Industrielle Revolution 1.0 – die Pioniere

Das Bild zeigt das Bedienpanel einer Werkzeugmaschine das ein Mitarbeiter bedient und eine entsprechende Eingabe durchführt.
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Wirft man den Blick um mehr als 200 Jahre zurück, dann kann man viele Parallelen der ersten zur vierten industriellen Revolution feststellen.

Die industrielle Revolution 1.0

Vor etwa 300 Jahren hat die industrielle Revolution begonnen. Diese hat ihre tiefen Wurzeln nicht in Deutschland – sondern in England. In diesem 18. Jahrhundert haben sich sehr wichtige technologische Entwicklungen vollzogen.

Die Industrialisierung hat erst viel später das europäische Festland und damit auch Deutschland erreicht. Damit hat sich England den Ruf als  Mutterland der Industrialisierung erworben.

Diese Epoche war durch unterschiedliche technologische Entwicklungen stark geprägt und ein wenig erinnert die in England gestartete industrielle Revolution und die damit verbundene Innovationskraft an das heutige Silicon Valley.

Dampf und Kraft

Eine technologische Entwicklung ist sehr eng mit diesem Zeitabschnitt verbunden – die Dampfmaschine. Allerdings sind von den ersten Konzepten bis zur Massentauglichkeit viele Jahrzehnte vergangen, bevor die erste industrielle Revolution starten konnte.

1690 berichtete der französische Erfinder Denis Papin von einer Dampfmaschine, die er gebaut hatte. Das Prinzip der Dampfmaschine war denkbar einfach. Es hatte einen Zylinder, in dem sich ein Kolben und Wasser befand.

Sobald der Zylinder von außen erwärmt und wieder abgekühlt wurde, entstand eine Bewegung des Kolbens. Es war somit die erste funktionierende Wärmekraftmaschine. Der englische Ingenieur und Erfinder Thomas Savery setzte auf der Kolben-Dampfpumpe von Denis Papin auf und entwickelte eine kolbenlose Dampfpumpe.

Diese ließ er sich im Juli 1698 patentieren und brachte Sie mit dem Namen „Miners Friend“ auf den Markt. Der Name des Produktes lässt auf seinen Einsatz schließen – dem Bergwerk. Aber die Pumpe hatte einen sehr schlechten Wirkungsgrad und viele Limitierungen.

Der englische Erfinder Thomas Newcomen war Schmied und große Bergwerksgesellschaften zählten zu seinen Kunden. Eines der großen Probleme der Zeit stellte in den Bergwerken das eindringende Grundwasser dar. Je tiefer man in den Berg vordrang, desto größer wurde das Problem, das Wasser zu beseitigen.

In einer mehr als zehn Jahre dauernden Entwicklung hat Newcomen 1712 eine Dampfmaschine entwickelt. Da Savery sein Patent damals sehr weit gefasst hatte, konnte Newcomen seine Dampfmaschine nicht patentieren.

Für viele Jahre galt die Dampfmaschine von Newcomen als Standard. Trotz vieler Verbesserungen gegenüber vorherigen Konzepten erreichte die Dampfmaschine auch nur einen Wirkungsgrad von 0,5%.  John Smeaton untersuchte die Effizienz vieler Dampfmaschinen von Newcomen, in dem er die Leistung der Maschinen bestimmte, die diese mit einer bestimmten Menge Kohle umsetzten konnten.

Aus den Ergebnissen leitete er den optimalen Zylinderdurchmesser und Hub ab und erreichte hierdurch eine Verdopplung der Leistung bei gegebener Brennstoffmenge. Somit wurde der Wirkungsgrad von 0,5% auf 1% gesteigert. Relativ gesehen eine Meisterleistung – absolut gesehen hatte der Wirkungsgrad aber noch viel Luft nach oben.

1764 erhielt James Watt als Universitätsmechaniker den Auftrag, eine Dampfmaschine älterer Bauart von Newcomen zu reparieren. Watt erkannte, dass es sinnvoller ist, den Kondensation-Prozess nicht im Zylinder, sondern außerhalb in einem separaten Behälter, den Kondensator, stattfinden zu lassen.

