„Für bestimmte Anwendungsgebiete best geeignete Werkstoffe…finden“

NTM Zeitschrift für Geschichte der Wissenschaften, Technik und Medizin, Feb 2011

The focus of this essay is on substitute materials, particularly the research on substitute metals. The two periods of autarky in Germany were of primary influence on this field. Engineers and construction engineers proved most important in this context despite inter-institutional cooperation between the disciplines of metals research, materials testing, and technical mechanics. Engineers had to solve construction problems respecting the materials used and to analyse components in terms of economic efficiency. However, the research on substitute metals not only meant the substitution of one substance for another. It also implied economizing and recycling scarce materials. These activities required tacit knowledge. Engineers succeeded to some degree but the German war economy paid a high price for it. Each technical system demanded a case-specific approach. Typically a loss of effectiveness, reliability and durability of the products containing substitutes had to be taken into account.

A PDF file should load here. If you do not see its contents the file may be temporarily unavailable at the journal website or you do not have a PDF plug-in installed and enabled in your browser.

Alternatively, you can download the file locally and open with any standalone PDF reader:

https://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2Fs00048-010-0044-z.pdf

„Für bestimmte Anwendungsgebiete best geeignete Werkstoffe…finden“

Zur Praxis der Forschung an Ersatzstoffen fr Metalle in den deutschen Autarkie-Phasen des 0 1 . Jahrhunderts 0 1 Gnther Luxbacher 0 1 0 Schlsselwrter: Technikgeschichte, Kriegswirtschaft, Ersatzstoffe, Metallforschung, Erfahrungswissen 1 ''Detecting the Most Suitable Materials for Certain Applications' . The Practice of Substitute Metals Research in the Phases of German Autarky during the 20 The focus of this essay is on substitute materials, particularly the research on substitute metals. The two periods of autarky in Germany were of primary influence on this field. Engineers and construction engineers proved most important in this context despite inter-institutional cooperation between the disciplines of metals research, materials testing, and technical mechanics. Engineers had to solve construction problems respecting the materials used and to analyse components in terms of economic efficiency. However, the research on substitute metals not only meant the substitution of one substance for another. It also implied economizing and recycling scarce materials. These activities required tacit knowledge. Engineers succeeded to some degree but the German war economy paid a high price for it. Each technical system demanded a case-specific approach. Typically a loss of effectiveness, reliability and durability of the products containing substitutes had to be taken into account. - Besondere Aufmerksamkeit verdient die industrielle Rohstoffversorgung in Deutschland in den beiden Perioden relativer Autarkie von 1914 bis 1919, also der Zeit des Ersten Weltkriegs einschlielich der alliierten Blockade, sowie der Zeit der nationalsozialistischen Autarkiepolitik vor und wahrend des Zweiten Weltkriegs von 1933 bis 1945. Auf diese historischen Zeitraume sowie auf industrielle Roh- und Werkstoffe, insbesondere Eisen und Stahl sowie Nichteisen-Metalle konzentriert sich dieser Beitrag. Bereits die Warenkunde wie die Betriebswirtschaftslehre um 1900 sahen in den gewerblichen Roh- und Werkstoffen einen aus technisch-okonomischer Sicht systematisch zu untersuchenden Gegenstand (Luxbacher 2001). So fuhrte Andreas Voigt, Inhaber des volkswirtschaftlichen Lehrstuhls an der Universitat Frankfurt a. Main, die Begriffe der ,,Stoffokonomie, der ,,Stoffersparnis und des ,,Nutzungsgrads der Stoffe in seine ,,Technischen O konomik als eigene Kategorien ein (Voigt 1912: 257, Zachmannn 1995). Er war damit einer der ersten, wenn nicht gar der erste Wissenschaftler, der die Frage von Wirkungsgrad und Wertgrad unter den Aspekten der Technologie, Werkstoff und Rohstoffpreisen analysierte. Gerade in Deutschland war die Kluft zwischen hohem, industriell bedingtem Rohstoffverbrauch bei gleichzeitig groer Importabhangigkeit besonders deutlich. Es ist daher davon auszugehen, dass der Energie- und Stoffwirtschaft in Deutschland ein hoher Stellenwert zukam. Die Problematik beschaftigte jedoch auch Deutschlands industrielle Konkurrenten. Der englische Auenminister Samuel Hoare unterschied 1935 zwischen den ,,haves und den ,,have nots, also den Landern mit und jenen ohne weitgehender Selbstversorgungsmoglichkeit (Bauer 1939: 9-15, Hildebrand 1969: 371). Auch Werner Sombart hat auf die Bedeutung der Sicherung des Rohstoffbezugs fur die modernen imperialen Industriestaaten des 19. Jahrhunderts hingewiesen, der oft Vorrang vor der Sicherung von Absatzmarkten eingeraumt worden sei (Sombart 1987: 70). Joachim Radkau wies in seinem U berblickswerk Technik in Deutschland auf die ,,Dynamik der Sparsamkeit hin, die in dem deutschen Sparsamkeitsgebot und der Rationalisierungsbewegung ihren Hohepunkt gefunden hatte (Radkau 1989: 107114, 277, 287 f.). Helmut Maier macht deutlich, dass die kriegswirtschaftlich motivierte Substitution von Sparmetallen wahrend der NS-Zeit Bestandteil interdisziplinarer Forschungsvorhaben war (Maier 2007: 1066-1070). Eine Rohstofforganisation zur Durchsetzung eines blockadefesten, das heit autarken Staats wurde erst nach Beginn des Ersten Weltkriegs ins Leben gerufen (Burchardt 1968). Die Kriegsrohstoffabteilung im Preuischen Kriegsministerium verfugte anfangs uber funf Mitarbeiter wahrend bei Kriegsende 2.500 Personen dort tatig waren. Sie reprasentierte damit das zentrale Lenkungsorgan der deutschen Kriegswirtschaft (Rathenau 1916, Pleich 1918: 110-151, Wiedenfeld 1936). Diese sowie ahnlichen Zwecken dienende Behorden verwalteten den kriegsbedingten Materialmangel. Daruber hinaus verpflichteten sie andere Institutionen zu vergleichbaren Manahmen. Auch die naturwissenschaftlich-technische Forschung konzentrierte sich auf Arbeiten, welche die kurze Rohstoffdecke strecken sollten. Neben das Forschungsziel Materialeinsparung traten Untersuchungen zum Wiederverwerten und Ersetzen knapper Stoffe. Wissenschaft und Forschung, so zeigen manche historiographische Befunde, stellten sich in den Dienst einer kriegsbedingten ,,Ersatzstoffkultur (Wengenroth 2002: 59) oder auch ,,substitute economy (Lesser 1989: IX, 2, 5, 36). Nun wurden in der Technikgeschichte schon immer Stoffe durch andere, leistungsfahigere, beispielsweise Umwelt und Gesundheit zutraglichere ersetzt, ahnlich wie alte Technologien durch neue abgelost wurden. In einigen Spezialfallen wurden bereits im 19. Jahrhundert die Begriffe ,,Ersatz (z. B. Grouven 1873), ,,Ersatzmittel (z. B. Frech 1847) oder ,,Ersatzstoff (z. B. Hoyer 1887) verwendet. Doch nur wenige dieser Vorschlage wurden im 19. Jahrhundert in nennenswertem Mastab realisiert. Ein wichtige Ausnahme stellte die Industrie synthetischer Farbstoffe dar (Reinhardt 1997). Erst die Ausnahmesituation des Ersten Weltkriegs mit einer Importblockade bisher unbekannten Ausmaes veranderte die Situation grundlegend. Von diesem Zeitpunkt an waren strategische industrielle Basismaterialien fur Deutschland auf dem Weltmarkt zu keinem Preis mehr beschaffbar. Nun wurde der Begriff der ,Ersatzstoffe in Verbindung mit dem Stoffsparen popular. Substitute wurden nun flachendeckend und rasch, an konkreten Stellen und unabhangig von dem dafur bezahlten Preis benotigt. Ersatzstoffforschung ist daher als Gesamtheit all jener naturwissenschaftlichen, technischen und okonomischen Untersuchungen zu verstehen, die helfen sollten, die politische beziehungsweise kriegsbedingte Knappheit an gewerb lichen Stoffen zu lindern.1 Der Chemie-Ingenieur Heinrich Makelt definierte