Technik bei den Römern

Die Römer entwickelten aus dem Abakus, dem verhältnismäßig unhandlichen Rechenbrett, ein Gerät im Taschen- bzw. Handformat aus Bronze, das alle Grundrechnungsarten erlaubte. Mit der Hilfe seiner Rechensteine, den calculi konnte man in beliebigen Zahlensystemen und auch mit Brüchen rechnen. Die Römer bevorzugten das Zwölfersystem mit seiner Unzeneinteilung, das genormte Zwölferbrüche lieferte und so das Bruchrechnen erleichterte, was sonst mit den umständlichen römischen Zahlen eine schwierige Sache war. Römische Techniker kannten auch den Wert der Kreiszahl = , sodass sie z. B. Rohrquerschnitte berechnen konnten. Römische Feldmesser verfügten über einfache, jedoch recht leistungsfähige Geräte, um Winkel, Steigungen und Gefälle festlegen zu können; so ermöglichte eine Kombination von Dioptervisier und Wasserwaage das Ausmessen beliebiger Winkel und Nivellierarbeiten, wofür wir heute den Theodoliten verwenden.

Die Konstruktion von Großbauten wie Wasserleitungen, Straßen, Brücken, Aquädukten, Häfen, Basiliken, Thermen, Bädern und Palästen in großer Anzahl und an verschiedenen Orten wurde so erst möglich; dasselbe gilt für die Herstellung wichtiger technischer Hilfsmittel wie Flaschenzüge, Kräne, Zahnradübersetzungen. Alle diese Dinge standen dem Durchschnittsingenieur fertig zur Verfügung, und es bedurfte nicht jedes Mal wieder eines Genies vom Schlage eines Archimedes, um alle diese Dinge erst einmal zu erfinden. Die Hilfsmittel wurden intensiv und mit großem handwerklichen Geschick genutzt. Haltbarkeit und Gebrauchswert der Endprodukte waren im Vergleich zu den verwendeten Hilfsmitteln sehr groß.

Freilich spielte die Zeit bei der Herstellung bei weitem keine solche Rolle wie heutzutage. So montierten römische Militäringenieure ihre Geschütze nach Tabellen, in denen sie entsprechend dem erforderlichen Geschossgewicht die Einzelabmessungen des Geschützes ablesen konnten. Die entscheidende Größe war dabei der Durchmesser der gedrillten Sehnenstränge, welche die Energie für das zu verschießende Projektil lieferten. Bei modernen Feuerwaffen wären Geschosskaliber und Gasdruck der verwendeten Pulverlaborierung die vergleichbaren Größen. In Rom arbeitete man in diesem Fall wohl mit aus der Erfahrung abgeleiteten und dann genormten Werten; das ganze Verfahren zielte auf reibungslose Praxis und war eher handwerklich als wissenschaftlich. (Anders die hellenistischen Gelehrten im alexandrinischen Museion:
Auch sie gingen vom Sehnendurchmesser als Kaliber aus, entwickelten für den Bau des Katapultes jedoch eine Art mathematischer Formel, die eine Kenntnis der Kubikwurzel voraussetzte.)

In diesen Bereichen betraten die Römer Neuland; sie schufen neue Bauformen, Baustoffe und Methoden und lernten, diese technisch zu beherrschen. Dies gilt vor allem für Profan- und Zweckbauten und die Anlage von Abwässer- und Kanalsystemen. Eine solche Breitenentwicklung wäre ohne eine große Schicht solide ausgebildeter Architekten nicht denkbar gewesen; und in der Tat wurde von einem Baumeister, der sich um Staatsaufträge bewerben wollte, eine ganz bestimmte Ausbildung verlangt. Das Beispiel des römischen Ingenieurs und Schriftstellers Vitruvius zeigt, dass man sich auch intensiv mit Fragen der Bauhaftung beschäftigte. Denn auch um Christi Geburt gab es schon eine Bauspekulation großen Stils, und besonders die privaten Bauherrn werden durch Überschreitung von Kostenvoranschlägen geplagt. Hier bemängelt Vitruvius das Fehlen einer eindeutigen Haftungsregelung. Wenn es sie gäbe, meint er, würden in diesem Berufszweig nicht so viele Pfuscher ihr Wesen treiben, und manch braver Familienvater entginge dem Ruin. Vorbild einer solchen Gesetzgebung ist für Vitruvius das griechische Ephesos. Dort musste nämlich ein Architekt nach Abgabe des Voranschlages sein Vermögen zum Pfand setzen. Kam er mit der veranschlagten Summe aus oder überschritt er sie nur bis zu 25 Prozent, musste der Bauherr zahlen, alles aber, was über 25 Prozent Mehrkosten lag, wurde aus dem hinterlegten Vermögen des Baumeisters gedeckt.

