Maschinen

Maschinen werden von Menschen als technische Arbeits- bzw. Hilfsmittel vor allem für mechanische Einwirkung verwendet. Dabei steht der Energie- und/oder Stofffluss im Vordergrund. Der Informationsfluss spielt nur eine untergeordnete Rolle. Meist werden von ihnen eine Verstärkung der eigenen Kräfte und Fähigkeiten, ein gezielter Krafteinsatz, Steigerung der Transportmöglichkeiten und die bequemere Erledigung von Routinearbeiten erwartet.

Maschinenraum eines Schiffes

Maschinen bestehen aus den sogenannten Maschinenelementen. Davon dient ein Teil der Fixierung (z. B. Schrauben) und ein anderer Teil bewegt sich (z. B. Zahnrad, Hebel, Kolben). Das unterscheidet sie einmal von den Werkzeugen (z. B. Hammer) und zum anderen von den Apparaten (z. B. Wärmeaustauscher).

Definitionen

Begriffsgeschichte: Mechanismus, Werk, Kunst

Antike römische Pumpe, 1./2. Jh., Museo Arqueológico Nacional de España, Madrid

Maschinen sind immer künstlich. In den meisten Fällen gibt es in der Natur kein Vorbild. Das Wort Maschine leitet sich vom griechischen μηχανη mechané ‚Gerüst, Vorrichtung, List‘ ab: Aufgrund der antiken Bedeutung (vergl. „Deus ex machina“) wurde die Maschine bis in die Neuzeit hauptsächlich als Mittel zu einer Täuschung – dem Erzeugen unnatürlicher, also unmöglicher Effekt – und erst in zweiter Linie als Arbeitshilfe verstanden.

In der Renaissance entwickelt sich ein genaueres Konzept über Mechanismen: Mechanismen sind Komplexe von Bauteilen, bei dem die Bewegung eines Elements zwangsläufig die Bewegung anderer Elemente bewirkt. Sie haben in der Regel bewegliche Komponenten (Maschinenelemente) und sind im Vergleich zum apparatus (dem ‚Werkzeug‘) erheblich komplexer.

In dieser Zeit ist ein Mechanismus primär ein Werk, eine Form von Getrieben, die Kräfte übertragen. Zu den kompliziertesten Mechanismen gehört die Große Komplikation in mechanisch-automatischen Uhrwerken. In diesem Sinne ist auch der Mechanismus von Antikythera zu verstehen, ein antikes Artefakt, das die Himmelsmechanik berechnete.

In dieser Zeit bezeichnet auch Kunst (artes mechanicae) noch das Ingenieurswesen, und noch im 19. Jahrhundert wurden im Bergbau von Wasserkraft oder Pferden angetriebene Maschinen Bergmännische Kunst genannt.

Mechanische Grundlagen: Einfache Maschine und Automat

automatos humanoides, Centre International de la Mécanique d'Art, Sainte-Croix (CH)

Die Entwicklung der klassischen Mechanik als wissenschaftliche Disziplin seit der Aufklärung führt dazu, nach den Grundelementen mechanischer Systeme zu suchen, im Sinne der ‚Atome‘, der Bauteile, die sich nicht weiter zerlegen lassen – angedacht wurde das schon von den antiken griechischen Ingenieuren (Aristoteles): So werden die einfachen Maschinen definiert, nämlich Seil und Stange, Rolle, Hebel, sowie schiefe Ebene (in der Antike noch die Schraube, die sich aber als Stange und schiefe Ebene modellieren lässt).

Mehr oder weniger komplexe Mechanismen kommen in praktisch allen Ingenieurswissenschaften und technischen Disziplinen vor. Das Spektrum möglicher Maschinen reicht von einer einfachen Gerätschaften mit verbundenen, beweglichen Teilen (Mechanismen) bis zu sich über Kilometer erstreckenden komplexen Bauwerke (Anlagen).

In der technischen Anwendungen haben Maschinen meist einen Antrieb, der mehr oder minder kontinuierlich Energie liefert. Häufig wird ein Teil als Arbeitsmaschine und der andere Teil als Kraftmaschine bezeichnet.