den Begriff ,Ersatzstoff 1921 folgendermaen: [E]in relativer, von den wirtschaftlichen Verhaltnissen abhangiger Begriff, insofern als in einem bestimmten Falle zwei Metalle oder uberhaupt Stoffe einander vertreten konnen, je nachdem ob der eine oder der andere billiger und leichter beschaffbar ist, bis zu einer gewissen Grenze auch ohne Rucksicht auf ihre Eignung (Makelt 1921: 191 f.). In der Literatur kann man lesen, dass eine derartige Ersatzstoffforschung alleine in Deutschland epochenubergreifend Platz gegriffen hatte (Wengenroth 2002). Aber auch auf alliierter Seite gab es wahrend beider Weltkriege, wenn auch in geringerem Ma, staatlich gesteuerte Ersatzstoffforschungen. (Smith 1919: 337-360). Zudem orientierten sich im Jahrzehnt nach dem Ersten Weltkrieg alle westlichen Marktwirtschaften zunehmend am Leitbild des freien Welthandels. Dieser Umorientierung folgte die einschlagige naturwissenschaftlich-technische Forschung, welche die nationalen, kriegswissenschaftlich motivierten Ziele nach und nach verlie. Das gilt auch fur die Weimarer Republik, die ab Mitte der 1920er Jahre eine stark exportorientierte Wirtschaftspolitik verfolgte (Schulz 1997: 69-71, Buchheim 2002), deren international ausgerichtete Werkstoffpolitik und Werkstoffforschung auch offentlichkeitswirksam kommuniziert wurde (Luxbacher 2006). Bislang wurden die Voraussetzungen, Bedingungen, Probleme, Losungsansatze und Erfolge der Ersatzstoffforschung im 20. Jahrhundert noch nicht systematisch untersucht. Auch auf U berblickswerke zum Roh- und Werk stoffmanagement in den beiden behandelten Zeitabschnitten kann nicht zuruckgegriffen werden. In einigen Studien wurde zumindest auf Beispiele verwiesen (Petzina 1968: 96-109, Teichert 1984: 181 f., 247, van de Kerkhof 2006). In den meisten historischen Untersuchungen wird die Ersatzstoffforschung naturwissenschaftlich orientierten Institutionen wie der KaiserWilhelm-Stiftung fur kriegstechnische Wissenschaften, den Instituten der Kaiser-WilhelmGesellschaft oder der universitaren Forschung (Rasch 1991, Marsch 2000: 326, 426) und damit verbundenen naturwissenschaftlich-technischen Forschungsverbunden zugeordnet (Maier 2007: 419-440, 1066-1070, Luxbacher 2004, 2007, 2010, Flachowsky 2008: 257-259, 322-326). Der vorliegende Beitrag verfolgt einen neuen Ansatz. Er orientiert sich vorrangig an der Frage nach dem Charakter der deutschen Metall-Ersatzstoffforschung in seiner technischen und betrieblichen Praxis. Aus arbeitsokonomischen Grunden beschrankt er sich vorerst auf gedruckte Quellen. Zunachst ist nach den Zielen und Strategien einer industriellen Werkstoffpolitik in Deutschland in den beiden Autarkieperioden zu fragen. Dann werden die wichtigsten Personen, Institutionen und Ansatzpunkte beleuchtet. Schlielich wird auf der Ebene konkreter Produkte dargestellt, welche Werkstoffe wie eingespart und ersetzt wurden. Es sei vorweggenommen, dass die Forschung an Ersatzstoffen mehr war als das Zuchten von Stoffen bestimmter Eigenschaften. Denn die A nderung einer Materialpalette zog tiefgreifende Folgen in den Bereichen Konstruktion, Entwicklung, Erprobung, Gebrauchswert und Nutzung nach sich. Institutioneller Rahmen im Ersten Weltkrieg Die einschneidenden staatlichen Manahmen zu Beginn des Ersten Weltkriegs und wahrend der NS-Zeit sind vielfach als ,,Zwangswirtschaft oder ,,gelenkte Wirtschaft beschrieben worden (Petzina 1968: 153-180, Kahn 2006: 17-25, 417-420, 442-446). Als zentrale Stellen staatlicher Rohstofflenkung fungierte im Ersten Weltkrieg die Kriegsrohstoffabteilung des Kriegsministeriums (KRA). Noch 1914 wurden auch die Ingenieure in das staatliche Roh- und Werkstoffmanagement einbezogen. Als erstes und vielleicht prominentestes Beispiel dafur gilt im Bereich der chemischen Industrie das sogenannte ,,Salpeterversprechen2 durch Carl Bosch (Szollosi-Janze 1998: 283-289). Die Bereitstellung von Ressourcen fur die Erforschung von Stoffeinsparmoglichkeiten und Ersatzstoffen lag prinzipiell nicht im wirtschaftlichen Interesse der metallerzeugenden und -verarbeitenden Industrie. Falls sie sich nicht selbst dazu motivierte, musste sie von staatlichen Stellen dazu angehalten werden. Eine Aufzahlung aller Verordnungen der KRA fullte vier eng bedruckte Seiten eines Buchs, das nach dem Ersten Weltkrieg vom Mitarbeiter der staatlich kontrollierten Metallfreigabestelle, Arthur Kessner, herausgegeben wurde (Kessner 1921: 25 f.). Die Metallfreigabestelle diente dem Zweck, Gutachten zur Verwendung von Ersatzmetallen sowie entsprechende Freigabeantrage zu verfassen und ,,die Industrie zur Verwendung von Ersatzmetallen mehr und mehr zu erziehen (Kessner 1915: 3). Sie war im Berliner Haus des Vereins Deutscher Ingenieure untergebracht und wurde von dem im Verein Deutscher Ingenieure (VDI) verankerten Maschinenbauprofessor an der Technischen Hochschule Berlin-Charlottenburg, dem Geheimen Regierungsrat Otto Kammerer, geleitet (Rurup 1979: 278, Ludwig/Konig 1981: 272). Kammerer standen in der Metallfreigabestelle mehrere Chemiker und Ingenieure zur Verfugung (Kessner 1915: 3). Es war also nicht die Industrie selbst, sondern die Metallfreigabestelle, welche die Grundung und Kooperation von Metallberatungs- und Verteilungsstellen in den einzelnen Industriezweigen vorantrieb.3 So bedauerte der mit Ersatzstoffarbeiten betraute Maschinenin genieur Georg von Hanffstengel, dass der Ersatz kupferner Armaturen durch eiserne, ,,nur sehr ungern und zogernd in Angriff genommen worden sei.4 Eine ganze Reihe von Industrien wehrte sich offen gegen die staatlichen Zwangsmanahmen und die Verwendung daraus resultierender, weitgehend unsicherer Substitute (Leiser 1921: 170). Das wesentliche Motiv der Industrie beim Werkstoffsparen und -ersetzen war wahrend des Ersten Weltkriegs nicht ein wirtschaftlicher Anreiz, sondern Nationalbewusstsein, staatlicher Druck und Strafdrohungen bei ,,Rohstoffvergehen (Maier 2002: 363, Kessner 1915: 2). Immer mehr Metalle mutierten im Kriegsverlauf zu ,,Sparstoffen und damit zu knappen Materialien (Maier 2002: 363-371, Dettmar 1916), im Gegensatz zu ,,Heimstoffen. Die Metallberatungs- und Verteilungsstellen arbeiteten ab 1915 Dringlichkeitsplane und Rangfolgen dieser knappen Metalle aus. Diese Listen anderten sich wahrend des Kriegsverlaufs immer wieder und wurden standig langer. Im April 1918 lautete die Liste in absteigender Reihenfolge der Knappheit: Industriediamanten, Platin, Wolfram, Molybdan, Vanadium, Silber, Nickel, Zinn, Quecksilber, Kupfer, Chrom, Qualitatsgraphit, Aluminium, Antimon, Blei und Zink. Es wurde als Erfolg verbucht, wenn man einen Stoff mit niedriger Nummer durch einen Stoff mit hoherer Nummer ersetzen konnte. Als noch groerer Erfolg galt, wenn es gelang ihn durch Heimstoffe zu ersetzen: Stahl und Eisen, amorpher Graphit, Hartholz, Hartpapier, Pappe, Glas und Steinzeug. Sparmetalle wurden ausschlielich auf der Basis von amtlich genehmigten Beleg- oder Freigabescheinen ausgegeben. Dafur war der Nachweis der Unersetzlichkeit der Materialien zu erbringen beziehungsweise der Nachweis uber eine Kriegsnotwendigkeit (Kessner 1921: 29-31). Die Appelle an die Industrie, Freigabeantrage fur Sparstoffe erst nach sehr grundlicher Prufung von dafur moglicherweise geeigneten Heimstoffen zu stellen, wurden immer dringlicher. Mitunter empfahlen die staatlichen Beauftragten der Industrie, sogar dann Ersatzstoffe zu nutzen, wenn eine geringere Lebensdauer und Wirtschaftlichkeit zu erwarten war. Im Zweifel sollte man eine Vorprufung durch Spezialisten des Industrieverbandes vornehmen lassen (ebd.: 32). Georg von Hanffstengel berichtete 1916 vor dem VDI Karlsruhe uber die vordringlichsten Probleme. An erster Stelle stunde Kupfer, vor allem in seinen Legierungen mit Zink als Messing und Rotguss sowie mit Zinn als Bronze. Diese wurden vor allem fur Maschinenlager und -getriebe benotigt. Hanffstengels Referat lasst sich entnehmen, dass den Anregungen der Beratungsstellen