Da die Verwendung von Baustahl - für uns heute eine Selbstverständlichkeit - unbekannt war und blieb, hätten in Rom viele Bauvorhaben gar nicht verwirklicht werden können, hätten die römischen Architekten nicht den von den Etruskern überkommenen Gewölbebau zu einem allgemein beherrschten Verfahren entwickelt und ihn durch die Erfindung des Kreuzgewölbes und die Errichtung von Großkuppeln zur Vollendung geführt. Dabei waren mannigfaltige bautechnische Probleme zu bewältigen: Man musste lernen, wie ein weites Gewölbe oder eine Großkuppel überhaupt errichtet werden kann, ohne bereits vor der Vollendung einzustürzen. Die raumüberspannenden Bauteile mussten sich selbst tragen; ebenso galt es, die beträchtlichen, senkrecht und seitrecht wirkenden Drücke zu bewältigen, ohne dass dabei Außenwände und Stützpfeiler übergroße Stärke und Ausmaße annahmen. Bereits seit dem Jahre 80 beherrschte man diese Bauweise. Bogen und Kreuzgewölbe des Kolosseums, die Großkuppel des Pantheons und die Reste verschiedener Thermen beweisen uns noch heute, wie vollkommen Architekten der Kaiserzeit riesige Räume beherrschen konnten. Diese bis heute sichtbare Architektur zeigt freilich nicht die ganze Leistung römischer Baumeister:

Schon seit ca. 100 v. Chr. waren römische Architekten nicht mehr allein auf den wenig widerstandsfähigen Kalkmörtel oder auf das kostspielige, schwer zu verarbeitende Blei angewiesen, sondern verfügten bereits über eine Art Beton, chemisch gesehen eine Aluminiumverbindung, die fast so hart wie Naturstein werden konnte. Wichtigster Bestandteil war eine bestimmte Sorte Tuff, der rund um den Vesuv im vulkanischen Hinterland des Golfs von Neapel vorkam. Im Verhältnis 2:1 mit Kalk gemischt und mit Bruchsteinen - römisch "caementa" - versetzt, ergab er ein äußerst widerstandsfähiges Mauerwerk, das auch unter Wasser abband und das gegebene Material für Hafenbauten war. Darüber hinaus war es jetzt auch möglich, Mauern, Gewölbe oder Kuppeln in Verschalbauweise zu errichten und zu "gießen". Eine spürbare Verminderung des Gewichts bei Kuppelbauten brachte das Einziehen von Tragrippen und der Einbau keramisch gebrannter Hohlkörper; auch verstanden sich römische Techniker sehr bald darauf, Kreuzgewölbe auf Pfeiler zu setzen. Der verhältnismäßig hohe Bedarf an Säulen in der römischen Architektur wurde dadurch gedeckt, dass man solche nahezu serienmäßig auf speziellen Säulendrehbänken fertigte, nachdem die Rohlinge bereits im Steinbruch in der Grundform gebrochen worden waren und durch Steinmetze eine gewisse Grobbearbeitung erhalten hatten. Die Drehbank als solche war seit ca. 150 v. Chr. bekannt.

Für die Bauarbeiten standen schon ziemlich leistungsfähige Hebevorrichtungen und Kräne zur Verfügung; so waren zwar noch ziemlich viele Bauarbeiter nötig, jedoch bei weitem keine solchen Arbeitermassen wie beim Pyramidenbau in Ägypten. Es existierten Flaschenzüge mit Ausleger und drei- bzw. fünffacher Übersetzung, womit man bis zu 450 kg heben konnte. Ein Göppelwerk, durch Zugtiere oder Menschen betrieben, kombiniert mit einem 5-Rollenzug mit doppelter Seilführung, bewältigte schon 3 000 kg. Schaltete man diesen 5-Rollenzug mit dreifacher Seilführung und ein Tretrad zusammen, so konnten nur zwei Mann bis zu 6 000 kg heben. Da es keine Stahlseile gab, war die Leistungsfähigkeit dieser Maschinen durch die Reißfestigkeit der Taue beschränkt.

