Isambard Kingdom Brunel (1806 – 1859) Erfindungen

Brunels genutzte Technologien und seine Erfindungen

Eine Übersicht
JahrErfindung/TechnologieNähere ErläuterungProjekt
1824-1841Tunneling-shieldsEntwicklung durch Marc Brunel.Themsetunnel, London, England, UK, 1824-1841.
1831-1864HängebrückenMit 630 ft (ca. 192 m) Spannweite war die Clifton-Brücke bis dato die längste je gebaute Hängebrücke.Clifton-Suspension Bridge, Bristol (Avonschlucht), Grafschaft Bristol, England, UK, 1831-1864.
1836Neuentwicklungen der 
Schienenverlegetechnik
Schienenstränge wurden auf quer verlegten Schwellen gelagert und so miteinander verbunden. Broad-Gauge.Great Western Railway, London, England, UK – Bristol, Grafschaft Bristol, England, UK, 1833-1841.
1836Neuentwicklungen rund um die BahnSignaltafeln, Schranken.Unter anderem bei:Great Western Railway, London, England, UK – Bristol, Grafschaft Bristol, England, UK, 1833-1841.
1836-1837Eisenverstärkte Holzkonstruktion (Schiffbau)Keine Neuentwicklung, aber ein Rekord in den Abmessungen eines Schiffes, welches mit dieser Konstruktion gebaut wurde. 71,9 m Länge; 10,8 m Breite.SS Great Western, Bristol, Grafschaft Bristol, England, UK/ London, England, UK, 1836-1837.
1836-1841Tunnelbau mit gleichzeitigen 
Beginn von beiden Seiten
Tunnel mit Gefälle und neuem Längenrekord (2,6 km).Box Tunnel, Box (bei Corsham), Wiltshire, England, UK (Great Western Railway, London – Bristol), 1836-1841.
1838LokomotiventwicklungenExperimente an der “Northern Star”. Veränderungen am Schornstein verbesserten die Leistung der Lok.Great Western Railway, London, England, UK – Bristol, Grafschaft Bristol, England, UK, 1833-1841.
1839Eisenkonstruktion (Schiffbau)Eisenkonstruktionen wurden bis dahin nur für Schiffe angewendet, die auf kleineren Gewässern fuhren. Brunel entwickelte eine neue Konstruktion: Durchlaufende Eisenträger bildeten mit der Außenhaut und dem eisernen Deck einen steifen Kasten. Dieser war in Querrichtung in sechs und in Längsrichtung in zwei wasserdichte Abteilungen unterteilt. Schiffsabmaße: 98 m Länge; 15,4 m Breite.SS Great Britain, Bristol, Grafschaft Bristol, England, UK/ London, England, UK, 1839-1845.
1840Schraubenantrieb (Schiffbau)Anfang des 19. Jh. begannen Ingenieure mit dem Schraubenantrieb in Schiffen zu experimentieren. Die Archimedes von Francis Pettit Smith (1808-1874) wurde Brunels Studienobjekt. Seine Erkenntnisse flossen in die Rattler und die SS Great Britain, welche anfangs noch als Schaufelraddampfer geplant war.SS Great Britain, Bristol, Grafschaft Bristol, England, UK/ London, England, UK, 1839-1845.
1847-1848Versuche mit Druckluftantrieb und DruckluftgründungRoyal Albert Bridge, Saltash, Cornwall, England, UK, 1848-1859.
1848LinsenträgerRoyal Albert Bridge, Saltash, Cornwall, England, UK, 1848-1859.
1848FlaggensignalsystemZum Dirigieren von Manövern.Royal Albert Bridge, Saltash, Cornwall, England, UK, 1848-1859.
1853-1859Eisenkonstruktion mit doppelter Außenhaut und Schotts als Aussteifungselemente  (Schiffbau) 211 m Länge; 36 m Breite.SS Great Eastern, London/ Millwall (Isle of Dogs), England, UK, 1853-1859.
1855FertigteileVorfertigung von Bauteilen für das spätere Zusammensetzen vor Ort (für ein mobiles Hospital).Renkioi Hospital, Renkioi (bei Çanakkale), Provinz Çanakkale, Türkei, 1855.