vor allem eine intensive Gebrauchswertforschung zugrunde lag. Ziel war die Verwendung des unter kriegswirtschaftlichen Bedingungen jeweils am leichtesten greifbaren Stoffes, der gerade noch den jeweiligen technischen Anforderungen entsprach. So regte Hanffstengel an, das Sparmetall Messing zu verwenden, wenn es moglich sei, damit noch schwieriger zu beschaffende Metalle, wie etwa reines Kupfer, zu ersetzen. Dies sei etwa bei bestimmten chemischen Einflussen moglich. Hanffstengel riet dazu, das Vernickeln durch das Verkobalten zu ersetzen, obwohl dies ,,erheblich teurer sei (Hanffstengel 1916: ohne Seitenangabe). Sein Vortrag verdeutlicht, dass bei der Frage des Werkstoffersatzes weniger der okonomische Vorteil als vielmehr die kriegswirtschaftliche Notwendigkeit im Vordergrund stand. Institutioneller Rahmen in der NS-Zeit Die institutionellen Organisationsmuster aus dem Ersten Weltkriegs kehrten wahrend der Zeit des Nationalsozialismus wieder. Auf juristisch-wirtschaftspolitischer Seite war es anstelle der KRA nun die staatliche VierjahresplanAgentur ,,Reichsamt fur Wirtschaftsausbau. Hinzu kamen zahlreiche Reichsstellen wie die Reichsstelle fur Metalle, die etwa fur den Maschinenbau und die Elektroindustrie detailliert und verbindlich festlegte, welche Metalle nur noch bedingt, fur welche Einsatzzwecke, und welche gar nicht mehr verwendet werden durften (Eberhardt 1938, Arbeitsgemeinschaft zur Forderung der Elektrowirtschaft 1944). Abermals erteilte der VDI Ersatzstofflektionen. Der Zweck dieser Veranstaltungen lag darin, so Hans Herttrich, Ingenieur bei der Reichsstelle fur Metalle, ,,der Welt den Erfolg der Losung unserer Rohstoffprobleme als Beispiel unbeirrbarer Ingenieurarbeit nachzuweisen. (vgl. Maier 2007: 921). Dabei kooperierte der VDI, wie schon wahrend des Ersten Weltkriegs, mit einer Reihe staatlicher Organisationen wie der Reichsstelle fur Metalle, dem Reichsminister fur Bewaffnung und Munition sowie dessen Sparkommissaren, dem Bevollmachtigten fur die Maschinenproduktion und den Wehrkreisbeauftragten (Herttrich 1940: 1-4). Auch hier stand wieder ein enges Geflecht staatlicher und privater Institutionen mit Ingenieuren im Zentrum staatlicher Werkstoffpolitik. Bestes Beispiel dafur ist Georg Hanffstengel, der wahrend der Weimarer Republik mit ganz anderen Aufgaben betraut war, nun aber wieder in der Ersatzstofffor schung tatig wurde.5 So gab er ab 1936 die Schriftenreihe Ingenieurfortbildung heraus, in der 1937 ein Band von Heinrich Burgel uber Deutsche Austauschwerkstoffe erschien (Burgel 1937). Gemeinsam fassten sie die im Sinne der nationalsozialistischen Autarkiepolitik zu ergreifenden Manahmen folgendermaen zusammen: sparsamste Bewirtschaftung der vorhandenen deutschen Rohstoffvorrate, Verbesserung der Gewinnungsverfahren durch Vermeidung von Rohstoffverlusten, Einfuhrung neuartiger, Abfall sparender Produktionsverfahren und starkere Nutzung von ,Heimstoffen beziehungsweise ,Reichsstoffen. Bei letztgenannter Manahme sollten die bisher benutzten Werkstoffe unter weitestgehender Vermeidung und Einsparung devisenpflichtiger Auslandsstoffe planmaig veredelt und hoch gezuchtet werden. Gleichzeitig warnten sie jedoch vor einer ,,U berspannung der Sparmaahmen, da dann eine ,,Guteminderung der deutschen Maschinen drohe und dies ,,zu einer Schadigung des Ansehens der deutschen Technik fuhren konne (Hanffstengel/Burgel 1937: Vorwort). Der wichtigste Weg, so das Fazit der beiden, bestunde jedoch darin, ,,neue deutsche Werkstoffe zu schaffen. Diese mussten ,,ebenso gut, wenn nicht besser sein, als die bisher benutzten, so da bei ihrer Verwendung keine Guteminderung, sondern eher eine Gutesteigerung eintritt (ebd.). Damit lagen sie vollig auf dem Kurs der offiziellen Propaganda zum Vierjahresplan, welche die angeblich gleichwertige, wenn nicht uberlegene Qualitat ,,deutscher Werkstoffe verkundete (Adler 1939). Auch Herttrichs Hauptsorge galt, aufbauend auf den Erfahrungen des Ersten Weltkriegs, der hohen Produktqualitat. Er mahnte, dass bei der Umstellung auf ,,Austauschstoffe ,,stets die Gutefrage entscheidend sein musse (Herttrich 1940: 1). Im nachsten Satz deutete er das ganze Dilemma der Ersatzstoffforschung an: ,,Wo eine Guteminderung nicht zugelassen werden kann, soll die Umstellaufgabe neu gepruft werden. (Ebd.). Um den aus dem Ersten Weltkrieg negativ konnotierten Begriff ,Ersatzstoffe zu umgehen (Maier 2002: 359), forcierte die Vierjahresplanbehorde in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Werberat den Begriff des ,Austauschstoffes. An der Strategie anderte dies freilich nichts (Luxbacher 2006: 13). Ersatzstoffforschung als Forschung der betrieblichen Praxis Es bestanden also zahlreiche politische und okonomische Parallelen bei der Beschaffung industrieller Roh- und Werkstoffe zwischen den beiden Autarkiephasen. Davon ausgehend wird im Folgenden nach den wesentlichen Intentionen, Strategien und Orten der Ersatzstoffforschung beider Perioden gefragt. Den genannten Forschungen lag sowohl naturwissenschaftliches und technikwissenschaftliches als auch praktisches beziehungsweise Erfahrungswissen zugrunde. Das Kernproblem aber hatte politisch-okonomischen Charakter, namlich die Einsparung bestimmter Materialien bei der Herstellung technischer Produkte. Diese bestanden aus den verschiedensten, uber Jahrzehnte erprobten Werkstoffen. Jeder dieser Stoffe verfugte uber bestimmte Eigenschaften. Von diesen wussten die Konstrukteure und Maschinenbauingenieure aus Erfahrung, dass ihr Einsatz an bestimmten Stellen ublich vorteilhaft oder unbedingt notwendig war. Woruber sie jedoch kaum Detailwissen besaen, war das Verhalten eines Bauteils innerhalb der jeweiligen Konstruktion, wenn dieses aus einem anderen Werkstoff gefertigt worden war. Zwar hatten die Metallographie und Metallphysik sowie die Materialprufung und vor allem die technische Mechanik in der Zwischenkriegszeit groe Fortschritte gemacht. Doch zur Erforschung von Bauteilen aus ungewohnlichen Materialien beim Betrieb von Apparaten, Geraten und Maschinen hatte es wahrend der exportorientierten Weimarer Republik wenig Veranlassung gegeben. Anders in den beiden nach Autarkie strebenden Epochen. Betrachtet man das Geschehen in deren Produktionsstatten, zeigt sich, dass dabei das praktische und das Erfahrungswissen von essentieller Bedeutung waren. Nicht systemgebundene Produkte Am einfachsten waren Sparmetalle bei Gegenstanden des alltaglichen Gebrauchs zu ersetzen, die nicht den technischen Normen einer groeren Konstruktion oder eines Netzwerks folgen mussten. Essbesteck aus Messing, Neusilber oder sonstigen Nickel-Kupfer-Legierungen konnte durch Eisen blech mit einem U berzug aus Messing oder Zinn substituiert werden. Ein derartiges Vorgehen bei Konsumgutern benotigte vergleichsweise geringe werkstoff- oder konstruktionstechnische Expertise (Leiser 1921: 168-170). Auch bei Hand- und einigen Maschinenwerkzeugen waren Erfolge bei der Einsparung von Mangelmetallen zu verzeichnen. So zeigten zum Beispiel Untersuchungen, dass beim Schnellstahl ohne groere Qualitatseinbuen der bis dahin ubliche Wolframgehalt von 18 Prozent auf elf Prozent herabgesetzt werden konnte. Dafur musste in vielen Fallen ein Qualitatsausgleich durch Manahmen wie zusatzliche Harteverfahren oder Einhalten genauerer Temperaturvorgaben Schmelz- und Kuhlprozessen geschaffen werden (Verein Deutscher Ingenieure 1940: 37-39). Wesentlich schwieriger gestaltete sich das Werkstoffsparen und -ersetzen bei technischen Systemkomponenten. Bei Anzweigstutzen von Hochdruckleitungen wurden nur die besonders belasteten Bauteile in Rotguss belassen, der Rest in Pressstahl ausgefuhrt (vgl. Abb. 1). Doch selbst bei diesen relativ einfachen Modulen waren deshalb konstruktive Anderungen notig. Ahnlich in der Elektrotechnik. Zwar war Aluminium prinzipiell an Stelle von Kupfer als Leitungsmaterial einsetzbar. Doch mussten dazu zahlreiche fertigungstechnische und konstruktive Systemkomponenten umgestellt werden. So gab es Probleme bei der Verwendung von Aluminiumdrahten, die Kupfer ersetzen sollten, da bei den Montageverbindungsstellen mit anderen Materialien verstarkt Korrosion auftrat (Schwarz 1993). Ein defektes Bauteil konnte den Stillstand eines ganzen Systems verursachen. Nicht zuletzt aus diesem Grund wurde zur Zeit des Ersten Weltkriegs der Begriff ,Ersatzstoffe zunehmend negativ konnotiert (Maier 2007: 290, Luxbacher 2006: 9). Hinzu kam, dass das Angebot vieler als angeblich tauglich angebotenen Ersatzstoffe im Laufe der Kriegsjahre sogar fur ,,Sonderfachleute unubersehbar wurde: ,,Wenn auch in Fachzeitschriften viel uber Ersatzstoffe aller Art berichtet wurde, so fehlten doch meist die den Verbrauch in erster Linie angehenden Angaben uber ihre Bewahrung in der Praxis. (Kessner 1921: III). Wahrend des Ersten Weltkriegs nahm Otto Kammerer eigene metallographische Forschungen zu sparstofffreien Maschinen- und Eisenbahnlagern auf (ebd.: 107-110). Parallel dazu arbeitete der Versuchsstand im metalAbb. 