Technik in Mesopotamien und Ägypten

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 wurde das Wagenrad, die Töpferscheibe und der Pflug erfunden.

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.

Im militärischen Bereich nutzte man Belagerungsgeräte 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.

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

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.

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.

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.

Technik in der Antike

In der griechisch-römischen Zeit kam es zu einer relativ langsamen Weiterentwicklung der Technik, die sich meist auf Detailverbesserungen bekannter Technologien beschränkte. Größere Steigerungen der Produktivität wie in den frühen Hochkulturen durch Rad und Pflug gab es ebenso wenig wie die Erschließung neuer Energiequellen. Wasserräder waren zwar bekannt, wurden aber erst im Mittelalter großflächig genutzt. Als Grund wird die weit verbreitete Sklavenarbeit angesehen die billiger war als Maschinen, sowie das daraus folgende Desinteresse der Wissenschaft an der Praxis.

Aus der archaischen Zeit Griechenlands (vor 500 v. Chr.) sind viele kleine Bronzestatuetten erhalten die noch per Vollguss hergestellt wurden. Eine wichtige Neuerung war der Hohlguss, bei dem das Innere des Werkstückes hohl ist und somit Material spart. Größere Bronzestandbilder wurden auf diese Weise gegossen. Helme und Rüstungen wurden aus einem einzigen Stück Bronze mit dem Hammer kalt getrieben. Eisen konnte man dagegen nur im glühenden Zustand schmieden, aber noch nicht gießen da die Öfen noch nicht die benötigte Temperatur von etwa 1500 °C erreichten. Römische Bergwerke erreichten Tiefen von etwa 200 m und wurden mit archimedischen Schrauben entwässert die von Sklaven bedient wurden.

Die antiken Architekten schrieben bereits Bücher über den Bau ihrer Werke und den dabei aufgetretenen Schwierigkeiten. Zwar ist keines dieser Bücher erhalten, Vitruv und Plinius sammelten sie jedoch und werteten sie in erhaltenen Büchern selbst aus. Die Römer achteten besonders auf ihre Infrastruktur und errichteten viele Kilometer an Kanälen und Straßen, sowie zahlreiche Brücken, Aquädukte und Häfen. Sie entwickelten auch die Bauweise mit Rundbögen und Gewölben und konnten damit größere Räume überspannen. Die Tragfestigkeit konnte noch nicht berechnet werden, aber die Bauten zeigen, dass ein grundsätzliches Verständnis für die Kraftverläufe und -verhältnisse vorhanden war.

Eine besondere Rolle spielte die Wasserversorgung die durch Aquädukte sichergestellt wurde. Durch den Tunnel des Eupalinos, der Wasser aus der Nähe von Samos in die Stadt leitete, lassen sich die Fähigkeiten der Bauingenieure rekonstruieren. Der Tunnel liegt vollständig unterirdisch und wurde von beiden Seiten aus vorangetrieben. Als man auf undurchdringliches Gestein stieß musste die geplante Strecke verlassen werden. Um sicherzustellen, dass sich die beiden Stollen wieder trafen waren umfangreiche Kenntnisse der Geometrie nötig.

Im griechischen Theater wurden zahlreiche Maschinen benutzt die Figuren bewegten oder die Kulisse veränderten. Da sie auf den Zuschauer den Eindruck erweckten, sie würden sich von selbst bewegen, nannte man sie Automaten. Im Militärwesen wurde das Katapult erfunden und durch systematische Experimente verbessert. Im Bauwesen nutzte man Krane mit Flaschenzug und Laufrad. Gegen Ende der Antike gab es erste Wassermühlen.

Handwerk und Wirtschaft

Die antike Wirtschaft war geprägt durch Ackerbau und Sklavenhaltung. Handwerker waren zum Teil frei, zum Teil ebenfalls Sklaven. Maschinen wurden nur in geringem Umfang genutzt. Für die Antike sind eine ganze Reihe verschiedener Berufe bezeugt die eine frühe Form von Arbeitsteilung und Spezialisierung darstellen. Es gab beispielsweise Schmiede die sich auf Gold, Silber, Werkzeuge, oder Sicheln spezialisiert hatten.

In der frühen Antike hatte das Handwerk noch einen relativ hohen Stellenwert. Odysseus ist beispielsweise stolz darauf, dass er sein Ehebett selbst gezimmert hat. Im 4. Jahrhundert v. Chr. verliert die körperliche Arbeit jedoch schnell an Ansehen. Arbeit wird den Sklaven und den Fremden überlassen und gering geschätzt. Sowohl bei den Griechen Platon und Aristoteles als auch bei den Römern Cicero und Seneca wird Lohnarbeit verachtet, da sie in Abhängigkeit zu anderen ausgeführt wird. Als gesellschaftliche Rechtfertigung für die Befreiung von körperlicher Arbeit gilt vor allem die Politik, aber auch Philosophie, Literatur und Wissenschaft.

Mythologisch wird die Herkunft der Technik auf Prometheus zurückgeführt, der den Menschen sämtliche Techné gelehrt habe. Dafür wurde er zur Strafe von Zeus an einen Felsen gefesselt, bis ihn Herakles wieder befreite. Das vielzitierte Werk von David S. Landes The unbound Prometheus (Der entfesselte Prometheus) zur Industriellen Revolution spielt darauf an.

Die Begriffe Technik, Technologie gehen auf das griechische techne zurück, das ursprünglich „flechten, weben“ bedeutete, aber bald für alle möglichen Arten menschlichen Schaffens. So wurden die Tätigkeiten eines Zimmermannes oder Schmiedes ebenso als techne bezeichnet wie die eines Arztes; selbst die mathematische Beweisführung oder körperliche Liebe wurde so bezeichnet und manchmal auch mit Kunst übersetzt: Handwerkskunst, medizinische Kunst oder Beweiskunst. In diesem Sinne wurde es als Gegenbegriff zu natürlich verstanden. Die Technik war etwas das der Mensch „künstlich“ erschaffen hat. Über das lateinische ars wie bei den septem artes liberales den sieben freien Künsten, oder den Artes mechanicae den mechanischen Künsten, gelangte es in die Neuzeit. Hier wurde auch das deutsche „Kunst“ häufig im Sinne des modernen „Technik“ benutzt, beispielsweise in Begriffen wie Wasserbaukunst, Windkunst (Bau von Windmühlen) oder Künstleringenieur.

Aristoteles ordnete die verschiedenen techne zwischen dem Erfahrungswissen und dem wissenschaftlichen Wissen ein. Ein Architekt steht bei ihm auf einer höheren Stufe als ein Handwerker, weil letztere nur aufgrund von Erfahrung arbeiten, während erstere die Ursache ihres Schaffens angeben können. Damit machte Aristoteles erstmals eine Unterscheidung zwischen Baumeister und Handwerker.

Mechanik

Die Technische Mechanik ist diejenige Disziplin aus der die Verwissenschaftlichung der Technik hervorgegangen ist. Das griechische Wort mechané bedeutete ursprünglich „List“ oder „Hilfsmittel“. Mithilfe einer mechané befreite man sich typischerweise aus eine Notlage. Als Odysseus von dem Kyklopen gefangen wird, spitzt Odysseus dessen Keule an und blendet ihn damit was als mechané bezeichnet wird. Ebenso als der Schmiedegott Hephaistos Ares mithilfe von Ketten fängt. Ab dem 5. Jahrhundert v. Chr. bezeichnet man mit dem Begriff auch alle Arten von Maschinen, wie Krane oder die Automaten im Theater. Seine ursprüngliche Bedeutung als „List“ verlor der Begriff jedoch nie und schimmerte immer ein wenig durch wenn man sich einer Maschine bediente: Die Natur wird überlistet.

Dieser Gegensatz zwischen der Natur auf der einen Seite und den künstlich erschaffenen Maschinen auf der anderen geht auf Platon und Aristoteles zurück und bestimmte das wissenschaftliche Verständnis für die nächsten zwei Jahrtausende. Aristoteles zufolge hat jeder Körper einen „natürlichen“ Ort an den er aus „innerem“ Antrieb hinstrebe: Luft nach oben, Erde nach unten. Dem gegenüber stehen die „künstlichen“ oder „gewaltsamen“ Bewegungen der Maschinen die einem Körper von außen aufgezwungen werden. Wenn mittels einer Maschine ein kleines Gewicht ein großes hebe so wird die Natur dadurch überlistet. Ein Stein dem eine äußere Gewalt durch einen Werfer mitgeteilt werde, folge diesem Zwang jedoch nur solange wie dieser künstliche Antrieb unmittelbar oder mittelbar anhalte. Danach verhalte er sich spontan wieder seiner Natur entsprechend, falle also senkrecht nach unten mit konstanter Geschwindigkeit. Die Ausführungen Aristoteles' wurden im Mittelalter im Wesentlichen beibehalten und wurden zur Impetustheorie ausgebaut. Erst Galileo Galilei fand die korrekte mathematische Beschreibung des freien Falls: mit steigender Geschwindigkeit und konstanter Beschleunigung.

Ktesibios baute eine Wasserorgel, eine Luftpumpe und eine Wasseruhr und gilt daher als Begründer der Hydraulik. Philon von Byzanz schrieb ein teilweise erhaltenes Werk zu diesen Themen. Heron baute den Heronsball, eine Kugel die sich durch Dampfkraft drehen konnte. Sie wurde jedoch wie die meisten Maschinen eher als Spielzeug betrachtet; die Energie wurde nicht genutzt um Arbeit zu verrichten. Außerdem schrieb er ein Werk über die Mechanik, in dem er die einfachen Maschinen beschreibt: Hebel, Winde, Keil, Rolle und Schraube. Für letztere sind zwei Anwendungen angegeben: In Verbindung mit einem Stift der im Gewinde hin und her gleitet oder zusammen mit einem Zahnrad. Eine Schraubenmutter wird nicht erwähnt.

Der bedeutendste Mechaniker, der seiner Zeit teilweise weit voraus war, ist Archimedes. Er soll die Hebelwaage, die Winde mit Untersetzung und die archimedische Schraube erfunden haben, also Erfindungen, die auch tatsächlich eingesetzt wurden. Er hat zum ersten Mal das Hebelgesetz korrekt formuliert und auch die Hydrostatik begründet, laut Legende als er überprüfte ob eine Krone aus reinem Gold besteht, indem er ihre Wasserverdrängung ermittelte.

Die antiken Mechaniker hatten damit erfolgreich die Grundlagen einer neuen Wissenschaft gelegt die erst in der Neuzeit übertroffen wurde. Wenig war allerdings neu: Hebel und Rolle waren beispielsweise schon lange bekannt aber nicht wissenschaftlich analysiert und mathematisch beschrieben. Die große Leistung der Antike liegt darin, dass sie komplexe Maschinen auf einige wenige und vor allem einfache Maschinen zurückführen und dadurch erklären konnte.

Wissenschaft und Philosophie

Die Griechen waren die ersten Menschen die überhaupt Wissenschaft betrieben. Sie strebten dabei meist nach reinem Erkenntnisgewinn und erbrachten große Leistungen in der Mathematik, der Philosophie und der Mechanik. Eine Umsetzung in praktische Anwendungen kam selten vor – das Verständnis der Technik als angewandte Naturwissenschaft ist neuzeitlichen Ursprungs. In der Antike sah man einen großen Gegensatz zwischen der natürlichen Umwelt und der Technik die künstlich geschaffen wurde. Eine Übertragung naturwissenschaftlicher Erkenntnisse schien unmöglich und es herrschte eine Trennung vor zwischen Theorie und Praxis.

