Bau eines römischen Tretradkran-Modells — Antike Baumaschinen

Schneiden Sie aus einem 6 mm großen Hartholzdübel einen senkrechten Mast von etwa 25 cm Höhe. Kleben Sie ihn senkrecht in ein in der Mitte des Grundbretts gebohrtes Loch und verstärken Sie ihn mit zwei diagonalen Streben (kürzere Dübel, auf etwa 12 cm zugeschnitten), die vom Mast aus in einem Winkel von etwa 45 Grad auf gegenüberliegenden Seiten zur Basis geklebt werden. Diese Streben entsprechen den Stützbalken, die Vitruv als „retinaculae“ bezeichnet – sie verhindern, dass der Mast unter Last umkippt. Der Mast muss absolut senkrecht stehen (mit einem kleinen Lot prüfen). Bohren Sie oben im Mast ein waagerechtes Loch durch den Dübel, das einen Drehbolzen für die Befestigung des Auslegers (Jib) aufnimmt. Der Mast eines Kranes im Originalmaßstab der Römer war typischerweise ein einzelner Holzstamm von 8 bis 12 Metern Höhe, der an drei oder vier Seiten durch Spanntaue aufrecht gehalten wurde.

Schneide den Ausleger (Ausleger-Arm) aus einem 6 mm Rundholzstab, etwa 20 cm lang. Befestige ein Ende oben am Mast mit einem Stift durch das gebohrte Loch, sodass sich der Ausleger auf- und abwärts bewegen kann. Montiere am freien Ende des Auslegers einen Doppelflaschenzug: Bohre Achsenlöcher durch zwei kleine Holzscheiben (2 cm Durchmesser) und befestige sie nebeneinander auf einem kurzen Stift, wobei der Stift über eine kleine Holzhalterung an der Auslegerspitze angebracht wird. Diese paarweisen Rollen stellen den Trochlea (Flaschenzug) dar, den Vitruv beschreibt. Am Mast nahe der Spitze montierst du ein weiteres Rollenpaar. Das Seil wird zwischen diesen beiden Rollensätzen hindurchgeführt, um einen mechanischen Vorteil zu erzeugen. Bei einem echten Flaschenzug mit vier Rollen beträgt der mechanische Vorteil 4:1, das heißt, eine Einheit Zugkraft hebt vier Einheiten Lastgewicht (abzüglich Reibungsverluste).

Schneide aus dem dünnen Sperrholz einen Kreis mit etwa 12 bis 15 cm Durchmesser – dieser stellt die Trommel des Tretrads dar. Bohre eine Mittelbohrung und montiere ihn auf einer horizontalen Achse (einem Nagel oder Stift), die von zwei aufrechten Halterungen getragen wird, die hinter dem Mast auf der Grundplatte befestigt sind. Das Tretrad muss sich frei auf seiner Achse drehen können. Klebe kleine Holzstifte oder Leisten rund um den inneren Umfang, um die Trittstufen darzustellen. Bei einem Tretrad der Römer in Originalgröße (Durchmesser etwa 4 bis 5 Meter) gingen die Arbeiter im Inneren des Rades wie in einem Hamsterrad, und ihr Körpergewicht, das das Rad drehte, wickelte das Seil auf die Achsentrommel. Der mechanische Vorteil des Tretrads selbst ist das Verhältnis des Radradius zum Trommel- (Achs-)Radius – ein Rad mit 2,5 Meter Radius und einer Trommel mit 15 cm Radius ergibt einen Vorteil von etwa 16:1, multipliziert mit dem Flaschenzugverhältnis.

Führen Sie das Seil durch das Flaschenzugsystem entlang des standardmäßigen Verbundflaschenzugs: Binden Sie ein Ende an die feste obere Flaschenzugbefestigung, führen Sie es nach unten und um die erste untere (Ausleger-Spitzen-)Rolle herum, zurück nach oben zur zweiten oberen Rolle, nach unten zur zweiten unteren Rolle, und führen Sie dann das freie Ende nach unten zur Tretradtrommel, wo es festgebunden und mehrere Windungen um die Achse gewickelt wird. Befestigen Sie einen kleinen Haken oder eine Schlaufe am unteren Flaschenzugblock zum Aufhängen von Lasten. Der Seilverlauf sollte sauber ohne Kreuzungen oder Verheddern verlaufen. Wenn sich das Tretrad dreht, wickelt es das Seil auf die Trommel auf, zieht das Seil durch die Rollen und hebt die Last an. Bei einem Verbundflaschenzug mit vier Rollen hebt jeder auf die Trommel gewickelte Meter Seil die Last um 25 Zentimeter – der Kompromiss zwischen Kraft und Weg, der alle einfachen Maschinen kennzeichnet.

Hängen Sie ein kleines Gewicht (etwa einen Beutel mit Münzen oder einen Angelsenker) an den Haken am unteren Flaschenzugblock. Drehen Sie das Tretrad langsam, indem Sie es mit einem Finger antreiben – die Last sollte gleichmäßig nach oben steigen. Vergleichen Sie den Kraftaufwand, um dasselbe Gewicht direkt anzuheben, mit dem Aufwand über den Flaschenzug – das Seilsystem sollte die Last deutlich leichter erscheinen lassen, although das Seil über eine größere Strecke gezogen werden muss. Dies veranschaulicht das grundlegende Prinzip des mechanischen Vorteils, das römische Ingenieure in großem Maßstab nutzten. Das Haterii-Relief (ein Grabmonument aus dem 1. Jahrhundert in Rom) zeigt einen römischen Tretradkran im Einsatz und verdeutlicht den Umfang und die Komplexität dieser Maschinen. Vitruv merkt an, dass ein Kran mit Flaschenzug und Tretrad, das von nur wenigen Männern betrieben wird, Lasten heben konnte, für die Dutzende Arbeiter nötig gewesen wären, die direkt am Seil zogen.