1776 konnte James Watt erstmals eine von ihm optimierte Dampfmaschine mit einem deutlich besseren Wirkungsgrad in Betrieb nehmen und mehr als 60% zur Energiegewinnung einsparen. Mit dem Durchbruch der Dampfmaschine war nun die erste industrielle Revolution gestartet und sie eroberte neben der Eisengewinnung neue Branchen wie die Textilindustrie.

Spinnen und Weben

Zwischen 1700 und 1800 stieg die Anzahl der in England lebenden Menschen von 6,7 auf 10,2 Mio. stark an. Moderne Anbau- und Düngemethoden waren der Schlüssel dafür, dass Nahrungsmittel preiswert angeboten werden konnten. Das hatte zur Folge, dass die Bevölkerung Geld hatte, um es beispielsweise in Kleidung zu investieren, was die Textilbranche in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts zum Boomen brachte.

1750 arbeiteten bereits etwa 27% der Einwohner in der Textilindustrie. Der starke Anstieg dieser Industrie weckte das Interesse von Investoren. So war es die logische Konsequenz, dass es in den folgenden Jahren zu kontinuierlichen Innovationen im Bereich des Spinnen und Weben führte und die erste industrielle Revolution langsam konkrete Formen annahm.

1764 hat James Hargreaves die industrielle Spinnmaschine „Spinning Jenny“ zum Verspinnen von Wolle zu Garn erfunden. Sie gilt wegen der großen Steigerung der Produktivität als Wegbereiter der industriellen Revolution. Die „Spinning Jenny“ verbreitete sich in der Textilindustrie mit hoher Geschwindigkeit, da diese noch mit menschlicher Kraft angetrieben werden konnte.

Aber bereits wenige Jahre später machte die Entwicklung nicht Halt und Richard Arkwright erfand 1769 mit der „water-frame“ die erste automatische Spinnmaschine, bei der auf menschliche Kraft komplett verzichtet werden konnte. Bereits 1771 ging die weltweit erste industrielle Baumwollspinnerei in den Betrieb.

1779 hat Samuel Crampton die Technologien basierend auf „Spinning Jenny“ und „water-frame“ nochmal verbessert. Die Weberei blieb lange Zeit hinter den Entwicklungen der Spinnerei zurück, bis 1785 Edmund Cartwright den mechanischen Webstuhl „Power Loom“ erfand. Damit bewies er den Kritikern, dass nicht nur das Spinnen, sondern auch das Weben automatisierbar war.

Kohle und Stahl

Die industrielle Revolution ging mit großen Schritten voran und der Bedarf an Stahl wurde zunehmend größer. In einer frühen Phase wurde Holzkohle zur Stahlerzeugung verwendet. Holzkohle war ein ineffizienter Brennstoff. Des Weiteren waren die Hochöfen in der Regel an große Waldbestände vor Ort gebunden.

Zu Beginn des 18. Jahrhunderts änderte sich das schlagartig. 1709 verzichtete Abraham Darby bei der Verhüttung des Eisenerzes auf Holzkohle und ersetze diese durch Steinkohle. Die Umsetzung stellte sich aber als aufwendig dar. Auf der einen Seite mussten neue Hochöfen gebaut werden, um diesen Anforderungen gerecht zu werden.

Auf der anderen Seite musste die Steinkohle zu Koks (Verkokung) veredelt werden, um die Schmelztemperatur des Eisens zu erreichen. 1756 wurde mit der Erfindung eines geschlossenen Backofens die Produktion von Koks entscheidend verbessert. 1784 hat der Engländer Henry Cort das Puddelverfahren erfunden.

Bei diesem Verfahren streichen im Puddelofen sauerstoffhaltige Verbrennungsgase über das flüssige Eisen, so dass der enthaltene Kohlenstoff und Verunreinigungen wie beispielsweise Schwefel im Eisen verbrennen.  Ein Arbeiter hat das Roheisen dabei ständig gerührt.

Somit wurde das spröde Roheisen schmied- und formbar gemacht. Dieses Verfahren existierte bis zum Ende des 19. Jahrhunderts, bis es an der Mitte des Jahrhunderts durch effizientere Verfahren wie dem Bessemer-Verfahren abgelöst wurde ist.

Maschine und Sturm

Die Dampfmaschine hat die Art und Weise der Produktion nachhaltig verändert. Die neue Technologie hat neben der tiefen Veränderung aber auch für viele Sorgen und Bedenken gesorgt.

