Blick in einen Flur am FHWS Standort Sanderheinrichsleitenweg in Würzburg

Unfälle, Explosionen, Brüche: Der 3. SchülerCampus lud ein in die 6000jährige Werkstoffprüfung

Technikgeschichte: Professor Dr. Vogt führte ein in die Zusammenhänge von Technik, Geschichte und Gesellschaft

Der dritte und in diesem Sommersemester letzte Vortrag der neunten Staffel des SchülerCampus an der Hochschule Würzburg-Schweinfurt führte die Schülerinnen und Schüler ein ins Thema „Technik macht Geschichte – Werkstoffprüfung zeigt wie“ mit Professor Dr. Cord-Christoph Vogt von der Fakultät Maschinenbau.

Herr Vogt, warum gibt es Werkstoffprüfungen?

Wenn wir uns die Scaligerbrücke in Verona aus dem Jahr 1356 und die Ganterbrücke in Brig von 1980 ansehen, können wir feststellen, dass beide Bauwerke uns sicher und verlässlich tragen. Allerdings ist die neuere Brücke deutlich filigraner und nutzt die Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe viel besser. Werkstoffprüfung und exakte Werkstoffkennwerte geben uns nicht nur Sicherheit, sondern ermöglichen auch nachhaltige und energiesparende Konstruktionen.

Warum beschäftigen Sie sich mit Technikgeschichte?

Weil es für den Ingenieur wichtig ist, über den Tellerrand zu blicken. Technik kann Gesellschaften voranbringen – und umgekehrt. Sie ist in Konzeption und Durchführung immer auch an die Frage gekoppelt, welche Auswirkungen technische Neuerungen mit sich bringen und wie weit Menschen in der Lage sind, Technikfolgen zuverlässig abzuschätzen, Verantwortung für sie zu übernehmen. Die Technik als Hilfsmittel hat sich über die Jahrhunderte gewandelt, aber sie findet nicht im luftleeren Raum statt – in der Technikgeschichte vereinen sich Erfindungs-, Wirtschafts- und Sozialgeschichte der jeweiligen Kulturen.

Sie haben als ein ganz bekanntes Beispiel den Pyramidenbau in Ägypten aufgezeigt mit zehn Jahren Vorbereitungs- sowie zwanzig Jahren Bauzeit, einer infrastrukturellen Meisterleistung aus der Zeit um 2500 Jahre v.Chr. Warum stehen nicht auch in Schweinfurt Pyramiden?

Weil der Main nicht der Nil ist. Der Nil hat die Menschen gezwungen, zusammen zu arbeiten und durch seine jährlich wiederkehrenden Überschwemmungen die Bildung von gesellschaftlichen Strukturen gefördert. Um Großprojekte dieser Dimension schaffen zu können, sind zuerst ein politischer Wille und eine politische Organisation notwendig. Dann braucht man eine Bevölkerungsgröße, die es erlaubt Arbeitskräfte für das Projekt abzustellen, Verkehrswege für die Verpflegung der Arbeiter und den Transport der Baumaterialien, Unterkünfte und nicht zuletzt geeignete technische Hilfsmittel und technische Kenntnisse. Dies alles gab es vor 4500 Jahren in Unterfranken nicht.

Gab es auch früher schon Möglichkeiten, neue Techniken zu prüfen, ob sie hielten, was sie versprachen?

Im Altertum (5.000 v. Chr.) bis in die Neuzeit hinein (ca. 1600 n.Chr.) bestand die Werkstoffprüfung vielfach aus der Kombination von Versuch und Irrtum. Um ein Beispiel zu nennen: Im 15. Jahrhundert wollten viele Fürsten Feuerwaffen einsetzen zur Verteidigung wie für Angriffe. Diese Steinbüchsen waren teuer wie auch gefährlich in der Anwendung: Oft explodierten sie und verletzten oder töteten Geschützmannschaften, da die Materialwahl, wie auch die Gusstechnik noch nicht ausgereift war. Vielfach hinterließen die damaligen Handwerksmeister keine schriftlichen Notizen, auf denen Erkenntnisse und Sachwissen festgehalten und weitergegeben werden konnte – starb einer von ihnen, verschwand mit ihnen oft auch das Knowhow.

Wann und wie entwickelten sich verbindliche Prüfverfahren bzw. verbindliche Grundlagen?

Im Zuge der industriellen Revolution ab der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts änderten sich die wirtschaftlichen und sozialen Verhältnisse eklatant, ebenso wie die Arbeitsbedingungen und Lebensumstände. Mit ihr einher ging auch eine zunehmende Rechtssicherheit. Technische Neuerungen wie auch fehlerhaftes oder falsch eingesetztes Material führten immer wieder zu unerwarteten Abstürzen, Explosionen, Unfällen oder Brüchen, denen vielerlei Ursachen zugrunde liegen - u.a. Konstruktions-, Ausführungs- oder Wartungsmängel, die Ignoranz oder der Geiz der Bauleiter oder die Erprobung rein „aus dem Gefühl heraus“ wie z.B. Klopf- oder Klangproben. Ein klassisches Beispiel ist die Firth-of-Tay-Eisenbahnbrücke, die 1879 bei schwerem Sturm aufgrund von Konstruktionsfehlern, Ausführungs- und Wartungsmängeln auseinanderbrach und 75 Menschen das Leben kostete. „Tand, Tand, ist das Gebilde von Menschenhand!“, so dichtete Theodor Fontane in seiner Ballade „Die Brück‘ am Tay“.

Lernte man aus den Fehlern?

Ja, es wurden in der Konsequenz dieser und vieler weiterer Katastrophen wissenschaftliche Materialprüfungen entwickelt, so gab es beispielsweise die Bauschingerschen-Konferenzen 1884 (benannt nach Johann Bauschinger, Professor für Technische Mechanik am Münchener Polytechnikum): Vereinbart wurden hier einheitliche Prüfmethoden für Bau- und Konstruktionsmaterialien. Das war dringend notwendig, da in den Aspekten Verformbarkeit und Festigkeit nur ein Bruchteil den Anforderungen genügte. Darüber hinaus wurden staatliche Materialprüfämter eingerichtet, „Dampfkessel-Überwachungs- und Revisions-Vereine“ (DÜV, Vorgänger des heutigen TÜV) gegründet mit nachweisbaren Erfolgen: War es in Bayern in den Jahren 1870 bis 1877 bei 1.300 Kesseln zu keiner Explosion gekommen, ereigneten sich parallel in Boston von 1867 bis 1877 bei 2.000 Kesseln ohne Prüfungen 976 Explosionen mit 700 Toten und 5.000.000 Dollar Schaden (nach damaligem Wert).

Heutzutage werden die notwendigen Qualitätsprüfungen von zugelassenen Prüflaboratorien durchgeführt. Dort werden Tests durch qualifiziertes Personal mit entsprechenden Prüfmaschinen nach verbindlichen Normen durchgeführt, ehe die Produkte auf den Markt kommen.