Römische Ingenieure bauten im ganzen Mittelmeerraum Hafenanlagen mit Kais, Werften, Schiffshäusern, Speichern, Molen, Wellenbrechern und Leuchttürmen wie z. B. in Ostia oder Puteoli; sie legten Wasserleitungen viele Kilometer weit über Ebenen wie in der Campagna oder überbrückten zu diesem Zweck tiefe Schluchten, wie es in doppelstöckiger Bauweise in Südfrankreich mit dem bekannten Pont du Gard geschah. Mussten dabei Berge untertunnelt werden, hielt man die Niveauregulierung erstaunlich genau ein, was nötig war, da es sich bei den Wasserleitungen meist um Fließ-, nicht aber um Druckleitungen handelte. Der Stollenvortrieb bei Bergdurchstichen wurde von beiden Seiten begonnen, wobei es dank guter Vermessungstechnik keine unüberwindlichen Schwierigkeiten bereitete, die Stollenköpfe genau aufeinander zuzutreiben. Es sind uns Zeugnisse überliefert, in denen sich ein "gelernter" Ingenieur über Stümper mokiert, welche die Tunnelköpfe nicht zusammenführen konnten. Nicht nur Rom, sondern auch viele andere Städte verfügten so über eine Wasserversorgung, wie sie oft erst wieder in allerjüngster Zeit erreicht bzw. noch nicht erreicht wurde. So gab es gesonderte Leitungsstränge für Trink- und Brauchwasser, die Zapfstellen lagen verhältnismäßig nah beim Endabnehmer, und wer dafür zahlte, bekam auch einen Privatanschluss. Nicht wenige Bürger besorgten sich einen solchen Anschluss "schwarz", indem sie illegalerweise die öffentlichen Leitungen anzapften und sich unentgeltlich bedienten. Zwischen ihnen und den Leitern der städtischen Wasserwerke herrschte ein ständiger Kleinkrieg. Der Wasserbedarf römischer Städte war groß und das Wasserleitungsnetz war meist so angelegt, dass bei Wassernot lebenswichtige Versorgungsstränge immer zuletzt ausfielen. Dieser Wasserversorgung entsprach ein ausgebautes Kanalisationssystem, das Regenwasser und die Abwässer der Haushalte und Bäder ableitete. Die nahezu luxuriös ausgestatteten öffentlichen Bedürfnisanstalten hatten eine Wasserspülung, die vom verbrauchten Badewasser der Thermen gespeist wurde. Das Kanalisationssystem von Rom war erheblich besser als das mancher modernen Weltstadt: So tut sich das heutige Rom immer noch schwer, hier den Stand zu erreichen, wie er bereits unter Nero gegeben war.

Die breiten Ströme der Nordprovinzen und raues Klima trieben die römischen Techniker zu Spitzenleistungen im Brücken- und Heizungsbau. Manche europäischen Städte besitzen noch heute Brücken aus der Römerzeit. Diese Bogenbrücken, die oft auf mehreren Pfeilern im Flussbett ruhen, wurden entweder im Senkkastensystem gebaut, wobei man die Fundamente direkt auf den gewachsenen Fels des Flussbettes gründete, oder man rammte, wenn dieses Verfahren unmöglich war. Pfahlroste als Pfeilerfundierung in das Flussbett. Um nicht zu viele Pfeiler setzen zu müssen, - eine zu starke Verengung des Flussbettes erzeugt reißendere Strömung und damit erhöhte Unterspülungsgefahr - wagten sich römische Brückenbauer an Bogenöffnungen bis nahezu 40 m Breite.

Das Heizungsproblem löste die so genannte Hypokaustenheizung, zu Deutsch: Unterflurheizung. Die Fußböden ruhten auf einem Netz von Tonröhren oder Steinsockeln; die Römer sprachen deshalb auch von "schwebenden" Böden. Durch dieses Rohrnetz oder die Hohlräume zogen Heizgase und Heißluft eines Feuers, das Diener von außen in einem Feuerraum schürten. Die Schornsteine, immer mehrere an der Zahl, führten unterhalb der Dachrinnen seitlich ins Freie; die Schornsteinschächte verliefen in den Außenwänden des Hauses und wärmten die Räume mit. So lag eine Weiterentwicklung der Fußbodenheizung zu einer Totalraumheizung nahe, da man ja nur die Seitenwände mit noch mehr Abzugsschächten durchsetzen und diese mit dem Rohrsystem unter dem Fußboden verbinden musste. Besonders für Repräsentationsräume und Bäder lieferte diese Tubulatur der Wände die vollkommene Raumheizung schlechthin. Noch in republikanischer Zeit erfunden, lieferte dieser Heizungstyp ein wundervoll temperiertes Raumklima. Der Nutzungsgrad des Heizmaterials war optimal und dürfte an 80 Prozent herangekommen sein; Versuche in jüngster Zeit haben dies bestätigt. Diese Art zu heizen, war eine der Hauptvoraussetzungen für eine großzügige Verglasung der Fenster und Wandflächen und trug so zu den großen Fortschritten der Glaserzeugung bei.