1 Abzweigstutzen fr Hochdruckleitungen in Friedens- und Kriegsbauart. Rotguss (schwarz) wird nur noch an kritischer Stelle verwendet, ansonsten gebohrter Pressstahl (schraffiert). (Kessner 1921: 163, Abb. 98) lographischen Laboratorium des Eisenhuttenmannischen Instituts der Technischen Hochschule Berlin-Charlottenburg unter dem Metallographen Heinrich Hanemann und mit Georg Hanffstengel an der Minimierung von Lagerreibung. Wahrend Kammerer jedoch nach verallgemeinerbaren Phanomenen suchte, arbeiteten Hanemann und Hanffstengel praxisnaher. Sie fokussierten nicht nur auf den Werkstoff, sondern auch auf die Wechselwirkungen mit der jeweiligen konstruktiven Eigenart (Arten und Dauer der Belastung), deren Einsatzweise und Einwirkungen des jeweiligen Betriebsortes (wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit). Sie nahmen sich jede einzelne Lagerkonstruktion auf ihre Brauchbarkeit fur einen bestimmten Zweck hin vor (ebd.: 110-115). Betrug der Anteil des Sparmetalls Zinn in einschlagigen Lagermetallen vor 1914 zwischen 80 und 86,1 Prozent gegenuber dem Rest Heimstoffe, so drehte sich diese Prozentverhaltnis wahrend des Kriegs haufig zu Gunsten der Heimstoffe um (ebd.: 125). Derartigen Arbeiten entsprang etwa eine Legierung aus Blei mit funf Prozent Zinn, 15 Prozent Antimon und circa einem Prozent Kupfer. Ein solches ,,Einheitsmetall sollte fur Achslager von Guterzugwaggons verwendet werden. Aber erst umfangreiche praktische Erfahrungen zeigten, dass diese Legierung nur fur bestimmte Spezialanwendungen tauglich war (ebd.). Im Bereich der Elektrotechnik wurden im Dezember 1914 erste Kriegsverordnungen und Normalien durch den Verband deutscher Elektrotechniker (VDE) erlassen. Der ,Heimstoff Zink spielte dabei eine wesentliche Rolle als Ersatzstoff. Unter Federfuhrung des Generalsekretars des VDE, Georg Dettmar, wurden ,,Ausnahmebestimmungen wahrend des Krieges in funf Auflagen zwischen 1915 und 1918 zusammengestellt (Wronkow 1921: 42-54). Dabei spielten physikalische und chemische Analysen fur den Praktiker Dettmar kaum eine Rolle. Der magebliche Partner der Betriebsingenieure waren die Technikwissenschaften und in noch groerem Mae die Industrie (Kessner 1915: 546 f.). Betriebsingenieure und Konstrukteure hatten andere Sorgen, als die analytischen Ergebnisse zu binaren Legierungen oder Drei- und Vierstoffsystemen abzuwarten. Sie beschaftigte eine Vielzahl von Fragen zu denen unter anderem die Harte, die Plastizitat oder rationellere Produktionsmethoden gehorten (Kessner 1921: 104 f.). Zu den praktischen Problemen zahlten auch Neukonstruktionen von Systemkomponenten wie elektrische Isolatoren und Gestange aus Heimstoffen. Dabei stellte sich beispielsweise heraus, dass deren Einsatz ,,wesentlich hohere Kosten verursachte als bei Systemkomponenten, die auf Kupferleitungen ausgelegt waren (Wronkow 1921: 54). ,,Damit mussen wir uns aber in der Kriegszeit abfinden und ausdrucklich betonen, dass Wirtschaftlichkeit und Wirkungsgrad bei allen Ersatzstoffen etwas in den Hintergrund treten mussen. (Ebd.) Allenfalls interessierten sich Ingenieure fur bestimmte, die Leistungsfahigkeit von technischen Systemen beeintrachtigende naturwissenschaftliche Phanomene: so etwa fur den noch nicht verstandenen Skin-Effekt in Kupferleitern, der bei Eisenleitern noch verscharfter auftrat. Nur durch praktische Versuche und Erprobungen konnte man die Verluste in Grenzen halten (Wronkow 1921: 42-54). Obwohl nach dem Ersten Weltkrieg in der Metallkunde Fortschritte erzielt werden konnten, zeichneten sich auch in der NS-Autarkiepolitik ab 1933 strukturell vergleichbare Schwierigkeiten ab. Um Kupfer einzusparen, setzte man Cupal, einen kupferplattierten Aluminiumdraht, ein. Solche Drahte vereinigten in sich den Vorteil des geringeren Gewichtes mit denen einer aueren Kupferhulle, so dass der Skin-Effekt sich nicht mehr so negativ bemerkbar machte. Doch diese Technologie hatte ihren Preis. Die Aluminiumleitungen gleicher Leistung mussten wesentlich dicker ausgefuhrt werden als die kupfernen. Im Falle der stark miteinander vernetzten Systemkomponenten hatte dies massive Auswirkungen auf das gesamte elektrotechnische System ,, so dass bereits bei der Konstruktion entsprechend mehr Platz vorgesehen werden muss. (Verein Deutscher Ingenieure 1940: 40). Doch gerade Neukonstruktionen mussten unter Kriegsbedingungen vermieden werden, da sie zu viele materielle und geistige Ressourcen banden. Ahnliche werkstoffgerechte Um- und Neukonstruktionen waren auch in vielen anderen Bereichen des Maschinenbaus notig gewesen (Kessner 1940: 45-48). Daher waren Betriebserfahrung und Improvisationsfahigkeit im Allgemeinen wichtiger als im Labor und auf dem Prufstand gewonnenes Wissen. Die ungeahnte Komplexitt der Ersatzstoffforschung Die Komplexitat des Verhaltnisses zwischen Werkstofftechnik, Konstruktion und praktischem Betrieb bereitete der Werkstoffumstellung massive, teilweise vorher nicht bedachte Probleme. Jeder Werkstoff war ganz spezifischen Beanspruchungen ausgesetzt. Zusatzlich konnten diese Beanspruchungen je nach Gestalt der Bauteile und deren Zusammenwirken modifiziert werden. Wie Maier schreibt (2002: 378), scheint ,, jedes Umstellvorhaben seine eigene Biographie gehabt zu haben. Nachdem August Wohler bereits Mitte des 19. Jahrhunderts dynamische Bauteilbelastungen gemessen hatte, wurde in der Technischen Mechanik um 1900 damit begonnen, derartige Fragen zu messen und zu mathematisieren. Doch erst in der Zwischenkriegszeit begannen Maschinenwissenschaftler wie der an der Technischen Hochschule Darmstadt wirkende August Thum damit, diese Zusammenhange systematisch zu analysieren, allerdings zunachst fur die traditionell verwendeten Werkstoffe (Thum 1944). Wahrend der Zeit des Nationalsozialismus konzentrierte sich dann auch Thum auf die staatlich vorgeschriebenen Materialien. Doch die ,,Klarung der tatsachlich in den Maschinen auftretenden Betriebsbeanspruchungen und der tatsachlich im Betrieb zur Geltung kommenden Werkstoffeigenschaften entpuppte sich als gewaltiges Grundlagenforschungsprojekt weniger der Natur- als der Technikwissenschaften und letztlich der Werkstatttechnik. (Uhde 1941: 161). Zwar bemuhte man sich, einschlagige Messungen und Berechnungen zu generalisieren. Doch die Kombination von vielfaltigen Belastungsarten mit einer hohen Anzahl von Mutationen bei Konstruktionen machte Vorhersagen schwierig bis unmoglich. Die Versuche der Metallberatungs- und Verteilungsstelle zeigten, dass man sich dem Werkstoffproblem letztlich nur auf dem Weg des maschinentechnischen Experiments und Ausprobierens nahern konnte. Die technische Materie war zu vielschichtig und komplex, als dass auf allgemeinen Prinzipien beruhende Losungen gefunden werden konnten. Die jeweiligen Beanspruchungen und Betriebsbedingungen waren haufig nur fallbezogen fassbar. Das lasst sich auch daran erkennen, dass