Die wissenschaftlichen Gebiete sind noch grundsätzlich anders gegliedert: Alle Gebiete für die eine mathematische Beschreibung vorliegt werden der Mathematik zugeordnet. Dies betrifft neben der Arithmetik und Geometrie auch die Musik, die Astronomie und die Mechanik, die heute Teilgebiet der Physik ist. Die Physik selbst, in der Antike auch als Naturphilosophie bekannt, ist nicht mathematisiert und behandelt alle Bereiche die sich mit der Umwelt befassen. Die Bewegungslehre des Aristoteles zählt zu diesem Gebiet. Großen Einfluss auf das antike Verständnis der Welt hatten Platon und Aristoteles. Erster teilte die Welt in einen Bereich über dem Mond und einen unter ihm. Am Himmel bewegten sich die Planeten mit mathematischer Exaktheit auf Kreisbahnen, auf der Erde dagegen herrsche eine geradlinige Bewegung vor, die sich nicht mathematisch beschreiben lasse. Großen Einfluss hatte auch Platons Ideenlehre, die er im berühmten Höhlengleichnis veranschaulicht. Seine Unterscheidung in die Ideen einerseits und der eigentlich wahrnehmbaren materiellen Welt andererseits hemmte das Vorankommen der Natur- und Technikwissenschaften, war aber in der Mathematik sehr fruchtbar: Die Griechen ordneten die überlieferten mathematischen Erkenntnisse neu und axiomatisierten sie. Dadurch konnten sie beispielsweise den Satz des Pythagoras – der schon lange bekannt war – durch logisches Schlussfolgern beweisen.

Die antiken Vorstellungen sollten die nächsten zwei Jahrtausende vorherrschend sein. Sie wurden über den Neuplatonismus ins christliche Mittelalter getragen, bewahrt und meist erst in der Neuzeit kritisch hinterfragt. Den Gegensatz zwischen Himmel und Erde überwand letztendlich Newton, indem er sowohl die Bewegung der Planeten als auch den Fall eines Apfels auf der Erde auf die Gravitation zurückführte. Galilei fand allerdings die Fallgesetze nur, weil er von störenden Einflüssen abstrahierte, sie in Gedanken einfach entfernte und so zu dem Phänomen gelangte, das man im platonischen Sinne als Idee bezeichnet.

Technik im Mittelalter

Im Mittelalter kam es zu einer langsamen aber kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technik.

Die Erfindung des Kummets erhöhte die nutzbare Zugkraft des Pferdes um ein Vielfaches. Hufeisen und Steigbügel begünstigten die Entstehung schlagkräftiger Ritterheere. Räderpflug und Dreifelderwirtschaft erhöhten die Arbeitsproduktivität in der Landwirtschaft. Die Eisenverarbeitung machte ebenfalls Fortschritte: Drähte wurden nun gezogen und nicht mehr aufwendig gedreht, die Öfen erreichten die benötigten Temperaturen für die Herstellung von Gusseisen. Mit dem Glühen, Aufkohlen und Frischen standen Verfahren zur Verfügung die den Kohlenstoffgehalt von Eisen und damit Härte, Festigkeit, Schmied- und Gießbarkeit beeinflussen. Erklärt wurden diese Verfahren allerdings durch die „Reinigende Kraft des Feuers“. Erst im 18. Jahrhundert fand man heraus, dass der Kohlenstoffgehalt die Unterschiede der verschiedenen Eisenwerkstoffe erklärt.

Im frühen Mittelalter wurden vor allem Klöster ausgebaut, später dann die Städte. Die Entdeckung von Spitzbogen, Kreuzrippengewölbe und Strebepfeilern, die die Kräfte besser weiterleiten, ermöglichte den gotischen Baustil mit großen Fenstern. Ein berühmtes Bauwerk ist beispielsweise die Kathedrale Notre-Dame. Militärisch waren die Burgen von großer Bedeutung, die das Kriegswesen änderte: Große Feldschlachten gab es kaum noch, vorherrschend war die Belagerung. Hierzu wurden die antiken Katapulte zum Tribock weiterentwickelt.

Mit den neuen Windmühlen und den aus der Antike bekannten aber kaum genutzten Wassermühlen wurden zwei neue Energiequellen erschlossen die die Muskelkraft ersetzten konnten. Sie breiteten sich rasch über ganz Europa aus und wurden hauptsächlich zum Antrieb von Getreidemühlen genutzt, aber auch zur Entwässerung von Bergwerken oder zum Antrieb von Maschinen oder Hammerwerken. Sie besitzen große Bedeutung für die Entstehung des Maschinenbaus: Die Mühlenbauer waren herumziehende Handwerker, die sich mit mechanischen Problemen und Übertragungselementen wie Zahnrädern oder Wellen gut auskannten. Sie gelten als Vorläufer der Maschinenbauer der Neuzeit. Die Ausbreitung der Mühlen selbst erreichte ebenfalls erst in der Neuzeit ihren Höhepunkt; in Deutschland erst 1880, also lange nach Erfindung der Dampfmaschine.

Handwerk, Zünfte und Wirtschaft

Durch die vom Christentum begünstigte Abschaffung der Sklaverei, hatte die Arbeit wieder ein höheres Ansehen. Im frühen Mittelalter widmete man sich in den Klöstern vor allem der Arbeit und dem Gebet. Arbeit wurde schließlich zum Beruf zur Berufung durch Gott. Dieses Ansehen begünstigte auch einige technische Entwicklungen: Hufeisen und Kummet waren beispielsweise technisch recht einfache Neuerungen, die aber eine große Wirkung auf die Arbeitsproduktivität hatten.

Ab dem 12. Jahrhundert nahm die Bedeutung der Städte zu. Hier bildeten sich die Zünfte aus, die auf die Qualität der Produkte und der Ausbildung der Handwerke achteten. Sie sind somit eine frühe Form institutionalisierten Wissens. Die Arbeitsteilung nahm langsam weiter zu: Aus dem antiken Rüstungsschmied wurde ein Plattner und Rüstungspolierer. In vielen Gewerben kam es zu technischen Neuerungen die die Arbeit erleichterten, darunter das Spinnrad und die Wippendrehbank, die sich im Gegensatz zur älteren Schnurzugdrehbank alleine bedienen ließ.

Ingenieure und Baumeister waren meist erfahrene Handwerker – eine formale Ausbildung gab es noch nicht. In Urkunden des 11. Jahrhunderts taucht auch erstmals die lateinische Bezeichnung ingeniator auf, die es vorher nicht gab. Sie geht zurück auf ingenium (Geist, scharfer Verstand) und wanderte bis zum Spätmittelalter in die romanischen Sprachen z. B. französisch ingénieur oder italienisch ingegnere. Im Deutschen wurden sie allerdings lange als „Baumeister“ oder „Werkmeister“ bezeichnet.

Wissenschaft, Philosophie und Religion

Die antiken Ideen wanderten über den Neuplatonismus ins frühe Christentum, wo sie von den frühen Kirchenvätern wie Augustinus neu ausgelegt wurden. Insbesondere wurde Gott viel stärker berücksichtigt. Er habe beispielsweise sowohl Himmel als auch Erde erschaffen. Wenn sich also am Himmel in der Bewegung der Planeten Ordnung finden lasse, so gelte dies genauso für den Bereich der Erde. Die Technik in Form der sieben mechanischen Künste galt als von Gott gegeben als Ausgleich für die Mängel, die durch die Vertreibung aus dem Paradies entstanden. Sie bestanden aus Textilverarbeitung, Handwerk, See- und Landhandel, Garten- und Landbau sowie Ackerbau, Nahrungsgewerbe, Medizin und Ritterspielen.

Ab dem 12. Jahrhundert wurden zahlreiche Universitäten in Europa gegründet an denen die septem artes, die sieben freien Künste, gelehrt wurden. Es handelte sich um das Trivium aus Grammatik, Rhetorik und Dialektik bzw. Logik und um das Quadrivum aus Arithmetik, Geometrie, Musik und Astronomie. Ihr Studium bereitete auf ein anschließendes Studium der Medizin, Theologie oder Jurisprudenz vor. Da die Universitäten christlich und eher geisteswissenschaftlich geprägt waren konnten sich in der Neuzeit die Naturwissenschaften nur schwer etablieren. Stattdessen wurden neue Akademien speziell für Naturwissenschaften gegründet, was sich dann im 19. Jahrhundert mit den Ingenieurwissenschaften wiederholen sollte.

Technik in der Renaissance

Die alten Burgen mit ihren hohen aber dünnen Mauern boten nur noch wenig Schutz gegen die neuen Kanonen. Die neuen Festungen wurden flach und mit dicken Mauern gebaut; ihre spezielle Ästhetik ist nur aus der Vogelperspektive oder auf den Bauplänen zu erkennen: Sie hatten oft einen sternförmigen Grundriss, für dessen Konzeption umfangreiche Kenntnisse der Geometrie und des Vermessungswesens erforderlich waren. Dennoch waren sie vor allem zweckmäßig. Sie hatten keine toten Winkel und hielten dem Beschuss stand. Der Festungsbau entwickelte sich zu einem eigenständigen Wissensgebiet. Die mit der Artillerie beschäftigten Büchsenmeister verstanden sich auf die Herstellung von Kanonen, das Richten, ihre Wartung und den Umgang mit Schießpulver. Die Fürsten verlangten oft die Niederschrift von Rezepten, damit diese erhalten blieben für den Fall, dass der Büchsenmeister in der Schlacht fallen würde. Auch die Artillerie wurde zu einem eigenständigen Wissensgebiet. Wissenschaftler beschäftigten sich hier unter anderem mit der Frage nach der mathematischen Beschreibung der Geschossflugbahn.

Die von Feinmechanikern gebauten mechanischen Räderuhren wurden ständig weiterentwickelt; und ihre Genauigkeit erhöhte sich von einer Abweichung von 15 Minuten pro Tag auf 15 Sekunden. Sie galten als Inbegriff der damals modernen Technik und wurden auch von Wissenschaftlern untersucht. Huygens konnte zeigen, dass die Schwingungsdauer eines Pendels vom Ausschlag unabhängig ist, falls es sich auf einer Zykloiden bewegt und konnte auch eine Uhr bauen, die dies umsetzte.

Zwei wichtige Neuerungen waren die Papierherstellung und der Buchdruck mit beweglichen Lettern von Gutenberg. Beide ermöglichten es, zahlreiche Bücher zu drucken, die sich ein Großteil der Bevölkerung leisten konnte. Anfangs wurde sehr oft die Bibel von Luther gedruckt, ab etwa 1550 kamen zahlreiche technische und naturwissenschaftlicher Fachbücher hinzu.

