Archiv der Kategorie: Technik

Technik – Fluch und Segen zugleich. Setzen wir sie zum Wohlergehen der Menschen ein!

Bernd Sternal

Die Erfindung des Drahtseils

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Zahlreiche Jahrhunderte lang war der Bergbau Haupterwerbszweig im Harz. Zeitweise war dieses kleine Mittelgebirge das größte Bergbaugebiet der Welt. Insbesondere die verschiedensten Erze wurden dort gewonnen und brachten den Harzer Ortschaften Arbeit und Wohlstand. Die oberflächennahen Erzvorkommen wurden jedoch zunehmend weniger, die Schächte und Stollen mussten daher immer tiefer ins Gebirge getrieben werden. Neue Techniken und Technologien mussten eingesetzt werden um diese Herausforderungen zu lösen. Das verursachte Kosten, die die Wirtschaftlichkeit des Harzer Bergbaus stark belasteten.

Ein bedeutender Kostenfaktor in der Zeit um 1800 waren zudem die Seile. Die Bergwerke des Oberharzer Bergbaus hatten in dieser Zeit Teufen (Tiefen) von 500 bis 600 Metern erreicht. Seinerzeit waren dies die tiefsten Bergwerke der Welt. Üblich war es, dass die Bergmänner das Ein- und Ausfahren über die Fahrten (Leitern) vornehmen mussten. Eine wahre Quälerei, die zudem sehr viel Zeit und Kraft in Anspruch nahm und zudem zahlreiche Opfer forderte. Unter diesen Bedingungen benötigte ein Bergmann eine Stunde für das Einfahren und zwei Stunden für das Ausfahren. Es wurde daher nach technischen Alternativen und Neuerungen gesucht.

In den 1820er Jahren war der in Hannover gebürtige Wilhelm August Julius Albert (1787-1846) Oberbergrat im Clausthaler Revier. Zusammen mit Berghauptmann von Reden beauftragte er 1833 den Berggeschworenen Georg Ludwig Dörell, ein vom Kunstjungen Lichtenberg konstruiertes Modell einer Fahrkunst im Spiegelthaler Hoffnungs-Richtschacht in der Praxis zu erproben und für den harten Bergwerkseinsatz weiter zu entwickeln. Dörells Erprobung und Entwicklung verlief erfolgreich und wurde fortan in allen Harzer Bergwerken eingesetzt und fand schon bald in ganz Europa Verbreitung. Dörell hatte an einem, von Wasserkraft angetriebenen drehenden Rad exzentrisch eine Stange befestigt, die die Drehbewegung in eine schwingende Längsbewegung übersetzte: das Kunstgestänge. Diese Stange betätigte das Kunstkreuz (eine Art Wippe), an dessen Schenkelenden zwei lange Stangen bzw. leiterähnliche Vorrichtungen befestigt waren, die in den Schacht hinunterragten. Das Kunstkreuz sorgte dafür, dass wenn sich das Rad drehte, sich zunächst die eine Stange im Schacht hob, während sich die andere senkte. Nach einer halben Umdrehung des Rades kehrte sich die Bewegung der Stangen um; nun senkte sich die erste und die zweite hob sich. Durch Umsteigen zwischen den beiden Stangen nach jeweils einer halben Raddrehung konnte der Bergmann also entweder in den Schacht ein- oder aus ihm ausfahren.

In den 1820er Jahren war der in Hannover gebürtige Wilhelm August Julius Albert (1787-1846) Oberbergrat im Clausthaler Revier. Zusammen mit Berghauptmann von Reden beauftragte er 1833 den Berggeschworenen Georg Ludwig Dörell, ein vom Kunstjungen Lichtenberg konstruiertes Modell einer Fahrkunst im Spiegelthaler Hoffnungs-Richtschacht in der Praxis zu erproben und für den harten Bergwerkseinsatz weiter zu entwickeln. Dörells Erprobung und Entwicklung verlief erfolgreich und wurde fortan in allen Harzer Bergwerken eingesetzt und fand schon bald in ganz Europa Verbreitung. Dörell hatte an einem, von Wasserkraft angetriebenen drehenden Rad exzentrisch eine Stange befestigt, die die Drehbewegung in eine schwingende Längsbewegung übersetzte: das Kunstgestänge. Diese Stange betätigte das Kunstkreuz (eine Art Wippe), an dessen Schenkelenden zwei lange Stangen bzw. leiterähnliche Vorrichtungen befestigt waren, die in den Schacht hinunterragten. Das Kunstkreuz sorgte dafür, dass wenn sich das Rad drehte, sich zunächst die eine Stange im Schacht hob, während sich die andere senkte. Nach einer halben Umdrehung des Rades kehrte sich die Bewegung der Stangen um; nun senkte sich die erste und die zweite hob sich. Durch Umsteigen zwischen den beiden Stangen nach jeweils einer halben Raddrehung konnte der Bergmann also entweder in den Schacht ein- oder aus ihm ausfahren.

