Geschichte der Ingenieurwissenschaften

mini|Die technische Hochschule Zürich ist eine von vielen Hochschulen, die im 19. Jahrhundert nach dem Vorbild der École polytechnique gegründet wurden. Bild von 1865

Die Geschichte der Ingenieurwissenschaften reicht mehrere tausend Jahre zurück. Als institutionalisierte Wissenschaften entstanden die Ingenieurwissenschaften im 18. Jahrhundert in Frankreich und Deutschland.

In den frühen Hochkulturen Mesopotamiens vor etwa 6000 Jahren wurden bereits an Tempel- und Palastschulen erste Ingenieure als Beamte ausgebildet. Im antiken Griechenland entstanden erste Wissenschaften, darunter die Mechanik, die für viele Ingenieurwissenschaften als Technische Mechanik eine Grundlagendisziplin ist. Ein großer Teil des technischen Wissens wurde über verschiedene Handwerkszweige weitergegeben, die sich im Laufe der Zeit spezialisierten. Aus dem antiken allgemeinen Schmied wurden Schwert-, Pfannen- oder Hufschmiede. Im Mittelalter entstanden mit den Zünften auch Institutionen, die sich mit dem handwerklich-technischen Wissen befassten.

In der Renaissance kam es zum Aufblühen der Technik: Ingenieure wie Leonardo da Vinci studierten Bücher zur Mechanik und schufen viele neue Maschinen. Ab etwa 1550 begannen sie, technische Fachliteratur zu verfassen. Im 17. und 18. Jahrhundert wandten sich die Naturwissenschaften verstärkt der Technik zu: Technik wurde als angewandte Naturwissenschaft verstanden. In Frankreich wurden Schulen für Ingenieure gegründet, darunter auch die École polytechnique. Im 19. Jahrhundert wurden im deutschsprachigen Raum viele Ingenieurschulen gegründet. Einige von ihnen wurden zu Technischen Hochschulen aufgewertet, erhielten um 1900 das Promotionsrecht und waren damit wissenschaftlich den Universitäten gleichgestellt.

Im 20. Jahrhundert bildeten sich zahlreiche neue Disziplinen – meist Spezialisierungen bestehender Gebiete oder an Schnittstellen zwischen bestehenden Gebieten. Gleichzeitig kam es zu einem verstärkten Verwissenschaftlichungsprozess, der durch computergestützte Technologien, wie CAD, CIM, CNC oder der Finite-Elemente-Methode verstärkt wurde.

Forschungsfeld und Abgrenzung Der Begriff Wissenschaft hat zwei wichtige Bedeutungen:Sabine Maasen, Mario Kaiser, Martin Reinhart, Barbara Sutter (Hrsg.): Handbuch Wissenschaftssoziologie. Springer, Wiesbaden 2012, S. 111; acatech (Hrsg.): Technikwissenschaften. Erkennen – Gestalten – Verantworten. acatech impuls, Springer, Heidelberg/Berlin 2013, S. 17. Einerseits als Menge allen Wissens, bei den Ingenieurwissenschaften also das Wissen über Technik und andererseits als soziales System, bei den Ingenieurwissenschaften also die Ingenieure, Forschungsinstitute, Technische Universitäten. Eine Geschichte der Ingenieurwissenschaften befasst sich demnach mit dem Wissensstand über Technik in verschiedenen Epochen und mit den verschiedenen Forschern und Forschungsinstitutionen.

Zu einer umfassenden Darstellung gehören auch verschiedene Einflüsse von und auf die Ingenieurwissenschaften auf andere Bereiche. Die größten Wechselwirkungen gibt es mit der Technik selbst, die oft von Ingenieuren verbessert wurde. Andererseits hat neue Technik oft auch die Entwicklung der Wissenschaft vorangetrieben. Aus den Automobilen ist beispielsweise die wissenschaftliche Disziplin der Fahrzeugtechnik entstanden. Aber auch die politische, philosophische, gesellschaftliche oder wirtschaftliche Umwelt wirkten auf die Ingenieurwissenschaften mal fördernd und mal hemmend und wurden auch ihrerseits von ihnen beeinflusst. Die Geschichte der Ingenieurwissenschaften hat zahlreiche Berührungen zur Geschichte der Naturwissenschaften; insbesondere im 17., 18. und teilweise auch im 19. Jahrhundert wurde die Technik als angewandte Naturwissenschaft verstanden und die Naturwissenschaften selbst verstanden sich als anwendungsorientierte Wissenschaft. Die damals entstandenen Gebiete der Mechanik, der Thermodynamik und der Elektrotechnik werden bis heute von Ingenieuren und Naturwissenschaftlern gemeinsam bearbeitet. In etwa ab Mitte des 19. Jahrhunderts gingen sie vermehrt getrennte Wege: Die Naturwissenschaften beschäftigten sich mit den technisch weniger bedeutenden Gebieten wie Quantenmechanik oder Relativitätstheorie und betonten viel stärker die Theorie vor der Anwendung. Diese wurde verstärkt in den Ingenieurwissenschaften betont.

