Vom handbetriebenen Blasebalg zum Elektromotor. Folgen Sie uns auf einer spannenden Reise zu den Anfängen der Lüftungstechnik.
Wer hat den Ventilator erfunden?
- Kühlung durch Verdunstungskälte
- Notwendigkeit der Lüftung
- Zeitreise mit Ventilator
- Schiffslüftung im 18. Jahrhundert
- Ventilatoren ab dem 19. Jahrhundert
- Moderne Technik
- Zusammenfassung
Kühlung durch Verdunstungskälte
Bereits die antiken Ägypter verewigten Luftfächer in Ihren Kunstwerken. Über reisende Händler gelangten sie im 16 Jhdt. nach Europa, im asiatischen Raum werden sie bis heute täglich eingesetzt. Es gibt Handfächer aus Papier und Stoff, gebundene Palmblatt-Wedel oder große Modelle für die Zimmerdecke. Die kunstvollen Erfrischer bewegen sich allerdings nicht von selbst. Üblicherweise wurden Sklaven oder Diener veranlasst, glücklichere Herrschaften abzukühlen. Der Windhauch verdrängt feuchte Luft direkt über der schwitzenden Haut, die Wärmeabgabe des Körpers wird erneut angeregt. Dadurch entsteht ein kühlender Effekt, die Verdunstungskälte.
Die Raumtemperatur bleibt dabei konstant, das frische Gefühl wird lediglich am eigenen Leibe wahrgenommen. Diese Art der Kühlung erzeugt weder gezielte Strömung noch Luftaustausch und ist daher kein „Ventilator“.
Definition Ventilator
Der lateinische Begriff „ventilare“ bedeutet je nach Übersetzung „in der Luft schwingen, schwenken,
ent- bzw. durchlüften, Wind erzeugen“ oder „Kühlung zufächeln“. Das Wort „Ventilator“ wird um 1803 erstmals in einem deutschen Wörterbuch erfasst, 1809 im Brockhaus. Die Hauptfunktion des Ventilators bestand zur Zeit seiner Erfindung darin, dass er „verdorbene Luft hinweggeschafft, und dagegen frische hereingebracht wird.“ Die Kühlung im Sommer war also ein glücklicher Nebeneffekt. Der aktuelle Duden ergänzt, dass der Antrieb eines Ventilators meist durch einen Elektromotor erfolgt.
Der elektrische Ventilator musste allerdings erstmal erfunden werden. Die Geschichte des Ventilators führt uns tief hinein in stockdunkle, modrige Schiffsbäuche. Wir begeben uns auf die Spurensuche…
Notwendigkeit der Lüftung
Bei Häusern aus Mauerwerk und Lehm war Belüftung durch Fenster, Belüftungslöcher, Schlitze, Abzugsöffnungen über der Kochstelle oder Radventilatoren, d.h. drehbare Schaufelräder vor der Fensteröffnung bekannt. Die Notwendigkeit zur aktiv verstärkten Lüftung kam bei dichter Bauweise bzw. ungenügendem Luftaustausch auf. Schon bevor der Hygieniker Max von Pettenkofer im Jahr 1858 entdeckte, dass ein Tausendstel Gehalt des Gases Kohlenmonoxid in der Raumluft gesundheitlich gefährlich ist, war der schädliche Aspekt „verdorbener“ Luft gefürchtet. Kohlenmonoxid kommt mit 0.04 Prozent (400 ppm) als natürlicher Luftbestandteil vor. Der Atemvorgang von Tier und Mensch ist Hauptverursacher des Anstiegs in geschlossenen Räumen, Feuerstellen tun ihr übriges. Auch körperliche Aktivität und Verbrennungsvorgänge beschleunigen den Anstieg des CO2 Gehalts. Das Gas ist schwerer als die übrige Atemluft und sinkt zu Boden. Vor allem Schiffe mit mehreren Decks, Gruben, unterirdische Gänge, Krankenzimmer, Hospitäler, Gefängnisse und Keller waren von „verdorbener“ Luft betroffen. Krankheitserscheinungen wie Unwohlsein, Konzentrationsschwäche, Kopfschmerzen, Atemnot, Schwächegefühl, Schwindel, Erstickungs-Unfälle, Bewusstlosigkeit und Tod sind die Folge. Die Anzahl von Keimen und das Ansteckungsrisiko für Infektionskrankheiten steigt ebenfalls mit dem Kohlenmonoxid-Gehalt. Was heute unwahrscheinlich wirkt, war früher sehr gefährlich: Europa befand sich im 18.ten Jahrhundert im „Zeitalter der Pocken“, davor wüteten Pest und Lepra.