Die Fahrkunst, als deren Erfinder Dörell gilt, war für den Bergbau eine technische Sensation. Dennoch bestand das Problem mit den Hanfseilen weiterhin. Diese waren den anstehenden Belastungen einfach nicht mehr gewachsen. Daher setzte man sogenannte Harzer Kettenseile ein. Diese Kettenseile waren verschleißfester, hatten aber ein riesiges Gewicht. So war das Gewicht eines Kettenseiles von 400 m Länge fünfmal so groß wie das einer erzgefüllten Lore.

Dieses Problems nahm sich Oberbergrat Julius Albert an. Albert hatte an der Universität Göttingen Rechtswissenschaften und Bergbau studiert. Bei letzterem waren ihm auch umfangreiche naturwissenschaftliche und technische Kenntnisse vermittelt worden. Er erkannte, dass auch die Ketten den starken Dauerbeanspruchen nicht gewachsen waren, diese führten zu Materialermüdung wodurch die Ketten rissen. Albert begann Maschinen zu entwickeln und zu bauen, auf denen diese Belastungen simuliert werden konnten. Somit begann er bereits vor dem Ingenieur und Materialforscher August Wöhler (1819-1914) sich der Materialforschung der Werkstoffe Eisen und Stahl zu widmen.

Dem Oberbergrat Julius Albert gelang es, gemeinsam mit dem Bergschmied Mummenthey, nach vielen Versuchen, Experimenten und Berechnungen das erste Drahtseil aus Eisen herzustellen. Aus drei Litzen zu je vier Drähten aus Schmiedeeisen mit einem Durchmesser von je 3,5 mm, drehten die beiden Erfinder ein Seil, das sechsmal mehr Tragkraft hatte als ein Hanfseil und viermal mehr als ein Kettenseil, welches zudem achtmal schwerer war als das Drahtseil. Ein Drahtseil aus parallel liegenden Drähten wurde bereits vom französischen Ingenieur Marc Seguin für seine ab 1823 gebauten Hängebrücken verwendet. Die besondere Leistung Alberts bestand darin, dass er das geschlagene Drahtseil erfand und zudem auch gleich die zur Herstellung der Seile erforderliche Verseilmaschine zum Verdrillen der einzelnen Drähte konstruierte und baute. Das war im Jahr 1834, welches als Geburtsjahr des Drahtseiles angesehen wird. Nach einer erfolgreichen Erprobung auf der Grube Caroline fand das „Albert-Geflecht“ schnell im in- und ausländischen Bergwerk und auch darüber hinaus Verbreitung. Das von Albert erfundene Drahtseil war im sogenannten Gleichschlag hergestellt; hierbei sind die Litzen in die gleiche Richtung zum Seil geschlagen. Später wurde dann die Kreuzschlag-Verseiltechnik entwickelt, in der heute die Mehrzahl aller Stahlseile hergestellt wird.

Bei Kreuzschlagseilen treten äußere Drahtbrüche meistens früher auf als bei Gleichschlagseilen, was einen großen Zugewinn an Sicherheit bedeutet. Denn nur, wenn sich die zunehmende Seilschädigung durch äußere Drahtbrüche darstellt, kann ein Drahtseil rechtzeitig ausgetauscht werden.




Der Holzgas-Generator

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Die Holzvergasertechnologie, die bereits im Jahr 1839 durch den Dürrenberger Naturwissenschaftler Carl Bischof (1812-1884) erfunden wurde, zählt zu den ältesten Energiegewinnungstechnologien der Industriegeschichte. Einst hat sie die Metallurgie- und Hüttentechnologie zu neuen Höhen geführt, dann war sie Betriebsgaslieferant für Kraftfahrzeuge.

