1797: Henry Maudslay baut die erste Schraubendrehbank

Henry Maudslay war ein englischer Maschinenbauer, der etliche Jahre in der Werkstatt von Joseph Bramah (vergl. 1795 Hydraulische Presse) gelernt hatte. Dort hatte Maudslay auch zum erstenmal einen Kreuzsupport gebaut. James Nasmyth, später Schüler Maudslay’s, nannte diesen äusserst treffend “iron hand”. Es hatte sicherlich schon Vorläufer gegeben, Maudslay gelang es aber, mit hoher Präzision in Dimensionen zu bauen, die für den Maschinenbau nötig waren.

1797 machte Maudslay sich mit einer eigenen Werkstatt selbstständig und baute eine erste Schraubendrehbank ganz aus Metall 1. Zusätzlich zum Kreuzsupport wies diese Drehbank auch eine Leitspindel auf. Damit wurde es zum ersten Mal möglich, Gewindespindeln (gelegentlich auch Bewegungsschrauben genannt), maschinell zu fertigen.

Lt. Rolt ist diese erste Maschine im Science Museum London erhalten. Leider war eine Recherche dort erfolglos.

Die erwähnte Leitspindel bot natürlich eine ganz besondere Schwierigkeit, sollte sie doch nicht nur über die gesamte Länge eine gleichmäßige Steigung aufweisen sondern auch idealerweise pro Umdrehung den Support über eine sinnvolle Distanz transportieren [vergl. 1794 Holtzapffel].

Lt. Benad-Wagenhoff, der sich auf Holtzapffel bezieht, befaßte Maudslay sich von 1797 bis 1810 mit diesem Problem 2. Zunächst wurde aus Hartholz ein Urgewinde von etwa 60 cm Länge geschnitten. Dies geschah auf einem speziell angefertigtem Gerät, dem “screw originator”. Dieses Gerät scheint erhalten, Benad-Wagenhoff zeigt ein Foto aus einer Broschüre des Science Museums von 1971. Hatte ein Holzrohling die gewünschte Geometrie, so wurde bei gleichen Einstellungen des “screw originator” ein Gewinde auf einem Rohling aus z.B. Zinn oder Bronze, also einem weichen Metall erzeugt. Dieser Weichmetallrohling wurde in die “screw cutting lathe” eingesetzt und auf einen Rohling aus Messing oder Stahl kopiert. Benad-Wagenhoff beschreibt Versuche Maudslay’s, dabei noch vorhandene Fehler zu minimieren. Wie Maudslay es nun jedoch schaffte, aus der 60 cm langen Spindel eine etwa 2,1 m lange Leitspindel zu erzeugen, bleibt mir unklar 3.

Maudslay leistete noch mindestens einen weiteren wichtigen Beitrag: Er war es wohl, der die Herstellung einer ebenen Fläche durch Tuschieren und Schaben in Bezug auf eine Referenzplatte (Tuschierplatte) einführte. Bis dahin waren ebene Flächen nur näherungsweise mittels Feilen und gegenseitigem Schleifen mittels Schleifpulver herstellbar.

Dazu mußte natürlich zunächst einmal eine Referenzplatte erzeugt werden. Der oben schon erwähnte James Nasmyth beschreibt in seiner Autobiographie das Verfahren 4. Darüber hinaus heißt es dort:

The importance of having such Standard Planes caused him to have many of them placed on the benches besides his workmen, by means of which they might at once conveniently test their work.

In meiner Übersetzung:

Die Bedeutung der Tuschierplatte führte dazu, dass er viele seiner Arbeiter damit ausstattete. Mit der Platte gleich neben der Werkbank konnten sie bequem die Werkstücke prüfen.

Ein weiterer, später sehr berühmter Schüler Maudslay’s war Joseph Whitworth. Dieser hielt 1840 einen Vortrag über “On plane metallic surfaces and the proper mode of preparing them (Ebene metallische Flächen und wie sie richtig herzustellen sind)” 5. In diesem Text (leider ohne Bilder) beschreibt Whitworth, wie drei Platten durch wechselseitiges Tuschieren (Ocker in Öl gelöst) und dann Schaben per Hand hergestellt werden. Vielleicht ist dieser Vortrag der Grund dafür, dass es Autoren gibt, die dieses Verfahren zur Herstellung ebener Flächen Whitworth statt Maudslay zuschreiben.