Zeitreise mit Ventilator
Mit Muskelkraft betriebene Ventilatoren werden erstmals in einer chinesischen Aufzeichnung aus dem Jahr 180 n. Chr. erwähnt. Durch Verglasung der Fensteröffnungen ab 1180, rückte unterstützte Raumlüftung und Lufthygiene in den Fokus. Da sich nicht jeder einen bemannten „Ventilator“ halten konnte, mussten andere Wege gefunden werden, die natürliche Luftströmung zu verstärken. Kleine Radventilatoren, eine Art Windtrommel, wurden oben am Wohnzimmerfenster angebracht. Die Laufräder im zylinderförmigen Blechgehäuse bewegten sich, wenn erwärmte Raumluft nach oben stieg und ausströmte. Kühle frische Luft konnte ins Gebäude einfließen, der Effekt war allerdings gering. Die natürliche Lüftung musste nötigenfalls per Handantrieb und Blasebalg unterstützt werden. Weitere Belüftungsmöglichkeiten waren Wassertrommel- und Zentrifugalgebläse, Schraubenventilatoren und Wasserradventilatoren. Diese Techniken waren eine Voraussetzung für die folgende Entwicklung des Ventilators.
Schiffslüftung im 18. Jahrhundert
Die Schifffahrt begleitet den Menschen praktisch seit seiner Entstehungsgeschichte. Wissenschaftler gehen davon aus, das Menschen schon vor 50.000 Jahren Schiffe nutzten, um nach Australien vorzudringen. Das Erkunden neuer Territorien, Umsiedlungen, die Erschließung von Handelswegen, Nahrungssuche und Transporte waren über den Wasserweg z.T. leichter als über das dicht bewachsene Festland. Ab 1610 begann die dreistöckige Bauweise von Segelschiffen. Die Geschwindigkeit der Segler war abhängig von günstigem Wind und beeinträchtigt durch Unwetter. Ob das Ziel der Reise innerhalb eines knappen Monats oder eines halben Jahres erreicht wurden, konnte auch ein erfahrener Kapitän kaum voraussehen. Die Mannschaft der englischen Transportschiffe lebte in dieser, sich ins Ungewisse hinstreckenden Zeitspanne, extrem beengt. Erhaltene Aufzeichnungen beschrieben die Decks als so niedrig, dass man nicht aufrecht stehen und auf dem Bettkasten nicht sitzen konnte. Es war dunkel und das Holz der unteren Etage durch Einfluss der „berüchtigten“ Bohrmuschel feucht. Der Geruch des „schauderhaften Abgrunds“ wurde mit verdorbenem Käse und ranziger Butter verglichen. Die Besatzung wurde „gedrückt, geschichtet und gepökelt wie die Heringe“, ein Bettkasten für sechs wäre schon mit vieren schon randvoll gewesen. Bei Sklaventransporten von der westafrikanischen Küste starben etwa sieben Prozent der Menschen bereits bei der Überfahrt. Auch Schiffszimmerleute und andere, die in den tiefen Decks arbeiteten, erstickten recht häufig aufgrund mangelhafter Belüftung. Was in früheren Berichten der Kohlensäure zugeschrieben wurde, meint eigentlich CO2, Kohlenstoffmonoxid. Die Schiffsluft wurde für „faul" erklärt und für fleischverfaulende Krankheiten wie Skorbut verantwortlich gemacht. So war die Bemühung groß, verbrauchte Luft mit Hilfe von Ventilationsvorrichtungen aus dem Schiffrumpf zu befördern. Große Radventilatoren sogen Abluft aus Schiffsräumen und Zwischendecks heraus und pumpten frische Außenluft hinein. Solche Windräder wurden von einem Mann bedient, der in seiner Berufsbezeichnung „Ventilator" genannt wurde. Beim Anlegen wurden die Schiffe dann schräg festgemacht, damit alte Luft besser entweichen konnte.