Bischof studierte an der Berliner TU Chemie, Physik und Geologie und arbeitete dann auf den Hüttenwerken des Grafen von Einsiedel zu Lauchhammer. Bereits während seines Studium baute Bischof einen Dampfwagen, der auf Straßen und Wegen fahren konnte und als erster seiner Art in Deutschland angesehen wird. 1839 erfand er die Gasentwicklungsöfen, die in der Metallurgie- und Hüttenindustrie zu einer grundlegenden Umgestaltung der Feuerungsanlagen führten. Durch diese und weitere Erfindungen war Bischof zu Bekanntheit gelangt, was Herzogs Alexander Carl von Anhalt-Bernburg 1844 veranlasste, ihn als Hüttenmeister an die Eisenhütte Mägdesprung bei Harzgerode berufen und ihn später zum Bergrat zu ernennen. Bischof gehörte zudem zu den Pionieren des Gussstahls, denn erst die Einführung der Gasofentechnik führte zur Entwicklung der Gussstahltechnologie und diese kann zu einer der Schlüsseltechnologien der Industriellen Revolution gerechnet werden. 1856 war Bischof Gründungsmitglied des Vereines Deutscher Ingenieure, was wohl dafür ausschlaggebend war, dass die Gründungsveranstaltung in Alexisbad stattfand.

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Nach dem 1. Weltkrieg breiteten sich die Anwendungsgebiete der Holzgastechnologie rasant aus. Die europäischen Länder hatten ihre Abhängigkeit vom Erdöl erkannt. Man höre und staune, diese Erkenntnis ist fast einhundert Jahre alt! Das Problem erkannte der Lothringer Chemiker Georges Imbert und entwickelte einen Holzgasgenerator, der in Kraftfahrzeuge eingebaut werden konnte. Ein für die damalige Zeit hochkomplexes Unterfangen, denn bei der Vergasung von Holz finden zahlreiche chemische Reaktionen gleichzeitig statt, die alle gesteuert werden müssen. Zudem ist Holz nicht gleich Holz: Unterschiedliche Holzarten, deren Feuchtegehalt und viele andere Aspekte spielen dabei eine entscheidende Rolle.

Georges Imbert hatte ein nahezu perfektes Gerät konstruiert und gebaut, das alle ablaufenden chemischen Prozesse beherrschte. Seine besondere Leistung ist wohl darin zu sehen, dass sein Holzgasgenerator kein Spezialgerät war, – beispielsweise für abgelagertes Buchenholz – sondern ein für diesen Energieträger universell einsetzbares Gerät. Unproblematisch war seine Erfindung aber dennoch nicht. Bereits damals war die gesamte Motorentechnik auf Flüssigtreibstoff eingestellt. Auch hatte Holzgas einen erheblich geringeren Brennwert als andere gängige Brenngase, so dass zudem eine Erhöhung der Motorverdichtung erforderlich wurde. Die Motoren- und Automobilhersteller mussten sich jedoch der veränderten Situation anpassen, denn Imberts Holzgasgenerator verkaufte sich recht gut. Schnell schwappte die Holzgaseuphorie auch nach Deutschland über. Was kein Wunder war, denn die Treibstoffkosten gingen nach der Umrüstung gegen Null. Dennoch Beliebtheit sieht anders aus: Man baute gerade schnittige, elegante Autos. Wie sollte sich das vereinbaren mit einer „Mülltonne im Kofferraum und einem Festmeter Holz auf dem Wagendach? Hinzu kam die Mühseligkeit der Inbetriebnahme des Generators und des Anlassens des Motors. Zudem bekam Imbert in Frankreich zunehmend Probleme mit den gesetzlichen Regelungen für den Betrieb seiner Erfindung – die Öllobbyisten kamen langsam aus ihren Löchern.