Für das Bauingenieurwesen sind zwei Bauwerke von besonderer Bedeutung. Der Dom von Florenz war zu Beginn des 15. Jahrhunderts beinahe fertig. Es fehlte nur noch die Kuppel, die wegen des für damalige Verhältnisse gewaltigen Durchmessers von 45 Metern unmachbar schien. Man fand keine Möglichkeit, ein Lehrgerüst in den benötigten Abmessungen zu errichten. Brunelleschi fand jedoch durch theoretische Überlegungen heraus, dass er die Kuppel ohne Gerüst würde bauen können, falls sie eine elliptische Form bekäme. Hierin zeigte sich bereits ein langsamer Übergang vom Erfahrungswissen der Baumeister hin zu theoretischem Wissen auf Seiten der Ingenieure. Den Wendepunkt für das Bauingenieurwesen brachte die Renovierung des Petersdomes 1742. Hier vertraute man erstmals auf die Berechnungen von Mathematikern auf Grundlagen der Mechanik, die den Einbau von weiteren Zugringen als Verstärkung für das baufällige Gebäude als ausreichend erachteten. Den Vorschlag der erfahrenen Baumeister, die ganze Kuppel abzutragen, verwarf man.

Für eine ganze Reihe von Maschinen gab es Konstruktionszeichnungen und -ideen, die jedoch in der Praxis nicht verwirklicht wurden oder auch nicht verwirklicht werden konnten. Dazu zählen viele Maschinen von Leonardo da Vinci, die Turbine und Vorläufer der Dampfmaschine. Maschinen wurden nicht mehr nur nach ihrer prinzipiellen Funktionsfähigkeit bewertet, sondern auch nach ihrem Wirkungsgrad. Viele Versuche wurden unternommen, ein Perpetuum mobile zu bauen. Erst 1775 konnte man zeigen, dass eine solche Maschine grundsätzlich nicht existiert.

Handwerk, Manufakturen und Wirtschaft

Die Wirtschaft war noch stark durch Handwerk und Zünfte bestimmt. Letztere wirkten sich inzwischen hemmend auf die technische Entwicklung aus. Man befürchtete den Verlust von Arbeitsplätzen und verbot Neuerungen. Vielfach hatten die Zünfte den Staat auf ihrer Seite.

Der Staat hatte auch durch den in Kontinentaleuropa vorherrschenden Merkantilismus großen Einfluss auf die Wirtschaft. Durch Förderung der Gewerbe wurde versucht den Staatshaushalt langfristig zu verbessern. Dazu nutzte man Infrastrukturmaßnahmen wie den Bau von Straßen, Brücken und Kanälen um den Handel zu erleichtern, gründete Schulen für Bautechnik und beauftragte Wissenschaftler mit der Lösung von Problemen aus der Praxis. Diese sollten ihre Ergebnisse veröffentlichen und so die Wirtschaft direkt fördern. Im Bergbau, der große wirtschaftliche Bedeutung hatte, war das Problem der Entwässerung dringend. Die steigende Bedeutung dieses Problems war für Wissenschaftler Motivation, sich mit Hydrostatik und -dynamik zu beschäftigen. Man machte große Anstrengungen, die Entwässerung maschinell zu bewerkstelligen, was nach vielen Fehlschlägen 1698 zu einer dampfgetriebenen Pumpe und 1712 zur ersten Kolbendampfmaschine führte. Für die Ausbildung der französischen Ingenieure, die im Auftrag des Staates sich um Bergbau, Straßen- und Brückenbau, Festungen und Artillerie kümmerten, wurden im 18. Jahrhundert Schulen gegründet.

Mit der Manufaktur entwickelte sich eine neue Art der Produktionsstätte. In ihnen herrschte ein hohes Maß an Arbeitsteilung was zu höherer Produktivität führte. Berühmt ist das Beispiel des englischen Ökonomen Adam Smith, das die Stecknadelherstellung beschreibt. Durch die Zerlegung der Produktion in einzelne Arbeitsgänge – Draht abschneiden, anspitzen, Kopf aufsetzen – konnte die produzierte Menge um ein Vielfaches gesteigert werden. Die neue Produktionsweise lohnte sich aber nur, wenn auch eine entsprechend hohe Nachfrage nach standardisierten, also gleichen, Produkten vorhanden war. Da im Militär ein solcher Bedarf nach Waffen, Munition, Uniformen und sonstiger Ausrüstung vorhanden war, gründete oft der Staat selbst neue Manufakturen. Erst zu Beginn des 19. Jahrhunderts wurde mit der Ecole Centrale des Arts et Manufactures (etwa: Zentralschule für Technik und Manufakturen) eine entsprechende Ingenieurschule gegründet.

Die Feinmechanik war ein neuer Gewerbezweig, der sich mit der Herstellung von Uhren und Messinstrumenten befasste, die meist aus Messing bestanden, das sich leichter bearbeiten lässt als Eisen, aber gleichzeitig präzisere Maschinen erlaubt als beim Einsatz von Holz. Die Feinmechaniker bauten auch erste Werkzeugmaschinen, die besonders auf Präzision ausgelegt waren. So hatten ihre Drehbänke Werkzeughalter, die sich über Kurbeln bewegen ließen. Schmiede konnten Eisen nur relativ ungenau bearbeiten, konnten aber größere Werkstücke herstellen. Schlosser befassten sich mit der Feinbearbeitung von Eisenteilen, was normalerweise durch Feilen geschah. Diese Gewerbe wirkten dann in der Industrialisierung zusammen und begründeten so den industriellen Maschinenbau, der schließlich die ingenieurwissenschaftliche Disziplin des Maschinenbaus nach sich zog. Da Wissenschaftler häufiger Messgeräte benötigten, kamen die Instrumentenbauer häufiger mit ihnen in Kontakt und damit auch mit der modernen Forschung. Die Notwendigkeit, Mathematik für den Bau der Instrumente selbst zu nutzen, verstärkten diesen Erfahrungsaustausch. Der Feinmechaniker James Watt sollte im 18. Jahrhundert an der Universität von Glasgow den Auftrag erhalten, ein Modell der atmosphärischen Dampfmaschine nach Thomas Newcomen zu reparieren. Dabei fand er eine entscheidende Verbesserung, die der Dampfmaschine zum Durchbruch verhalf.

Ingenieure der Renaissance

Die Ingenieure der Renaissance werden meist als „Künstler-Ingenieure“ bezeichnet. Sie stammen in der Regel aus dem Handwerk, hatten aber schon recht gute Kenntnisse in wissenschaftlichen Gebieten, die sie sich im Selbststudium aneigneten. Dazu zählen insbesondere verschiedene mathematische Gebiete, wie das Messwesen, die Geometrie oder Mechanik. Die gebildeteren unter ihnen lasen auch die antiken Werke von Vitruv, Heron oder Archimedes. Die meisten arbeiteten an Fürstenhöfen und kamen so mit Adligen und Gelehrten in Kontakt und pendelten zwischen diesen und der handwerklichen Praxis. Als typischer Vertreter gilt Leonardo da Vinci. Sie bemerkten durch die neuen Anforderungen der Technik, dass das alte überlieferte Erfahrungswissen nicht mehr ausreichte und begannen selbstständig die wissenschaftlichen Grundlagen ihrer Fachgebiete zu erforschen. Da Vinci machte beispielsweise materialtechnische Untersuchungen und auch einige Experimente. Einerseits nutzten sie damit die Methoden der Gelehrten, grenzten sich andrerseits aber von ihnen ab, indem sie betonten, dass praktisches Wissen und Erfahrung unerlässlich sei. Der italienische Kriegsingenieur Buonaiuto Lorini betonte, dass mathematisch exakte Flächen oder Linien in der Praxis nicht vorkämen. Hier liege der Unterschied zwischen dem theoretischen Mathematiker und dem praktischen „Mechaniker“.

Ab etwa 1550 breitete sich eine technische Fachliteratur aus. Während bisher das Fachwissen noch persönlich weitergegeben wurde, entwickelte sich nun eine Formalisierung und Kanonisierung des Wissensbestandes eines Ingenieurs. Faulhaber behandelte in seinem Buch Die Ingenieurs Schul von 1630 neben Geometrie, Topographie, Geographie, Trigonometrie, Logarithmen und Arithmetik, auch die Optik, Musik, die Architektur die auch schon nach militärischem und zivilem Bauwesen unterschieden wurde, die Astronomie und die Mechanik. Diese Gebiete wurden oft immer noch zur Mathematik gezählt. In dem mathematischen Lehrbuch von Christian Wolff wurden 1710 neben heutigen mathematischen Gebieten auch Artillerie, Hydrostatik, perspektivisches Zeichnen und Chronologie behandelt.

Die technische Fachliteratur hatte auch Auswirkungen auf das Selbstverständnis der Ingenieure: Sie sahen sich erstmals als zusammengehörige Gruppe und entwickelten ein Standesbewusstsein. Vormals waren die Tätigkeitsgebiete zu verschieden und persönliche Bekanntschaften wichtiger als die Zugehörigkeit zu einer abstrakten Gruppe. In ihren Büchern betonten sie immer ihr eigenes geistiges Tun, das auf Wissenschaft beruhe, und grenzten sich so gegenüber dem Handwerk ab. Außerdem betonten sie, dass sie Neues schaffen und zum Wohle der Allgemeinheit handeln würden.

Im 17. Jahrhundert wurden die Militäringenieure, die sich mit dem Bau von Festungen oder der Artillerie befassten, zu eigenständigen Corps zusammengefasst. Damit kam es erstmals zu einer Institutionalisierung sowie zu einer Trennung zwischen militärischem und zivilem Bauwesen. Die Ausbildung erfolgte zunächst innerhalb der Corps, aber schon bald wurden mehrere Schulen gegründet. Vorreiter dieser Entwicklung war Frankreich.

Technische Literatur

Nach der Wiederentdeckung der antiken Schriften durch die Humanisten wurden auch die alten technischen Werke von Archimedes, Heron, Vitruv oder Plinius neu aufgelegt und insbesondere von interessierten Ingenieuren gelesen. Diese begannen auch selbst Bücher zu schreiben. Im 14. und 15. Jahrhundert waren sie kaum verbreitet und auch sehr teuer. Ab Mitte des 16. Jahrhunderts breiteten sie sich schnell aus. Einige von ihnen wandten sich an Adlige Leser und beschrieben ausgefallene Mechanismen, die wegen ihrer unnötigen Kompliziertheit und ihren riesigen Abmessungen kaum funktionsfähig gewesen wären. Andere richten sich an Ingenieure oder die Öffentlichkeit als Leser. Sie waren in den jeweiligen Landessprachen verfasst – also nicht auf Latein – und enthielten zahlreiche Abbildungen. Die Funktionsweise wurde mit beigegebenen Texten erläutert. Es handelte sich allerdings nicht um Anleitungen zum Nachbau. Dazu fehlten Maße, Materialangaben oder die Übersetzungsverhältnisse von Getrieben. In ihren privaten Unterlagen notierten die Ingenieure diese Informationen jedoch sehr akribisch, wie man aus zahlreichen erhaltenen Nachlässen weiß. Diese Zurückhaltung sollte das Wissenskapital der Ingenieure schützen: Sie wollten dadurch verhindern, dass ihr persönliches Wissen zum Allgemeinwissen wurde. Die Motivation zum Schreiben der Bücher lag im Wunsch nach sozialer Anerkennung und Prestige begründet. Manche Bücher schickten sie auch als Empfehlung an Fürsten, wenn sie sich als Ingenieur anbieten wollten. Allmählich wurden diese häufig als Maschinen- oder Mühlenbücher bezeichneten Werke immer präziser. Man ging zur neu entdeckten Zentralperspektive über, ab etwa 1700 fand man dann bemaßte Grund- und Aufrisse als Parallelprojektion. Außerdem begann man, wirtschaftliche Aspekte zu berücksichtigen, insbesondere den Wirkungsgrad. Die meisten Autoren beschrieben den damaligen Stand der Technik und fügten teilweise auch neues Wissen hinzu und nutzten ansatzweise schon wissenschaftliche Theorien. Auf diesem systematisch geordneten Wissen konnte man dann im 19. Jahrhundert aufbauen und die Verwissenschaftlichung der Ingenieurwissenschaften vorantreiben.

