Die Entwicklung von Maschinen und Werkzeugen zur Holzbearbeitung

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Feuerquirl

Man nimmt an, dass der vorgeschichtliche, primitive Mensch zum Feuermachen sich des sogenannten Feuerquirls bediente. Dieser Feuerquirl, auch Feuerbohrer genannt, bestand aus einem runden Holzstab, der durch Reibung zwischen den Händen hin und her gedreht wurde. Die Spitze des Quirls steckte in der Vertiefung eines anderen Holzstückes, in dem sich brennendes Material (Zunder oder Feuerschwamm) befand. Durch die Reibung von Holz an Holz entstand Hitze, die den Brennstoff entzündete.

Fiedelbohrer

Mit der Zeit gelang es dem sich zur Intelligenz entwickelnden vorgeschichtlichen Menschen, eine Erfindung zu machen, die von einer ungeheuren Bedeutung für die Entwicklung der Menschheit überhaupt wurde. Um den bis dahin mit der Hand zu drehenden Quirl schneller und leichter drehen zu können, kam der vorgeschichtliche Mensch auf den Gedanken, seinen Jagdbogen zu Hilfe zu nehmen, indem er die Schnur des Bogens einmal um das sich drehenden Bohrstück herumschlang und dann am anderen Ende des Bogens wieder befestigte. Das Bohren mit diesem Fiedelbohrer stellt wahrscheinlich den ersten mechanischen Arbeitsgang der Menschheit überhaupt dar. Zum ersten Mal wird ein Werkzeug nicht mehr mit der Hand, sondern mittels einer besonderen Vorrichtung in Drehbewegung gebracht. Es war nun möglich, mit der durch den Fiedelbohrer frei gewordenen Hand einen Druck auf den senkrecht stehenden Bohrer auszuüben und vor allem eine raschere Drehbewegung zu erzielen.

Vom Drillbohrer zur Drehbank

Im Drillbohrer, der in einer Bohrkappe gelagert ist (damit Druck ausgeübt werden kann), ist das Prinzip der Drehbank fertig enthalten: man brauchte den Bohrer nur horizontal zu lagern. Trotzdem hat es lange gedauert, bis es zum Bau der Drehbank kam. Das ganze zweite Jahrtausend v. Chr. hindurch hat man z. B. in Ägypten die Möbelfüße und die Holzgefäße noch geschnitzt.

Drehen ist seit über 3500 Jahren bekannt, von der einfachen Holzdrechslerei bis zum modernen Ingenieurwesen. Bereits 1500 v. Chr. benutzen die Ägypter einfache Drechselbänke. Die Holzdrehbank ist fraglos die älteste Maschine.

Die industrielle Revolution

Ab etwa 1800 wurden aus den vorindustriellen Drehbänken und Bohrwerken echte Werkzeugmaschinen mit einem Werkzeug, das durch die Maschine geführt wurde und nicht mehr durch den Menschen, sowie mit Antrieben, die auf Dampfkraft basierten und nicht mehr auf Muskelkraft oder Wind- und Wassermühlen. Von besonderer Bedeutung für die Industrialisierung waren die Drehmaschinen für die Fertigung zylindrischer Objekte wie Achsen, Wellen, Bolzen, Spindeln oder Schrauben.

Für die meisten bekannten spanenden Fertigungsverfahren wurden entsprechende Maschinen entwickelt. Die wichtigsten waren neben den Drehmaschinen die Bohrmaschinen, die Hobelmaschinen zur Herstellung von ebenen Flächen und Profilen, die mit Dampfkraft angetrieben wurden. Die Fräsmaschine ermöglichte dagegen mit dem Fräsen ein vollkommen neues Verfahren, das sich für ähnliche Aufgaben wie das Hobeln eignete.