die ,,Drucksachen und die ,,Berichte der Metallberatungs- und Verteilungsstellen des Vereins Deutscher Maschinenund Anlagenbau (VDMA) gegen Kriegsende eine stattliche Reihe von Banden mit zahlreichen Einzelbeispielen umfassten.6 Ersatzstoffforschung bedeutete eher ein systematisches Ausprobieren und Beobachten von Spezialfallen in der Werkstatt als die Entwicklung bestimmter Legierungen oder die Manipulation von Kristallgittern im Labor. Die Kenntnis der Bauteilform und die auf sie wirkenden Lastkollektive sowie thermische und chemische Einflusse waren von groerer Bedeutung als die Prazisierung von Mikrostrukturen. Unter den in Frage kommenden Materialien galt es schlielich jene auszuwahlen, die den Anspruchen voraussichtlich gerade noch genugten. Eine weitere Moglichkeit bestand darin, die Konstruktion so zu andern, dass moglichst wenige Sparstoffmengen verbaut werden mussten. Ersatzstoffforschung erhielt dadurch unfreiwillig experimentellen Charakter mit dem ,,Zweck, fur bestimmte Anwendungsgebiete best geeignete Werkstoffe zu finden.7 Bei diesem Expe riment stellten Erkenntnisse der Materialprufung, der Metallographie und der Metallphysik nur einige von vielen Informationsquellen der Ingenieure dar. Georg von Hanffstengel resumierte: [Die] Einflusse sind unendlich mannigfaltiger Art, und das Verhalten der Metalle weist unter scheinbar ahnlichen Verhaltnissen so weitgehende Verschiedenheiten auf, da es wohl verstandlich ist, wenn man im Maschinen- und Apparatebau zunachst den Wunsch hatte, nach Moglichkeit bei den alten Baustoffen zu bleiben.8 Unterschiedliche Konzentrationsgrade, Temperaturen, Flussigkeitsbewegungen, Wasserqualitaten und dergleichen ,,fuhren oft zu Erscheinungen, die einander vollig zu widersprechen scheinen und ein Gefuhl der Unsicherheit gegenuber diesen Stoffen aufkommen lassen. Viele Ersatzstoffe, so Hanffstengel, seien etwa wegen des darin enthaltenen Zinks nicht so widerstandsfahig ,,und es ist daher nicht richtig, sie zu verwenden, wenn bestimmt mit einer ganz erheblich verkurzten Lebensdauer gerechnet werden mu, so da mehrere Stucke aus Messing statt eines Stuckes aus Bronze aufgebraucht wurden.9 Ahnliches zeigte sich beim Austauschen von Walzwerkslagern. Zinn und Kupfer sollten, so der mit Ersatzstoffen befasste Betriebsingenieur M. Leiser, fur ,,unmittelbare Kriegslieferungen bereitgehalten werden, weshalb die aus hochwertiger Bronze bestehenden Lagerschalen durch weniger wertvolle Stoffe zu ersetzen waren (Leiser 1921: 179). Umfangreiche Versuche wurden mit Zink- und Bleilegierungen, und sogar unterschiedlichen Holzsorten unternommen. In allen Fallen waren leidlich brauchbare Ergebnisse nur durch jahrelanges Sammeln praktischer Erfahrungen bei der Herstellung und im Betrieb zu erreichen. Die grundsatzliche Problematik bestand darin, je nach Lagerund Maschinenart das richtige Material zu finden und dieses richtig zu dimensionieren und zu formen, um es in die restliche Neu- oder Umkonstruktion einzupassen und eine gewisse Mindestbelastbarkeit und -haltbarkeit zu erreichen. Werkstoffgerechte Konstruktion und (bei Umbauten) deren Improvisation war gefragt. Manche Lager wurden gleichmaig belastet, andere waren beispielsweise schweren Stoen ausgesetzt. Leichte, mittlere und schwere Walzstraen erforderten jeweils ganz andere Losungen. Hinzu kamen unter anderem Schwierigkeiten mit der Mahaltigkeit, den Einpassungen, der Schmierung, der Rissgefahr oder der chemischen Behandlung. Bei manchen Lagerarten war das Problem einfach nicht losbar. So erkannte man nach all den Muhen, dass man bei Kaltwalzwerken um den Einbau von kostbaren Rotgusslagern einfach nicht umhin kam. Auch bei den Hauptdrucklagern der schweren Walzstraen war der Ersatz von Bronze vollig fallabhangig und ,,nur in beschranktem Umfange moglich. Ganze Lager aus Zinklegierungen haben bei schweren Straen nicht gehalten, sie sind zu sprode und zerspringen unter den heftigen Stoen in viele Stucke (ebd.). Ganz offensichtlich lagen die Moglichkeiten, die sich dem Ersatz hier boten, bei jedem einzelnen Unternehmen und Walzwerk anders. Dementsprechend negativ fiel ein Ruckblick uber das im Ersten Weltkrieg Erreichte auf dem gesamten Feld der Antriebs- und Transmissionstechnik aus: Besonders schlimm ist es fur die Werke, da jetzt alles zusammenkommt: geringwertige Metalle, schlechte O le und Treibriemen von geringer Gute. Die Schwierigkeiten addieren sich nicht, sie multiplizieren sich. Daher mehren sich die Storungen im Betriebe. (Kammerer 1917: 10) Wahrend der Zeit des Nationalsozialismus untersuchte der Dresdener Maschinenwissenschaftler Enno Heidebroek vor allem Lagerfragen. Seine wesentliche Erkenntnis bestand ebenfalls darin, dass es weniger um den Einsatz und das Verhalten verschiedener Werkstoffe als vielmehr um grundlegende Fragen wie Reibung und Schmierung ging. Heidebroek hob gegenuber den interessierten Mitgliedern des VDI hervor, dass der ideale, am wenigsten verschleiende Zustand eines Lagers die Schwimmreibung darstelle, also die volle Flussigkeitsreibung (Heidebroeck 1940: 8-11). Sei dies erreicht, waren alle anderen Kriterien, auch die Materialfrage, so Heidebroek, sekundar. In der Betriebsrealitat wurde dieser Idealzustand haufig nicht erreicht. Lagerschaden traten vor allem durch die einfache Tatsache ,,der zu geringen Steifigkeit der Welle auf (ebd.: 8). Nur bei ,,genugender Formsteifigkeit und nicht zu engem Lagerspiel konnte an Austauschwerkstoffe wie Bleilagermetalle, Leichtmetalle und Kunstharz-Pressstoffe gedacht werden (ebd.). Dadurch konne ,,die Wirkung der hochzinnhaltigen Legierungen annahernd erzielt werden, jedoch ist je nach den Betriebsverhaltnissen der eine oder andere Werkstoff vorzuziehen (ebd.: 10). Dafur sei jedoch ausreichende und je nach Reibungsverhaltnissen angepasste Schmierung erforderlich: ,,Der Einfluss des Schmierstoffs wird in Zukunft von einer wesentlichen hoheren Groenordnung sein als die vielfach geringen Unterschiede der einzelnen Legierungen. (ebd.: 11). Der hohe Preis der Austauscherfolge In beiden Autarkiephasen wurden Austauscherfolge erreicht. Doch wie gezeigt, hatten diese ihren mehr oder minder hohen Preis. Eines von vielen typischen Beispielen soll das illustrieren. Unmittelbar nach Kriegsbeginn, im Oktober 1939, erhielt die Schwerindustrie von staatlicher Stelle den Auftrag, Chrom-Molybdan-Stahle durch Chrom-Mangan-Stahle auszutauschen. Molybdan wurde vor allem aus den USA eingefuhrt. Aus derartigen hochwertigen Baustahlen wurden beispielsweise Getriebeteile wie Zahnrader hergestellt. Metallurgische Mikroanalysen im Labor waren nebensachlich. Was zahlte war der rasche praktische Erfolg in der Werkstatt. Wie lieen sich die als Ersatz in Frage kommenden mit Mangan und Chrom legierten Baustahle EC-80 und EC-100 als Ersatzstahle bearbeiten? Welcher Warmebehandlung waren sie zu unterziehen, damit sie in etwa dieselben Eigenschaften wie die Chrom-Molybdan-Stahle aufwiesen? Und welche Festigkeitseigenschaften zeigten sie dann tatsachlich im praktischen Betrieb? Die fur diese Zwecke mit gering variierenden, jedoch leichter beschaffbaren Legierungen hergestellten Stahlsorten wurden fur die Herstellung mehrerer unterschiedlicher Getriebesorten zunachst abgedreht, gebohrt, geraumt und geschliffen. Die dabei auftretenden A hnlichkeiten und Unterschiede wurden vermerkt. Anschlieend wurden die Zahnrader warmebehandelt, wobei man feststellte, dass nur ,,sehr schwach aufkohlendes Einsatzpulver verwendet werden konnte, was die Einsatzzeiten erhohte und damit gleichzeitig die Produktivitat deutlich minderte. Der darauf folgende Hartungsprozess war zwar vergleichbar mit dem der bisher eingesetzten Stahle, doch musste mit der Thermalhartung die schwierigste und kostspieligste Hartungsmethode angewendet werden. Ein derartiges Warmebehandlungsverfahren ware bei den herkommlichen Legierungsstahlen nicht erforderlich gewesen. Bei Berucksichtigung all dieser Besonderheiten