Das Werk Delle Fortificationi von Lorini behandelt Festungen und Kanonen. Alberti schrieb 1452 De re architectura. Das Werk behandelt Architektur und Bauwesen. Er schließt sich weitgehend antiken Autoren wie Vitruv an, gibt aber auch neues an wie eine Theorie des Kuppelbaus oder mathematische Regeln für den Gewölbebau die aber noch sehr einfach sind. Biringuccio veröffentlichte 1540 sein mehrbändiges De la Pirotechnia, das Metallurgie, Herstellung von Kanonen und Feuerwerke behandelt, also alles was im weitesten Sinn mit Feuer zu tun hat. Das zehnbändige Werk De re Metallica über den Bergbau von Georg Agricola, das 1556 posthum erschienen ist, sticht besonders hervor. Zahlreiche Maschinen und Verfahren werden sehr genau beschrieben und realistisch abgebildet. Besson schrieb 1569 Theatrum instrumentarum et machinarum, das erste Maschinenbuch der Neuzeit. In Brancas La Maschine von 1629 ist die erste Abbildung einer Turbine enthalten. Erst gegen Ende des 19. Jahrhunderts war die Technik weit genug vorangeschritten, um funktionsfähige Exemplare zu bauen. Das Werk Schauplatz der Maschinen von Jakob Leupold aus dem Jahre 1727 gilt als das letzte große Maschinenbuch vor der Industrialisierung. Es enthält zahlreiche sachlich-nüchterne Abbildungen die durch ihre Bemaßung den Nachbau der Maschinen erlauben. Bélidor verband in seiner architecture hydraulique von 1753 bereits theoretisches und praktisches Wissen und nutzte die neue Infinitesimalrechnung zur Lösung hydraulischer Probleme.

• Maschine von 1556. Aus De re metallica.
• Dampfmaschine, Branca, 1629.
• Kanonenbohrwerk in bemaßter Parallelprojektion aus der Encylopédie von Diderot, 18. Jhd.

Philosophie

Für das Verständnis von Wissenschaft und Technik und ihrem Verhältnis zueinander sind Francis Bacon und René Descartes von besonderer Bedeutung.

Der englische Staatsmann Bacon griff in seiner Schrift Novum Organum die vorherrschende Wissenschaft der Scholastiker an. Sie beriefen sich auf antike Autoren wie Aristoteles oder Ptolemaios, den Begründer des geozentrischen Weltbildes und akzeptierten sie als Autoritäten. Ausgehend von ihren als wahr akzeptierten Aussagen wurden durch logisches Schließen weitere Aussagen gewonnen. Diese Methode wird als Deduktion bezeichnet. Bacon setzte die von ihm propagierte Induktion dagegen. Ausgehend von konkreten Naturbeobachtungen und Experimenten solle man zu neuen Erkenntnissen kommen. Die Wahrheiten würden in den Dingen selbst liegen und nicht in irgendwelchen Büchern. Der zugrunde liegende philosophische Theorieansatz wird daher als Empirismus (von lateinisch empiricus, der Erfahrung folgend) bezeichnet. Damit wurde die bisherige Methode der Handwerker, die schon immer von der Erfahrung her dachten, in die Wissenschaft aufgenommen und die Trennung von Theorie und Praxis beseitigt. Von Bacon stammt auch der Spruch „Wissen ist Macht“, wobei er sich ausdrücklich auf naturwissenschaftliches Wissen bezog. Es solle dann zum Nutzen des Menschen eingesetzt werden. Die 1660 gegründete Royal Society berief sich in ihren Statuten ausdrücklich auf Bacon und setzte sich für die Erforschung der Naturwissenschaften durch Experimente und die Förderung der Gewerbe ein.

Der französische Philosoph, Mathematiker und Naturwissenschaftler Descartes war dagegen Verfechter der mathematisch-deduktiven Methode und des Rationalismus. Er begünstigte damit die Mathematisierung der Naturwissenschaften. Von ihm stammt auch die mechanische Naturauffassung, die die Welt wie ein Uhrwerk betrachtet. Natur und Technik bilden nun keinen Gegensatz mehr, weshalb es nun auch möglich war, Technik zu nutzen, um über die Natur etwas zu erfahren. Verschiedene Messgeräte, Fernrohre in der Astronomie und Mikroskope in der Biologie wurden nun genutzt. Durch Nutzung der Technik könne der Mensch sich zum Benutzer und Herren der Natur machen. Naturwissenschaft wurde betrieben, um die Naturvorgänge für den Menschen nutzbar zu machen und um die neuen Erkenntnisse in technischen Fortschritt umzusetzen. Viele Wissenschaftler ließen sich daher von Problemstellungen der technischen Praxis bei ihren Forschungen leiten.

Der deutsche Universalgelehrte Leibniz machte „Theorie und Praxis“ zu seinem Wahlspruch und gab ihn der von ihm gegründeten Sozietät der Wissenschaften. Hier zeigt sich deutlich der vorherrschende Anspruch der Wissenschaft, Probleme der Praxis zu lösen.

Wissenschaft in der Renaissance

Die Mathematisierung der Physik wurde von Galilei begonnen. Aus theoretischen Überlegungen heraus konnte er zeigen, dass bei konstanter Beschleunigung die von einem frei fallenden Objekt zurückgelegte Strecke proportional zum Quadrat der Zeit ist. Anschließend überprüfte er die so gewonnenen Fallgesetze durch Experimente. Neben dem freien Fall untersuchte er auch die Flugbahn geworfener Objekte, die er zutreffend als Parabel identifizierte. Damit war auch eine mathematische Beschreibung von Geschossflugbahnen gefunden. Galilei abstrahierte allerdings von störenden und schwer zu beschreibenden Einflüssen wie Luftwiderstand und Drall. Damit setzte er neben die seit der Antike bekannte Statik die neue Kinematik, die Lehre von den Bewegungen die dabei Kräfte oder Beschleunigung nicht berücksichtigt. Diese berücksichtigt die Dynamik und die Kinetik, die durch Newton begründet wurde durch seine nach ihm benannten Axiome und das Gravitationsgesetz. Durch letzteres wurde die Bewegung der Planeten um die Sonne und der Fall eines Apfels auf der Erde auf die gleiche Ursache zurückgeführt und der platonische Gegensatz zwischen Himmel und Erde endgültig überwunden.

Zur Beschreibung der verschiedenen dynamischen Probleme wurde von Newton und Leibniz die Infinitesimalrechnung entwickelt, einem Gebiet, das heute in vielen technischen Gebieten angewendet wird. Die Beschleunigung eines Körpers lässt sich beispielsweise als Ableitung der Geschwindigkeit darstellen. Grundsätzlich begriffen die meisten Mathematiker ihre Disziplin deutlich anwendungsorientiert und betrieben sie sehr pragmatisch. Man war auf schnelle Fortschritte aus und sicherte die Begriffe durch exakte Definitionen nur so weit ab, wie dies durch gerade notwendig war. Sogar Euler ließ Differentiale noch Null werden.

Euler war auf zahlreichen theoretischen und praktischen Gebieten der Mathematik und Mechanik tätig. Er übersetzte das Buch Grundsätze der Artillerie und fügte ausführliche Kommentare hinzu. Seine Turbinentheorie war seiner Zeit weit voraus und überstieg die mathematischen Kenntnisse der damaligen Ingenieure. Sie war jedoch so vollständig, dass sie ein Ingenieur um 1900 ohne Probleme verwenden konnte. Euler entwickelte auch eine neue Schiffstheorie, die erstmals seit der Hydrostatik des Archimedes Neuerungen brachte. Er unterschätzte jedoch in seiner Theorie die Wechselwirkung zwischen Schiff und Wasser. Auch auf dem Gebiet der Hydrodynamik steuerte er Neues bei und wendete auch hier die Infinitesimalrechnung an. Seine Abhandlung über Optik wurde unmittelbar in der Praxis angewandt zum Bau verbesserter Linsen. Er befasste sich auch mit Knickproblemen und der Beschreibung eines einseitig eingespannten Balkens, einem Standardproblem der Festigkeitslehre, das bereits von Galilei formuliert wurde. Auf dem Gebiet der Festigkeitslehre war auch Hooke tätig, der die Dehnung eines Drahtes als proportional zur mechanischen Spannung beschrieb. Der Zusammenhang wurde ihm zu Ehren als Hookesches Gesetz benannt.

Auf dem Gebiet der Pneumatik beschäftigten sich Persönlichkeiten wie Torricelli oder Pascal. Otto von Guericke fand heraus, dass der atmosphärische Luftdruck Arbeit verrichten kann. Berühmt wurde sein Experiment mit den Magdeburger Halbkugeln. Anwendungen fanden sich zunächst keine, auf den neuen Erkenntnissen Guerickes baute jedoch Thomas Newcomen auf, als er die erste funktionierende Dampfmaschine baute, bei der Unterdruck durch Kondensation von Wasser erzeugt wird und durch das entstehende Vakuum den Umgebungsdruck die Arbeit verrichten lässt.

Für Untersuchungsgegenstände wie Licht, Wärme, Elektrizität und Magnetismus gab es lange keine mathematischen Beschreibungen. Diese Phänomene wurden durch zahlreiche Experimente untersucht und werden daher den sogenannten „Baconschen Wissenschaften“ zugerechnet. Beim Licht wurde lange Zeit diskutiert, ob es sich um eine Welle handelt, wie die Experimente Huygens nahelegten oder um Teilchen, wie die von Newton vermuten ließen. Heute hat man mit dem Welle-Teilchen-Dualismus diesen Gegensatz überwunden. Durch die Erforschung diese Bereiche wurden die physikalischen Gebiete der Thermodynamik (Wärmelehre) und der Elektrostatik begründet, auf denen dann im 19. Jahrhundert die ingenieurwissenschaftlichen Disziplinen der technischen Thermodynamik und der Elektrotechnik hervorgegangen sind.

Obwohl man sich zu Beginn der Renaissance einen unmittelbaren Fortschritt der Technik durch naturwissenschaftliche Forschung erhoffte, war dies nur selten der Fall, vor allem auf Gebieten die besonders dringend waren, wie die Entwässerung von Bergwerken. Dennoch wurden hier wichtige theoretische Grundlagen gelegt, auf denen die Ingenieurwissenschaften später aufbauen konnten. Diese Anwendungsprobleme hatten verschiedene Ursachen. Zum einen fehlten den Ingenieuren und Handwerkern die nötigen Kenntnisse in Mathematik und Latein als Sprache der Wissenschaft, um die neuen Erkenntnisse verstehen zu können. Zum anderen mangelte es den Wissenschaftlern oft am Bewusstsein dafür, was technisch überhaupt machbar ist. Ihre Idealisierungen, wie das Abstrahieren von Reibung, Luftwiderstand oder Materialkonstanten machten eine erste mathematische Behandlung einerseits überhaupt erst möglich, erschwerten andererseits aber die Anwendung derselben.

