Technik im Römischen Reich

mini|Der Aquädukt Pont du Gard in Südfrankreich (um 19 n. Chr.) ist eines der Meisterwerke vorindustrieller römischer Technik

Die Technik im Römischen Reich erreichte den Höhepunkt ihrer Entwicklung zwischen dem Beginn der römischen Bürgerkriege um 100 v. Chr. und der Herrschaft Trajans (98 bis 117 n. Chr.).

Allgemeines Die Römische Kultur breitete sich durch Schaffung effizienter Verwaltungsstrukturen, eine einheitliche Rechtsordnung sowie das Können römischer Ingenieure und Techniker in weiten Gebieten Europas und dem Mittelmeerraum aus.

Wenngleich es in der römischen Periode keine epochale Neuerungen auf dem Gebiet der landwirtschaftlichen Technologie, der Metallverarbeitung sowie der Herstellung von Keramik und Textilien gab (diese waren während der Jungsteinzeit und Bronzezeit von frühen Zivilisationen im Vorderen Orient und in Ägypten entwickelt worden), so verstanden es die Römer doch, bekannte Techniken weiterzuentwickeln und zu verfeinern. Der griechische Kulturraum des östlichen Mittelmeeres lieferte den römischen Ingenieuren wichtiges mathematisch-naturwissenschaftliches und anderes Grundlagenwissen, mit dem sie die Energiegewinnung, die Agrartechnik, das Bergbauwesen und die Metallverarbeitung, die Herstellung von Glas und Keramik, die Textilproduktion, das Transportwesen, den Schiffbau, die Infrastruktur, das Bauwesen, die Massenfertigung von Gütern, Kommunikation und Handel grundlegend modernisierten.

Wenngleich während der Kaiserzeit auf einigen Gebieten die Voraussetzungen für den Beginn einer industriellen Revolution gegeben waren, verharrte die römische Gesellschaft schließlich auf dem Niveau einer vorindustriellen Gesellschaft: Maschinen wurden kaum entwickelt; Sklaven verrichteten die Arbeit. Die wissenschaftlichen, ökonomischen und sozialen Ursachen für diese von verschiedenen Historikern als Stagnation der antiken Technik beschriebenen Entwicklung sind Gegenstand technisch-historischer Forschung.

Quellenlage Schriftliche Quellen zur römischen Technikgeschichte sind weitgehend verloren gegangen. Man maß ihnen, anders als anderer Literatur, keine Bedeutung zu. Ausnahmen bilden die technischen Schriften von Autoren wie Vitruv oder Werke naturwissenschaftlich-technischen Inhalts, wie sie von Plinius verfasst wurden. Römische Technik und Verfahren werden daneben auch in historischen und wissenschaftlichen Texten sowie in Werken römischer Dichter beschrieben.Helmuth Schneider: Einführung in die antike Technikgeschichte. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt 1992, S. 30–31 Im Gegensatz zur allgemeinen Geschichtswissenschaft sind für die technikwissenschaftliche Forschung erhaltene Geräte, Werkzeuge, Transportmittel und andere archäologische Funde oder bildliche Darstellungen aus der Antike oft bedeutsamer als schriftliche Quellen.Schneider (1992), S. 30

Die Analyse und Rekonstruktion römischer Technik anhand von archäologischen Funden wird erschwert durch die Tatsache, dass neben Stein (etwa für Öl- oder Getreidemühlen), Eisen und Bronze für viele Geräte ausgerechnet ein vergängliches Material wie Holz zum Einsatz kam. Hier muss der Forscher oft auf bildliche Darstellungen oder Beschreibungen aus römischer Zeit zurückgreifen, um unvollständig erhaltenes Material rekonstruieren zu können.

Metallene Werkzeuge und Geräte sind dagegen in größerer Zahl bei Ausgrabungen in römischen Städten oder den villae in ihrer Umgebung entdeckt worden. So können die von römischen Gewerbebetrieben (wie etwa Getreidemühlen, Bronzegießereien und Töpferwerkstätten) verwendeten Verfahren und Geräte oftmals analysiert und im Rahmen der experimentellen Archäologie nachgebildet werden.