Erstmals den Dampf als Antriebskraft für eine Holzbearbeitungsmaschine zu nutzen, das gelang fast zur gleichen Zeit in den USA und in England. Der amerikanische Ingenieur und Fabrikbesitzer Oliver Evans (1755 bis 1819) verband 1802 in Philadelphia eine Dampfmaschine mit einem Sägegatter. In Europa war es eine Hobelmaschine, die als erste Holzbearbeitungsmaschine mit Dampfkraft angetrieben wurde. Sie stand 1802 im königlichen Zeughaus zu Woolwich und diente dort zur Herstellung von Geschützlafetten. Woolwich, damals noch ein Londoner Vorort, gehörte zu den Zentren des englischen Schiffbaus.

Hobelmaschine zur Oberflächenbearbeitung des Schnittholzes in Dampfsägewerk

 England als Wegbereiter der industriellen Holzverarbeitung

Wer der Erfinder der Kreissäge ist bis heute unbekannt geblieben. Sie könnte aber auf ein Patent von Samuel Miller vom 5. August 1777 zurückgehen. In dieser Patentschrift heißt es: „Die Maschine, welche die Kraft liefert, ist eine horizontale Windmühle …. Die aufrecht stehende Welle überträgt ihre Bewegung auf eine horizontale Welle. Diese letztere hat ein großes Rad, um welches herum eine Kette läuft, die sich über ein kleineres Rad fortsetzt. Durch das kleinere Rad geht ein viereckiger Eisenbarren, welcher die Sägen trägt, die von einer kreisförmigen Gestalt sind … „ In England zählte die Kreissäge bereits zu Beginn des 19. Jahrhunderts zur Standardausrüstung in der Holzverarbeitung.

Auf Samuel Bentham (1757 bis 1831), der in den Woolwicher Werften das Holzhandwerk von Grund auf erlernt hatte gehen ungezählte Ideen für neue maschinelle Lösungen in der Holzbearbeitung zurück. Unter seinen nach Dutzenden zählenden Erfindungen befindet sich auch der früheste Vorschlag zur Verwendung rotierender Schneidmesser. Damit hatte er den Fräser erfunden.

Die 1792 von Bentham in London eingerichtete Maschinenfabrik war der erste Spezialbetrieb der Welt für den Bau von Holzbearbeitungsmaschinen. Dort wurden Maschinen für alle Grundoperationen der Holzbearbeitung gebaut, einschließlich Hobel-, Fräs-, Falz-, Nut-, Stemm- und Sägemaschinen. Es wurden bereits komplizierte Fensterrahmen oder auch kunstvolle Wagenräder produziert, ohne dass etwas an Handarbeit erinnerte.

Henry Maudslay (1771 bis 1831) war Maschinenbauer und einer der besten Metallarbeiter Englands. Er leitete die Standardisierung der Schraubenabmessungen in die Wege und fertigte ein Messgerät an, das Arbeitsgenauigkeiten von 1/10000 Zoll zuließ und er gilt als Erfinder des Supports und als Schöpfer der ersten selbsttätigen Drehbank.

Marc Isambard Brunel (1769 bis 1849), der Erbauer des Themsetunnels, war wohl der bedeutendste Konstrukteur von Sägewerksmaschinen zu jener Zeit. Der gebürtige Franzose kam 1799 nach England, weil nur hier die Verwirklichung seiner kühnen Projekte möglich war.

Erste Produktionsstätte zur Massenherstellung von Fertigerzeugnissen aus Holz in England

Das erste große Werk gemeinsamer Ingenieurtätigkeit dieser drei Wegbereiter der industriellen Holzverarbeitung war eine Fabrik zur Massenproduktion von Seilkloben (hölzerne Rollen in sehr unterschiedlicher Form und Größe) für die Schiffe der englischen Marine in Portsmouth. Sie entstand 1803 bis 1806. 43 bis ins Detail ausgeklügelte Spezialmaschinen, darunter verschiedenartige, dem jeweiligen Verwendungszweck angepasste Kreissägen, Kronensägen, Stemmmaschinen, Drehmaschinen, Fräs- und Bohrmaschinen, übernahmen in einer Vielzahl miteinander verketteter Arbeitsstufen die Umformung des Rohholzes in die komplizierte Form der Seilkloben. Hatten zuvor 110 erfahrene Facharbeiter mit Handwerkzeugen 140000 Seilkolben für die britische Marine produziert, so schafften es jetzt 10 ungelernte Arbeiter mit den neuen Maschinen.