Die Glaserzeugung hatte außer im Orient, wo sie schon über ein Jahrtausend bekannt war, ihre westlichen Zentren in Italien, Gallien und im germanischen Raum in Köln.

Seit der frühen Kaiserzeit beherrschte man in der Hohlglaserzeugung das Glasblasen kombiniert mit einem Formpressverfahren; durch bestimmte chemische Beigaben, vermochte man jetzt auch nahezu farbloses Glas mit hoher Lichtdurchlässigkeit herzustellen. Tafelglas wurde im Gussverfahren und in großen Mengen produziert. Bereits um das Jahr 30 gab es verglaste Gewächshäuser und große Fensterfronten in Thermen und Palästen. Auch für die kleineren Haushalte war Glas jetzt kein exotischer Luxusartikel mehr.

Um diese Zeit führten die Glashütten auch modernere Ofenkonstruktionen mit höherer Temperatur und besondere Abkühlöfen ein, um die Qualität zu steigern und den Ausschuss zu vermindern; besonders in Köln standen jetzt auch reinere Grundstoffe (Quarzsande) zur Verfügung. Die Kölner Hütten exportierten ihre Produktion, die künstlerisch einen sehr hohen Standard erreichte, in alle Länder des Imperiums.

Auf dem Gebiet der Keramik wurde vor allem die in und um Arezzo in Mittelitalien hergestellte "Terra Sigillata" zu einem Exportschlager. Form und Dekor dieser Ware besaßen höchsten künstlerischen Wert. Produziert wurde in einem aufwändigen Brennverfahren aus einer besonders behandelten Tonerde. Mehr Massenware wie z. B. Öllampen warfen die gallischen Manufakturen auf die Märkte. Da Keramik- und Glashütten ihre Produkte mit einem Firmenstempel versahen, haben wir heute dank der archäologischen Forschung ein recht deutliches Bild von den Produktions- und Exportaktivitäten.

Für die Kaiserzeit ergibt sich hier folgendes Bild:

1. Einen industriell betriebenen Maschinenbau gab es weder im hellenistischen Osten, woher Rom auf dem Gebiet der Technik sehr viel übernommen hatte, noch in Rom selbst.

2. Obwohl man eine ganze Reihe von Naturgesetzen kannte, blieb deren Anwendung auf dem Gebiet der Mechanik und Energietechnik deutlich hinter den Möglichkeiten zurück.

So wurde die theoretisch bekannte Dampfkraft gar nicht und die Wasserkraft nicht so genutzt, wie es hätte der Fall sein können. Auch mit dem Wind als Energiespender wusste man, außer in der Schifffahrt, nichts Rechtes anzufangen, sodass die nahe liegende Erfindung der Windmühle unterblieb; vor der Zeitwende war zwar die Wassermühle mit Zahnradübersetzung konstruiert worden, durchgesetzt hat sie sich jedoch nur recht langsam. Noch jahrhundertelang mahlte man Korn, auch wenn es sich um sehr große Mengen handelte, in Mühlen, die von Menschen oder Tieren angetrieben wurden. Obwohl das Wasserrad für Mühlen und Bewässerungsanlagen verwendet wurde, geschah dies bei Sägemühlen, Hammer- und Polierwerken nicht; auch hier wie bei der durchaus üblichen Teigknetmaschine der Bäckereien blieb es bei menschlicher bzw. tierischer Kraft, während man andererseits in Land- und Wasserfahrzeuge Meilenzählwerke einbaute, welche die Erfindung des Zahnradgetriebes raffiniert nutzten. In Gallien kam eine Art Mähmaschine bei der Getreideernte zum Einsatz, andere Getreideprovinzen kannten diese Erfindung wahrscheinlich gar nicht, obwohl der Mittelmeerraum damals eine bis heute nicht wieder erreichte zivilisatorische Einheit bildete.