Um die schweißtreibenden Lüftungsmaßnahmen zu verbessern, stellt der englischen Physiker Stephen Hales 1741 der königlichen Sozietät Englands seine Vorschläge zur Schiffsventilation vor. Er ging recht in der Annahme, dass Schiffskrankheiten durch Ausdünstungen und Atemprodukte herrührten, die zischen den Schiffsverdecken nicht entweichen konnte. Hales Erfindung glich einem großen Blasebalg. Je nach Aufstellung der Maschine wurde Luft über Ventile an ihren Bestimmungsort geleitet, entweder nach draußen oder drinnen. Das Gerät musste ständig von zwei Männern bedient werden, sodass sich die Mannschaft regelmäßig daran wechselte. Der Zweck dieser Errungenschaften war ja nun nicht die Erhöhung von Behaglichkeit, sondern die Zuführung von Frischluft. Der Vorteil gegenüber dem Radventilator bestand nach Hales Angaben darin, dass ca. 5.000 Kubikmeter Luft pro Stunde gefördert wurden. Der entstandene Luftzug wurde allerdings noch vom Erfinder selbst als unangenehm beschrieben.
Im selben Jahr, 1741, stellte der königliche schwedische Ingenieur-Kapitän Martin Triewald ebenfalls eine Blasebalg-Lüftungsmaschine vor, die 843.820 m3 Luft pro Stunde pumpte. Einige alte Quellen schätzten sogar 25.000 Tonnen Luft pro Stunde. Auch der Zellerfelder Maschinen-Direktor Johann Justus Bartels wurde mit einem ähnlichen Gerät erwähnt. Aufgrund seiner Bekanntheit ging schlussendlich Hales als Erfinder des Ventilators in die Geschichte ein.
Mit den genannten Errungenschaften entwickelte sich die Schifffahrt so sehr weiter, dass entlegene Kontinente erschlossen und besiedelt werden konnten. Durch die umfangreiche Größe und den Energiebedarf (Muskelkraft) der Maschinen, setzten sich aber andere Lüftungsmethoden durch. Eine Erleichterung in der Bedienung der Ventilation stellten Suttons Zugröhren dar, die mit Feuer und Dampfabzug funktionierten. 1769 kam die Dampfmaschine von James Watt zum Einsatz, ab ca. 1820 waren Lüftungsgeräte in Schiffen durchgängig dampfbetrieben. Mit Aufkommen der Passagierfahrten wurde Komfort an Bord wichtiger. Das Patent für Lufttemperierung und Entfeuchtung erhielt der amerikanische Maschinenbauingenieur Willis Carrier im Jahre 1906. Heutige Schiffslüfter sind u.a. mit Luftfiltern und Vorwärmern für den Winterbetrieb ausgestattet. Von solchen Annehmlichkeiten konnten die Pioniere der Seefahrt nur träumen.
Ventilatoren ab dem 19. Jahrhundert
In Indien und dem Nahen Osten werden traditionell halbrunde große Fächer als Deckenventilatoren eingesetzt. Pankha („Fächer“) bzw. Punkah Ventilatoren rotieren nicht, sondern schwingen die Flügelblätter langsam hin und her. Früher wurden sie über Seilzüge von Dienern bewegt, ab 1800 wurde der Wasserkraft-Antrieb populär. An dieser klassischen Lüftungsmethode orientiert sich das Design des bekennenden Ventilator Liebhabers und Sammlers Tom Frampton.