Dann jedoch sollte alles ganz anders kommen! Schon mit Kriegsbeginn erkannten die deutschen Nationalsozialisten, dass für sie allein mit Erdölderivaten kein Krieg zu führen war. Der Kraftstoff wurde schon bald rar und als „kriegswichtig“ eingestuft. So begann sich der Holzgasgenerator schnell durch zu setzen, zuerst im privaten, dann im wirtschaftlichen Bereich, letztlich auch im Militärischen. Da der Imbert-Generator allen anderen Holzgasgeneratoren technisch weit überlegen war, wurde er massenhaft produziert und verbaut. Dabei blieb so gut wie kein Fahrzeug, dass von eine m Motor angetrieben wurde, vor seinem Einsatz verschont: PKW, LKW, Motorräder, Panzer, Schiffe, ja sogar Lokomotiven und Flugzeuge gab es mit Gasgeneratoren. Im Jahr 1941 sollen in Deutschland über zehntausend Arbeitskräfte mit der Herstellung und dem Verbau von Holzgasgeneratoren beschäftigt gewesen sein.

Jedoch auch der Holzgasgenerator konnte den deutschen Sieg nicht retten. Nach dem Krieg war der Holzgasgenerator in beiden Teilen Deutschlands noch lange im Einsatz: In der Bundesrepublik bis in den fünfziger Jahren, in der DDR sogar bis in den Sechzigern. Es waren immer noch Generatoren nach dem Imbert-Prinzip, die da ihren Dienst taten. Diese Generatoren waren mit einem sogenannten Rütteldorn in der Feuerung ausgestattet. Wenn nicht mehr genug Gas erzeugt wurde, musste kurz angehalten und einmal durchgerüttelt werden, damit wieder genug Sauerstoff für die chemischen Prozesse zur Verfügung stand. Dieser Rütteldorn war der Aufhänger für einen weithin bekannten Fluch: „Oh Imbert mit dem Rütteldorn, dich schuf der Herr in seinem Zorn.“

Dann aber war die Zeit der Holzgasgeneratoren abgelaufen, sie wurden zur Technikgeschichte. Ob endgültig, das ist eine Frage der Sichtweise und besonders des politischen Willens. Das Prinzip aus dem nachwachsenden Rohstoff Holz, der fast überall verfügbar ist, Energie zu erzeugen, hat seine Bedeutung nicht verloren – Pelletheizungen und auch Holzgasheizungen sind nicht nur ein Trend, sie sind im Kommen. Wenn der Wille da ist, so kann diese Technologie auch für Fahrzeuge wieder interessant werden. Moderne Fertigungstechnologien, der Einsatz computergesteuerter Mess- und Regelungstechnik könnten zu einem modernen Generator führen, der per Knopfdruck zu betätigen wäre. Anstatt Brennholz könnten Pellets genutzt werden, die einen Tank füllen und automatisch dem Vergasungsprozess zugeführt werden. Zudem wäre es wohl auch kein unlösbares Problem, die erforderlichen Umweltnormen einzuhalten. Entsprechende Testmobile laufen in den USA und auch in einigen europäischen Ländern. Bleibt nur noch die Frage nach der Öl-Lobby und dem politischen Willen, die zu erwartenden Steuerausfälle anderweitig zu kompensieren.




Die Honigmann-Lokomotive

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Sie gehört zu den besonders kreativen Erfindungen, die Natron-Lokomotive, die nach ihrem Erfinder Moritz Honigmann (1844-1918) auch Honigmann-Lokomotive genannt wird. Leider blieb ihr jedoch der wirtschaftliche Erfolg verwehrt.

Zu einer Zeit, als die gesamte technische Entwicklung von der Dampfmaschine bestimmt wurde, hatte der Dürener Chemiker Honigmann einen grandiosen Einfall. Zu Beginn der 1880er Jahre hatte die Dampfmaschine die Industrielle Revolution entscheidend vorangetrieben. Jedoch hatte diese Technologie aus Feuer, Wasser und Dampf auch seine negativen Seiten – vom Umweltschutz wollen wir dabei nicht reden, der war zu jener Zeit noch nicht im Gespräch. Die Dampfmaschinen waren laut, dreckig und vor allem auch in der Bedienung nicht ungefährlich.