Kommentierte Beispiele

Tunneling-Shields (Marc Brunel)

Diese Methode des Tunnelbaus wurde von Marc Brunel (1769-1849) ursprünglich für ein Tunnelbauprojekt an der Neva in St. Petersburg konzipiert. Dort war der Bau einer Brücke durch die starke Eisbildung in den Wintermonaten, welche die Brückenpfeiler beschädigt hätte, nicht möglich. Dieses Projekt wurde jedoch nicht verwirklicht und so kamen die "tunneling-shields" erst beim Bau des Themsetunnels zum Einsatz (siehe Abb. 4.01).

Große Rahmen stützten das Erdreich ab. In Grabungsrichtung waren Bretter an einer Stempelkonstruktion angebracht. Diese konnten einzeln bewegt werden, so dass das Erdreich dahinter stückweise abgegraben werden konnte. Nach dem Abgraben wurde das einzelne Brett bzw. der Stempel wieder eingesetzt. Waren alle Stempel maximal ausgefahren, wurde der ganze Rahmen ein Stück nach vorn versetzt. Unmittelbar hinter diesem Rahmen arbeiteten die Mauerer, die die Begrenzungen des Tunnels erstellten. Der kritischste Punkt während des Arbeitsprozesses war das Versetzen der Rahmen. Zu diesem Zeitpunkt war die Lücke zwischen Rahmen und Stützmauer am größten und das freiliegende Erdreich musste erst noch gestützt werden. Trotz des Einsatzes der „tunneling-shields“ waren die Arbeiten ziemlich gefährlich und recht langsam.

Brunels Schiffe

Brunel versuchte sich stets an neuen Techniken, neuen Konstruktionen und auch auf neuen Gebieten. Obwohl er viele facettenreiche Aufgaben durch die Arbeiten im Eisenbahnwesen zu bewältigen hatte, suchte er auch bald Herausforderungen im Schiffbau. Ein Problem der Dampfschifffahrt ließ ihn nicht mehr los. Zwar waren Dampfmaschinen und Schaufelräder keine Neuheit mehr, aber war eine Überquerung des Atlantiks allein mit dieser Technik noch unmöglich. Die Vergrößerung des Ladevolumens und die damit verbundene Vergrößerung eines Schiffes sollte die Lösung sein. Um zum wiederholten Male seine Zweifler, darunter auch sein eigener Vater, zu widerlegen, plante er die SS Great Western, die zu ihrer Zeit das größte Schiff war. Brunels Plan ging auf. Das Schiff schaffte die Überquerung des Atlantiks allein mit dessen Dampfkraft und gewann 1838 dabei noch das „Blaue Band“ für die schnellste Atlantiküberquerung.

Weiterentwicklungen im Schiffbau sah Isambard Kingdom Brunel vor allem durch Eisenkonstruktionen. Planungen hierzu begannen schon 1838. Umgesetzt wurden seine neuen Erkenntnisse in der SS Great Britain. Ihre Abmaße erreichten noch größere Dimensionen als die SS Great Western. Sie wurde 26,1 m länger und 4,6 m breiter. Die SS Great Britain wurde zudem mit einem Schraubenantrieb ausgestattet. Mit dieser Antriebsform wurden erst wenige Jahre zuvor erste Versuche im Schiffbau unternommen. Die SS Great Britain war zum Zeitpunkt der Fertigung das jemals größte gebaute Schiff und das einzige Eisenschiff, welches mit einem Schraubenantrieb ausgestattet war. 

Das letzte Schiff, das Brunel plante, wurde im Vergleich zu allem vorher Gebauten unverhältnismäßig groß (siehe Abb. 4.02). Die SS Great Eastern war mit 211 m Länge und 36 m Breite mehr als doppelt so lang und breit wie die SS Great Britain. Ein Schraubenantrieb war für dieses gewaltige Schiff nicht mehr ausreichend und so griff Brunel auf den Schaufelradantrieb zurück und kombinierte beide miteinander. Darüberhinaus stattete er das Schiff mit sechs Segelmasten aus; ein Novum in der Schifffahrtgeschichte. Wirklich neu war allerdings die Metallkonstruktion. Die SS Great Eastern erhielt eine doppelte Außenhaut mit Zellabteilungen. Ausgesteift wurde ihr Rumpf durch wasserfeste Schotts in Längs- und Querrichtung.

