ist, das sind ca. 5 Tonnen, ist aber nur ein Beispiel). Im Bild habe ich die Zugkräfte für die Seilstücke und die Anschlagspunkte der Rollen angegeben.

      Fotos zu dem Aufbau werde ich noch einstellen, wir warten auf die Bilder von Doreen.



      Hätten wir an meinem Fahrzeug an den Anseilpunkt noch eine dritte Rolle angeschlossen, hätten wir aus der Kraftumlenkung einen Flaschenzug gemacht. Die dritte Rolle an meinem Fahrzeug wäre zu einer losen Rolle geworden. Und es wäre egal, ob Alex sich mit seinem Wagen und seiner Winde nach vorne gezogen hätte, also näher an mich heran oder ob er mich nach vorne gezogen hätte. Sobald mehr als ein tragendes Seil durch lose Rollen im Seilsystem sind, ist es ein Flaschenzug.

      Würde das Seil mit 5 kN beaufschlagt werden, wären sowohl das lange Seil bis zu meinem Fahrzeug als auch das kurze Seilstück zurück zur zweiten Rolle mit jeweils 2,5 kN belastet. Die Winde müsste mit 2,5 kN ziehen. Der Anschlagspunkt an meinem Fahrzeug wäre mit 5 kN belastet, der am zweiten Baum mit mehr als 5 kN (wegen des Winkels des einlaufenden und auslaufenden Seils) und der am ersten Baum mit weniger als 2,5 kN.



      Ich würde mich Freuen, wenn die Zweifler diese Bilder nehmen und mit den Leuten besprechen, auf die sie sich im Workshop bezogen haben. Mich würden die Antworten einmal interessieren.

      Gruß
      AWo
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    • den Begriff "Vollumlenkung" finde ich nett :) ... er bezeichnet doch nix anderes als einen Flaschenzug. Alles andere ist eben nur eine Umlenkung.

      Vielleicht könnte man es populär auch so formulieren, dass es sich immer um einen Flaschenzug handelt, wenn ein Seilende zu einem sich bewegenden Teil zurückkommt. Unabhängig davon, ob das nun eine Rolle ist oder ein Zugpunkt.
    • Jo, manchmal klappt so ein einfacher Satz halt nicht. Da muss mehr aufgefahren werden. Du sprichst jetzt auch von "einem sich bewegenden Teil". Das muss ja gar nicht sein, dass das Seilende zu einem bewegenden Teil zurückkommt. Es muss nur zurück gehen. Die dritte Rolle am Baum ist ja fix, trotzdem ist es ein Flaschenzug.

      Daher halte ich es gerne so simpel wie möglich, wie ich es im Workshop gesagt habe und wie es im Wiki steht: "Sobald mehr als ein tragendes Seil da ist, ist es ein Flaschenzug (s = n * m). Dann hast Du die ganze Thematik was bewegt sich wohin schon mal raus aus der Diskussion. Wenn dann diesem Satz geglaubt wird....

      Gruß
      AWo
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    • Achso...so meinst Du das. Ja, das spielt eine ähhhh Rolle...

      Gruß
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    • Ich würde sagen, ja, wenn es um das Prinzip geht und nein, wenn es darum geht, dass es zu dem beweglichen Teil zurück muss.

      Denn die Rolle muss sich nicht dazu drehen. Wenn es eine feststehende Trommel wäre, würde es trotzdem gehen, nur mit mehr Rebungswiderstand.
      Ausserdem kann es irgendein Fixpunkt sein, der Haken muss nicht zu der Rolle zurückgeführt werden, es reicht auch ein einfacher Haken daneben.

      Wichtig ist, dass es ein Ankerpunkt ist, der die Last tragen kann, so dass die "lose" Umlenkrolle "im Seil hängt".

      Gruß
      AWo
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    • Da bin ich aber froh, wenn Du mir im Prinzip recht gibst :thumbsup:

      Man muss es übrigens auch nicht allen erklären können. Viele machen es intuitiv richtig und manche kapieren es nie.