Moritz Honigmann hatte in Würselen die erste deutsche Ammoniak-Soda-Fabrik gegründet. Aus Soda (Natriumcarbonat) ließ sich nach altbekanntem Verfahren Natronlauge herstellen. Honigmann wusste als Chemiker, dass Natronlauge eine hohe Affinität zu Sauerstoff hat, das Bestreben also mit Wasser zu reagieren. Bei diesem Prozess wird Wärme frei, viel Wärme. Üblich war es damals mit Feuer und Wasser Dampf zu erzeugen, der dann die Kolben der Maschinen antrieb. Der abgekühlte Dampf, der seine Arbeit verrichtet hatte, wurde an die Atmosphäre abgegeben und somit auch viel Energie, sehr viel. Honigmann kam auf die Idee diesen abgekühlten Wasserdampf in einen Kupferkessel mit Natronlauge zu leiten. Dabei ging sie ab, die Post! Besser gesagt die chemische Reaktion der Laugenverdünnung und der physikalische Prozess der Kondensationswärme-Erzeugung. Auf diesem Prinzip baute Honigmann seine Lokomotive auf. Die entstandene Wärmemenge wurde direkt an einen Wärmespeicher abgegeben, der erneut heißen Wasserdampf erzeugte. Es mag nun der Eindruck entstehen, dass Moritz Honigmann ein Perpetuum mobile erfunden hat. Dem ist jedoch nicht so, denn während des Betriebes der Natronlok wurde die Natronlauge durch den zugeführten Wasserdampf ständig weiter verdünnt, wodurch die entstehende Wärmemenge kontinuierlich abnahm. Die Natronlauge musste demzufolge nach einer bestimmten Betriebsdauer der Lok ausgetauscht werden; man geht heute davon aus, dass dies nach 4 bis 5 Betriebsstunden erforderlich wurde. Es war allerdings möglich, der stark verdünnten Natronlauge das Wasser wieder zu entziehen und sie so erneut  und immer wieder einzusetzen. Die Honigman Lokomotive - Wikipedia

Diese Natronlok war gegenüber den üblichen Pferdebahnen oder Dampflokomotiven mehr als nur eine Alternative. Das Verfahren wurde von Honigmann am 8. Mai 1883 unter der Patentnummer 24993 geschützt. Der Titel des Patents lautete: Über das Verfahren zur Entwicklung gespannten Dampfes durch Absorption des abgehenden Maschinendampfes in Ätznatron oder Ätzkali von Moritz Honigmann in Grevenberg bei Aachen.

Honigmann fand Interessenten für seine Lokomotive und ließ mehrere Exemplare bauen. Die Aachener und Burtscheider Pferdebahngesellschaft betrieb eine davon von Juni 1884 bis März 1885 in Aachen auf einer ein Kilometer langen Strecke. Auch im Kohlebergbau in der Nähe von Aachen wurden zwei derartige Lokomotiven getestet, weiterhin eine Straßenbahn in Berlin-Charlottenburg. Die Leipziger Pferdeeisenbahn-Gesellschaft führte ab Ende Februar 1886 Probefahrten zwischen der Innenstadt und dem Depot in Plagwitz mit einer von der Halleschen Maschinenfabrik gelieferten Natronlokomotive „System Honigmann“ durch.

Der Probebetrieb in Aachen und in Leipzig wurde damals recht positiv bewertet. Sogar die Betriebskosten lagen unter der einer Pferdebahn. So heißt es in der Beurteilung: „Die Bewegung der Maschine war eine so ruhige und gleichmäßige, dass die Passagiere gerne mit der derselben fuhren.“ Dann jedoch wurden die Tests plötzlich und ohne nachvollziehbaren Grund vorzeitig eingestellt. Es hieß unter anderem, dass die Gleisanlagen dem Gewicht der Lokomotive nicht auf Dauer standhalten könnten. Trotz seiner erheblichen Vorteile gegenüber den Dampfmaschinen und den Pferdebahnen konnte sich die Honigmann-Lok nicht durchsetzen. Die Gründe dafür bleiben im Verborgenen, lassen aber dennoch Lobbyarbeit „konventioneller Transportsysteme“ vermuten.

Die Natron-Lokomotive fand danach nur noch in der Technikgeschichte Erwähnung und zum Teil nicht einmal mehr dort. In den letzten Jahren wendet sich die Forschung und Entwicklung nun erneut den thermochemischen Wärmespeichern zu, zu denen auch das Prinzip der Honigmann-Lok gehört.