Die technischen Daten:SS Great WesternSS Great BritainSS Great Eastern
Länge:71,9 m98 m211 m
Breite:10,8 m15,4 m36 m
Tiefgang:7,1 mo.A.9,15 m
Tonnage:1'340 Brt3'270 Brt18'915 Brt
Geschwindigkeit8,75 Knoten11 Knoten14 Knoten
Antrieb2 Schaufelräder1 Schraube1 Schraube, 
2 Schaufelräder
Maschinen2 x 375 PS (Maudslay, 
Sons & Field)
1'014 PS2 x 2’000 PS (Räder) 
& 1’622 PS (Schraube)
Versuche mit dem Schraubenantrieb

Anfang des 19. Jahrhunderts experimentierten verschiedene Ingenieure unabhängig voneinander mit Schraubenpropellern als Schiffsantrieb. Einer der ersten war Joseph Ressel (1793-1857), der 1826 in Österreich eine Schraube in ein Boot einbaute. Die Schraube war dem Vorbild der archimedischen Wasserschraube nachempfunden. 

In England erhielt Francis Pettit Smith (1808-1874) 1836 das Patent für den Schraubenantrieb. Smith wurde von der englischen Admiralität aufgefordert ein Versuchsschiff mit Schraube zu bauen, die Archimedes. 1840 unternahm die Archimedes eine Rundfahrt um England und legte auch in Bristol an. Dort weckte sie das Interesse von Isambard Kingdom Brunel, der die Archimedes von seinen Mitarbeitern ein halbes Jahr untersuchen ließ. Er verfasste anschließend einen Bericht, in dem er dem Schraubenantrieb höchste Effizienz, trotz vorhandener Konstruktionsmängel, bescheinigte. Daraufhin wurde die Great Britain für den Schraubenantrieb umgestaltet (siehe Abb. 4.03).

Die britische Admiralität wurde auf Brunels Bericht aufmerksam und beauftragte ihn, ein weiteres Schiff für Versuchszwecke mit einem Schraubenabtrieb auszurüsten. Nach verschiedenen Auseinadersetzungen mit der Bürokratie der Marine, stellt diese schließlich die Rattler zum Umbau zur Verfügung. Brunel führte an ihr Versuche mit unterschiedlichen Schraubenformen durch. 1845 ließ die Admiralität ein "Tauziehen" austragen. Die schraubengetriebene Rattler sollte gegen die, mit Schaufelrädern angetriebene, Alecto antreten (siehe Abb. 4.04). Beide Schiffe waren mit 200 PS-Maschinen ausgestattet. Die Rattler konnte die Alecto mit fast 3 Knoten davonschleppen. 

Versuche mit dem Schraubenantrieb. Eckdaten zur allgemeinen Entwicklung des Schraubenantriebs

JahrEreignis
3. Jh. v. Chr.Archimedes erfand die Wasserschraube.
1826Schraubenantrieb von Joseph Ressel (1793-1857. Österreich).
1830Hölzerne Schiffsschraube von Francis Pettit Smith (1808-1874. UK).
1836Englisches Patent für den Schraubenantrieb für Francis Pettit Smith.
1838Stapellauf der Archimedes. Geplant von Francis Pettit Smith.
1839Atlantikfahrt eines Schiffes mit einer Schraube von J. Ericsson (1803-1889. Schweden).
1845Duell zwischen der schraubenangetriebenen Rattler (von Brunel) und der mit Schaufelrädern ausgestatteten Alecto. Die Rattler gewann das „Tauziehen“.
1861Der letzte radgetriebene Atlantikdampfer, die Scotia, läuft vom Stapel.

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