Formalisierung der Ausbildung

Die kontinentaleuropäischen Staaten nahmen wegen des dort vorherrschenden Absolutismus als Staatsform und Merkantilismus als Wirtschaftsform großen Einfluss auf Wirtschaft und Militär. Viele Fürsten ließen ihre Territorien vermessen. Dazu zählt die berühmte Landesaufnahme Bayerns 1554–1568 oder die Landesvermessung Frankreichs. Sie wurde von der Pariser Akadémie seit 1668 in über hundertjähriger Arbeit durchgeführt. Der Festungsbaumeister Vauban leitete im 17. Jahrhundert unter dem Finanzminister Colbert den Bau hunderter Festungen in ganz Frankreich. Der Canal du Midi sollte in Südfrankreich neue Handelswege bieten und so die Wirtschaft unterstützen, um dadurch letztendlich den Staatshaushalt zu verbessern. Mit 240 km Länge und über 200 Schleusen war sein Bau das größte Bauprojekt seit der Antike. Aus den gleichen Gründen wurde der Bau von Straßen und Brücken in Frankreich vorangetrieben, wodurch sich die Reisezeiten spürbar verkürzten. Im deutschsprachigen Raum kam es nur in viel kleineren Maßen zu ähnlichen Bauprojekten. Da der 30-Jährige Krieg große Teile des Landes verwüstet hatte und vielen Menschen das Leben kostete, konnte man sich außerhalb der Städte gepflasterte Straßen kaum leisten. Im liberalen England mischte sich der Staat kaum in die Belange der Wirtschaft ein und überließ Bauvorhaben privaten Initiativen.

Im 17. Jahrhundert wurden die Artillerieingenieure der einzelnen Regimenter zu „Corps d'Artillerie“ zusammengefasst. 1675 fasste Vauban die französischen Festungsbaumeister zu einem eigenen Korps zusammen, dem Corps des ingénieurs du génie militaire (etwa: Korps der Militärpioniere), das um 1700 bereits etwa 300 Ingenieure enthielt. Sie waren auf den zahlreichen Festungen stationiert und kümmerten sich um Verwaltung und Instandhaltung. Neue Festungen wurden kaum noch gebaut. Durch den Bedeutungsverlust der Festungen in den napoleonischen Bewegungskriegen wurden sie immer häufiger zum Straßenbau und für die Militärlogistik eingesetzt. Um 1800 betrug ihre Anzahl etwa 8000. Die Ausbildung erfolgte zunächst noch innerhalb der Corps. Nach einer Lehrzeit von ein bis zwei Jahren gab es Prüfungen, die für eine Auslese sorgten.

Die zivilen Baumeister wurden 1716 zum Corps des ingénieurs des ponts et chaussées (etwa: Korps der Straßen- und Brückenbauingenieure) zusammengefasst. Damit kam es zu einer Trennung zwischen militärischem und zivilem Ingenieurwesen. Die 20 bis 200 Ingenieure waren in drei Hierarchiestufen gegliedert und den einzelnen Steuerdistrikten zugeordnet, wo sie neue Bauvorhaben planten.

Verschiedene Regimenter der Artillerie richteten zunächst vorübergehend und ab 1720 ständig Schulen für die Ausbildung des Nachwuchses ein. Damit wurde die Technik zum weltweit ersten Mal in Schulen unterrichtet und die Lücke zwischen technischem Erfahrungswissen und literarisch-wissenschaftlicher Bildung begann sich zu schließen. Der Unterricht enthielt sowohl theoretische Elemente wie Mathematik und Zeichnen, als auch praktische Elemente. Der Unterricht fand teilweise auch im Feld statt. Viele Bürgerliche und Kleinadlige nutzten diese Schulen für eine Karriere im Militär, da hier und bei den Festungsbaumeistern mehr auf persönliche Eignung geachtet wurde als im übrigen Militär, wo es mehr auf adlige Herkunft und Empfehlungsschreiben ankam. Napoleon war beispielsweise Absolvent einer Artillerieschule. Um 1800 lag die Anzahl der Artillerieingenieure wegen des hohen Bedarfs in den napoleonischen Kriegen bei etwa 1000.

1747 wurde mit der École nationale des ponts et chaussées (Brücken- und Straßenschule) die erste Schule für zivile Bauingenieure gegründet, um die Ausbildung der Ingenieure zu vereinheitlichen. Die Unterrichtsdauer war nicht genau festgelegt und lag zwischen zwei und sieben Jahren. Der Unterricht war vielfältig und beinhaltete unter anderem Infinitesimalrechnung, Zeichnen, Kartographie, Schwimmen und Reiten. Es gab auch Experimente, beispielsweise über die Festigkeit von Baumaterialien. Die etwa 500 Ingenieure des Corps stammten zu einem viel größeren Teil aus dem Bürgertum als im militärischen Ingenieurwesen.

Ein Jahr später wurde die École royale du génie (Königliche Schule für Militärpioniere) in Mézières für die Militäringenieure gegründet. Der Unterricht dauerte ein bis zwei Jahre und hatte von allen Schulen das höchste mathematisch-naturwissenschaftliche Niveau.

Die Ecole des Mines wurde 1783 nach dem Vorbild der deutschen Bergakademien gegründet, die damals wie der gesamte deutsche Bergbau als besonders Fortschrittlich galten. Hier wurden besonders oft moderne Verfahren und Techniken eingesetzt.

1794 schließlich wurde die École polytechnique gegründet, die für die Ingenieurwissenschaften besondere Bedeutung hat. Sie ist einerseits die letzte Ingenieurschule des Ancien Régime und besitzt von diesen das höchste wissenschaftliche Niveau. Sie ist aber auch die erste Schule eines völlig neuen Typs. Hier wurden in zwei Jahren Unterricht die gemeinsamen mathematisch-naturwissenschaftlichen Grundlagen gelegt für ein weiteres Studium an einer der Spezialschulen für Festungsbau, Artillerie, Bergbau usw. Diese Spezialschulen wurden nun als Ecole d'Application (Anwendungsschule) bezeichnet. Das eigentlich Neue war nicht etwa, dass man Mathematik und Naturwissenschaften als Grundlage der Ingenieurwissenschaften begriff, sondern die Erkenntnis, dass die verschiedenen Ingenieurdisziplinen hier eine gemeinsame Basis haben. Diese Teilung in Grundlagen- und Anwendungsfächer hat sich in ingenieurwissenschaftlichen Studiengängen bis ins 21. Jahrhundert bewährt. Nach dem Vorbild der Ecole Polytechnique entstanden im 19. Jahrhundert im deutschsprachigen Raum zahlreiche sogenannte polytechnische Schulen, aus denen schließlich die Technischen Hochschulen wurden.

Technik

Zu Beginn der Industrialisierung waren für den Maschinenbau drei Typen von Maschinen besonders wichtig: Erstens die Textilmaschinen wie die Spinnmaschinen (Spinning Jenny) oder die Webmaschinen. Zweitens die Dampfmaschinen, darunter die atmosphärische Kolbendampfmaschine von Newcomen und die doppelt wirkende Kolbendampfmaschine von Watt. Drittens die Werkzeugmaschinen zu denen Drehbänke, Fräs-, Hobel-, Stoß- und Bohrmaschinen gehören sowie Maschinenhämmer. Sie wurden alle ohne besondere theoretische Kenntnisse oder Beihilfe von Wissenschaftlern von sogenannten Tüftler-Ingenieuren erfunden, die meist dem aus dem Handwerk kamen. Auch Verbesserungen wurden von Praktikern vorgenommen: Smeaton variierte systematisch die Abmessungen der Newcomenschen Dampfmaschine und konnte ihren Wirkungsgrad so erheblich erhöhen. Diese Maschinen waren im Maschinenbau, der ab etwa 1800 an den polytechnischen Schulen entstand, dann Hauptgebiet der neuen Ingenieurwissenschaft. Textil- und Werkzeugmaschinen waren Teil der mechanischen Technologie, einem Vorläufer der Fertigungstechnik. Die Dampfmaschinen wurden in der technischen Thermodynamik näher untersucht.

Die bisher übliche Holzkohle wurde durch Steinkohle verdrängt, die aber wegen ihrer Verunreinigung neue Verfahren der Metallurgie und des Hüttenwesens erforderte. Daraus entstand schließlich das neue Puddeleisen, Tiegelgussstahl und die Kohleverkokung die ebenfalls von Praktikern stammen. In der Hochindustrialisierung kamen noch weitere Verfahren hinzu, die die Qualität und Wirtschaftlichkeit der Stahlherstellung noch weiter verbesserten: Das Bessemer-, Thomas- und Siemens-Martin-Verfahren. Hier ist ein Übergang hin zu wissenschaftlichen Neuerungen erkennbar. Ein großer Teil des Stahls wurde für den Brücken- und Eisenbahnbau verwendet, der auch wissenschaftlich untersucht wurde. In der Maschinendynamik befasste man sich beispielsweise mit verschiedenen Schwingungserscheinungen an Dampflokomotiven.

Der bei der Steinkohleverkokung abfallende Teer weckte das Interesse der Chemiker, die das neue Gebiet der Teerchemie begründeten und aus Teer nun Farben und Medikamente herstellen konnten. Weitere chemische Neuerungen, die alle von der Chemie als Wissenschaft ausgingen und schnell in der chemischen Industrie Anwendung fanden, waren Sprengstoffe, Dünger und Kunststoffe. In diesem Zusammenhang spricht man auch von einer „Science-based technology“, von einer Technologie die von der Wissenschaft ausgeht. Hierzu gehört insbesondere auch die neue Elektrotechnik. Hier wurden neue wissenschaftliche Erkenntnisse sehr schnell in technische Neuerungen umgesetzt. Gauß meinte dazu: „Die Wissenschaft zieht die Anwendung nach sich wie ein Magnet das Eisen.“ Zu Beginn des 19. Jahrhunderts nutzte man Elektrizität für Telegraphen, später auch für die Stadtbeleuchtung. Zum Durchbruch der Elektrotechnik verhalf das dynamoelektrische Prinzip von Siemens. Damit war es möglich, die mechanische Energie von Dampfmaschinen über einen Generator in elektrische Energie umzuwandeln, über Leitungen nahezu verlustfrei zu übertragen und mit Elektromotoren wieder zu nutzen. Die bisher üblichen Batterien wurden damit überflüssig. Ab etwa 1880 wurde die wirtschaftliche Branche der Elektrotechnik immer bedeutender. Etwa zeitgleich entstand auch das neue ingenieurwissenschaftliche Gebiet der Elektrotechnik.

Fabriken und Wirtschaft

Durch die neuen Maschinen kam es zum epochenmachenden Übergang von der Hand-Werkzeug-Technik zur Maschinen-Werkzeug-Technik, den bereits Zeitgenossen als Industrielle Revolution empfanden. Aufstrebende Branchen waren zunächst das Textilgewerbe, der Maschinenbau, der Bergbau (Kohle und Erze) und die Schwerindustrie. Später kamen die Chemieindustrie und die industrielle Elektrotechnik dazu.

