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Energiequellen in Ulm im Wandel der Zeit

Muskelkraft, die primäre Energiequelle

Von frühester Zeit bis heute haben die Menschen Arbeitsgeräte zunächst einmal durch eigene Muskelkraft angetrieben. Menschlicher Erfindungsreichtum ersann dabei eine Vielzahl von Geräten, mit
denen entweder die Kraft der Arme (z. B. schon sehr früh mit einer Handmühle) oder die Kraft der Beine (z. B. das seit dem Mittelalter bekannte, durch ein Fußpedal angetriebene Spinnrad) effektiver eingesetzt werden konnte. Bald lernten die Menschen, auch tierische Muskelkraft zum Antrieb von Arbeitsgeräten zu nutzen. Mahlwerke wurden von Tieren bewegt, die in einem Göpel im Kreis herum laufen mussten, vorzugweise von Ochsen, aber auch Eseln, sogar Hunden, am effektivsten von Pferden. Unsere Maßeinheit der Pferdestärke (PS) wurde ermittelt nach der Leistung eines in einem Göpel arbeitenden Pferdes. Diese 1 PS wird allerdings höchstens kurzzeitig erreicht, wenn zudem das Pferd angetrieben wird. Durschnittlich ist eher von einer Pferde-Leistung von 0,7 PS auszugehen, bei einem Ochsen von 0,4 PS, beim Menschen von allenfalls 0,1 PS. Wo es keine Wasserkraft gab, konnte aber nur ein Göpel helfen. Insgesamt war allerdings spätestens ab dem 19. Jahrhundert die Leistung eines Göpels für die meisten aufstrebenden Unternehmen zu schwach. Jahrhundertelang waren auch so genannte Tretmühlen in Gebrauch, die vorzugsweise zum Heben von Lasten eingesetzt wurden. Ohne diese von Tieren betriebenen Kräne wäre der Bau der gotischen Kathedralen, sicher auch des Ulmer Münsters (wofür allerdings keine Belege bekannt sind), undenkbar gewesen. Mancherorts (z. B. in Schwäbisch Gmünd) haben sich diese Kräne in den Türmen der Kirchen bis heute erhalten. Allerdings blieb die Leistung dieser Anlagen begrenzt. Da man beim Bau einer Kirche oben auf dem Turm keine Tiere einsetzen konnte, war man dort auf menschliche Muskelkraft angewiesen. (Mit einem von drei Männern angetriebenen Tretrad hätte man im Mittelalter bei der Vollendung des Münsterturms etwa vier Stunden gebraucht, um eines der vier ungefähr vier Tonnen schweren Einzelteile der abschließenden Kreuzblume von 70 auf über 160 Meter zu heben. Mit einem Gasmotor von 4 PS Leistung schaffte man das Ende des 19. Jahrhunderts immerhin in einer halben Stunde.) Es gelang den Menschen sogar, diese Muskelkraft zu speichern und z. B. in Turmuhren mit Hilfe von Gewichten oder später in Taschenuhren mit Hilfe von Stahlfedern und einem komplizierten System von Hemmungen genau berechnet ablaufen zu lassen.