Mathematische Grundlagen mini|Rekonstruktion eines römischen Rechenbretts (Abakus), RGZ-Museum Mainz

Obwohl bereits in römischer Zeit überlegenere Stellenwertsysteme ähnlich unserem heutigen Dezimalsystem bekannt waren, hielten die traditionsbewussten Römer, was die Zahlenschrift betraf, an ihrem einfachen Additionssystem fest, bei dem Zahlen durch das Aneinanderreihen von Zahlzeichen gebildet wurden – im Gegensatz zum gesprochenen Latein, das sich gleich der deutschen Sprache dekadischer Zahlen bediente.

Für praktische Rechenzwecke wie die Grundrechenarten oder jegliche Art von schriftlichen Berechnungen war das römische Zahlensystem jedoch völlig ungeeignet. Man bediente sich deshalb für gewöhnlich eines mechanischen Rechenbretts (lateinisch abacus), bei dem Einer, Zehner, Hunderter und größere Zahlenwerte mittels Rechenspalten dargestellt werden konnten. Somit waren nicht nur Ingenieure und Techniker, sondern auch Kaufleute, Handwerker und Marktverkäufer in der Lage, elementare Berechnungen auf bequeme Weise durchzuführen.

Für alltägliche Berechnungen wie das kaufmännische Rechnen entwickelten die Römer eine handlichere Taschenversion des Abakus aus Bronze, die kleine Rechensteine (lateinisch calculi) enthielt und neben den Grundrechenarten auch Bruchrechnungen erlaubte. Überhaupt war es möglich, jedes beliebige Zahlensystem auf dem Abakus anzuwenden. Die besondere Leistung der Römer bestand in der Normierung der unüberschaubaren Zahl beliebiger Brüche, die in der Geschäftswelt Anwendung finden konnten – die Unze wurde zum Einheitsbruch erhoben.

In der römischen Welt galt für Münzen, Maße und Gewichte somit das ursprünglich in Ägypten und Babylonien verwendete Zwölfer- oder Duodezimalsystem, das sich im gesamten Mittelmeerraum verbreitet hatte und über phönizische Kaufleute und griechische Kolonisten in Süditalien auch nach Rom gelangt war. Neben einer Gewichtseinteilung in Unzen waren für dieses System auch Zwölferbrüche typisch, mit denen das Bruchrechnen vereinfacht werden konnte. Als „Zwischenspeicher“ für die Multiplikation oder Division größerer Zahlenwerte dienten oftmals die gekrümmten Fingerglieder von Sklaven, die für ihre Herren auf diese Weise ein Zwischenergebnis als Erinnerungswert festhielten.

Während Händler, Handwerker und Techniker ihre Berechnungen mit Unzen durchführten, war in einigen Bereichen ein zusätzliches, feineres Maß üblich. So bediente man sich auf dem Gebiet der Feinmechanik und des Rohrbaus des digitus oder Fingers, der 1/16 Fuß entsprach.Fritz Kretzschmer: Bilddokumente römischer Technik. VDI-Verlag, Düsseldorf 1983, S. 7

Auch auf anderen Gebieten zeigten die Römer vor allem Interesse an einer praktischen Anwendung mathematischer Kenntnisse; so kannten römische Techniker die Näherung für und nutzten sie unter anderem zur Berechnung von Rohrquerschnitten.Heinrich Pleticha, Otto Schönberger: Die Römer. Geschichte und Kultur von A–Z. Gondrom, Bindlach 1992, S. 437 Römische Feldmesser waren ungeachtet des einfachen Aufbaus ihrer Geräte in der Lage, Winkel, Steigungen und Gefälle zu bestimmen.Pleticha/Schönberger (1992), S. 437

Energiequellen mini|Ochsen treiben ein Schaufelradboot an. Miniatur aus dem 15. Jh. auf der Grundlage von De Rebus Bellicis (4. Jh. n. Chr.) mini|Rekonstruktion der Wassermühle des Vitruv

Im Römischen Reich waren fünf verschiedene Energiequellen verfügbar: Menschliche Muskelkraft, tierische Muskelkraft, Wasserkraft (seit dem Prinzipat des Augustus), Holz und Holzkohle als Brennstoffe sowie die Windenergie. Letztere wurde lediglich in der Schifffahrt genutzt, an Land spielte sie keine Rolle – vermutlich, weil man die rasch wechselnden Windrichtungen als Hindernis betrachtete. Auch die Dampfkraft wurde – wenngleich theoretisch bereits in der hellenistischen Welt bekannt – nicht für Produktionsprozesse eingesetzt. Der geringe Mechanisierungsgrad der römischen Wirtschaft ließ den Ersatz von Handarbeit durch die Erschließung neuer Energiequellen und den damit verbundenen Einsatz von Maschinen nicht als denkbaren Schritt zur Produktivitätssteigerung erscheinen.

