Hast du dich mal gefragt, wie dein Leben ohne die Erfindung des Rads aussähe? Ohne Linse, Feder, Magnet, Pumpen, Nagel und Schnur? Wahrscheinlich nicht. Und doch würden unsere Leben ohne diese Gegenstände nicht so aussehen und funktionieren, wie sie es tun.
Die Bauingeneurin und Wissenschaftsautorin Roma Agrawal jedenfalls wollte schon im Kindesalter genau wissen, wie die Dinge, die sie umgeben, entstanden sind und welche Geschichten hinter ihnen stecken. In ihrem neuen Buch „Nägel mit Köpfen: 7 Erfindungen, die die Welt bis heute verändern“ hat sie deswegen die Hintergründe zu den oben genannten Gegenständen recherchiert. Und dabei Geschichten ausgegraben, die der bloße Anblick dieser Gegenstände niemals vermuten ließe. Wir veröffentlichen einen Auszug aus ihrem Buch, in dem es um die Entstehung des Nagels geht.
Nägel mögen nicht wie ein Meisterstück der Ingenieurskunst daherkommen, aber wenn wir uns mal umblicken, entdecken wir sie nahezu überall. Wenn ich von dem Tisch aufschaue, an dem ich diese Seiten schreibe, sehe ich Bilder, die an Nägeln hängen, und Regale, die mit Nägeln zusammengebaut sind. Auch der Tisch und selbst die Schuhe, die ich unter ihm abgeworfen habe, würden ohne sie auseinanderfallen. Die Wände aus verputzten Holzpaneelen, der von Holzbalken gestützte Boden – all das wird durch Nägel verbunden. Die meisten dieser Nägel kann ich gar nicht sehen, da sie in Holz, Leder oder Mauersteinen stecken, aber ich weiß um ihr stilles und beruhigendes Vorhandensein.
Nägel ermöglichen uns, Dinge miteinander zu verbinden. Das hört sich nicht großartig an, doch brachte eben diese Möglichkeit einen radikalen Wandel. Fast alles Menschengemachte, das uns umgibt, ist eine Zusammenfügung verschiedener Teile und Materialien – ein Umstand, über den wir heute nicht mehr nachdenken. Das war nicht immer so.
Unsere Welt, so komplex wie wir sie kennen, wäre ohne Nägel nicht denkbar
Vor vielen Jahrtausenden bestand die Schaffung von etwas Neuem darin, einem Material eine zweckgerichtete Form zu geben: Unsere Vorfahren gruben eine Höhle in einen Fels, sie spitzten Steine, um sie als Werkzeug zu gebrauchen, oder sie legten einen Baumstamm als Brücke über einen Fluss. All das waren wichtige und nützliche technische Entwicklungen. Für komplexere Behausungen aber, Speere mit Steinspitze oder eine Brücke, die länger war als ein Baumstamm, mussten Teile verbunden werden – was eine enorme Differenzierung der vom Menschen geschaffenen Dinge erlaubte.
Natürlich kann man eine Brücke auch mit Steinstapeln stützen. Oder Dinge mit Seilen oder Lederriemen verbinden. (Seit geraumer Zeit auch mit Klebstoff.) Aber Nägel und ihre Abkömmlinge – Niete, Schrauben und Garnituren aus Mutter und Schraube – ermöglichten die stabile Verbindung von verschiedenen Materialien, und zwar auf ganz unkomplizierte, für jeden zugängliche Art und in allen möglichen Größenordnungen: Pfosten und Balken zimmerte man zu Häusern zusammen, aus verbundenen Holzplanken entstanden Boote, später aus Stahlblechen Schiffe. Aus zusammengefügten Teilen wurden Skulpturen, Schlösser, Uhren. Eine Welt ohne Nägel ist kaum vorstellbar: Wir können schließlich nicht mit Schnüren zusammengebundene Satelliten ins All schicken oder die beweglichen Teile von Uhren zusammenkleben.