Weil die Maschine, wenn sie einen kontinuierlichen Antrieb hat, Arbeitsvorgänge in eine Folge wiederholbarer Schritte teilt („formalisiert“), überschneidet sich ihre Bedeutung mit der des Automaten. Sie kann (unberechenbare) Handlungen von Menschen oder Tieren durch planbare Tätigkeiten (einen Algorithmus) ersetzen.^[1] Der αὐτόματος automatos, ‚der sich aus eigenem Willen bewegt‘, ist ursprünglich ein auf Räderwerken aufgebautes, ebenfalls illusionistisches Spielzeug – er entspricht aber den mechanistisch Leitbildern der Aufklärung, die auch die Natur als zwangsläufige, determinierbare Abfolge zu erklären sucht.

Entwicklungen der Definitionen in der Industrialisierung

Werkzeugmaschine (Ständerbohrmaschine)

• 19. Jahrhundert: Verbindungen widerstandsfähiger Körper, welche so eingerichtet sind, dass mittels ihrer mechanische Naturkräfte genötigt werden können, unter bestimmten Bewegungen zu wirken (Reuleaux). Die Verbindung der Körper zu einer Maschine schließt nicht alle und jede Bewegung aus, sondern verhindert nur die für den Zweck der Maschine unnötigen und störenden Bewegungen, so dass die zweckmäßigen Bewegungen als die allein möglichen übrigbleiben.^[2]
• 20. Jahrhundert: Normungsbestrebungen gehen dahin, zwischen Apparat, Gerät, Werkzeug, Instrument und Anlage zu unterscheiden: Apparate als stoff- bzw. materieumsetzende und Geräte als signalumsetzende technische Gebilde zu definieren. Werkzeuge sind entsprechende Vorrichtungen, die nicht eigenständig funktionieren, Instrumente Vorrichtungen, die nicht der Umsetzung von Arbeit dienen, sondern der Anzeige, Anlagen komplexe Systeme aus Maschinen, Apparaten, Geräten, Werkzeugen und Instrumenten.
• Ende 20. Jahrhundert: In Europa ist die Maschine in der Maschinen-Richtlinie definiert.
  Infolge der Elektronisierung und Automatisierung im 20. Jahrhundert hat sich der Begriff der Maschine auf Computerprogramme ausgedehnt, mit denen Maschinen simuliert werden.^[1] In der Ingenieurtechnik wird die mechanische Maschine jedoch meist vom elektronischen Automaten unterschieden.

Definition der Maschinen-Richtlinie

Meyers: Magnetelektrische Maschinen I (E-Motore), um 1890

Meyers: Magnetelektrische Maschinen II (E-Motore) um 1890

Für Hersteller und Anwender ist vor allem die Richtlinie 98/37/EG (Veröffentlichung des Europäischen Amtsblattes vom 23. Juli 1998) Maschinenrichtlinie, Neufassung 2006/42/EG^[3] die entscheidende Vorschrift. Sie legt fest, was als Maschine aufgefasst werden muss und welche rechtlichen Verpflichtungen sich daraus ergeben. Nach der Richtlinie ist eine Maschine

„… eine Gesamtheit von miteinander verbundenen Teilen oder Vorrichtungen, von denen mindestens eines beweglich ist, sowie gegebenenfalls von Betätigungsgeräten, Steuer- und Energiekreisen usw., die für eine bestimmte Anwendung, wie die Verarbeitung, die Behandlung, die Fortbewegung und die Aufbereitung eines Werkstoffes zusammengefügt sind, …““

– 98/37/EG Artikel I Absatz 2a

Eine Maschine ist als eigenständige Einheit im Wesentlichen unabhängig von der Umgebung funktionsfähig, während ihre Einzelkomponenten meist nicht unabhängig von der Maschine sinnvoll verwendbar sind.

Nicht unter den Regelungsbereich der Maschinenrichtlinie fallen jedoch „Maschinen, deren einzige Kraftquelle die unmittelbar angewandte menschliche Arbeitskraft ist, mit Ausnahme von Maschinen, die zum Heben von Lasten verwendet werden, ...“ (Richtlinie 98/37/EG Artikel I Absatz 2a). Diese Eingrenzung des Begriffes grenzt somit viele Geräte aus die im alltagssprachlichem Sinne Maschinen sind. Im Verordnungstext werden noch weitere Ausnahmen und Ergänzungen definiert.