Die wirtschaftliche Entwicklung einer Stadt hing im 19. Jahrhundert neben der verkehrsgeografischen Lage wesentlich ab von der zur Verfügung stehenden Wasserkraft. Damit stand es schlecht in Ulm.
Ulm liegt zwar an der wasserreichen Donau, aber diese war bis in die Neuzeit als Energiequelle kaum nutzbar. Denn vor allem wegen der Unberechenbarkeit der Iller war die Gefahr zu groß, dass bei Hochwasser das Wassserwerk hinweggerissen würde. So war die Blau, an der seit 1351 Mühlen urkundlich nachweisbar sind und die schon vor 1356 im Oberen Gscheid (vor der „Blauinsel“) künstlich in zwei Arme geteilt wurde, jahrhundertelang der hauptsächliche Energielieferant in Ulm. Innerhalb des Stadtgebiets hat sie ein Gefälle von etwa 10 Metern, der durchschnittliche Durchfluss der Kleinen Blau von ca. 1.500 Litern in der Sekunde und der Großen Blau von ca. 1.750 Litern reichte, um mit ihren zwei Armen in 19 Wasserwerken insgesamt 89 Wasserräder anzutreiben. (Darin eingeschlossen ist der nördliche Stadtgraben zum Antrieb der städtischen Pumpen und weiterer Wasserwerke.) Damit war allerdings die Wasserkraft der Blau so gut wie ausgereizt. Im 19. Jahrhundert wurden keine weiteren Wasserwerke mehr genehmigt. Für aufstrebende Firmen gab es nur die Möglichkeit, bereits vorhandene Mühlen mit ihrem Wasserrecht in ihren Besitz zu bringen.
Wegen des relativ geringen Gefälles der Blau waren die Ulmer Mühlen mit sogenannten unterschlächtigen Wasserrädern ausgerüstet, bei denen das Wasser unter dem Mühlrad hindurchfließt. Diese Konstruktion hat allerdings einen geringeren Wirkungsgrad als ein oberschlächtiges Wasserrad. Im Mittelalter erreichten die Ulmer Mühlwerke höchstens einen Wirkungsgrad von 20 % der möglichen Energie, im 19. Jahrhundert vielleicht von 40 %. Erst mit der Erfindung der Turbinen und des Zuppinger-Rades mit gebogenen Wasserschaufeln kam man ab den 1860er Jahren auf einen Wirkungsgrad von etwa 80 %.
Die zugeteilte Wassermenge war von der Stadt genau festgelegt und über Breite und Seitenhöhe der Wasserrinne reguliert. Trotzdem kam es zu ständigen Streitereien um die Menge des entnommenen Wassers, vor allem zwischen der Stadt und den Müllern, die der Stadt immer wieder (zu Recht!) vorwarfen, dass sie für den Betrieb ihrer Pumpenwerke mehr Wasser entnahm, als sie offiziell zugab. Das zeigt, dass man schon im Mittelalter gezwungen war, mit den beschränkten Wasserkräften der Blau sehr sorgsam umzugehen.      
Als die württembergische „Centralstelle für Handel und Gewerbe“ im Jahre 1862 alle im Land zur Verfügung stehenden Wasserkräfte auflisten ließ, kam sie auf eine Gesamtbilanz von möglichen 48.000 PS, von denen allerdings nur 37.000 PS ausgenutzt wurden. Für die Blau ermittelte man eine Energiemenge von nur etwa 350 PS, die in Ulm zu 100 %, in Söflingen zu 90 % ausgenützt waren. (Im Gegensatz dazu lieferte z. B. die Fils im  Oberamt Geislingen fast 850 PS und im OA Göppingen fast 1.400 PS, die Brenz im OA Heidenheim knapp 900 PS.) Das führte, neben den Einschränkungen durch die Rayonbestimmungen der Bundesfestung, dazu, dass viele Ulmer Firmen in ihrer Entfaltung stagnierten oder auch sich gezwungen sahen, ihre Produktion an andere Orte zu verlagern.
Wegen fehlender Wasserkraft war z. B. die 1835 mit großem Aufwand gegründete Ulmer Zuckerrübenfabrik zum Scheitern verurteilt. Ein Ochsengöpel von 0,7 PS Leistung reichte nicht aus zum Betrieb, und die Stadt hatte einen Stichkanal zur Blau nicht genehmigt, obwohl sie selber mit 5.000 fl an dem Unternehmen beteiligt war.
Ein ähnliches Schicksal schien Johann Georg Krauß mit seiner 1856 gegründeten ersten moderne Baumwollweberei in Ulm zu drohen, weil die Wasserkraft seiner Spitalmühle mit ihren 6 PS nur für die Einrichtung von 60 mechanischen Webstühlen reichte und die Firma damit nicht konkurrenzfähig war. Krauß zog deshalb mit seiner „Mechanische[n] Weberei Ulm“ (MWU) nach Bayern in eine wesentlich leistungsfähigere Mühle in Ay (heute Stadtteil von Senden), die er bereits 1850 erworben hatte. Diese wurde über den Mühlbach von der  wasserreichen Iller gespeist und trieb bald über 300 Webstühle an. Seinem Beispiel folgte der Ulmer Messingfabrikant Philipp Jakob Wieland, der mit den 30 PS seiner Bochslersmühle im Fischerviertel (am Ausfluss der Blau in die Donau), ebenfalls an seine Grenzen gestoßen war. Angesichts extremer Trockenheit in den Jahren 1856 bis 1862 erwarb Wieland 1864 von Krauß für den stattlichen Preis von 58.000 Gulden dessen Wasserkraftwerk am Illerkanal in Vöhringen. Die Investition lohnte sich für Wieland trotz des hohen Preises, zumal es ihm gelang, die Wasserkraft der Krauß’schen Mühle noch einmal erheblich zu steigern.