Zu dieser eigenartigen Nachlässigkeit passt auch gut, dass römische Handwerker einerseits Möbel in erlesenster Einlege- und Furnierarbeit herstellen konnten, auf der anderen Seite jedoch nie ein Zuggeschirr für Pferde erfanden, das eine vernünftige Ausnutzung der Zugkraft erlaubt hätte. Man hat diesen Mangel an Methode beim Einsatz der Technik oft mit der Sklavenhaltung zu erklären versucht: Menschliche Arbeitskraft sei eben zu billig gewesen und habe weiter gehenden Maschineneinsatz überflüssig gemacht. Dieses Argument erklärt jedoch nicht alles, denn gerade zu einem Zeitpunkt, als Sklaven mehr als wohlfeil waren, setzte sich eine Reihe menschensparender Erfindungen durch.

Seit ca. 300 v. Chr. war das Prinzip der Schraube bekannt, doch ging es mit ihrer Anwendung nur langsam voran. Lange Zeit hatte man nur Holzschrauben, und vor Christi Geburt wurden sie für Ölpresse und Kelter verwendet. Erst in der Kaiserzeit kannte man dann auch Metallschrauben und -muttern; allerdings machte die Gewindefertigung große Schwierigkeiten. In der Großtechnik hat sich die Schraube überhaupt nur wenig durchgesetzt, wohl aber bei der Herstellung von Schmuck und medizinischen Instrumenten, wo schließlich auch ein sehr hoher Entwicklungsstand erreicht wurde: Antike Ärzte verfügten über hoch entwickelte Instrumentarien für Chirurgie, Gynäkologie, Urologie und Orthopädie; sie konnten Rekto- und Uteroskopien vornehmen, Knochenbrüche durch Schraubvorrichtungen schienen und mit Hilfe von Taschenwasseruhren vielleicht sogar Fieber messen.

Für die Zeitmessung gab es Sonnen- und Wasseruhren. Die Skala reichte hier von primitiven, nach groben Erfahrungswerten gefertigten Zeitmessern bis zu genauen, nach astronomischen Berechnungen gebauten Instrumenten, welche die jeweilige geografische Breite berücksichtigten und auch die Funktion eines astronomischen Kalenders erfüllten. Bei den Wasseruhren wurden sehr komplizierte Apparate entwickelt, die nach dem Prinzip der Wasserorgel die Stunden durch Pfeiftöne oder durch Zahnradübersetzungen auf einem Zifferblatt anzeigen konnten. Den Endpunkt dieser Entwicklung bildeten wohl wassergetriebene Planetarien. Die Entwicklung einer gewicht- oder federbetriebenen Uhr unterblieb jedoch.

Staat und Privatleute traten hier nebeneinander als Unternehmer auf. Besonders der Bedarf von Heer und Flotte veranlasste die Gründung staatlicher Unternehmungen, die in spätrömischer Zeit immer größeren Umfang annahmen und auf wichtigen Gebieten die Privatleute an die Wand drückten. Die größten privaten Fertigungskapazitäten fanden sich auf dem Gebiet der Keramik- und Glasherstellung. Der Produktionsprozess selbst erfuhr seit der hellenistischen Epoche keine großen technischen Neuerungen, wohl aber eine Reihe von Verbesserungen und Fortentwicklungen wie z. B. im Heizungsbau oder in der Metallverarbeitung durch die Verbesserung des Blasebalges. Teilweise wurde ein ziemlich hoher Grad an Arbeitsteilung erreicht, jedoch vermochten die zeitweise wirklich sehr billigen Sklaven den selbstständigen Handwerker nie zu verdrängen. Folglich gab es auch keine Fabriken in modernem Sinn, sondern nur größere Manufakturen, in denen jedoch eindeutig handwerklich, wenn auch schon an großen Werktischen für Serienproduktionen gearbeitet wurde.

Betrachtet man rückschauend das Feld Römische Technik, so wird klar, dass die Römer zumindest in der Kaiserzeit zu glauben anfingen, in der technisch besten aller Welten zu leben; damit fehlte ihnen der Antrieb, nachdrücklich und methodisch auf technische Neuerungen zu sinnen. Logischerweise unterblieb deshalb der Schritt zu einer Industrialisierung, wie sie erst ein Jahrtausend später nachgeholt wurde.