kam man auf einigermaen mit den ursprunglichen Werkstoffen vergleichbare Festigkeitswerte (ohne diese jedoch zu ubertreffen). Sie wurden in der Schlagbiegeprobemaschine sowie an ihrem Endbestimmungsort, sprich: Lkw-Getrieben, erprobt. Parallel laufende Praxistests mit Chrom-Molybdan-Nickel-Stahlen, die durch Chrom-Molybdan-Stahle ersetzt werden sollten und fur andere Verwendungsfelder gedacht waren, verliefen dagegen ungunstig. Ihre Schlagzahigkeit war zu gering (von Soden/Ulrich 1940: 26-29). Neukonstruktion und Neudimensionierung Auch andere Getriebeteile wurden untersucht. So wurden die Sparstoffe Nickel und Molybdan als Legierungsmetalle fur die Stahle von Stirn- und Kegelradern genutzt, Kupfer, Zinn und Nickel fur die Bronzekranze von Schneckenradern. Hier gab es einen Erfolg zu verzeichnen: Es stellte sich in praktischen Versuchen heraus, dass zumindest im Grogetriebebau, bei unlegierten oder Silizium-Mangan-Stahlen ausreichende Walzenfestigkeit und befriedigendes Laufverhalten zu beobachten war. Bei einigen Konstruktionen schien sogar der unter dem Gesichtspunkt der Autarkie besonders vorteilhafte Einsatz von Kunstharz-Pressstoffen machbar. Schwierigkeiten bereiteten die Schneckenrader, wie sie etwa im Pkw-Bau eingesetzt wurden. Hier vereitelte das starke Gleiten langs der Zahnflanke den U bergang zu einem Ersatzmaterial. Diese besondere Laufeigenschaft wurde durch Bronze aufgefangen, die jedoch die Sparstoffe Kupfer und Blei enthielt. Die Ingenieure des VDI testeten einige Leichtmetall-Alternativen sowohl am Maschinen-Prufstand als auch im praktischen Fahrbetrieb. Als prinzipiell brauchbar erwiesen sich Legierungen aus Aluminium-Silizium, Aluminium-Magnesium-Mangan und AluminiumKupfer-Magnesium. Allerdings zeigten sie wenig Verschleifestigkeit, zu geringe Schwellfestigkeit und zu hohe Bruchdehnung. Um diese Materialien dennoch einsetzen zu konnen, mussten die Ingenieure die gesamte Schneckenrad-Konstruktion neu dimensionieren. Die Kranzbreite musste fast verdoppelt werden. Das bedeutete zwar, dass ein derartiges Schneckenrad ahnlich zuverlassig arbeitete wie eines aus herkommlichem Material, aufgrund der unterschiedlichen Dimensionen aber nicht als Ersatzteil taugte. Erst im Falle einer kompletten Neukonstruktion und damit Vergroerung der gesamten Anlage konnte dieses Maschinenelement uberhaupt eingesetzt werden. Vergleichbares traf auch fur alle anderen durchprobierten Werkstoffe zu, so beispielsweise fur die Zink-Aluminium-Kupfer-Legierung des schlesischen Zinkherstellers Giesches Erben, aber auch fur Gusseisen und Stahl. Allerdings erreichte hierbei nur eine einzige Variante den geringen Abrieb und die Lebensdauer der Bronze-Legierung. Die Lebensdauer erreichte im Falle von Magnesium-Legierungen nicht einmal die Halfte, und im Falle der diesbezuglich gunstigsten Variante mit Aluminium nur etwa einen 20 Prozent geringeren Wert. (Altmann 1940: 29-32). Diese Kennziffern waren obendrein noch sehr stark vom jeweiligen Einsatzzweck abhangig, so dass die Autoren bedauerten, dass ,,es an einer scharfen Abgrenzung der Verwendungsbereiche der neuen Werkstoffe fehlt. Deshalb seien ,,entsprechende Forschungsarbeiten unerlasslich (Altmann 1940: 32). Einmal mehr wird deutlich, dass der Ort der Ersatzstoffforschung in der Werkstatt und weniger im Labor zu finden war. Erst dort zeigte sich, wozu ein Ersatzstoff wirklich taugte. Der Kampf um den Wirkungsgrad Entgegen anderslautender regierungsoffizieller Propaganda in beiden Autarkiephasen mussten bei vielen Produkten immer wieder Qualitatseinbuen hingenommen werden. So formulierte der Chemieingenieur Heinrich Makelt 1921: Es lasst sich also auch in dieser Hinsicht ein Metallersatz nicht ohne weiteres empfehlen oder verwerfen, vielmehr mu in der Folge im einzelnen Falle gepruft und untersucht werden, ob die Aufwendungen fur den Ersatz technischen und wirtschaftlichen Forderungen entsprechen oder nicht. Im Kriege hat hierauf durchaus nicht immer Rucksicht genommen werden konnen. Es wird deshalb auch von solchem Ersatz die Rede sein mussen, der den Anspruchen in keiner Weise genugt. (Makelt 1921: 191 f.). Bereits wahrend des Ersten Weltkriegs grundete der Verein deutscher Eisenhuttenleute eine eigene Sparmetallkommission fur Hochofenarmaturen. Diese Kommission diente als Muster fur weitere ahnliche Kommissionen in benachbarten Bereichen (Leiser 1921: 175). Mit akkurater Systematik gingen diese Kommissionen daran, ausbaufahige und austauschbare Teile an bestehenden Anlagen zu lokalisieren. Der damit verbundene Aufwand an Forschung, Erprobung, Herstellungs-, Transport- und (De)montagearbeiten ware in Friedenszeiten als nicht tragbar angesehen worden. Funktionsfahige kupferne Hochofenwindformen wurden durch eiserne ersetzt, um das Kupfer verwerten zu konnen. Deren Betrieb benotigte allerdings die doppelte Menge Kuhlwasser, weshalb Zu- und Ableitungen neu dimensioniert und zusatzliche Leitungen installiert werden mussten. Zudem war deren Lebensdauer geringer. Dennoch wurden wahrend des Kriegs etwa zwei Drittel aller kupfernen und sogar bronzenen Windformen in deutschen Thomaswerken ausgebaut und ersetzt (Leiser 1921: 176 f.). Bald nach Beginn des Ersten Weltkriegs wurde damit begonnen, die Kupferwicklungen elektrischer Maschinen durch Zinkwicklungen zu substituieren. Da Zink einen deutlich schlechteren Leiterwerkstoff darstellt, verringerte sich der Wirkungsgrad der Maschinen betrachtlich. Als ab 1916 groere Mengen von im Inland gewonnenen Aluminium bereitstanden, begannen die Elektroingenieure auf Empfehlung des VDE die Zinkwicklungen durch Aluminiumwicklungen auszuwechseln, die wiederum einen etwas besseren Wirkungsgrad als Zink aufwiesen. 1916 erschienen erste VDE-Normalien fur Aluminiumwicklungen. Es benotigte umfangreiche Forschungsarbeiten, Erfahrungen und Beobachtungen im Betrieb sowie (kriegswirtschaftliche) Kosten-Nutzen-Rechnungen, um das beste Wicklungsmaterial fur jede Motorenart herauszufinden. Am wirtschaftlich gunstigsten erschien es schlielich, so Georg Dettmar 1916, ,,dass die Wicklungen von Drehstrommotoren unter 0,3 Kilowatt ganz aus Kupfer, von 0,8 bis 10 Kilowatt ganz aus Aluminium, von 10 bis 80 Kilowatt ganz aus Zink und daruber hinaus ganz aus Aluminium gebaut werden (Dettmar 1916: 561 f.). Ein weiteres Indiz dafur, wie stark die maschinelle Qualitat durch Verwendung von Ersatzstoffen wahrend des Ersten Weltkriegs sank, lieferten die Firmen selbst, so Dettmar weiter. Alle Unternehmen wollten bei Maschinen und Apparaten ,,welche nur zum geringen Teil aus Ersatzmaterial hergestellt sind, jetzt uberhaupt keine Garantieverpflichtungen ubernehmen. (Ebd.: 574). Dieser Zustand wurde von den Abnehmern, die aus Friedenszeiten derartige Garantien gewohnt waren, logischerweise als unbefriedigend empfunden. VDE-Mitglieder drangten deshalb die Industrie dazu, wenigstens partiell Garantien zu ubernehmen. Selbst Universitatsprofessoren, deren stoffanalytische Arbeiten als uberaus wichtig fur die Ersatzstoffforschung angesehen wurden, litten unter den unzulanglichen Materialqualitaten. So bat Wilhelm Borchers, Ordinarius fur Metallhuttenkunde an der Technischen Hochschule Aachen, den preuischen Wissenschaftsminister Friedrich Schmidt-Ott darum, ihn von der Verpflichtung zu entbinden, in seinem Labor Stromleiter aus Ersatzstoffen zu verwenden. Stattdessen moge Schmidt-Ott ihm gestatten, von der Industrie erhaltene geldwerte Leistungen mit dem Ministerium zu verrechnen, um nach dem Krieg in die Erneuerung der elektrischen Leitungen seines Institutes investieren zu konnen. Deren Material, ,,welches wahrend der Kriegszeit aus billigeren Ersatzmetallen hergestellt werden muss, sei aufgrund der damit verbundenen Stromersparnisse ,,durch besser leitendes Material (insbesondere Kupfer) zu ersetzen.10 Leichtbau als Werkstoff-Sparstrategie Einen wichtigen Anteil an der Bewaltigung von Materialversorgungsengpassen hatten konstruktive Strategien