Genauere Details zu den einzelnen ingenieurwissenschaftlichen Disziplinen sind den entsprechenden Artikeln überlassen. Hier wird die fachlich übergreifende Geschichte aller oder zumindest der wichtigsten Disziplinen dargestellt.

Frühe Hochkulturen Bereits in der Steinzeit machten Menschen erste technische Erfahrungen. Die Herstellung von Werkzeugen gilt in der Anthropologie gar als Unterscheidungsmerkmal zwischen Mensch und Tier. In diesem Zusammenhang ist vom Homo faber die Rede, vom „werkzeugmachenden Menschen“. Erste Werkzeuge waren zunächst einfache Faustkeile, später spezielle Werkzeuge zum Bohren, Sägen, Schaben, Fischen oder Jagen. Die Anfänge der Produktionstechnik reichen damit bis in die Anfänge der Menschheit zurück. In der neolithischen Revolution gingen die Menschen vom Jagen und Sammeln über zu Ackerbau und Viehzucht. In Mesopotamien entstanden die ersten Hochkulturen der Hethiter, Assyrer, Babylonier und Perser.

Technik in Mesopotamien und Ägypten mini|Zikkurat von Ur, ca. 2000 v. Chr.

Man betrieb Kupferminen in Stollen, die bereits 20 m unter Tage führten. Das Kupfererz wurde anschließend in Hochöfen zu Kupfer geschmolzen und mit Zinn zu Bronze legiert, die der Bronzezeit ihren Namen gab. Damit waren grundlegende Verfahren der Metallurgie bekannt. Außerdem wurden das Wagenrad, die Töpferscheibe und der Pflug erfunden.Karl H. Metz: Ursprünge der Technik. Schöningh, Paderborn 2006, S. 25.

In den ersten Großstädten baute man Straßen und Brücken, für die Wasserversorgung baute man Aquädukte und auch riesige Repräsentationsbauten entstanden, wie die Paläste von Persepolis oder die ägyptischen Pyramiden. Zu ihrem Bau nutzte man Rampen und Krane. Anwendungen der schiefen Ebene und der Winde waren damit bereits bekannt.Ariel M. Bagg, Eva Cancik-Kirschbaum: Technische Experten in frühen Hochkulturen: Der Alte Orient. In: Walter Kaiser, Wolfgang König (Hrsg.): Geschichte des Ingenieurs. Carl Hanser Verlag, München / Wien 2006, S. 14–17, 19–21.

Im militärischen Bereich nutzte man BelagerungsgeräteAriel M. Bagg, Eva Cancik-Kirschbaum: Technische Experten in frühen Hochkulturen: Der Alte Orient. In: Walter Kaiser, Wolfgang König (Hrsg.): Geschichte des Ingenieurs. Carl Hanser Verlag, München / Wien 2006, S. 29. zum Erobern von Städten, die bereits mit Mauern, wie den sprichwörtlichen Mauern von Babylon, umgeben waren. Diese wurden von Baumeistern sorgfältig geplant und instand gehalten, wie man aus erhaltenen Bauplänen weiß. Sie enthielten unter anderem Maßstäbe und Abmessungen, den Zustand der Mauern und der Substrukturen sowie der Innen- und Außenschalen.Ariel M. Bagg, Eva Cancik-Kirschbaum: Technische Experten in frühen Hochkulturen: Der Alte Orient. In: Walter Kaiser, Wolfgang König (Hrsg.): Geschichte des Ingenieurs. Carl Hanser Verlag, München / Wien 2006, S. 11f.

Die Herkunft der Technik wird noch nicht einer wissenschaftlichen Durchdringung der Welt zugeschrieben. In vielen überlieferten Geschichten werden Erfindungen wie der Hakenpflug oder auch die Schrift gelegentlich sogenannten Kulturheroen zugeschrieben, letztendlich gehen sie jedoch immer auf göttlichen Rat und Plan zurück. Der Gott Enki gilt beispielsweise als genial-pragmatischer Erfinder.