Die Industrialisierung ging von England aus, das mehrere Jahrzehnte Vorsprung vor allen übrigen Ländern hatte. Sie führte zu einer politischen und wirtschaftlichen Vormachtstellung Englands. In den anderen europäischen Staaten bemühte sich daher der Staat durch Wirtschaftsförderung den Rückstand möglichst rasch einzuholen. Als wichtigstes Instrument galt damals die Gründung von Ingenieurschulen und die Förderung von Wissenschaft und Bildung. Die Gründung von ingenieurwissenschaftlichen Institutionen ging fast immer von der Regierung aus und nicht von einer bürgerlichen Gesellschaft.

Die Verwissenschaftlichung dieser Branchen lässt sich beispielhaft im Maschinenbau darstellen. Zu Beginn der Industrialisierung waren es bestehende Handwerksbetriebe und Manufakturen die Maschinen beschafften und oftmals auch für den Eigengebrauch selbst bauten und so die ersten Fabriken gründeten. In der zweiten Phase wurden von Ingenieuren neue Betriebe direkt als Fabrik gegründet – also ohne den Umweg über Handwerksbetriebe. Die Ausbildung der Ingenieure war je nach Staat verschieden. In England und Amerika waren es Personen, die sich in Fabriken hochgearbeitet hatten vom Hilfsarbeiter, über Vorarbeiter und Fabrikleiter, wodurch sie viel Erfahrung gesammelt hatten. In Deutschland und Frankreich waren es Absolventen der Ingenieurschulen, wie Borsig oder Maffei. In der Hochindustrialisierung wurden dann besondere Konstruktionsbüros gebildet, in denen wissenschaftlich ausgebildete Ingenieure eine Anstellung fanden. Um 1900 herum begannen die Betriebsingenieure, die mit der Produktion betraut waren, sich mit den wissenschaftlichen Grundlagen ihres Tuns zu beschäftigen und mit der Frage, wie die Produktion wirtschaftlicher gestaltet werden kann. Die daraus hervorgehende Rationalisierungswelle gipfelte bei Taylors „wissenschaftlicher Betriebsführung“ und führte in der Industrie zu neuen Abteilungen, in denen sich Ingenieure mit der Arbeitsvorbereitung beschäftigten. Dadurch wurde auch das ingenieurwissenschaftliche Gebiet der Betriebswissenschaft begründet, einem Vorläufer der Fertigungstechnik. Etwa zeitgleich entstand in Deutschland auch die Industriebetriebslehre, ein Teilgebiet der neuen Betriebswirtschaftslehre.

In den letzten Jahrzehnten des 19. Jahrhunderts gingen viele Industrieunternehmen dazu über, selbst Forschung zu betreiben. Taylor beispielsweise erforschte die wissenschaftlichen Grundlagen des Spanens und erfand auch den Schnellarbeitsstahl. Typisch waren eigene Forschungsabteilungen jedoch für die chemische und elektrotechnische Industrie, wo man auch dazu überging, Naturwissenschaftler einzustellen.

Wissenschaft

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts war Frankreich noch immer die führende Wissenschaftsnation. An der 1794 gegründeten École polytechnique waren viele berühmte Naturwissenschaftler und Mathematiker tätig. Die Ingenieurwissenschaften wurden nach wie vor als angewandte Naturwissenschaft betrachtet. In England dagegen sammelten die Ingenieure viele praktische Erfahrungen mit neuen Werkstoffen, wie Stahl und Beton, neuen Maschinen oder Konstruktionen. Während die meisten wissenschaftlichen Erkenntnisse aus Frankreich kamen, wo Descartes großen Einfluss hatte, stammen beinahe alle technischen Innovationen aus England. Zeitgenossen drückten es einfacher aus: „Die Franzosen formulieren, was die Engländer einfach tun.“ Im Laufe des Jahrhunderts wurde Deutschland zur führenden Wissenschaftsnation. In den Ingenieurwissenschaften etablierte sich ein Mischsystem aus dem praktisch orientierten englischen System und dem mathematisch-naturwissenschaftlichen System aus Frankreich, wobei man mehrfach zwischen den beiden Extremen schwankte. In England, Frankreich, und den Vereinigten Staaten begann man gegen Ende des Jahrhunderts das deutsche System nachzuahmen.

Fachsprache und Vereine

In vielen Ländern gründeten Bürger Vereine um die lokale oder nationale Wirtschaft zu fördern und waren dazu vor allem auf dem Gebiet der Bildung tätig. Sie gaben Zeitschriften heraus, förderten den Erfahrungsaustausch, legten Sammlungen an, hielten Vorträge, schrieben Preisaufgaben aus und gründeten oft Schulen für die breite Bevölkerung, da dieser Bereich des Bildungswesens von staatlicher Seite häufig vernachlässigt wurde. Da in diesen Vereinen oft viele Gewerbetreibende und einfache Bürger waren, ging es ihnen meist um eine eher praxisorientierte Ausbildung.

Durch die Zeitschriften und Vereine wurde die Herausbildung eines technischen Fachvokabulars begünstigt. Aus komplizierten Umschreibungen bildeten sich zahlreiche Begriffe heraus: Für „Gleis“ waren beispielsweise Riegelweg (vgl. englisch Railway), eiserne Kunststraße, Eisenweg und Schienenweg gebräuchlich. Häufig ging der Trend von deutschen zusammengesetzten Worten (Komposita) hin zu Fremdworten, häufig lateinischen Ursprungs. So wurde der Dampfwagen zunächst durch das englische locomotion verdrängt und später durch das französische locomotive. Der Begriff wurde dann eingedeutscht zum heutigen Lokomotive.

Die Ingenieurvereine dagegen waren Vereinigungen der Ingenieure, wobei damals noch unklar war, wer genau dazugehörte. Der Verein Deutscher Ingenieure als wichtigster Vereinigung wurde von Absolventen der Berliner Gewerbeakademie gegründet, stand aber auch allen anderen offen, die sich in irgendeiner Weise der Technik verpflichtet sahen. In England gab es die Society of Civil Engineers und die Institution of Civil Engineers für die Eisenbahn- und Bauingenieure, sowie die Institution of Mechanical Engineers für die Maschinenbauer. In Amerika gab es ähnliche Vereine gleichen Namens. In Frankreich schlossen sich die Absolventen der Ecole Polytechnique zu einem Verein zusammen und die Absolventen der diversen Ecoles des Arts et Métiers zu einem weiteren.

England

England war das Ausgangsland der industriellen Revolution. Lange Zeit war die historische Forschung davon ausgegangen, dass wissenschaftliche Erkenntnisse keine besondere Rolle dabei spielten. Im Zentrum der Forschung und der Technikgeschichte standen lange einzelne Personen und Erfindungen. Kaum einer der frühen englischen Ingenieure hatte eine höhere formale Bildung. Thomas Newcomen, der Erfinder der ersten Dampfmaschine war Schmied, James Watt, von dem die entscheidende Verbesserung stammt, war Feinmechaniker. Einige hatten nicht einmal eine abgeschlossene Lehre vorzuweisen. Die moderne Geschichtsforschung hat dieses Bild wieder relativiert: Zwar hatten die Ingenieure keine formal hohe Ausbildung, aber naturwissenschaftlich-technisches Wissen war auch ohne Schulbesuch in ausreichendem Maße zu erlangen und spielte auch eine größere Rolle als lange angenommen. Newcomen baute auf den Versuchen von Papin und Huygens auf und nutzte die Erkenntnisse Guerickes über den Luftdruck. Watt beschäftigte sich im Selbststudium mit den Eigenschaften von Wasserdampf, insbesondere die Verdampfungsenthalpie, die damals noch „latente Wärme“ hieß, war hier wichtig. Die Ingenieure des 18. und 19. Jahrhunderts befanden sich in einer Gesellschaft, die den leichten Zugang zu wissenschaftlichen Theorien ermöglichte. Die Royal Society machte neue Forschungsergebnisse in ihrer Zeitschrift öffentlich und in vielen Städten bildeten sich kleine Gemeinschaften wie die Lunar Society in Birmingham, wo sich Wissenschaftler, Unternehmer, Ärzte, Handwerker und Erfinder trafen und austauschten. Im gebildeten Bürgertum verbreitete sich eine Fortschrittsideologie die Technik und Naturwissenschaften sehr positiv gegenüberstand. Jedoch stand das theoretische Wissen nur außerhalb der etablierten Bildungsinstitutionen der Kirchen, Schulen und Universitäten zur Verfügung; eine Ausnahme sind die schottischen Universitäten in Glasgow und Edinburgh.

Ingenieure

Die Ingenieure waren durchaus in der Lage, dringend benötigte wissenschaftliche Erkenntnisse notfalls auch selbst zu gewinnen. Als Thomas Telford und Robert Stephenson stählerne Brücken bauen wollten, hatte man noch nicht genügend Erfahrungen mit dem neuen Werkstoff. Sie führten die entsprechenden Versuche daher selbst durch. Ihre Brücken waren dann der Anlass, für die Wissenschaft die Theorie der Hängebrücken weiterzuentwickeln. Bei den neuen Dampfschiffen machte man die Erfahrung, dass der Laderaum nicht groß genug ist, um genug Kohle für eine Atlantiküberquerung mitführen zu können. Der große Ingenieur Brunel, der als Nationalheld verehrt wurde und sogar ein Staatsbegräbnis erhielt, wies darauf hin, dass der Fahrwiderstand eines Schiffes von seinem Querschnitt abhänge und damit vom Quadrat seiner Abmessungen, während das Laderaumvolumen von der dritten Potenz abhänge. Wenn man das Schiff also nur groß genug baute, folgerte er, kann man damit auch den Atlantik überqueren.

Maschinenbau und Shop Culture

In den verschiedenen Maschinenbaufabriken und -werkstätten bildeten sich jeweils spezifische Kulturen und Wissensstände heraus. Das Wissen der Ingenieure hing also vor allem davon ab, in welchen Unternehmen sie gelernt hatten. Die Werkzeugmaschinenfabrikanten Maudslay und Whitworth achteten in ihren Betrieben beispielsweise besonders auf Präzision und bildeten zahlreiche Ingenieure aus. Whitworth war beispielsweise selbst Schüler Maudslays. Daher wird das englische und amerikanische System meist als „Werkstattkultur“ beschrieben und gegen die deutsch-französische „Schulkultur“ abgegrenzt.