Zur Geschichte der Ulmer Mühlen siehe Mühlen

Angesichts der begrenzten Wasserkraft der Blau mag es verwundern, dass sich in Ulm die Dampfmaschine trotz ihrer unabweisbaren Vorteile (v.a. Standortunabhängigkeit) nur sehr zögerlich durchsetzen konnte. Im Jahr 1846 gab es in Preußen schon 1491 Dampfmaschinen, in Württemberg dagegen erst 23.
Das lag neben den hohen Anschaffungskosten vor allem an den hohen Betriebskosten. Geheizt wurde zunächst mit Holz oder - nach dem starken Anstieg der Brennholzpreise in den 1850er Jahren – mit Torf. Als Kohle stand nur die stark schwefelhaltige und daher stark rußende Kohle aus dem 170 km entfernten oberbayerischen Miesbach zur Verfügung, die umständlich und teuer mit Ochsenkarren herangeschafft werden musste. Auch der Transport mit der neu eröffneten Eisenbahn war zunächst noch sehr kostspielig. Erst die deutliche Herabsetzung der Kohlentransportpreise machte ab den 1860er Jahren auch in Ulm den Betrieb von Dampfmaschinen rentabler. Aber noch im Jahre 1872 erreichten die 45 in Ulm betriebenen Dampfmaschinen mit ihren zusammen 274 PS erst 80 % der sowieso beschränkten Wasserkraft der Blau.
Die ersten Ulmer Dampfmaschinen wurden 1847 in der Druckerei der Gebr. Nübling (erste täglich erscheinende Zeitung, die „Ulmer Schnellpost“) und 1848 in der Tabakindustrie (Gebr. Bürglen) zum Mahlen von Schnupftabak eingesetzt. Ab den 1860er Jahren taten dann in vielen Ulmer Brauereien Dampfmaschinen ihren Dienst. Allerdings musste die Gold-Ochsen-Brauerei (damals in der Herdbruckerstraße) erst einen vier Jahre dauernden Streit gegen die Ulmer Müller gewinnen. Diese bestanden unter Berufung auf die Gewerbeordnung auf ihrem gewinnträchtigen Monopol des Malzschrotens. 1858 entschied aber das Innenministerium zu Gunsten der Brauerei. Die Leistung dieser ersten Dampfmaschinen blieb noch bescheiden, ihre etwa 5 PS reichten gerade einmal für den Betrieb der Umrühr-Aggregate, für Lastenaufzüge oder zum Malzschroten. Die Anlage des „Löwenbräu“ z. B. glich mit der Grundfläche ihres „Maschinenhauses“ von 3 x 5 Metern wohl eher einem „Warmwassserboiler“ (Haug). Die Dampfmaschinen dieser Zeit stammten vorzugsweise von der Firma Kuhn in Stuttgart/Berg, später auch von der Firma Kohllöffel in Reutlingen. Um die Wende zum 20. Jahrhundert herum kamen in den großen Brauereien wie „Gold-Ochsen“ (1898 im Veitsbrunnenweg), „Zum Hecht“ (1905 Ecke Wengengasse/Küfergasse) und „Ulmer Bier Genossenschaft“ (UBG, später Münster Brauerei, 1908 in der Magirusstraße) wesentlich größere Maschinen von MAN  mit 150 PS und mehr Leistung zum Einsatz, die für den Betrieb der Kältemaschinen unabdingbar waren.
Weit verbreitet war die Angst vor Dampfmaschinen wegen der Gefahr von Verbrühungen und Explosionen. Deshalb bedurfte ihre Installation seit 1853 einer staatlichen Genehmigung. In Ulm ist allerdings nur ein einziger – folgenloser - Unfall mit einer Dampfmaschine belegt, als es bei einer nur mit Kitt und Hanf abgedichteten Maschine von 1,5 PS Leistung im Oktober 1853 zu einer Verpuffung kam.
Ein weiteres Problem waren die Rauch- und Ruß-Emissionen der Dampfmaschinen. Hier galt zwar die Vorschrift, dass der Schornstein einer solchen Anlage mindestens 1,5 Meter höher sein musste als die Firsthöhe der Häuser im Umkreis von 15 Metern. Der Niederschlag von Ruß in der Nachbarschaft wurde dadurch allerdings kaum verhindert. Die Beschwerden der Anwohner gegen eine Brauerei in der Frauenstraße hörten erst auf, als der Betrieb auf die Befeuerung mit weniger rußendem Koks umgestellt werden konnte.
Mit den Dampfmaschinen änderte sich im Laufe der Zeit auch die Ulmer Industrielandschaft: Diese Betriebe waren nunmehr imstande, ihre Anlagen von der Innenstadt in den Osten der Stadt (Wieland, Gebr.Eberhardt, Gebr. Ott, Mayser) zu verlagern und gleichzeitig ihre Produktion erheblich auszuweiten. Andere Industriestandorte entstanden mit Magirus und Käßbohrer im Westen der Stadt. Auf das Wasser der Blau war man nicht mehr angewiesen.

