Leonardo da Vinci erfand unter anderem verschiedene Fluggeräte, einen Helikopter, den Fallschirm, einen Panzer, eine Dampfkanone, ein Automobil, Wasserläufer, ein U-Boot, einen Taucheranzug und sogar mechanische Roboter. Auch wenn viele seiner Erfindungen nur auf dem Papier existierten, haben seine Skizzen weltweit zahlreiche Ingenieure, Forscher und Wissenschaftler inspiriert.
In Leonardos Notizbüchern werden über hundert Mechanismen, Geräte und Apparaturen gezeigt und beschrieben, die als die ersten Erwähnungen ihrer Art gelten. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass nicht alle diese Erfindungen von Leonardo selbst stammen. Er war sehr an Technik interessiert und skizzierte auch jene Dinge, die er zwar nicht selbst entwickelt, aber für nützlich gehalten hat. Herauszufinden welche Mechanismen, Geräte und Apparaturen tatsächlich von Leonardo entwickelt wurden, ist bis heute Gegenstand der Technikgeschichte.
Leonardo da Vincis Erfindungen werden heute zu einem Mythos verklärt. In der gängigen Literatur wird dann häufig die Idee und der Einfallsreichtum Leonardos betont, doch gleichzeitig wird behauptet, seine Apparate hätten so nie funktionieren können. Noch andere sagen, viele der Erfindungen für die Leonardo heute gerühmt wird, wären eigentlich Erfindungen anderer gewesen und er hätte sie nur kopiert. Und beides ist wahr.
Leonardo trug stets einen Skizzenblock bei sich, da ihm im Alltag oft Ideen kamen, die er ohne weitere Erklärungen niederschrieb und zeichnete. Das konnten auch flüchtig skizzierte Modelle von Apparaten sein, jedoch nicht mit dem Anspruch nachbaufähig zu sein. Er machte diese Notizen nur für sich, weil er während des Skizzierens der Gedanken über deren Machbarkeit nachdachte. War er dann wieder in seiner Werkstatt, legte er diese Notizen zur Seite und es konnte vorkommen, dass er dann nie wieder hineinschaute, weil er durch andere Aufgaben und Gedanken keine Zeit mehr dafür hatte oder weil sich kein praktischer Anwendungszweck daraus ergab. Dadurch erklärt sich, dass viele seiner Skizzen nie umgesetzt wurden. Umgekehrt konnte daraus aber auch zum Beispiel ein großes Bauvorhaben werden, ein Automat für ein fürstliches Fest oder auch ein Gemälde.
Leonardos Notizbücher, Codices genannt, sind zum Teil erhalten geblieben. Heute befinden sich die insgesamt ca. 6000 Seiten verteilt auf Museen in Spanien, England, Frankreich und Italien. Die Codices wurden zum großen Teil digitalisiert und sind online einsehbar. 1994 erwarb Bill Gates das einzige im Privatbesitz befindliche Manuskript Leonardos, den Codex Leicester.
Leonardo besaß als Gelehrter der Renaissance eine umfangreiche Bibliothek. In dieser befanden sich verschiedene zeitgenössische Bücher, aber auch Werke antiker Gelehrter und Ingenieure wie Platon, Euklid oder Archimedes. Leonardo da Vinci, ein Gelehrter der Renaissance, versuchte das damals bekannte Wissen der Welt zu erfassen. Das zeitgenössische ebenso, wie das verloren geglaubte und damals abschätzig betrachtete Wissen der griechisch-römischen Antike. Leonardo kannte also viele Erfindungen seiner und früherer Zeit, setzte sich gedanklich mit ihnen auseinander und versuchte sie da zu verbessern, wo es ihm möglich war. Er hatte den Ehrgeiz, sämtliches bekanntes Wissen seiner Zeit zusammenzutragen, dieses Wissen auf die Prinzipien zu reduzieren und darauf aufbauend diese weiterzuentwickeln.
Leonardo war zudem in der wissenschaftlichen Welt Europas bestens vernetzt, was zu einem steten Austausch von Ideen führte. Dadurch kann aus heutiger Sicht der Eindruck von Plagiaten entstehen. Doch aus Sicht der Renaissance-Gelehrten ging es eben genau darum, hervorragende Ideen anderer aufzugreifen, sie zum Zweck eines gemeinschaftlichen Fortschritts der Menschheit zu verbreiten und im besten Fall diese Ideen noch zu verbessern. Es entstand eine Klima des fächerübergreifenden wissenschaftlichen Austauschs. Insofern hat Leonardo da Vinci antike sowie zeitgenössische Ideen kopiert, jedoch oft auch weiterentwickelt.
Leonardo da Vinci
Studie für eine Flugmaschine mit hand- und fußgetriebenen Mechanismus, Pariser Manuskripte (Manuskript B, folio 79)
um 1487-1490
Feder und Tinte auf Papier
16 × 23 cm
Institut de France, Paris
Leonardos Fluggeräte gehören sicherlich zu seinen bekanntesten Ideen. Er beschäftigte sich zeitlebens mit der Idee, wie die Vögel fliegen zu können.
Leonardo beobachtete sehr genau den Flug der Vögel und stellte Überlegungen dazu an. Seine Erkenntnisse fasste er gegen 1505 in dem 18-seitigen "Buch über den Vogelflug" zusammen, das auch Codex Turin genannt wird. Das kurze Werk ist, neben dem Buch von der Malerei, eines der wenigen thematisch zusammenhängenden Manuskripte Leonardos. Vermutlich hat er es veröffentlichen wollen.