      Das, was Du als "feststehende Trommel" bezeichnest widerspricht übrigens dem Gedanken der "Flasche" beim Flaschenzug. Aber das Prinzip bleibt. Der "Fixpunkt daneben" beschreibt nichts anderes, als die Krafteinleitung in die selbe Basis.
    • Hier ein Video, welches einen Windeninsatz im selben Wettberwerbsabschnitt der Pomerania zeigt. Im Fahrzeug sitzt Alex, den ihr ja jetzt auch von den LFAD 2017 kennt. Er hat eine schnelle Warn-Winde mit doppeltem Motor montiert. Das erste Video zeigt einen Einsatz ohne Umlenkung. Das Fahrzeug wird schnell gezogen:



      Dann hingen wir in diesem Loch fest. Um Euch zu zeigen, wie fest, habe ich ein paar Bilder dazu getan.




      Ich denke, dass zeigt schon, warum hier ein Einsatz mit Umlenkrolle nötig wurde. A) um kontrolliert zu ziehen (langsamer) und b) um mehr Kraft zu haben. Achtet mal auf den Klang der Winde, sie dreht immer noch schnell, aber der Wagen bewegt sich viel langsamer (Flaschenzugprinzip).



      Gruß
      AWo
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    • Sigi_H schrieb:

      Das, was Du als "feststehende Trommel" bezeichnest widerspricht übrigens dem Gedanken der "Flasche" beim Flaschenzug.
      Ja, das ist klar, wenn das Seil über eine feste Fläche muss, widerspricht es dem Sinn eines Flaschenzugs, eine Last leicht heben/ziehen zu können. Nicht aber dem Prinzip der Kraftaufteilung

      Um nicht porkelig zu sein, ja, Du hast da Recht. Wenn es ein Flaschenzug sein soll, dann gehört da eine Flasche rein, also eine sich drehende Rolle.

      Gruß
      AWo
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    • Sigi_H schrieb:

      Man muss es übrigens auch nicht allen erklären können. Viele machen es intuitiv richtig und manche kapieren es nie.
      Ja, richtig. Aber die Meldungen haben die Zuhörer im Workshop schon verunsichert.

      So eine Diskussion ist ja nicht verkehrt, es freut mich ja. Ich fand es nur meinerseits Schade, dass meine Vorbereitung nicht gut genug war, dass ich die Gegenargumente entkräften konnte und so die Leute verunsichert zurückließ.

      Es wurde im Workshop auch Bezug auf den Wiki-Artikel genommen, aber eben nur auf die Bilder, die ja dann so und so interpretiert wurden. Hätten wir den Text weiter gelesen, hätten wir das spätestens bei der "Goldenen Regel der Mechanik" geklärt gehabt. Naja, und am Ende kann ja immer noch einer einfach sagen "Stimmt nicht". Da machste dann halt nix mehr.

      Mir geht es hier darum, den Teilnehmern nachträglich die Gewissheit zu geben, dass bei der Vollumlenkung immer ein Flaschenzug zustande kommt. Einfach um die Ungewissheit auszuräumen. Daher gehe ich hier etwas tiefer darauf ein.

      Was jetzt jeder einzelne denkt und daraus macht, darauf habe ich keinen Einfluss. Und will ich auch nicht haben.

      Gruß
      AWo
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    • AWO - Du hast ja mit (fast) allem Recht, danke für die Richtigstellung/Klarstellung.
      ... nur an einem Punkt möchte ich widersprechen:

      AWo schrieb:

      Auf den LFAD bin ich mit Marc, Doreen, Nik und Alex in den Zauberwald gefahren. Ich fuhr vor und steckte vollkommen unerwartet und überraschend für alle fest
      Danke allen für ein tolles Wochenende!
      Grüße auch an die "9-Klässler", die vlt. noch 4 Jahre Physik vor sich haben (Insider)