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts hat die industrielle Revolution mit den Maschinenstürmern in der Zeit zwischen 1811/1812 eine Protestbewegung hervorgebracht, die sich gegen den technologischen Fortschritt gewandt hat.

Dieser Protest unter der Führung von Ned Ludd hatte immer einen Sturm der Fabriken mit der Zerstörung der Maschinen zur Folge. Die Menschen hatten Angst um ihren Arbeitsplatz und ihren sozialen Status.

Digitalisierung und Wandel

Die industrielle Revolution der damaligen Zeit zeigt erstaunliche Parallelen zur heutigen Zeit. Die Menschen gehen nicht in die Fabriken und zerstören die Maschinen. Aber die Angst und Verunsicherung vor dem Wandel ist immer deutlicher spürbar.

Heute ist es nicht die Dampfmaschine die Sorgen bereitet. Die industrielle Revolution läutet nun die vierte Phase ein und mit Industrie 4.0 sind es die Roboter, die immer stärker in die Fabriken einziehen und schrittweise einfachere Arbeiten übernehmen.

Die Automatisierung durch Roboter wird ergänzt durch unterschiedlichste Technologien und Themen wie Maschine-zu-Maschine Kommunikation, BigData, additive Fertigung, Mobility und Cloud.

Mit der fortschreitenden Digitalisierung unserer Gesellschaft rollt nun ein digitaler Tsunami auf die Gesellschaft zu, deren Folgen man aktuell nur schwer erahnen kann, aber IT-Unternehmen wie Apple und Google werden unsere Welt nachhaltig verändern.

Ob man das nun gut findet oder nicht – der digitale Wandel und die damit verbundene vierte industrielle Revolution lassen sich genauso wenig aufhalten wie damals die Dampfmaschine.

Daher sollte es das Ziel sein, die Tsunami-Warnungen ernst zu nehmen und sich darauf vorzubereiten, um keine nassen Füße zu bekommen – oder unterzugehen.

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//Analyst//Blogger//Keynote Speaker// zu den Fokusthemen #Industrie40, #IoT und #Digitalisierung.Herzlich willkommen auf meinem Ingenieurversteher-Blog. Hier schreibt ein echter, aber nicht ein typischer Ingenieur.Nach einer soliden Ausbildung bei Siemens zum Feinmechaniker habe ich das Abitur nachgeholt und Maschinenbau studiert. Der Schwerpunkt Informatik im Hauptstudium war wohl der ausschlaggebende Grund, dass es mich in die Software-Industrie gezogen hat wo ich heute noch immer aktiv unterwegs bin. Für die Funktionen Vertrieb, Marketing und Produktmanagement habe ich mich meine Leidenschaft entdeckt – sicherlich nicht immer typisch für einen Ingenieur.Im Rahmen meiner Diplomarbeit haben mich Themen wie „Computer Integrated Manufacturing (CIM)“ beschäftigt. Viele Aspekte sind davon heute umgesetzt. Mit der Digitalisierung unserer Gesellschaft allgemein sowie dem Einzug des Internets in die Produktion stehen wir vor großen Herausforderungen, die uns langfristig intensiv beschäftigen werden. Der klassische Ingenieur wird nun mit völlig neuen Themengebieten konfrontiert.Das war u.a. die Motivation für diesen Blog, die Themenbereiche Industrie 4.0 und Digitalisierung aufzugreifen und regelmäßig darüber zu schreiben – leicht verständlich und nicht technisch tief. Gerade aus diesem Zusammenhang hat sich die Marke „Ingenieurversteher“ entwickelt. Ingenieure sind in der Regel Künstler mit einem sehr tiefen technischen Verständnis. Oft sind sie allerdings nicht in der Lage, technisch komplexe Zusammenhänge leicht verständlich einer Zielgruppe zu vermitteln, die nicht über dieses tiefe technische Wissen verfügt. Um Ideen und Innovationen zu vermarkten, müssen diese in eine leicht verständliche Sprache übersetzt werden. Mit einer Vorliebe für analytisches und strukturiertes Recherchieren , der Leidenschaft für das Schreiben und der Freude am Präsentieren ist die Idee vom „Ingenieurversteher“ entstanden.

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