Zur Geschichte des Nagels gehört die des Metalls
Meinen Nagel habe ich in dem Dorf Much Hadham in Hertfordshire geschmiedet. Die dortige Schmiede ist seit 1811 in Betrieb. Das Ergebnis meiner Bemühungen war ziemlich kantig, dick und schief, außerdem hatte es mich ordentlich Kraft gekostet. Vom Hämmern hatte ich Blasen an den Händen und Muskelzittern in den Armen. Heutzutage werden die allermeisten Nägel natürlich maschinell hergestellt, aber über Tausende Jahre, angefangen bei den Ägyptern und Römern, haben die Menschen sie so wie ich in Much Hadham handgeschmiedet.
Roma Agrawal ist eigentlich Physikerin und Bauingenieurin. Sie gilt als profilierteste britische Vertreterin der „Women in Science“. Für ihre Arbeit erhielt sie diverse Preise wie den Women in Construction Award Engineer of the Year (2014) und den Diamond Award for Engineering Excellence (2015). Copyright:© Steve Ullathorne
Dass mir das Werkstück so viel Mühe gemacht hat, hängt mit der Formbarkeit des Materials zusammen. Zur Geschichte des Nagels gehört die Geschichte des Metalls. In seltenen Fällen kann es von Vorteil sein, Nägel aus anderen Materialien wie Holz herzustellen, doch erst der Eisennagel brachte den Umschwung.
Metall hat zwei Eigenschaften, deren Zusammenspiel es zum unübertroffenen Material für die Nagelherstellung macht. Zum einen ist es fest genug, um mit Hammerschlägen in andere Materialien getrieben zu werden. Und zum anderen kann es in eine spitze Form gebracht werden, da Metalle eine kristalline Struktur haben, die ihnen eine besondere „Duktilität“ oder Zähigkeit verleiht. Die Kristalle können sich nämlich bis zu einem gewissen Grad übereinanderschieben. Aus diesem Grund können wir eine Büroklammer auseinanderbiegen, ohne dass sie zerbricht. (Duktilen Werkstoffen stehen spröde oder brüchige Werkstoffe gegenüber, welche bei Krafteinwirkung leicht bersten – wie etwa Glas.)
Die ältesten Bronzenägel stammen aus der Zeit um 3400 v. Chr.
Metall wird durch hohe Temperaturen verformbar. Die Hitze des Schmiedefeuers regt die schwebenden Elektronen und die Atome in der kristallinen Struktur an, sodass sie in heftige Bewegung geraten. Da Metalle gute Wärmeleiter sind, verteilt sich die zugeführte Energie rasch. Die verschiedenen Metalle unterscheiden sich bezüglich ihres Schmelzpunkts und ihrer Leitfähigkeit, doch immer gilt: Je heißer das Metall wird, desto mehr gleiten die Atome und Elektronen übereinander und lassen das Material weich und geschmeidig werden, sodass es in Form gehämmert werden kann. Erstaunlicherweise verändert sich durch die Hitze und die Hammerschläge auch die eigentliche Struktur des Metalls, da die großen, groben Kristalle in kleinere, regelmäßigere Kristalle umgewandelt werden: Auf diese Weise erhält man beim Abkühlen ein festeres, härteres und beständigeres Material.
Schon in der Steinzeit, also vor rund 8.000 Jahren, begannen Menschen mit der Bearbeitung von Gold. Im Anschluss entdeckten sie Kupfer, Silber und Blei. Die meisten dieser Metalle sind zu weich, als dass man Nägel aus ihnen herstellen könnte, doch Kupfer war das erste in dieser Hinsicht vielversprechende Material. Einfallsreiche Köpfe unter unseren Vorfahrinnen fanden heraus, wie man aus einer Mischung aus Kupfer und Blei Bronze fertigen konnte, und schufen damit ein Material, aus dem sich haltbarere Werkzeuge, Waffen, Rüstungen und Nägel herstellen ließen.
Die ältesten Bronzenägel stammen aus der Zeit um 3400 v. Chr. und wurden in Ägypten gefunden. Sie ähneln erstaunlich den heute handgeschmiedeten Stahlnägeln, doch haben die vergangenen 5.000 Jahre sie verkrustet, verfärbt und stumpf werden lassen. Die Ägypter waren Meister in der Bronzeverarbeitung und verzierten das Metall mit Intarsien aus Edelsteinen, Emaille und Gold, nutzten es aber auch für praktische Dinge wie Nägel, die ihnen zum Zusammenbau ihrer Boote und Streitwagen dienten.