Bildung

Da die Industrialisierung sehr zügig voranschritt, war man der Überzeugung, das britische System wäre das bestmögliche. Als man in Frankreich und im deutschsprachigen Raum neue Schulen für die in der Industrie tätigen Ingenieure gründete, wurde dies in England eher belächelt. Brunel riet beispielsweise einem jungen Ingenieur, er solle zwar die französischen theoretischen Bücher durchaus lesen, aber in ein paar Stunden in der Werkstatt eines Schmiedes würde er viel mehr lernen, von dem was er benötige. Der britische Vorsprung in der Industrialisierung war enorm: Mehr als die Hälfte der Weltproduktion von Stahl stammte aus englischen Hütten. Auf vielen anderen bedeutenden Gebieten sah es ähnlich aus. Auf der ersten Weltausstellung in London 1851 präsentierte sich England als „Werkstatt der Welt“. Als die USA und das neue deutsche Kaiserreich ab etwa 1870 England im Industrialisierungsprozess überholten, machten englische Zeitgenossen vor allem die schlechte formale Ausbildung ihrer Ingenieure dafür verantwortlich. Die moderne Forschung war zwar nur zu einem relativ kleinen Teil Ursache für den deutsch-amerikanischen Aufschwung und das Zurückfallen Englands gegenüber diesen Ländern; dennoch wurden in England als Reaktion darauf erste Schulen und Studiengänge gegründet.

Bereits 1850 wurde Rankine Professor für Elektrotechnik an der Universität in Glasgow. 1868 folgte Jenkins in der Universität in Edinburgh. Im selben Jahr wurde ein Studienprogramm am Owen College in Manchester für Ingenieure etabliert. 1881 wurden die Central Institution South Kensington und das Finsbury Technical College gegründet die schließlich zum Imperial College zusammengeschlossen wurden.

Vereine

Im Englischen kann das Wort Engineer sowohl Ingenieur als auch Mechaniker bedeuten. Um sich von letzteren abgrenzen zu können, bildeten sich in England verschiedene Ingenieurvereinigungen, die nur Personen aufnahmen, die sich bereits als Ingenieur verdient gemacht hatten. Die von John Smeaton 1771 gegründete Society of Civil Engineers betonte den Gegensatz zu den militärischen Ingenieuren und war ein exklusiver Zirkel mit relativ wenigen Mitgliedern, die durch Kooption aufgenommen wurden. 1818 gründeten Eisenbahningenieure die Institution of Civil Engineers, die wegen Telfords Einfluss ihren Mitgliedern deutlich mehr zu bieten hatte und regen Zulauf zu verzeichnen hatte. Weniger exklusiv war die Institution of Mechanical Engineers, die 1848 gegründet wurde. Die Eisenhüttenleute schlossen sich im Iron and Steel Institute zusammen und die Telegrafie-Ingenieure zur Institution of Electrical Engineers.

USA

In den USA wurden die Ingenieure zunächst ebenfalls wie in England vor allem in der Praxis ausgebildet. Aus einfachen Vermessungsgehilfen wurden mit der Zeit Vermessungsingenieure. Im Gegensatz zu England gab es jedoch von Anfang an eine kleine Anzahl an Ingenieuren mit guter formaler Ausbildung. Die erste Schule mit großer Bedeutung für das amerikanische Bauingenieurwesen ist die Militärschule in Westpoint, die 1802 gegründet wurde. Die meisten Absolventen gingen in den Staatsdienst, aber einige waren auch beim Ausbau der Kanäle beteiligt. Viele der Lehrer an dieser Schule hatten selbst an der Ecole Polytechnique studiert oder waren zumindest mit ihrem Ausbildungssystem vertraut. Daneben gab es noch ab 1824 das Rensselaer Polytechnic Institute in Troy, N.Y. Hier wurden auch Maschinenbauingenieure ausgebildet. Eine Gründungswelle setzte ab 1845 ein mit der School of Engineering am Union College in Schendactady und dem Polytechnic Institut in Brooklyn. 1846 folgte die Lawrence Scientific School als Zweig der Harvard University und ein Jahr darauf die Sheffield Scientific School in Yale. 1852 gab es eine Ingenieur-Abteilung an der Universität von Michigan. Die erste private Hochschule für Ingenieure ist das Massachusetts Institute of Technology, das international besonderes Ansehen genießt. Bedeutend für den Maschinenbau ist noch das 1870 gegründete Stevens Institut.

Vereine

Zunächst kam es zu Gründungen von lokalen oder regionalen Vereinen. 1852 wurde die American Society of Civil Engineers für die Bauingenieure gegründet, die ab 1867 nach einer Reorganisation an Bedeutung gewann. Sie war ähnlich wie ihr englischer Namensvetter sehr exklusiv. 1871 wurde das American Institute of Mining Engineers gegründet. Faktisch war es jedoch eine Vereinigung der Zechenbesitzer. Beide Vereine hatten den meisten Ingenieuren, die in Betrieben angestellt waren, damit wenig zu bieten. Dies änderte sich 1880 mit der Gründung der American Society of Mechanical Engineers für die Maschinenbauer und des American Institute of Electrical Engineers.

Frankreich

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts war die Ecole Polytechnique die vorherrschende wissenschaftliche Institution. Beinahe alle neuen Erkenntnisse in den Ingenieurwissenschaften stammten von hier. Die Ausbildung war sehr mathematisch-naturwissenschaftlich geprägt und die Absolventen studierten anschließend ein weiteres Jahr an einer der Spezialschulen für Bergbau, Straßen- und Brückenbau, Artillerie oder Festungswesen. Sie waren somit beinahe alle im Staatsdienst tätig.

Für die private Wirtschaft waren sie zu theoretisch ausgebildet, sodass es von privater Seite zu neuen Schulgründungen kam. Die diversen Ecole des Arts et Métiers (etwa: Schule für Technik und Gewerbe) vermittelten ein Wissen, das zur Hälfte aus Theorie und handwerklicher Praxis bestand und damit einem Niveau, das etwa dem eines Handwerksmeisters entsprach. Ein ähnliches Niveau hatten in Deutschland die Gewerbeschulen. Wichtig waren zunächst die drei Schulen in Châlons-sur-Marne (1803), Angers (1811) und Aix-en Provence (1843). Für die höhere Leitungsebene in Unternehmen bildete ab 1829 die Ecole Centrale des Arts et Manufactures (kurz: Ecole Centrale, etwa: Zentralschule für Technik und Manufakturen) aus. Ihre Schüler waren zu 20 % Grundeigentümer, 35 % Großkaufleute, 7 % akademische Berufe und 10 % Handwerker. Damit standen in Frankreich für alle Qualifikationsebenen und technischen Gebiete Ingenieurschulen zur Verfügung.

Als in der zweiten Jahrhunderthälfte die Elektrotechnik und die Chemieindustrie immer wichtiger wurden, wurden entsprechende Spezialschulen gegründet: 1882 die Ecole Municipale de Physique et de Chimie Industrielles und 1894 die École supérieure d’électricité. Außerdem etablierten sich an den alten Universitäten technische Institute, die wichtigsten waren in Grenoble, Nancy, Toulouse, Lille und Lyon. Der Staat unterstützte zwar die Gründung der Institute, war aber nicht bereit, den dauerhaften Betrieb zu finanzieren. Daher richteten diese Institute ihre Forschung und Lehre auf die Bedürfnisse der regional ansässigen Industrien aus, was zu finanzieller Unterstützung und relativ großer Praxisnähe führte. Schätzungen von 1913 zufolge kamen etwa die Hälfte aller Ingenieure von den Ecoles des Arts et Métiers, ein Viertel von den Universitätsinstituten und der Rest von den Grandes écoles, also der Ecole Polytechnique und der Ecole Centrale. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts erhielten die Ecoles des Arts et Métiers auch das Recht zunächst die bessere Hälfte ihrer Absolventen und bald darauf auch alle, offiziell zu Ingénieurs zu graduieren.

Die zivilen Ingenieure der drei Ecole des Arts et Métiers und die der Ecole Centrale schlossen sich 1848 zur Société des ingénieurs civils zusammen und lehnten sich damit namentlich an die Society of Civil Engineers an. In Frankreich waren jedoch die verschiedenen Absolventenvereinigungen wichtiger als die Ingenieurvereine. Die Absolventen der Ecole Polytechnique, die sogenannten Polytechniciens, fanden häufig – neben dem Staatsdienst – in industriellen Forschungslaboren eine Anstellung. Die Centraliciens, die Absolventen der Ecole Centrale waren in der oberen Leitungsebene von Unternehmen beschäftigt und die Gadzarts, die Absolventen der Ecole des Arts et Métiers in der mittleren Ebene. Im Gegensatz dazu fanden in Deutschland die Absolventen der technischen Hochschulen gleichermaßen in Staat und Wirtschaft Arbeit.

Deutschsprachiger Raum

Im deutschsprachigen Raum wurden zu Beginn des 19. Jahrhunderts im Zuge der Industrialisierung zahlreiche Schulen gegründet. Fach- und Gewerbeschulen bildeten für ein mittleres Niveau aus und hatten etwa das Niveau der französischen Écoles des Arts et Métiers. Für die höhere Ausbildung wurden die sogenannten polytechnischen Schulen gegründet, die sich auch namentlich an die Ecole Polytechnique anlehnten, ihr Niveau aber selten erreichten. Die erste wurde 1806 in Prag gegründet. Von besonderer Bedeutung war jedoch erst die zweite Gründung: Das Polytechnische Institut Wien. In den 1830er- und 1840er-Jahren folgte auf die Gründung in Karlsruhe eine Gründungswelle in vielen der deutschen Klein- und Mittelstaaten. Die 1855 gegründete Schule in Zürich (heute ETH Zürich) hatte Vorbildwirkung. Sie war wie die Universitäten in Fakultäten gegliedert und beschäftigte auch zahlreiche Mathematiker und Naturwissenschaftler. Bis etwa 1880 erhielten auch die anderen Schulen die Hochschulverfassung und wurden dann auch offiziell in Technische Hochschule umbenannt. Um 1900 erhielten sie das Promotionsrecht und waren damit den älteren Universitäten formal gleichgestellt.

Technik

Im 20. Jahrhundert entwickelte sich die Technik rasanter als zuvor; mit der Haushalts- und Unterhaltungstechnik drang sie auch in neue Lebensbereiche vor.

Im Bauwesen ging man dazu über, Beton und Stahlbeton vermehrt zu verwenden. Die Bauwerke wurden immer größer und überstiegen die ihrer Vorgänger teilweise deutlich. Beispiele sind der Drei-Schluchten-Staudamm oder der Stuttgarter Fernsehturm. Da man nur noch begrenzt auf Erfahrungswissen zurückgreifen konnte, wurde eine wissenschaftliche Durchdringung und Berechnung der Konstruktionen immer wichtiger.

Im Maschinenbau wurden zu Beginn des Jahrhunderts Nähmaschinen und Fahrräder produziert, bald kamen aber Autos, Flugzeuge und schließlich Raketen hinzu. Durch ihre große Bedeutung entwickelten sich daraus die wissenschaftlichen Gebiete der Automobiltechnik und der Luft- und Raumfahrttechnik. Bei den Kraftmaschinen ging der Trend von Maschinen mit diskontinuierlicher hin-und-her-Bewegung, wie Kolbendampfmaschinen und Kolbenmotoren, hin zu Maschinen mit kontinuierlicher, meist kreisförmiger Bewegung wie die Strahltriebwerken, Gas-, Dampf- oder Wasserturbinen, die einen höheren Wirkungsgrad aufweisen.

Die Turbinen wurden in Kraftwerken eingesetzt und konnten damit viel größere Energiemengen bereitstellen, die nicht nur für die elektrische Beleuchtung genutzt wurde, sondern auch in der Industrie zum Antreiben von Maschinen. Die Kerntechnik, die aus naturwissenschaftlicher Grundlagenforschung entstand, bedeutete für die Energietechnik, die zu einem neuen Fachgebiet wurde, einen weiteren Meilenstein. In den letzten Jahrzehnten ging der Trend wieder zu erneuerbaren Energien, wie Solar- oder Windenergie. Daraus entstand die Energie- und Umwelttechnik.