Nur kurze Zeit später errichteten die drei im südöstlichen England die sogenannte Chathamer Dampfsäge. Sie galt über die folgenden Jahrzehnte hinweg als Muster für andere Projekte dieser Art. Acht Sägegatter in Ganzmetallkonstruktion und mit dampfgetriebenen Kränen und Winden für den Transport der Stämme und Sägeblöcke das „Herzstück“ dieser Schnittholzfabrik.

Die Bandsäge ist die historisch jüngste der drei klassischen Holzsägemaschinen. Von der ersten erfinderischen Konzeption einer „Säge ohne Ende“ von W. Newberry bis zur Eignung dieses neuen Funktionsprinzips sollten nahezu siebzig Jahre der Entwicklung vergehen.

1811 hat der Konstrukteur Charles Hamond ein Patent auf Walzen als Vorschubelement für Gatter und Kreissägen erhalten. Sein Vorschlag fand jedoch vorerst an Hobel- und Fräsmaschinen praktische Anwendung. Dort bald mit großem Erfolg. Denn die ausgezeichnete Leistung, die die damals bekannte „Woodworth-Hobelmaschine“ erreichte, wurde auf den Walzeneinzugsmechanismus zurückgeführt.

…. und im restlichen Europa?

Alle anderen Länder – mit Ausnahme von Frankreich – blieben von diesem gewaltigen technischen Fortschritt zunächst unberührt. Erst ab ca. Mitte des 19. Jahrhunderts setzten sich die technischen Errungenschaften aus England auch im übrigen Europa durch und es begann auch da die industrielle Holzverarbeitung mit Dampfantrieb.

Erst als ab 1880 Stromnetze aufgebaut wurden, stand elektrische Energie zum Antrieb von Motoren zur Verfügung und Maschinen kamen auch im Handwerk zum Einsatz.

Diese Mechanisierung des Handwerkes veränderte die herkömmliche Arbeitsweise wesentlich. Wie und was gefertigt wurde konnte der neuen Technik angepasst werden.

Werkzeuge

Die Entwicklung von Werkzeugen fand gleichzeitig zu den Weiterentwicklungen der Maschinen statt, oft waren auch Werkzeuge deren Treiber.

Wie zuvor beschrieben gehörten Kreissägemaschinen bereits um 1800 zur Standardausrüstung in der Holzverarbeitung. Das Problem der Kreissägen war jedoch, dass mit zunehmenden Durchmesser die Stabilität der Säge verloren ging. Das führte im gesamten 19. Jahrhundert zu immer neuen schöpferischen Aktivitäten.

Parallel zu diesen Arbeiten wurden die Legierungen der Werkzeugstähle und die Verfahren der Werkzeugherstellung ständig verbessert. So konnte der englische Ingenieur Henry Bessemer 1862 ein Kreissägeblatt, ganz aus einem Stück, mit einem Durchmesser von 2,13 m präsentieren.

Als Werkzeuge kamen auch geschmiedete Bohrer und Messer zum Einsatz. Zum Fräsen verwendete man Holzgrundkörper auf denen Messer befestigt wurden. Es gab sowohl Massivwerkzeuge als auch Messerköpfe mit auswechselbaren Schneidelementen.

Ab 1876 fertige Leitz Bohrer und Messer und 1910 erhielt Leitz das erste Patent für ein maschinell eingesetztes Fräswerkzeug.

Quelle: Historische Bilder und Texte VEB Fachbuchverlag Leipzig „Vom Steinbeil zum Sägegatter“. https://bernhard.nepelius.at/tipps-anleitungen-geschichte/geschichte-drechslerei/