Die Neufassung der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG führt daneben auch unvollständige Maschinen auf, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie dazu bestimmt sind, in eine andere Maschine oder andere unvollständige Maschinen eingebaut oder mit ihnen zusammengefügt zu werden um zusammen mit ihnen eine Maschine im Sinne der Richtlinie zu bilden.

Beispiele, mit den daraus folgenden zugehörigen Anforderungen der EU-Richtlinien:

• Eine Spannvorrichtung für Werkstücke, welche die Energie und die Signale von einer übergeordneten Maschine bezieht, ist keine Maschine.

Grund: Keine Funktion ohne übergeordnete Maschine. (RL: Herstellererklärung), mit der neuen Maschinenrichtlinie (ab 29. Dezember 2009) entfällt der Begriff Herstellererklärung und wird durch Einbauerklärung ersetzt.

• Die Heugabel ist keine Maschine.

Grund: Kein Anbau an Maschine (vorgesehener Gebrauch), keine bewegliche Teile, nur mit Muskelkraft betrieben, keine gespeicherte Energie. (RL: keine Kennzeichnung)

Speziellere Definitionen

• Eine Maschine soll eine Aufgabe mechanisch erledigen und z. B. die Antriebs-Energie in Bewegung umwandeln (= Kraftmaschine) mit entsprechender Kraftentfaltung auf die Abtriebs- bzw. Arbeitsseite der Maschine (= Arbeitsmaschine).
• Möglichkeit zur Bearbeitung eines Materials (bohren, drehen, fräsen) in den Grenzen der Möglichkeiten, aber ohne exakte Festlegung: Maschine = Werkzeugmaschine.
• Maschine, die für einen speziellen Zweck konstruiert und gebaut wurde: Maschine = Sondermaschine
• Maschinen, deren Zweck die Umsetzung einer zugeführten Energie in Bewegung ist: Maschine = Motor
• Maschinen, die der Wiederherstellung von körperlichen Fähigkeiten dienen: Maschine = Prothese

Zusammenfassung: Zeittafel / Historische Beispiele

• der planmäßige Einsatz von Hebel und Rad war ausschlaggebend für die Entwicklung von Maschinen
• ca. 700 v. Chr.:Babylonische Schöpfwerke in Assyrien, Maschinenbauwerke
• ca. 550 v. Chr.:Drehbank, erste Werkzeugmaschinen
• ca. 340 v. Chr.: Definition Aristoteles: Hebel, Schraube werden als ‚Maschine‘ bezeichnet
• ca. 200 v. Chr.: Heron von Alexandria erste Wärmekraftmaschine
• 15. Jahrhundert: Maschine = ‚Kunstwerk‘ (Künstleringenieure Beispiel Leonardo da Vinci)
• 16. Jahrhundert: Maschine = ‚Technische Vorrichtung‘ (Ingenieurwesen Beispiel Galileo Galilei)
• 17. Jahrhundert: Simulationen der Natur mit mechanischen Modellen, Natur = ‚Maschine‘ (z. B. Descartes)
• 1712: Thomas Newcomen erste verwendbare Dampfmaschine (Maschine für Wärmekraftmaschine), 1769 von James Watt erheblich verbessert
• 1789: Die Französische Revolution ändert die Einstellung zur Mechanik und zur Maschine Befreiung des Menschen von Sklaverei auch durch Ablehnung der Verehrung des Altertums^[4]
• um etwa 1900: Unterscheidung Sondermaschine, Werkzeugmaschine.^[5]
• 1957: Integration der Maschine: Mensch-Maschine-System