Die drei erfolglosen Ansätze zur Einführung einer Schifffahrtslinie donauaufwärts bis Ulm setzten in den Jahren 1839, 1843 und 1846 selbstverständlich auf dampfbetriebene Schiffe, ein erneuter Versuch im Juli 1913 war dann allerdings schon mit einem Dieselmotor ausgerüstet. Im Jahre 1902 befuhr sogar ein dampfgetriebenes Automobil die Ulmer Straßen, vermutlich ein Modell der französischen Firma de Dion-Bouton. Im Mai 1933 erreichte die erste Elektrolok den Ulmer Bahnhof, dampfbetriebene Lokomotiven verkehrten dort noch bis 1976.

Nachtrag:
Die Annahme, dass die erste Dampfmaschine in Württemberg im Jahre 1824 in einer Ulmer Brauerei in der Hirschstraße installiert worden sei, ist vor einiger Zeit von Albert Haug, dem profundesten Kenner der Ulmer Technikgeschichte, mit Recht bestritten worden.
Auch die Vermutung, in all den Jahren sei in Ulm eine einzige Dampfmaschine hergestellt worden, und zwar von der Maschinenfabrik Krauß, bedarf wohl der Nachprüfung.

In der Mitte des 19. Jahrhunderts erschien Gasenergie zunächst einmal als eine Möglichkeit zur Beleuchtung, insbesondere der öffentlichen Straßen, aber auch von Privathäusern, speziell von Gaststätten. Die Ulmer Stadtväter wurden seit 1845 von führenden Wirtschaftskreisen bedrängt zum Aufbau eines städtischen Gaswerks und gaben nach längerem Zögern schließlich nach. Am 29. April 1853 wurde der Bau eines Gaswerks zur Holzvergasung an der Neutorstraße beschlossen, damals „weit vor der Stadt“. Nach der Inbetriebnahme am 1. Dezember 1857 flammten zwei Tage später die ersten Lichter auf. Bald darauf (1862) waren auf den Ulmer Straßen 336 Gaslaternen in Betrieb. Allerdings wurde die Gasbeleuchtung schon bald durch die elektrische ersetzt. Die letzte Gaslaterne wurde in Ulm 1935 abgeschaltet.
Schnell erwies es sich, dass die Anlage des Werks mit seinen zwei 510 cbm Gas fassenden Behältern zu klein dimensioniert war. Bereits 1869 wurden täglich 1.700 cbm Gas verbraucht, seit 1864 preisgünstiger aus Steinkohle gewonnen, so dass ein dritter Gasometer mit einem Fassungsvermögen von 710 cbm nötig wurde. 1898 kam ein teleskopierbarer Behälter mit einem Fassungsvermögen von 3.000 cbm hinzu. Seit 1871 wurde auch Neu-Ulm mit Gas versorgt, seit 1874 auch der Ulmer Bahnhof, der seit 1856 ein eigenes Gaswerk betrieben und mit seinem Gas auch Privatkunden beliefert hatte. Inzwischen hatte sich das Gas außer zur Beleuchtung von öffentlichen Bauten im Laufe der Zeit auch in manchen Privathäusern zum Kochen, Backen und Heizen durchgesetzt (bei einem Preis von 20 Pfg. pro cbm). Neben etwa 700 bis 800 Kleinabnehmern (die bis zu 3.000 cbm im Jahr verbrauchten) waren im Jahr 1887 die Hauptabnehmer neben dem Ulmer Museum (mehr als 12.000 cbm) und dem Theater (mehr als 16.000 cbm) die beiden Bahnhöfe: Ulm mit mehr als 41.000 cbm, Neu-Ulm mit 48.000 cbm Gas.
Den ersten Gasmotor installierte in Ulm 1875 der Kupferschmied Eck, und zwar ein Modell der Firma Deutz mit einer Leistung von 2 PS. Für 25 Jahre waren Gasmotoren auch für kleinere Gewerbetreibende wie Schmiede, Schreiner und Druckereien, aber auch Brauereien, Bäcker und Metzger eine erschwingliche Möglichkeit zur Motorisierung ihres Betriebs (ehe sich dann ab 1900 sehr schnell der Elektromotor durchsetzte). In der Regel waren dies  kleinere Anlagen mit einer beschränkten PS-Leistung. Der Gasmotor, der bei der Fertigstellung des Ulmer Münsterturms in 70 Meter Höhe seinen Dienst tat zur Hebung der tonnenschweren Steine bis auf über 160 m Höhe, brachte eine Leistung von 4 PS. Nach der Fertigstellung des Turms beließ man ihn dort und verwendete ihn in Zukunft zum Antrieb der Münsterglocken und der Blasebälge für die Orgel. Der größte Ulmer Gasmotor war der 1901 installierte Deutz-Motor der Pflugmaschinenfabrik Eberhardt mit 40 PS. Auch Wieland verfügte zu dieser Zeit in der ehemaligen Spitalmühle über einen Gasmotor von 12 PS zur Stromerzeugung.