Ansehen von Handwerk und Ingenieuren mini|Der assyrische König Assurbanipal als Korbträger

Die altorientalischen Könige stellten sich oft und über die gesamte Epoche hinweg als mustergültige Ingenieure dar. In Inschriften auf großen Bauwerken rühmen sie sich ihres technischen Sachverstandes, loben aber auch den Einsatz der Arbeiter, die sie den Inschriften zufolge reich beschenkten. Viele Abbildungen der Könige zeigen sie als Korbträger oder beim Tragen von Ziegeln. Ein solch hohes Ansehen körperlicher Arbeit und technischen Könnens steht im Gegensatz zur späteren griechisch-römischen Geringschätzung selbiger.Ariel M. Bagg, Eva Cancik-Kirschbaum: Technische Experten in frühen Hochkulturen: Der Alte Orient. In: Walter Kaiser, Wolfgang König (Hrsg.): Geschichte des Ingenieurs. Carl Hanser Verlag, München / Wien 2006, S. 10f.

Ausbildung der Ingenieure

An Palast- und Tempelschulen wurden Ingenieure ausgebildet in Lesen und Schreiben der Keilschrift und im Rechnen. Weitere Gebiete waren Mathematik und Messtechnik. Berechnet wurden die Neigung von Wasserkanälen, der Erdaushub von Ausschachtarbeiten, Gewicht und Belastbarkeit von Mauern und die Neigung von Rampen. Die Ausbildung auf Staatskosten dauerte mehrere Jahre und die Absolventen waren danach im Staat als hohe Verwaltungsbeamte tätig. Eine Trennung zwischen militärischem und zivilem Bereich gab es noch nicht: Ingenieure die in Friedenszeiten Paläste, Brücken oder Kanäle planten und deren Bau überwachten, hatten in Kriegszeiten hohe Kommandopositionen inne.Ariel M. Bagg, Eva Cancik-Kirschbaum: Technische Experten in frühen Hochkulturen: Der Alte Orient. In: Walter Kaiser, Wolfgang König (Hrsg.): Geschichte des Ingenieurs. Carl Hanser Verlag, München / Wien 2006, S. 9f.

Wissenschaft

Die altorientalischen Kulturen hatten bereits ein hohes Niveau in der Astronomie und Mathematik entwickelt. Letztere war durch praktische Probleme geprägt, wie die Berechnung von Flächen um Ackerland nach Überschwemmungen des Nils aufzuteilen oder die Grundflächen von Bauwerken zu bestimmen. Falls die exakten Formeln nicht bekannt waren, gab man sich auch mit Näherungslösungen zufrieden, was auch in der modernen Ingenieurwissenschaft typisch ist. Für die Kreisfläche nutzte man beispielsweise A=(8/9 d)² mit d als Durchmesser, was für die Kreiszahl den Wert 3,1605 ergibt, während der exakte Wert bei 3,141... liegt. Erst in der griechischen Antike kam es zur Trennung von Theorie und Praxis.Christoph Scriba, Bertram Maurer: Technik und Mathematik. In: Armin Herrmann, Charlotte Schönbeck (Hrsg.): Technik und Wissenschaft. VDI-Verlag, Düsseldorf 1991, S. 32–36.

Antike

In der griechischen und römischen Antike wurde die Eisenverarbeitung von den Hethitern übernommen. Im Gegensatz zu Kupfer das auch in metallischer Form in der Natur vorkommt, muss man Eisen erst aus Erzen erschmelzen. Das neue Material gab der Eisenzeit seinen Namen und wurde für Werkzeuge und Waffen verwendet, da es härter und fester ist. Eisen konnte jedoch nur unter hohem Kraftaufwand im heißen Zustand geschmiedet und noch nicht gegossen werden und verdrängte die Bronze daher nur allmählich. In der gesamten Antike wurden viele große Bauwerke errichtet, wie Tempel oder das Kolosseum. Die Römer bauten zahlreiche Straßen, Brücken und Aquädukte. Wichtige technische Erfindungen waren der Flaschenzug für Kräne, die archimedische Schraube zur Entwässerung von Bergwerken, das Zahnrad und die Schraube. Die antike Gesellschaft war durch Ackerbau und Sklavenwirtschaft geprägt; Maschinen wurden nur selten eingesetzt. Die Wissenschaften blühten auf, insbesondere Mathematik, Mechanik, Astronomie und Philosophie. Bis in die Neuzeit hatten sie aber nur noch ein Interesse an reiner Erkenntnis. Die Umsetzung in Technik oder andere Anwendungen galt als Überlisten der Natur.

Technik in der Antike mini|Griechisch-römischer Kran mit Flaschenzug