Die Weltreise des Nagels
In den darauffolgenden tausend Jahren wurden Nägel aus Kupfer und Bronze gefertigt, obgleich Bronze die weniger wirtschaftliche oder praktikable Lösung darstellte, da man das hierfür benötigte Kupfer und Blei selten an einer Stelle antraf. Um 1300 v. Chr. entdeckten Metallhandwerker in Indien und Sri Lanka, wie man Eisen herstellt (das etwa so hart wie Bronze und härter als Kupfer ist). Damit begann im Osten die Eisenzeit, und Bronze wurde schnell durch den neuen Werkstoff ersetzt.
Um 1200 v. Chr. brach die Bronzeverarbeitung dann endgültig ein, da es im Nahen Osten zu politischen Unruhen kam, in deren Folge Handelswege unterbrochen wurden und sich die Herstellung von Blei (und damit Bronze) enorm verteuerte. Später ging auch die Nutzung von Eisen zurück, nachdem man entdeckt hatte, dass man durch die Beimischung von ein wenig Kohlenstoff Legierungen wie Stahl erhielt, mit denen sich viel härtere und stabilere Nägel schmieden ließen.
Die Römer erlangten große Fertigkeit in der Verarbeitung von indischem Eisen, das sie auf viele Weisen nutzten – von der Herstellung von Waffen bis zur Massenproduktion von Nägeln im gesamten Römischen Reich, darunter in Britannien. In den 1960er Jahren entdeckte man auf einem Feld im schottischen Perthshire eine große Ansammlung römischer Nägel. An dem Ort hatte sich das Legionslager Inchtuthil befunden, in dem rund 5.000 Soldaten der 20. Legion stationiert waren, bis es 86 n. Chr. nach nur wenigen Jahren aufgegeben wurde. Der Stützpunkt war so kurz in Gebrauch, dass die sonst üblichen Bäder und Aquädukte zur Wasserversorgung noch nicht fertiggestellt waren, doch legten archäologische Ausgrabungen faszinierende Einblicke in den Festungsbau und die Handwerkskunst der Römer frei.
Ein riesiger Schatz: 875.428 Eisennägel
Die Anlage war riesig. Sie bedeckte gut 20 Hektar (das sind 28 Fußballfelder) und enthielt 64 Mannschaftskasernen, ein Lazarett, Getreidekammern und, was uns an dieser Stelle am meisten interessiert: eine fabrica oder Schmiede. In einem ihrer Gebäudeflügel fand man eine Schmiedeesse, in einem anderen eine versiegelte Grube. Nachdem sie sich vorsichtig durch zwei Meter Kies gegraben hatten, stießen die Archäologen überraschend auf einen Schatz: verschieden große Eisennägel, 875.428 an der Zahl, die meisten in fast makellosem Zustand.
Die außen liegenden Nägel waren verrostet und hatten dadurch eine undurchdringliche Schicht gebildet, die den Rest vor Korrosion schützte: Die zwei Jahrtausende alten Nägel waren glänzend und scharf wie am ersten Tag. Vor der fabrica trugen die Straßen ausgeprägte Furchen, was darauf hindeutet, dass dort schweres Material hin und her transportiert wurde. Es ist denkbar, dass die Schmiede von Inchtuthil Nägel an andere Siedlungen lieferte. Die Größe des Stützpunkts legt außerdem nahe, dass der römische Statthalter von Britannien, Senator Julius Agricola, den Bau zusätzlicher Festungen weiter nördlich plante, bis er dann plötzlich nach Rom zurückbeordert wurde, da sich die militärische Planung auf Europa konzentrierte.
Vor ihrem Rückzug brannten die Legionäre die Festung nieder und vergruben an die zehn Tonnen Nägel, da man befürchtete, die Kaledonier könnten sie sonst einschmelzen und zur Waffenherstellung nutzen. Die Ausgrabung von Inchtuthil beförderte sechs verschiedene Nagelsorten ans Licht, die offenbar jeweils anderen Zwecken dienten. Am häufigsten fanden sich kleine, bis zu fingerlange Nägel mit rundem Kopf, die wohl zum Möbelbau oder zum Anbringen von Wand- und Fußbodendielen gebraucht wurden. Einige weit längere (etwa ellenlange) Nägel werden die Römer zum Befestigen schwerer Balken verwendet haben: Sie tragen pyramidenförmige Köpfe, die auch fortgesetztes Hämmern aushalten. Die meisten Nägel haben einen vierkantigen Schaft, doch unter den anderen Sorten befinden sich auch 28 Stück mit rundem Schaft, abgeflachtem Kegelkopf und meißelförmiger Spitze: Diese wurden offenbar in Mauerwerk gehämmert, da ein eckiger Schaft den Stein splittern lässt.