Die erste Ventilatoren Fabrik in Deutschland wurde 1851 vom Ingenieur Christian Schiele in Frankfurt gegründet. Er stellte Gebläse her, die nach dem Prinzip von Hales per Hand oder Fuß bedient werden konnten. Ab 1860 entstanden in den USA axial rotierende Deckenventilatoren, die über Riemen und Dampfturbinen betrieben wurden. Mit diesen Ventilatoren wurde eine deutliche Luftströmung erreicht. Das Antike Ventilatoren Museum in den USA zeigt noch andere kuriose Entwicklungsschritte, z.B. einen Ventilator, der mit Bier betrieben wird. Ab Mitte des 19. Jahrhunderts konnte elektrischer Strom technisch eingesetzt werden. 1882 kam der erste Deckenventilator mit Elektromotor von Erfinder Philip Diehl in Amerika auf den Markt. Dieser wurde innerhalb von 40 Jahren zur Standardausrüstung amerikanischer Haushalte. Diehl beantragte 1887 ein Patent auf den elektrischen Deckenventilator, das er 1889 erhielt. 1884 wurden Radialventilatoren, die aufgrund ihrer Bauweise einen höheren Luftdruck erzeugen, in der Benno Schilde GmbH produziert. Sie werden beispielsweise in Lüftungsanlagen verwendet, wo geförderte Luft lange Wege durch Rohre und Schächte zurücklegt. Bald folgten Unterformen der Axial- und Radialventilstoren als Tisch-, Stand- und Bodenventilatoren, mit kleineren aber leistungsstarken Elektromotoren. Das Patent für einen elektrischen Ventilator wurde 1902 an den Ingenieur James Wood vergeben. Weitere Hersteller bauten auf bestehende Technik auf. Der Wunsch nach energieoptimierter Klimatechnik beschert (Decken-)Ventilatoren aktuell eine Blütezeit. Luftdichte, wärmegedämmte Neubauten erfordern nutzerunabhängige Lüftungstechnik. Sensoren, die auf Feuchtigkeit, Rauch oder Wärme reagieren, starten den Betrieb selbstgesteuert. Deckenventilatoren mit LED Beleuchtung, starken langlebige Motoren und minimale Betriebsgeräusch laufen bereits ab 3 Watt Stromverbrauch. Optionen zur Wärmerückgewinnung,
Timer, Dimmer, Feuchteschutz, diverse Steuerungsmöglichkeiten und bis zu sechs Laufstufen machen moderne Ventilatoren aus. Das Design ist dabei so vielfältig, dass für jeden Haushalt- und Anwendungszeck der passende Lüfter erhältlich ist
Zusammenfassung Ventilator
Mechanische Lüftungsmethoden, z.B. über Blasebälge, wasserradgetriebene Gebläse oder Radventilatoren aus Blech genügten zur Entfachung von Kamin und Co., boten aber nicht den notwendigen Luftaustausch für Krankenhäuser, Gefängnisse und anderen geschlossene Räumlichkeiten. Besonders bei Untertagearbeiten und in mehrdeckigen Segelschiffen kamen immer wieder Arbeiter aufgrund ungesunder Luftzusammensetzung ums Leben. Dem englischen Physiker Hales gelang es 1741 eine Maschine, ähnlich einem Blasebalg zu konstruieren, die Schiffsrümpfe be- und entlüftete. So konnte der menschliche CO2 Ausstoß kontrolliert abgeleitet werden. Einen ähnlich konstruierten Ventilator stellte im selben Jahr der Schwede Triewald seinem König vor. Die Erfindungen mussten manuell bedient werden, was einen erheblichen Aufwand darstellte. Dennoch wurden sie erfolgreich in Kriegsflotten eingesetzt. Kleinere Geräte wurden mittels Luftzug über dem Küchenfeuer bewegt. Mit Nutzbarmachung des elektrischen Stromes wurden manuelle Methoden und Dampfmotoren von Elektro-Ventilatoren abgelöst. Durch kleinere Bauweise der Motoren folgten Tisch- und Standmodelle. Frühe Ventilator dienten der Frischluftzufuhr bzw. dem Luftaustausch. Ziel war es, die Luft dorthin zu steuern, wo sie benötigt wurde. Der Kühleffekt war eher eine Nebenwirkung – mit großer Bedeutung für die Industrialisierung, z.B. um Motoren zu kühlen. 1882 kam in Nordamerika der erste elektrische Deckenventilator auf den Markt. Es dauerte nur vier Jahrzehnte zum flächendeckenden Gebrauch. Heutige Ventilatoren sind z.T. in den historischen Designs erhältlich, verfügen aber über die neueste Technik im Inneren. Gleichstrommotoren ermöglichen energieeffiziente Lüftung und Klimatisierung ab nur 3 Watt Stromaufnahme. Auch Wärmerückgewinnung gehört heute zum Standard der Lüftungstechnik.
Historische Quellen:
Brockhaus Conversations-Lexikon Bd. 6. Amsterdam 1809, S. 312. (http://www.zeno.org/nid/20000778966)
Brockhaus Conversations-Lexikon Bd. 6. Amsterdam 1809, S. 312. (http://www.zeno.org/nid/20000778966)
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Bildquellen:
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