Nasmyth war von 1829-1830 bei Maudslay. Die Tatsache, dass Whitworth zehn Jahre später einen Vortrag über Tuschieren und Schaben hielt, zeigt natürlich, dass zumindest in größeren Teilen des englischen Maschinenbaus das Verfahren Maudslay’s immer noch nicht eingeführt war.

Wegen der fundamentalen Bedeutung dieser Technik zitiere ich hier ausführlich Benad-Wagenhoff, der wiederum sich auf die Beschreibung Holtzapffels stützt 6:

Die Prozedur begann damit, daß zuallererst einmal gerade Holzlineale hergestellt wurden. Dieses Dreikantenverfahren (Abb. 3.11) ging so vor sich, daß man aus hartem, geradegemasertem Holz drei Leisten (A, B, C) hobelte. Zwei davon arbeitete man an ihren zukünftigen Meßkanten passend zueinander, indem man sie immer wieder durch Aneinanderlegen und Beobachten der Lichtfuge prüfte. Nahm man dann dort, wo die Lineale sich berührten, Material ab, erreichte man, daß die korrigierte Lineale (A1) und (Bl) entweder gerade oder passend konkav-konvex wurden. Das übriggebliebene Lineal (C) wurde anschließend einem der beiden anderen angepaßt, z. B. (A1); es entsprach dann in etwa dem Gegenstück (B1). Ergebnis dieses Verfahrens waren drei Lineale, die in zwei der drei möglichen Paarungen zueinander paßten (A1+B1; A1+Cl), in der dritten (B1+C1) normalerweise nicht: (B1) und (C1) waren annähernd spiegelbildlich zueinander und wiesen gleiche Abweichungen von der Idealform auf. Man prüfte sie aneinander und arbeitete an beiden so genau wie möglich gleichviel Material weg, bis man zwei passende Lineale (B2, C2), nun aber mit viel geringeren Abweichungen als (B1, C1), erhielt. (A1) wurde dann an eins von beiden, z. B. (B2), angepaßt, sodaß alle drei (A2, B2, C2) die gleiche Genauigkeit hatten und (A2, C2) wieder spiegelbildlich zueinander waren. Man kann diese Methode, Kanten mit spiegelbildlich gleichgerichteten Fehlern um denselben Betrag abzuarbeiten und die dritte einer von beiden anzupassen, mehrfach wiederholen. Irgendwann wird diese dritte Kante ausreichend genau mit den beiden anderen übereinstimmen. Auf jeden Fall erreicht man nach drei bis vier Durchgängen einen Grad an Genauigkeit, der sich bei Holzlinealen nicht mehr steigern läßt.

Um noch perfektere gerade Kanten zu erzielen, stellte man anschließend Lineale aus Stahl her. Drei Stahlstangen wurden, nachdem mit einer alten Feile die harte Zunderschicht entfernt worden war, parallel aneinandergelegt und mit Schrauben zusammengespannt. An ihrer gemeinsamen, von den Schmalkanten gebildeten Oberfläche arbeitete man dieses Paket mit Metallhobel und Schruppfeile leidlich gerade. Dabei ging man kopierend vor, indem man das mit roter Kreide eingeriebene Hartholzlineal als Muster benutzte: es wurde auf die in Arbeit befindliche Fläche gedrückt und hinterließ Farbmarkierungen auf hervorstehenden Partien, die dadurch leicht erkannt und eingeebnet werden konnten. Wenn das Holzlineal seiner Weichheit wegen nicht mehr zur Überprüfung ausreichte, wurden die Stahlschienen auseinanderge- schraubt und nun wechselseitig aneinander geprüft. Neben dem Lichtspalt nutzte man die Tatsache, daß beim Aneinanderreiben von Metallflächen an den Berührungspunkten blanke Stellen entstehen. Es wurde mit zunehmend feineren Feilen gearbeitet, gelegentlich auch geschabt oder gegeneinander geschmirgelt. Meist reichte das Feilen aus, weil man jeden Punkt der schmalen Kanten mühelos erreichen konnte.