Wer einen Nagel selbst herstellen will, muss das Handwerk genau beherrschen
Die römischen Nägel waren von hoher und gleichbleibender Qualität in Bezug auf Form, Größe und Material. Die größeren der in Inchtuthil gefundenen Nägel enthalten mehr Kohlenstoff als die kleineren – was nahelegt, dass die römischen Schmiede ihr Rohmaterial vor der Verarbeitung prüften. Die Spitzen der Nägel waren härter als ihre Köpfe, da sie wahrscheinlich anders erhitzt, behämmert und gelöscht wurden.
Offensichtlich haben wir es hier mit den Arbeiten überaus kunstfertiger Handwerker zu tun. Wie ich selbst erfahren durfte, ist das Handschmieden von Nägeln eine schwierige und anstrengende Angelegenheit. Man muss wissen, wie und wann das Metall die ideale Temperatur erreicht, man muss die Hammerschläge mit der richtigen Kraft, aus dem richtigen Winkel ausführen – und das alles sehr schnell, solange das Metall noch heiß genug ist.
Die Schmiede der Antike konnten nicht messen, welche Temperatur ihr Werkstück erreichte, daher orientierten sie sich an dessen Farbe. Stahl wird bei etwa 700 bis 900 Grad Celsius glühend rot und lässt sich dann gut biegen, bei aufwendigerer Bearbeitung kann das Metall jedoch brechen. Bei noch heißeren Temperaturen wird es noch biegsamer und nimmt eine orange Farbe an wie die Abendsonne. Erhitzt man es dann noch weiter, auf über 1.300 Grad Celsius, so wird es grellweiß. Bei diesen Temperaturen kann man Metallteile zusammenschweißen und es sprühen weiße Funken vom Werkstück ab. (Heißes Metall hat eine ganz eigene hypnotische Anziehung. Für die Recherchen zu diesem Buch habe ich mit der Hufschmiedin und Künstlerin Agnes Jones gesprochen, die außergewöhnliche organische Skulpturen aus Stahl erschafft. Agnes entdeckt im weiß glühenden Stahl eine surreale Schönheit, da eine dünne Schicht an der Oberfläche schmilzt und die Konturen verwischt, so wie die oberste Schicht eines Sandstrands an einem windigen Tag.)
Die grellweiße Hitze ist das Maximum, das ein Schmied erreichen will. Geht man über diesen Punkt hinaus, brennt der Stahl wie eine Wunderkerze. 1.000 bis 1.200 Grad Celsius sind also der ideale Bereich für das Schmieden von kohlenstoffarmem Stahl (wobei die genaue Temperatur von der spezifischen Zusammensetzung des Metalls abhängt). In diesem Bereich leuchtet das Metall sommernachmittagssonnengelb und zeigt an, dass der Stahl weich
genug geworden ist, um ihn zu schmieden. Hat man die gewünschte Form herausgearbeitet, kühlt man die Stange abrupt ab, indem man sie in kaltes Wasser taucht. Durch das “Löschen” des Materials erhöhen sich seine Festigkeit und Formstabilität.