Maschinen in Mythologie und Literatur

• In der Literatur des Barock und der Romantik wurden auch Fabelwesen als Maschinen bezeichnet, da in der Dichtung der Antike es oft die Fabelwesen waren, die den Mechanismus darstellten, welche die Geschichte vorantrieb, siehe Literatur.
• Sozialwissenschaften und Psychologie nehmen mechanische Aspekte auf, um psychische oder soziale Sachverhalte als Maschinen vorzustellen, wie etwa der Philosoph Gilles Deleuze.
• Hephaistos, der Schmiedegott soll mechanische Frauen aus Gold geschaffen haben, seine bekanntesten Schöpfungen sind die Pandora und der bronzene Riese Talos
• Rabbi Judah Löw soll einen künstlichen Menschen, den Golem, aus Lehm geschaffen haben, um die Prager Juden vor ihren Feinden zu schützen
• Ende des 18./Anfang des 19. Jahrhunderts wurde parallel zur technischen Revolution auch in der romantischen Literatur der künstliche Mensch zum Thema; vergl. E.T.A. Hoffmann, in dessen Roman Der Sandmann die künstliche Olimpia eine zentrale Rolle spielt.
• Anfang des 20. Jahrhunderts hielt der Androide bzw. der Roboter Einzug in die Literatur, Isaac Asimov formulierte die „Roboter-Gesetze“, die einen Verhaltenscode für Automaten festlegen.
• Häufig taucht der Teufel im Märchen im Zusammenhang mit Mühlen und anderen technischen Gebilden auf, der Begriff „Teufelswerk“ wird oft bei der Einführung einer neuen Technologie genutzt.

Siehe auch

• Zu Maschinenmodellen der Informatik siehe Automat (Informatik).
• Themenliste Maschinenbau, Vergegenständlichte Arbeit

Literatur

• Ausstellungskatalog: Maschinenphantasien - zur Kulturgeschichte des Mensch-Maschinen-Verhältnisses. Technische Sammlungen der Stadt Dresden vom 11. Juli bis 24. September 1994
• Sybille Krämer: Symbolische Maschinen. Die Idee der Formalisierung in geschichtlichem Abriss. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt 1988, ISBN 3-534-03207-1
• Hans-Dieter Bahr: Über den Umgang mit Maschinen. Konkursbuchverlag, Tübingen 1983, ISBN 3-88769-011-7
• Martin Burckhardt: Vom Geist der Maschine. Eine Geschichte kultureller Umbrüche. Campus Verlag, Frankfurt/M./New York 1999, ISBN 3-593-36275-9
• Jürgen Dahl (Hrsg.): Jugend der Maschinen. Bilder aus der Enzyklopädie von Diderot und d'Alembert (1751-1772). Ebenhausen b. München 1965, o.ISBN (Aufnahmen der Abbildungen: Bayerische Staatsbibliothek München)
• Marshall McLuhan: Die mechanische Braut - Volkskultur des industriellen Menschen. Verlag der Kunst, Amsterdam 1996, ISBN 90-5705-021-8
• Werner Stein: Kulturfahrplan. F.A.Herbig, München/Berlin/Wien 1974
• Karl v. Meyenn (Hrsg.): Triumph und Krise der Mechanik. Piper Verlag, München/Zürich 1990
• Sigvard Strandh: Die Maschine, Geschichte – Elemente – Funktion. Herder, Freiburg im Breisgau 1980, ISBN 3-451-18873-2
• Thomas Klindt, Thomas Kraus, Dirk von Locquenghien, Hans-J. Ostermann: Die neue Maschinenrichtlinie 2006 . Beuth Verlag, Berlin, ISBN 978-3-410-16518-7

Weblinks

• Text der Maschinenrichtlinie 98/37/EG (PDF-Datei)
• Text der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG (PDF-Datei)
• Online-Kommentierung der Maschinenrichtlinie von Dipl.-Ing. Hans-J. Ostermann
• Zur Universalen Maschine
• Technikkritischer dialektischer Begriff der Maschine

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} →Lit.: Krämer: Symbolische Maschinen
2. ↑ Meyers Konversationslexikon 1885-1890
3. ↑ Umsetzung in deutsches Recht durch das Geräte- und Produktsicherheitsgesetz (GPSG) und die 9. Verordnung zum GPSG (Maschinenverordnung)
4. ↑ Die Antike und die Entstehung der exakten Wissenschaft Ernst Cassirer, o.a. 1932
5. ↑ Taschenbuch für den Fabrikbetrieb H.Dubbel Springer-Berlin 1922