und fertigungstechnische Kniffe. Produkte wurden so neu konstruiert, dass die kritischen Bauteile aus Sparstoffen weggelassen oder verkleinert werden konnten. Diese Strategie des Werkstoffsparens ging vielfach Hand in Hand mit der ohnehin allgemein angestrebten Absicht des Leichtbaus. Fritz Mayr, Mitglied des VDI und Mitarbeiter in der Gutehoffnungshutte AG, leitete seinen Beitrag zu Moglichkeiten der Werkstoffeinsparung bei Stutz- und Tragbauteilen im Maschinenbau mit den Worten ein, dass diese ,,nicht nur durch Werkstoffaustausch, sondern in vielen Fallen durch grundsatzliche A nderungen der konstruktiven Gestaltung erreicht wurde: Die erste Aufgabe des Ingenieurs ist, zu prufen, ob nicht durch grundsatzliche [] Manahmen eine Verringerung der den bisherigen Werkstoffaufwand bedingenden Krafte erzielt werden kann []. Eine derartige Losung bringt einen wirklichen technischen Forschritt und ist der eleganteste Weg zur Werkstoffersparnis. (Mayr 1942: 27) Mayr stellte eine konstruktive Einsparmoglichkeit bei einem Schiffsdieselmotor vor, auf dessen Kurbelwelle bei traditioneller Kropfung in waagrechter Richtung starke Verbiegungskrafte wirkten. Dadurch wurde eine zusatzliche Versteifung des Maschinenfundamentes erforderlich (ebd.: 27-29). Eine Versetzung der Kropfungsabfolge, so Mayr, verringerte hingegen die Zug-, Druck und Verbiegungskrafte. Deshalb konne bei einer derartigen Ausfuhrung auf eine Aussteifung des Maschinenfundamentes verzichtet werden. Mit dieser Argumentation stellte Mayr anhand einer typischen Leichtbaukonstruktion den Nebeneffekt des Einsparens von Werkstoffen als Haupteffekt dar (vgl. Abb. 2). Eine vergleichbare Argumentation wurde bei elektrisch betriebenen Pumpen verwendet. Abb. 2 Gusseiserne Maschinen-Grundplatten und -stnder eines Elektromotors mit Kreiselpumpe werden durch geschweite Bleche und Betonfundamente ersetzt. (Verein Deutscher Ingenieure 1940: 48, Bild 3 und 4) Leichtbaukonstruktionen waren vor allem seit den 1920er Jahren weltweit Gegenstand der Konstruktionstechnik. Sie hatten ihre Wurzeln im verbesserten Wirkungsgrad, geringeren Betriebsstoffverbrauch, optimierten Maschinenlaufeigenschaften und in der geringeren Wartungsintensitat. Die bis dahin eher als Nebeneffekt betrachtete Werkstoffersparnis wurde nun, da politisch opportun, ins Zentrum geruckt. Ein ahnliches Argumentationsmuster lasst sich bei der Herstellung von Eisenbahnwaggons beobachten. Die aus mehreren Teilen bestehenden, geschweiten Rahmenkonstruktionen waren leichter als die alteren genieteten. Obwohl bereits in der Zwischenkriegszeit ein Thema und zum Zeitpunkt der Veroffentlichung 1942 nicht mehr neu, wurde diese Tatsache als Werkstoff sparende Neuheit dargestellt (Hilpert 1928) A hnlich stilisierten manche Ingenieure wahrend der NS-Autarkiepolitik das damals bereits international ubliche Schweien zum Werkstoffsparverfahren hoch (Burckhardt 1937). Werkstoffgerechte Konstruktion Wahrend der Zeit des Nationalsozialismus wurde das Stoffsparen in projektbezogene wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaften von vornherein integriert. Bei manchen Ingenieuren und Konstrukteuren standen Arbeiten zu Austauschstoffen jedoch explizit im Mittelpunkt ihres Schaffens, wie etwa bei Hugo Wogerbauer, Konstrukteur bei Siemens und Professor fur Feinwerktechnik an der Technischen Universitat Munchen. Er war als ,,Sparkommissar fur den Wehrbezirk III Berlin zustandig und spater fur den Reichsminister fur Bewaffnung und Munition tatig (Hellige 1995: 146-157, Wogerbauer 1940b). Ab 1940 gab er eine Schriftenreihe im VDI-Verlag unter dem Titel Werkstoffsparen heraus (Wogerbauer 1940a). Wogerbauer formulierte 1943 mit seinem Buch Werkstoffsparen in Konstruktion und Fertigung den ersten Entwurf fur eine Systematisierung und Rationalisierung von Konstruktion und Werkstoffeinsatz (Hellige 1995: 146-157). Bereits das vorangestellte Motto des Bandes bezeugte das Dilemma, in dem sich die deutsche Industrie mit ihrem gleichzeitigen Mangel an Werkstoffen und Konstrukteuren befand: ,,In dem Mae, in welchem bei einem Erzeugnis der Werkstoffaufwand verringert wird, wachst der fur die Konstruktion notige Anteil geistiger Arbeit.(Wogerbauer 1940a: Vorbemerkung). Es sei nicht damit getan, so Wogerbauer 1940, Werkstoffe einfach einzusparen oder zu ersetzen. Vielmehr musse das Thema systematisch und analytisch aufgearbeitet werden: ,,Werkstoffumstellung heit, nicht nur bei vorhandenen Konstruktionen den Werkstoff andern, sondern auch neue Konstruktionen mit anderen Werkstoffen schaffen, als sie fruher fur einen ahnlichen Zweck richtig gewesen waren. (Wogerbauer 1940c: 4) Spater, in seinem Werk Werkstoffsparen, fasste er 23 Gebrauchseigenschaften und funf Verarbeitungseigenschaften von Werkstoffen zusammen (Wogerbauer 1940a: 27). In seinem 1943 publizierten Buch Die Technik des Konstruierens ruckte er das Thema der Werkstoffwahl in einen noch groeren Zusammenhang. Darin stellte er 18 Betriebsaufgaben 23 Verwirklichungsaufgaben gegenuber. Unter Betriebsaufgaben fasste er alle relevanten ,,Anforderungen des Kundenbetriebs zusammen und unter ,,Verwirklichungsaufgaben die Anforderungen, die von Naturgesetzen, Baustoff und Werkstoff ausgingen. Mit Hilfe von schematisierten Bildtafeln setzte er diese Groen unter verschiedenen Gesichtpunkten zueinander in Beziehung (Wogerbauer 1943: 82 f.). Wogerbauer integrierte in seine Konstruktionslehre alle Aspekte des deutschen Werkstoffmanagements. Sein eigentliches Motiv bestand darin, ,,das Konstruieren [] zu rationalisieren. Ihm ging es darum, den ,,Konstruktionszeitaufwand, die ,,Gute des Erzeugnisses, die ,,Kosten der Herstellung und den ,,Aufwand an Sparstoff (auch als ,,Sparstoffinhalt bezeichnet) zu optimieren (Wogerbauer 1943: 160). Er ging davon aus, ,,da der volkswirtschaftlich richtige Einsatz der Baustoffe nur durch Beachtung gewisser konstruktiver Regeln in jeder Hinsicht einwandfrei erzielt werden kann (ebd.: VII). Damit trug er den alteren Bemuhungen um ,,werkstoffgerechte Konstruktion Rechnung, deren Ziele und Ergebnisse nunmehr von der NS-Werkstoffpolitik uberformt wur den.11 Mit diesem analytischen und von reichen Erfahrungen geleiteten Blick kam der Sparstoffkommissar Wogerbauer zu einem differenzierten und mitunter sogar kritischen Bild der bisherigen deutschen Ersatzstoffforschung. Die Verwendung von Werkstoffen ,,mit geringstem Sparzwang [] mu sehr sorgfaltig auf ihre Erfullbarkeit und Zweckmaigkeit gepruft werden (Wogerbauer 1940a: 30 f.). Nicht immer mache die Forcierung der Umstellung volkswirtschaftlich Sinn. Deshalb solle man vor dem Beginn der Losung einer Konstruktionsaufgabe die von ihm angegebenen Kriterien durchdenken: Durch Umstellung des kritischen Teiles von einem in einer bestimmten physikalisch-chemischen Eigenschaft hochwertigen Werkstoff mit geringerem Sparzwang ergibt sich oftmals groeres Volumen (groerer Wellendurchmesser, groerer Eisenquerschnitt). Das kritische Teil fur sich allein wird durch die Umstellung volkswirtschaftlich gunstiger geworden sein. Da aber zur Aufrechterhaltung der Wirkung des Gerates die anderen Teile mit dem kritischen Teil vergroert werden mussen, kann der ursprunglich verhaltnismaig niedrige Sparstoffgehalt der abhangigen Teile (Lager, Wicklung) durch die Volumenvergroerung so ansteigen, da fur das Gesamtgerat nicht nur keine Ersparnis, sondern sogar ein erhohter Sparstoffaufwand eintritt (Wogerbauer 1940a: 30 f.). Die Ersatzstoffforschung gehorte im betrachteten Zeitraum nicht zum Gegenstandbereich der Naturwissenschaften und der Materialwissenschaft. Vielmehr zahlte sie zum Aufgabenkreis der Werkstofftechnik und insbesondere der Konstruktionslehre und Konstruktionspraxis. Nicht die ,,Zuchtung eines bestimmten Werkstoffes sondern der Nachweis der Praxistauglichkeit eines Werkstoffs fur einen bestimmten technischen Zweck war zu entwickeln. Dabei griffen Ingenieure und Konstrukteure auf eine Menge unterschiedlicher