Diese iterative Vorgehensweise wurde auch in der nächsten Phase, bei der Erzeugung von planen Urflächen, angewandt. Die Stahllineale übernahmen dabei die gleiche Aufgabe wie zuvor die Holzlineale; sie dienten zu Beginn der genaueren Bearbeitung als Prüfmittel. Die Rohlinge für Standardflächen waren gußeiserne Platten mit verrippter Unterseite (Abb. 3.12). Auch hier wurde mit drei Stücken gearbeitet. Zuerst entfernte man mit dem Meißel die harte Gußhaut, um die nachfolgend benutzten Werkzeuge zu schonen. Dann wurde mit Metallhobel und Schruppfeile grob planiert. Zum Prüfen diente ein Holzlineal oder ein plangehobelter Hartholzblock, mit Kreide eingefärbt. Anschließend arbeitete man mit immer feineren Feilen und einem guten Stahllineal, das in allen möglichen Richtungen an die Fläche gelegt wurde. Eine der drei Flächen, z. B. (A), bearbeitete man besonders sorgfältig , strich sie mit einem Farb-Ol-Gemisch ein und benutzte sie als Prüffläche für die erste grobe Angleichung der beiden anderen (B, C). War das erledigt, begann man, alle drei wechselweise aneinander anzupassen. Der Schaber ersetzte dabei die Feile. Er arbeitet mit nur einer Schneidkante und negativem Spanwinkel (s. o. Abb. 2.4f). Deshalb kann der Arbeiter sehr kleine Spanmengen abnehmen und exakt bestimmen, wo das geschieht. Die Verfahrensweise (Abb. 3.13) war dieselbe wie bei der Erzeugung der Lineale. Mit dem Stahllineal wurde zuerst geprüft, welche der drei groben Flächen ähnliche Abweichungen von der ldealform hatten, z. B. (A) und (B). Diese beiden arbeitete man dann vorsichtig um annähernd gleiche Beträge ab und näherte sie so der Idealfläche, es entstanden (A1) und (B1). Nun paßte man die dritte Fläche (C) an (A1) an. Wenn nun (B1) und das neuentstandene (C1) aufeinanderpaßten, waren schon alle drei Flächen plan. Normalerweise hatten aber (C1) und (B1) gleiche Abweichungen von der idealen Ebene, die in einem zweiten und dritten Durchgang auf beiden Stücken gleichmäßig abgeschabt werden mußten, bis die Tragpunkte auf allen drei Platten ausreichend dicht und gleichmäßig verteilt lagen. Dabei wurde immer eine von zwei Platten dünn mit Farbe bestrichen, deren Abreiben auf die Gegenfläche die Tragpunkte in den “Gipfelregionen” sichtbar machte. Je größer ihre Anzahl und je gleichmäßiger ihre Verteilung, desto näher war man an der idealen Ebene. Für höchste Genauigkeit ließ man die Farbe weg und orientierte sich nur noch an den blankgeriebenen Berührungsstellen …

Mit diesen Methoden hatten Maudslay und seine Schüler die notwendigen Mittel an der Hand, um genaue Führungsflächen für Kreuzsupporte zu erzeugen. Seit etwa 1815 beschleunigten dann die ersten Hobelmaschinen die Bearbeitung ebener Flächen; sie übernahmen die groben und mittelgroben Vorarbeiten, die bis dahin mühselig mit Meißel, Schmiedehobel und Schruppfeile erledigt werden mußten. Die abschließende Feinbearbeitung mit Schlichtfeile und Schaber blieb allerdings bis weit ins 20. Jahrhundert Handarbeit.

Eine detaillierte, neuzeitliche Beschreibung des Verfahrens mit Skizzen findet sich hier 7.

Trotz der Flachschleifmaschine gibt es auch heute gelegentlich Situationen, in denen erfahrene Werkzeugmacher tuschieren und schaben !

Stand: 22.9.2016


  1. Rolt, 1965, S. 86 ff.

  2. Benad-Wagenhoff, 1993, S. 84f.

  3. Benad-Wagenhoff beschreibt ein Verfahren von Joseph Clement, der 1820 einen sog. “Korrekturapparat” einsetzte. Seine Quelle ist wiederum Holtzapffel. Dort heißt es auch explizit, dass Joseph Whitworth nach Clement’s Verfahren seine Standard-Leitspindel von ca. 7,2 m Länge mit 1/2 Zoll Steigung hergestellt hat.

  4. Nasmyth, 1905, S.144

  5. Whitworth, 1840 4.12.2010 Abgerufen 26.7.2016

  6. Benad-Wagenhoff, 1993, S. 68 ff

  7. Moore, 1970, S. 19 ff.