Einfache Maschine

Unter einfacher Maschine versteht man in der Technischen Mechanik eine Vorrichtung, welche Ansatzpunkt, Richtung oder Größe einer Kraft verändert, um die vorhandene Kraft möglichst zweckmäßig zur Verrichtung von Arbeit einzusetzen.

Bis heute besteht praktisch jede mechanische Maschine aus einer Kombination von einfachen Maschinen.

Einfache Maschinen

Es lassen sich vier grundlegende einfache Maschinen unterscheiden, die sich nicht weiter in Wirkprinzipien untergliedern lassen:

1. Das Seil und die Stange, sie verlagern den Punkt, an dem eine Kraft ansetzt
2. Der Hebel, verändert Ansatzpunkt und Größe einer Kraft, und kehrt ihre Richtung um
3. Die Rolle, zum Umlenken der Kraft, sie verlagert Angriffspunkt und Richtung der Kraft
4. Die Schiefe Ebene, verändert die Größe und Richtung einer Kraft

Sie sind die Idealisierung einer Übersetzung.

Beispiele kombinierter einfacher Maschinen

• Flaschenzug: Seil und Rolle
• Wellrad: Hebel und Stange
• Keil: zwei schiefe Ebenen
• Schraube: Stange und schiefe Ebene (die Schraube wurde in der Antike zu den fünf grundlegenden Maschinen gezählt)
• Zahnrad: Wellrad und schiefe Ebene
• Kurbel: Hebel und Wellrad

Diese Kombinationen bilden die Basis aller Werkzeuge. Eine der einfachsten Anwendungen ist die, bei der die Richtung der Kraft so verändert wird, dass die Schwerkraft unterstützend miteingesetzt werden kann (Waage, Rad). Andere dienen der Ergonomie, unterstützen also etwa „mangelnde Ausrüstung“ des Menschen (Zange, Stock) oder „konzentrieren“ den Krafteinsatz (Seilwinde, Klinge, Nagel).

Geschichte

Einfache Maschinen sind in Verwendung, seitdem der Mensch gelernt hat, mit Werkzeugen umzugehen. Die Stange als Stock oder Keule, der Keil als Faustkeil, das Seil gehören zu den Anfängen des Menschen als homo habilis – obschon sich ihre Verwendung auch bei Tieren im Sinne dieser einfachen Mechanik nachweisen lässt.

Werkzeuge wie Hebel und Keil zum Heben schwerer Massen, die Rolle zum Bewegen sind wohl schon bei den ersten steinzeitlichen Bautätigkeiten verwendet worden. In Ägypten wurden Umlenkrollen verwendet, um z. B. Obelisken aufzustellen. Auch die Römer verwendeten sie bei ihren Baukränen. Einfache Maschinen bilden auch die Basis der Maschine im heutigen Sinne, elaborierte Arbeiten zu Kombinationen finden sich in der Antike des Mittelmeerraums ebenso wie in der chinesischen. Der Bau der großen Kathedralen des Mittelalters wäre ohne die Anwendung mechanischer Maschinen, wie dem Flaschenzug, Seilwinden und Treträdern, die von Windenknechten bedient wurden, nicht möglich gewesen (Kranich).

Einer der Ersten, die sich systematisch mit einfachen Maschinen beschäftigten, war der slowenisch-österreichische Mathematiker Jurij Vega im 18. Jahrhundert.

Siehe auch

• Kraftwandler

Literatur

• Willy Schweiger: Faszinierender Maschinenbau. Skriptum, Lehrstuhl für Konstruktionstechnik, Institut für Maschinenbau und Fertigungstechnik, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, 1998 (Webdokument (Memento vom 15. Januar 2005 im Internet Archive), pdf, wayback.archive.org)