Wissensquellen zuruck, physikalisch-chemische, metallkundliche sowie materialwissenschaftliche Forschungsergebnisse waren nur einige von vielen. Das Konzept der Ersatz- beziehungsweise Austauschstoffe in den beiden Phasen relativer Autarkie hatte durchaus Erfolge zu verzeichnen. In welchem Umfang der Austausch gelang, lasst sich allerdings schwer beziffern. Es ist aber davon auszugehen, dass er im kriegswirtschaftlichen Rahmen einen nennenswerten Umfang erreichte und mit dazu beitrug, den Krieg zu verlangern. Auch bestand ein dichtes organisatorisches Netz von institutionellen Beziehungen zwischen Rustungsstellen und Wirtschaftsstellen, etwa in Form von Arbeitsgemeinschaften staatlicher und privater metallkundlicher Forschung, die bemerkenswerte Ergebnisse hervorbrachten. Die vorliegende Arbeit lenkte den Blick starker auf das Stoffmanagement in der Technik. Dadurch wurden die bestehenden Unterschiede zwischen materialwissenschaftlicher und werkstofftechnischer Forschung einerseits und einer durch Gebrauchswertforschung aufgeklarten konstruktiv-technischen Forschung andererseits deutlich. Die Beitrage von Konstrukteuren, Betriebsingenieuren und Werkstattmitarbeitern waren von essentieller Bedeutung. Sie waren es, die am konkreten Objekt Material einzusparen hatten, und sie waren es auch, die entscheiden mussten, an welchen Maschinenteilen neue Stoffe am wirtschaftlichsten und am betriebssichersten einzusetzen seien, und nur sie konnten nach einiger Zeit beurteilen, ob diese Entscheidung richtig gewesen war oder der Korrektur bedurfte. Die dafur eingesetzten Krafte standen fur andere Sektoren der Rustungsforschung nicht weiter zu Verfugung, was ganz im Sinne der alliierten Blockadepolitik war. In der ersten Halfte des 20. Jahrhunderts war eine ganze Reihe von Metallen und Legierungen im Gebrauch, die jedoch noch nicht physikalisch und chemisch analysiert waren. Dies behinderte die Ersatzstoffforschung zunachst gar nicht. Denn die Ingenieure, die sich mit diesen Fragen befassten, sahen Forschungsbedarf vor allem auf dem Prufstand sowie im praktischen Dauerbetrieb und weniger im metallographischen Labor. Bevor ein bestimmter Werkstoff eingesetzt wurde, mussten die Techniker dessen Form, Funktion und Belastungen kennen. Dies war nur moglich, wenn man die Beanspruchung ganzer technischer Systeme kannte. Ersatzstoffforschung bestand darin, spezifische Beanspruchungen von Maschinenbauteilen herauszufinden und danach aus altbekannten oder neuen Materialien jene auszuwahlen, die am ehesten mit den kriegsokonomischen Bestimmungen vereinbar waren. Eine weitere Moglichkeit bestand darin, die Konstruktion so abzuandern, dass nur ein Minimum an Sparstoffen verbaut werden musste. Sowohl in Friedens- wie in Kriegszeiten rangierten damit technische und okonomische Fragen vor den naturwissenschaftlichen. Ein wesentlicher Teil der werkstofftechnischen Forschungen zwischen 1914 und 1919 sowie zwischen 1933 und 1945 unterschied sich deutlich von der Forschung anderer Zeitspannen. Wahrend zu Friedenszeiten betriebswirtschaftliche Kriterien im Zentrum standen, dominierten in den Kriegsokonomien und im NS-Vierjahresplan volkswirtschaftliche Kriterien. Daraus erwuchsen Anforderungen, die fur die Ingenieure neuartig waren und in die sie sich erst einarbeiten mussten. Die Durchsetzung des volkswirtschaftlichen Paradigmas in der materialwissenschaftlichen und werkstofftechnischen Forschung der Autarkieperioden betrieben staatliche Behorden mit Hilfe von Gesetzen und durch die Indienstnahme von technisch-wissenschaftlichen Vereinen und Wirtschaftsverbanden. Technisch-wissenschaftliche Vereine wie VDI, VDE und VDMA stellten bei der Organisation der Ersatzstoffforschung ein wesentliches Bindeglied zwischen staatlichen Stellen und Industrie dar. Die deutsche Industrie hatte zwar zunehmend Interesse daran, neue Werkstoffe, etwa fur leistungsfahigere Aggregate zu schaffen. Demgegenuber war jedoch ihr betriebswirtschaftliches Interesse, vor 1914 beziehungsweise 1933 in Ersatzstoffe und ihre Forschung zu investieren nur gering ausgepragt. Erst Not und Zwang, Patriotismus, Gesetzestreue sowie politische U berzeugung fuhrten zum Umdenken. Ersatzstoffforschung umfasste eine Vielzahl wissenschaftlicher und technischer Manahmen. Im Mittelpunkt stand das Ziel blockierte, beschlagnahmte und staatlich zwangsverwaltete Rohstoffe einzusparen. Eigentlich ware der Begriff ,,Sparstoffforschung treffender gewesen, denn darum gruppierte sich eine Reihe wirtschaftlicher, technischer und wissenschaftlicher Forschungsanstrengungen, von denen die Substitution eines knappen Stoffs durch einen weniger knappen nur eine von vielen Manahmen darstellte. Die zentralen Probleme beim U bergang von eingefuhrten zu inlandischen Werkstoffen zeigten sich im Betrieb. Sie mussten in den Fabrikhallen der metallschaffenden und metallverarbeitenden Industrie, aber in noch groerem Umfang bei den Herstellern von Fertigprodukten gelost werden. Oft bot der Stoffmangel den Anlass dafur, sich uberhaupt erstmals mit Werkstofffragen in okonomischer Perspektive auseinanderzusetzen. Dem entsprechend noch schwieriger zu beurteilen waren die Eigenschaften der neuen Materialien wahrend der Autarkieperioden. Die Ingenieure und die Industrie waren nicht nur von der Dringlichkeit, sondern auch von der Komplexitat der Aufgabenstellung uberrascht und teilweise uberfordert. Die groe Bandbreite von Anlagen, Maschinen und Apparaten sowie deren Vielzahl an Typen und Ausfuhrungen zwangen zu jeweils detaillierten und fallbezogenen Untersuchungen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen verzogerten bis Anfang der 1940er Jahre allgemeine U berlegungen zur Ersatzstoffforschung. Viele Ersatzstoffe waren aufwandiger zu bearbeiten und machten betriebstechnische Umstellungen notwendig. Oft zog eine Umstellung zwingend andere Umstellungen nach sich, da bestimmte Werkstoffpaarungen sich nicht vertrugen. Eine Werkstoffumstellung bedingte vielfach auch einen Mehraufwand und/ oder eine Umstellung der Betriebsstoffe, an denen jedoch ebenfalls haufig Mangel herrschte. Diese Zwangslage und die daraus resultierenden, sich oft multiplizierenden Schwierigkeiten bewirkten, dass auf gewohnte Produktqualitat verzichtet und zur Improvisation ubergegangen wurde. Sicherheitsstandards wurden gesenkt, Wirkungsgrade verringert und Lebensdauerspannen herabgesetzt. Obwohl die Ingenieure angetreten waren, durch volkswirtschaftliche Rationalisierung alle Krafte fur den Krieg zu optimieren, mussten sie eine Minderleistung der Produktionsmittel in Kauf nehmen. Haufig bestand der einzige Ausweg aus diesem Dilemma darin, technische Teilkomponenten neu zu dimensionieren und konstruktiv zu verandern. Dies bedingte in aller Regel eine Neukonstruktion ganzer Aggregate, fur die die Kriegswirtschaften jedoch keine Ressourcen bereitstellen konnten. Die Ingenieure sahen in diesem Aufgabenkomplex aber auch eine Chance zur Profilbildung gegenuber politischen Instanzen. Das Werkstoffsparen wurde immer starker als Bestandteil der Konstruktionstatigkeit betrachtet und propagiert. Daher ru ckten viele Ingenieure die urspru nglichen Ziele des Leichtbaus (besserer Wirkungsgrad, geringere Wartungsintensitat, Gewichtsund Betriebsstoffersparnis) in den Hintergrund und schoben stattdessen in der Zeit des Nationalsozialismus dessen Effekt der Werkstoffeinsparung in den Vordergrund. Dementsprechend entstanden ab 1940 in staatlichem Auftrag die ersten systematisch und generalisierend angelegten Darstellungen des Zusammenhangs zwischen Werkstoffokonomie, sparsamem Betrieb und optimaler Konstruktion.


This is a preview of a remote PDF: https://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2Fs00048-010-0044-z.pdf

Günther Luxbacher. „Für bestimmte Anwendungsgebiete best geeignete Werkstoffe…finden“, NTM Zeitschrift für Geschichte der Wissenschaften, Technik und Medizin, 2011, 41, DOI: 10.1007/s00048-010-0044-z