Was Thomas Jefferson mit Nägeln zu tun hatte
Auch nach dem Untergang des Römischen Reiches war die Herstellung von Nägeln in Europa über Jahrhunderte eine geschätzte Fertigkeit. Im Mittelalter stellten „Nagler“ (der Beruf hat sich als Nachname erhalten) Nägel für Hufeisen, Tischlerarbeiten und den Hausbau her. Es ist heute schwer vorstellbar, aber in dieser vorindustriellen Ära, in der Materialien und Fachkräfte nicht ohne Weiteres verfügbar waren, waren Nägel so kostbar, dass die Briten die Ausfuhr in ihre Kolonien verboten – auch nach Nordamerika, wo Holzhäuser weit verbreitet waren. Dort wurden Nägel schließlich derart rar, dass manche gar ihr Haus in Brand setzten, bevor sie auszogen, um dann die kostbaren Nägel aus der Asche zu bergen. 1619 wurde im Staat Virginia ein Gesetz erlassen, um dieses Vorgehen zu unterbinden, indem man den Hausbesitzern einen Ersatz anbot: „Wenn jemand seine Siedlung wie oben erwähnt aufgibt, soll es nicht rechtmäßig sein, die auf ihnen befindlichen, notwendigen Häuser niederzubrennen, sondern es sollen stattdessen zwei unparteiische Männer berechnen, wie viele Nägel für die Siedlung vonnöten waren, und diese zur vollen Genugtuung des Betreffenden ausgegeben werden.“
Nach der Unabhängigkeit im Jahre 1776 war Amerika bestrebt, die Fertigung von Nägeln selbst in die Hand zu nehmen, um so einer stetig wachsenden Wirtschaft und dem steigenden Wohnbedarf gerecht zu werden. Thomas Jefferson, Gründervater der Vereinigten Staaten, rief eins der größten Unternehmen dieser Art ins Leben. Sieben Jahre bevor er 1801 Präsident wurde, richtete er auf seiner Farm Monticello in Charlottesville, Virginia, eine Gießerei ein.
Auf dem Landgut mit über 2.000 Hektar großer Plantage arbeiteten zu Jeffersons Lebenszeit über 400 Sklaven. Einer von ihnen, Joe Fosset, schuftete ab dem Alter von zwölf Jahren in der Nagelschmiede. Zusammen mit anderen Jungen fertigte er tagtäglich 8.000 bis 10.000 Nägel, von deren Absatz sich Familie Jefferson finanzieren konnte, wenn die ausgelaugten Felder des Gutes brachlagen. Fosset wurde versklavter Vorarbeiter des Betriebs. Nach seiner Freilassung gründete er eine eigene Nagelschmiede, mit deren Erlös er seine Frau und seine zehn Kinder freikaufen konnte.
Jefferson war stolz auf seine Nagelfertigung. Dem französischen Politiker Jean-Nicolas Démeunier schrieb er, Nagelfabrikant zu sein sei für ihn ein “Adelstitel”. Als wenige Jahre darauf der Preis für Eisen sank und Nägel breiter verfügbar wurden, da die Briten den Export schließlich wiederaufnahmen, schrieb Jefferson 1796 mit einiger Begeisterung an einen Freund, er hoffe, seine Produktion durch eine neue “Schneidemaschine” zu erhöhen. Diese Maschine, die Jefferson von einem Mr. Burral in New York erwarb, war der Beginn der mechanisierten Nagelherstellung.
Früher sahen Nägel ganz anders aus
Zwar waren bereits um 1600 Apparaturen zur Nagelfertigung aufgetaucht, doch waren diese nicht sehr beliebt; sie waren schwerfällig in der Bedienung und bearbeiteten jeweils nur einen Nagel. Jeffersons Maschine schnitt kleine „Fourpenny“-Nägel (hundert Nägel dieser Größe hatten im mittelalterlichen England vier Penny gekostet) aus dünnen Eisenstreifen, die eigentlich als Fassreifen verwendet wurden. Hierzu kam wahrscheinlich ein Paar senkrechter Klingen zum Einsatz, die von einer manuell gedrehten Welle angetrieben wurden. Jeffersons Maschine war offenbar nicht geeignet, den Nägeln auch Köpfe zu verpassen, andere Maschinen aus dieser Zeit jedoch verwendeten eine Reihe von Hebeln zum Stauchen und Abflachen des breiten Nagelendes.
So wurde zwar die schwere körperliche Arbeit erleichtert und die Herstellung beschleunigt, dennoch stellte dies keinen radikalen Bruch mit der Vergangenheit dar. Die frühen maschinell gefertigten Nägel waren eckig und recht klobig und hatten mehr mit ihren handgefertigten Vorgängern gemein als mit den perfekt abgerundeten Nägeln von heute.
Roma Agrawal: Nägel mit Köpfen. 7 Erfindungen, die die Welt bis heute verändern. Aus dem Englischen von Ursula Held © 2023 Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, München © Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG
Redaktion: Esther Göbel, Bildredaktion: Philipp Sipos, Audioversion: Christian Melchert