In der Steuerungs- und Regelungstechnik entwickelte man Elektronenröhren und – durch wissenschaftliche Grundlagenforschung – schließlich die kleineren, leichteren und zuverlässigeren Transistoren und Dioden. Dadurch wurde es möglich, die industrielle Produktion weitgehend zu automatisieren und auch leistungsfähige und erschwingliche Computer zu bauen.

Der Computer selbst ist nicht nur ein Produkt der Ingenieurwissenschaften (und weiteren Gebieten), sondern wirkt auch durch seine Anwendungen auf sie zurück. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde es üblich, mit Computern zu konstruieren (CAD), zu produzieren (CIM, CNC), oder komplexe Berechnungen durchzuführen (FEM).

Fachgebiete

Bereits gegen Ende des 19. Jahrhunderts begann die Anzahl der technischen Fachgebiete immer schneller zu steigen. 1900 waren es etwa 350. Seither sind viele weitere dazugekommen, teils durch Ausgründungen von Teilgebieten: Die Werkzeugmaschinen, die Teil der mechanischen Technologie waren, wurden beispielsweise 1904 zu einem eigenständigen Forschungs- und Lehrgebiet. Andere Gebiete entstanden als Schnittstellendisziplinen. Zu Beginn des Jahrhunderts arbeiteten in der chemischen Industrie noch Maschinenbauer und Chemiker zusammen. Die besonderen Anforderungen an die Apparate (chemische Beständigkeit von Kesseln, Rohrleitungen) die unter extremen Bedingungen, wie hohen Druck und Temperatur, sicher arbeiten sollten, brachten das neue Gebiet des Chemieingenieurwesens hervor. Fließende Übergänge gibt es über die Verfahrenstechnik und die Bioverfahrenstechnik zur Biotechnik.

Viele ursprünglich rein mechanisch arbeitenden Maschinen, wie Werkzeugmaschinen oder Autos wurden immer weiter durch Mikroelektronik automatisiert. Da man für Konstruktion und Wartung daher immer häufiger Wissen aus beiden Fachgebieten benötigte, entstand ausgehend von Japan die Mechatronik. Weitere interdisziplinäre Fachgebiete sind die Computerlinguistik und die Medizintechnik. Das Wirtschaftsingenieurwesen stellt dagegen ein interdisziplinäres Studium dar zwischen Betriebswirtschaft und einer oder mehrerer Ingenieurwissenschaften.

Die Regelungstechnik und die Systemtheorie weisen die Besonderheit auf, dass sie weder auf eine Naturwissenschaft zurückgehen, wie die technische Mechanik oder Elektrotechnik und auch nicht auf in der Praxis existierende Technik wie die Fahrzeugtechnik, sondern aus theoretischen ingenieurwissenschaftlichen Forschungen hervorgegangen ist.

Industrie, Ingenieure und Wirtschaft

Ab etwa 1900 stieg die Anzahl der Ingenieure rapide an: In Deutschland waren es vor 1914 zwischen 100.000 und 150.000, in den 1930er-Jahren 200.000 bis 250.000, um 1980 waren es etwa 370.000 (BRD) und im Jahre 2000 etwa 650.000. In der DDR gab es 1980 etwa 500.000 Ingenieure nach dortiger Definition. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts kam es zu Änderungen des Ingenieurberufs, die im 20. Jahrhundert immer deutlicher wurden. In den größeren Unternehmen wurden eigenständige Konstruktionsbüros gegründet. Die Konstruktion löste sich damit endgültig von der Fertigung, wo zunächst noch Werkmeister und Vorarbeiter die Leitung innehatten. Durch Frederick Winslow Taylors sogenannte „Wissenschaftliche Betriebsführung“ oder Taylorismus wurden dann sogenannte Betriebsbüros gegründet, in denen Ingenieure die Produktion planten: Sie nahmen die Konstruktionsunterlagen entgegen, prüften sie auf ihre Durchführbarkeit, kümmerten sich gegebenenfalls um neue Werkzeuge und Produktionsmittel und gaben dann Aufträge an die Werkstätten weiter. Die daraus hervorgegangene Arbeitsvorbereitung wurde auch wissenschaftlich untersucht. In Deutschland wurden dazu neue Gesellschaften gegründet wie das Reichskuratorium für Wirtschaftlichkeit (RKW), der Ausschuss für wirtschaftliche Fertigung (AWF) oder den Reichsausschuss für Arbeitsstudien (Refa).

Taylor war das prominenteste Mitglied der sogenannten Rationalisierungsbewegung, der es darum ging, den Aufwand in Industriebetrieben zu verringern oder den Ertrag zu erhöhen. Ein wichtiges Instrument war neben den Arbeitsstudien von Taylor, Gilbreth und Gantt, die Standardisierung und Normung, die höhere Stückzahlen und damit niedrigere Stückkosten ermöglicht. Zunächst führten größere Unternehmen eigene Hausnormen ein, konnten sich aber innerhalb der Branchen nicht einigen. Mit Ausbruch des Ersten Weltkrieges und der damit einhergehenden Kriegswirtschaft wurden diese Hausnormen durch militärische Vorgaben ersetzt. Daraus sind in Deutschland die deutschen Industrienormen (DIN) entstanden. Nach dem Krieg waren hier die Ingenieurvereine besonders auf dem Gebiet der Normung tätig.

Während der Weltwirtschaftskrise zwischen den Weltkriegen kam es zu einer sehr hohen Arbeitslosigkeit. Man sprach sogar von „Fehlrationalisierung“; dabei waren auch viele Ingenieure selbst von Arbeitslosigkeit betroffen. Die Technokratiebewegung war in den 1920er- und 1930er-Jahren unter einigen Ingenieuren beliebt, besonders in den USA und Deutschland: Die wirtschaftliche und politische Elite hätte bei der Führung des Landes versagt und die immer technischer werdende Umwelt gebiete es den Ingenieuren die Führungsrolle zu übertragen. Es bildeten sich sogar kleinere Vereine, die dies als politische Forderung formulierten. Die meisten Ingenieure waren allerdings ausgesprochen unpolitisch. Seit Beginn des Zweiten Weltkrieges hatte die Technokratiebewegung keine Bedeutung mehr.

Forschung

Die ingenieurwissenschaftliche Forschung wurde immer weiter ausgebaut. In den USA waren daran vor allem private Forschungsinstitute wie das Battelle-Institut oder das Mellon-Institut und industrielle Forschungslabore beteiligt. In Deutschland waren es nach wie vor die Technischen Hochschulen, die staatlichen Forschungsgesellschaften wie die Physikalisch-Technische Reichsanstalt oder die Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft und ebenfalls industrielle Forschungslabore.

In den USA etablierte sich ab 1945 das Modell der „Assembly Line“ der Montagelinie oder Fließbandproduktion als Forschungskonzeption. Am Anfang stand die Grundlagenforschung. Ihre Ergebnisse sollten über angewandte Forschung, Konstruktion und Produktion zur Vermarktung führen. Inspiriert wurde das Konzept durch die Erfahrungen mit der Kernwaffentechnik. Hier war ein linearer Ablauf von der Entdeckung der Kernspaltung bis zur einsatzfähigen Waffe erkennbar. Ab den 1960er-Jahren gab es kritische Töne zum Konzept der Assembly Line und zur Bedeutung der Grundlagenforschung. Durch Untersuchungen kam man zu dem Ergebnis, dass der Anteil der Grundlagenforschung an technischer Innovation bei unter einem Prozent liege und ihre Ergebnisse außerdem innerhalb von 20 Jahren sich praktisch nicht bemerkbar machen.

Spätestens gegen Ende des Jahrhunderts begann die Grenze zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung immer weiter zu verschwimmen, sodass die Unterscheidung nur noch eine geringe Rolle spielt.

Deutschland

In Deutschland kam es wegen der Entwicklungen im 19. Jahrhundert und den Ereignissen im Folgenden zu einigen Besonderheiten.

Ab 1900 wurde das Abitur Zugangsvoraussetzung zum Studium an den Technischen Hochschulen und das Studium selbst stellte für die Ingenieure den Normalfall dar; Facharbeiter, die über die Werkmeisterebene zu Ingenieuren aufstiegen, waren die Ausnahme. Die meisten betrachteten sich als unpolitische Fachexperten, bei einigen waren jedoch auch technokratische Meinungen beliebt. Daraus entstand dann beispielsweise der Reichsbund deutscher Technik (RDT) und der Deutsche Verband technisch-wissenschaftlicher Vereine (DVT) die als Dachverbände für die Technik fungierten. Der VDI entschloss sich nach langem Überlegen nicht beizutreten. Die Nationalsozialisten gründeten als einzige Partei eine eigene Ingenieurorganisation der Kampfbund Deutscher Ingenieure und Techniker (KDAI) mit etwa 2.000 Mitgliedern. 1937, also nach der „Machtergreifung“, hatten etwa 21.000 Ingenieure ein Parteibuch der NSDAP, also jeder zehnte. Verglichen mit anderen Akademikern waren sie damit unterrepräsentiert. Nach 1933 kam es an vielen Technischen Hochschulen zur Selbstgleichschaltung: Sie setzten die NS-Rassenpolitik um, drängten jüdische Mitglieder aus den Hochschulen und gaben sich Verfassungen nach dem Führerprinzip. Der bekannte Maschinenbauprofessor Georg Schlesinger wurde bereits 1933 unter „abenteuerlichen Anschuldigungen“ verhaftet. Als er im Folgejahr freigelassen wurde, nutzte er die Gelegenheit um nach England zu emigrieren. Andere Ingenieure stiegen sogar in die höhere Führungsspitze des NS-Staates auf: Fritz Todt, war zunächst für das Straßenwesen zuständig, wurde später sogar Minister und war Hitler persönlich unterstellt. Nach seinem Tod 1942 wurde Albert Speer sein Nachfolger. Er wurde nach dem Krieg bei den Nürnberger Prozesse zu einer Gefängnisstrafe verurteilt. In der Nachkriegszeit betonten viele Ingenieure die Wertneutralität der Technik und schoben die Verantwortung für ihre Nutzung der Politik und Gesellschaft zu.

Das 1970 erlassene Ingenieurgesetz regelte die Nutzung der Bezeichnung „Ingenieur“. Absolventen der zwischenzeitlich in Technische Universität oder Universität umbenannten Technischen Hochschulen durften sich „Diplom-Ingenieur (univ.)“ nennen, mit optionalem Klammerzusatz. Die Absolventen der Fachhochschulen dagegen „Diplom-Ingenieur (FH.)“ mit verpflichtendem Klammerzusatz. Durch die Bologna-Reform wurden beide Abschlüsse durch das angelsächsische Bachelor/Master-System ersetzt. Die Fachhochschulen benannten sich im Jahr 2000 in „university of applied science“ (Universität für angewandte Wissenschaft) um und unterstreichen damit ihren Anspruch auf Wissenschaftlichkeit, wie schon die Technischen Hochschulen im 19. Jahrhundert.