Viele Geräte wurden durch menschliche Muskelkraft angetrieben – die Drehscheibe der Töpfer ebenso wie Kräne der römischen Bauwirtschaft, die schwere Lasten oft mit Hilfe von Treträdern bewegten. Handelsschiffe nutzten zwar mit Segeln den Wind zur Fortbewegung, Kriegsschiffe, die unabhängig vom Wind manövrieren mussten, wurden ebenso wie viele Lastschiffe und Boote von Ruderern angetrieben. Auch der Gütertransport innerhalb der römischen Städte erfolgte meist durch menschliche Träger. Aufgrund der oft engen Gassen waren Sänften das bevorzugte Fortbewegungsmittel der Wohlhabenden.

Wie im gesamten Mittelmeerraum wurde auch im Römischen Reich die Zug- und Tragkraft von Tieren – vor allem Ochsen, Eseln und Maultieren – für landwirtschaftliche und Transportzwecke genutzt. Der Einsatz von Pferden war zunächst auf den militärischen Bereich und das Zirkuswesen beschränkt, doch spielten sie zunehmend eine Rolle im Transportwesen.

Dank verbesserter Getreidemühlen – die sogenannte „Pompeianische Mühle“ nutzte erstmals das Prinzip der Rotationsbewegung – konnten für die mühselige und monotone Arbeit des Kornmahlens statt menschlicher Arbeitskräfte nun Esel und Pferde herangezogen werden. Oftmals setzte man alte und geschwächte Tiere zur Bewegung der Getreidemühlen ein.

Römische Quellen belegen die Nutzung der Wasserkraft für die Wasserförderung mit Schöpfrädern und für Wassermühlen. Vitruv beschreibt von der Strömung eines Flusses angetriebene SchöpfräderDe architectura10,5,1. Hierbei handelte es sich um einen einfacheren Mechanismus, bei dem das Antriebsrad zugleich als Schöpfrad diente. Wassermühlen waren aufwändiger konstruiert – um die Drehbewegung auf den Mühlstein übertragen zu können, war ein entsprechender Mechanismus in Form von Zahnrädern erforderlich.

In Rom wurde eine größere Anzahl Wassermühlen am Abhang des Ianiculum am Tiber errichtet und von einem Aquädukt gespeist. In spätrömischer Zeit entstand in der Nähe von Arles ein ähnlicher Komplex mit acht Mühlhäusern an einem steilen Abhang. Auch hier wurde der konstante Wasserzufluss durch einen Aquädukt sichergestellt. Quellen aus der Merowingerzeit lassen den Schluss zu, dass man im spätantiken Gallien Wassermühlen häufig einsetzte. Palladius(1,41) empfahl Gutsbesitzern den Bau von wasserbetriebenen Mühlen, um Getreide unabhängig von menschlicher oder tierischer Arbeitskraft mahlen zu können.

Nachdem die Mühlen am Ianiculum beim Einfall der Goten im Jahr 537 zerstört worden waren, wurden auf Befehl des Feldherrn Belisar Wassermühlen auf zwei fest vertäuten Schiffen installiert. Die starke Strömung des Tiber schuf ideale Bedingungen für den Einsatz solcher Schiffmühlen, so dass ihre Zahl rasch vergrößert wurde, um die Versorgung der römischen Bevölkerung sicherzustellen. Diese besondere Form der Wassermühle wurde auch während des Mittelalters häufig genutzt; die letzten Exemplare in Rom wurden erst im 19. Jahrhundert stillgelegt.

mini|Darstellung der wassergetriebenen Sägemühle von Hierapolis. Die im 3. Jh. n. Chr. gebaute Mühle ist die erste bekannte Maschine, die mit einem Mechanismus aus Kurbelwelle und Pleuelstange arbeitete.Ritti, Grewe, Kessener (2007), S. 161