Die Installation eines Gasmotors war nicht genehmigungspflichtig, sofern er an das städtische Netz angeschlossen war. Nur Anlagen zur eigenen Gaserzeugung (sog. Inselbetrieb) mussten genehmigt werden, wie z. B. die Anlage der Weberei Steiger & Deschler, die aber nur zur Beleuchtung und zum Heizen diente, während der Antrieb der Maschinen vom Blaukanal besorgt wurde.
Gegen Ende des Jahrhunderts wurde die Verwendung von Gas zur Beleuchtung und zum Antrieb von Motoren sehr rasch von der elektrischen Energie abgelöst. Bereits 1882 ließ Wieland in seinem Vöhringer Werk eine elektrische Anlage installieren, angetrieben von einer Wasserturbine. Seit 1891 wurde der Ulmer Bahnhof elektrisch beleuchtet, eine 230 PS starke Dampfmaschine sorgte für die nötige Energie. Die geplante Einführung einer elektrisch betriebenen Straßenbahn machte kurz darauf ein zentrales mit zwei 240 und 300 PS starken Dampfmaschinen betriebenes leistungsstarkes Elektrizitätswerk notwendig, das 1895 an der unteren Olgastraße seinen Betrieb aufnahm. Bereits 1896 wurden 160.000 kWh Strom geliefert, bis 1900 war der Verbrauch auf eine halbe Million gestiegen. Zu dieser Zeit mussten 3,2 kg Kohle verfeuert werden, um 1 KWh zu produzieren (1950 waren es noch 0,6 kg, um 1995 noch 0,32 kg).
Mit Hilfe Wielands, der als Vöhringer Fabrikant die Verhandlungen führte, gelang es der Stadt 1897 auf bayerischem Gebiet die Illerzeller Mühle zu erwerben und mit zwei je 100 PS starken Turbinen zur Stromproduktion umzubauen. Die 135 kW Wechselstrom wurden mit einer Spannung von 5.000 Volt über eine 17 km lange Stromleitung fast ohne Verlust an Energie in das Ulmer Elektrizitätswerk geleitet und dort (zunächst noch) in Gleichstrom von 2 x 110 Volt umgeformt. Ulm war damit die erste Stadt, welche die Übertragung von Strom über eine größere Entfernung für den täglichen Bedarf anwandte. Diese Technik hatte erst acht Jahre zuvor in einem Test zwischen Lauffen am Neckar und Frankfurt die relativ verlustfreie Energieübertragung und damit die Überlegenheit von Wechselstrom über Gleichstrom bewiesen. Gleichzeitig hatte die Stadt zusammen mit Wieland schon verschiedene Grundstücke erworben für die Verlängerung des Illerkanals bis zur Donau, wo bei einem Gefälle von sechs Metern und einem Durchfluss von 123 cbm in der Sekunde 1910 zwei weitere Elektrizitätswerke entstanden. Das E-Werk Ludwigsfeld und das E-Werk Neu-Ulm (bei der Jakobsruhe) wurden grenzüberschreitend gemeinsam von den beiden Städten Ulm und Neu-Ulm gebaut und mit je zwei Francis-Turbinen ausgerüstet für eine Stromproduktion von 300 kW pro Turbine.
Die neue Energieform setzte sich rasch durch, vor allem auch für den Antrieb von Motoren. Nach einem internen Bericht der Elektrizitätswerke gab es in Ulm 1910 bereits 7.906 Elektromotoren mit einer Gesamtleistung von 2.114 PS. Davon standen 17 % in Kleinbetrieben, allerdings mit 35 % der Gesamtleistung.

Zu den Ulmer Wasserkraftwerken siehe auch Wasserkraftwerke an Iller und Donau zur Stromversorgung Ulms