Leonardo entwarf die Schwingen seiner Fluggeräte nach den natürlichen Formen der Flügel von Flugtieren, wie Vögel und Fledermäusen. Er gilt daher als Erfinder der Bionik, der Übertragung von Prinzipien der Natur auf die Technik.
Leonardo hatte zunächst vor, mit seinen Fluggeräten den Flügelschlag der Vögel zu imitieren. Solche Fluggeräte werden Ornithopter genannt. Hierfür ersann er zwei Versionen, eine stehende und eine liegende. Die Flügel sollten mit menschlicher Muskelkraft über Seile, Rollen und mechanische Gelenke bewegt werden können. Dabei sollten die Arme ebenso wie die Beine eingesetzt werden. Als Leonardo erkannte, dass schiere Muskelkraft nicht ausreichen würde, begann er Segelgleiter zu entwerfen.
Um Verletzungen bei einer eventuellen Bruchlandung zu verhindern, empfahl Leonardo die Piloten mit Luftsäcken zu umkleiden. Das sollte den Aufprall aus geringen Höhen dämpfen und so schwere Verletzungen vermeiden. Das damals neuartige Prinzip, heftiges Aufprallen durch nachgebende Luftkissen abzufedern, ist heute als Airbag bekannt (engl. 'Luftsack', 'Aufprallkissen'). Airbags werden in modernen Autos dazu eingesetzt, die Insassen im Falle eines Unfalls vor Stößen gegen das Fahrzeuginnere zu schützen.
Im Gegensatz zu vielen anderen Erfindungen Leonardos wurde eines der Fluggeräte vermutlich tatsächlich gebaut und es gab 1505 einen Flugversuch. Leonardo war 53 Jahre alt. Er notierte sich auffallend pathetisch:
"Zum ersten Mal wird der große Vogel sich erheben, vom Rücken des gewaltigen Schwans aus. Erfüllen wird er die ganze Welt mit Staunen und alle Schriften mit seiner glorreichen Tat, zum ewigen Ruhm des Nestes, wo er geboren ward."
Mit dem "Rücken des gewaltigen Schwans" ist der Schwanenberg gemeint ('Monte Ceceri'), ein Hügel unweit von Florenz. Der Hügel fällt zu einer Seite sehr steil ab und eignet sich daher ideal für den Start eines Segelgleiters. Heute befindet sich dort ein Gedenkstein zur Erinnerung an Leonardos Versuche. Zu Füßen des Hügels befindet sich der Ort Fiesole.
Das Zitat ist der letzte Satz im Codex Turin, Leonardos Buch über den Vogelflug. Dort hatte er in beeindruckender Kürze die Prinzipien des Fliegens am Beispiel des Vogelflugs zusammengefasst. Leonardo schreibt dort auch, dass er sich im März 1505 auf den Weg nach Fiesole befindet. Da das Buch neben der pathetischen Ankündigung ("wird der große Vogel sich erheben") auch technische Zeichnungen enthält, wird angenommen, dass Leonardo es begleitend zu einem praktischen Flugversuch anfertigte, der bei Fiesole stattfand.
Doch der Versuch schlug wohl fehl, da das Notizbuch an der Stelle endet und Leonardo in anderen Schriften keine Flugversuche erwähnt. Es ist daher unklar, ob es nach dem (angenommenen) Fehlschlag bei Fiesole zu weiteren Flugversuchen kam. Wären die Versuche erfolgreich gewesen, wäre Leonardo – 300 Jahre vor Otto Lilienthal – der erste Konstrukteur eines Segelfliegers gewesen.
Leonardo da Vinci
Studie einer Flugschraube, Pariser Manuskripte (Manuskript B, folio 83 verso)
um 1487-1490
Feder und Tinte auf Papier
23 × 16 cm
Institut de France, Paris
"Sie nehmen den Platz von Elefanten ein. Man kann sie kippen. Man kann einen Blasebalg hineintun, um die Feinde in Schrecken zu versetzen, und man kann Karabiniers hineinsetzen, die jede Kompanie aufbrechen."
Wie bei vielen seiner Erfindungen in Mailand argumentiert Leonardo mit militärischen Anwendungsmöglichkeiten, um seinen kriegerischen Dienstherrn Ludovico Sforza davon zu überzeugen, ihm Zeit und Mittel für die Realisierung bereitzustellen.
"Das äußere Ende der Schraube besteht aus Stahldraht von der Dicke einer Schnur, von dem Umfang bis zur Mitte misst sie acht braccia [ca. 4m]. Ich finde, dass dieses Instrument, mit einer fein gefertigten Schraube erbaut - also einer aus Leinen, bei der die Poren mit Stärke gut verstopft sind - und flink gedreht, mit besagter Schraube in der Luft eine Spirale beschreiben und abheben wird. Nimm das Beispiel eines breiten und dünnen Lineals, das schnell durch die Luft gewirbelt wird, dann merkst du, dass dein Arm von der Kantenlinie besagter flacher Oberfläche geführt wird. Der Rahmen für das oben erwähnte Leinen sollte aus langem, kräftigem Rohr sein. Mache ein kleines Modell aus Pappe, bei dem die Achse aus feinem Stahldraht besteht, biege ihn kraftvoll, lässt du los, treibt sie die Schraube an".
Verschiedentlich ist zu lesen, Leonardo hätte das Konzept der Flugschraube von einem chinesischen Kinderspielzeug übernommen. Und in der Tat erinnert die Art in der Leonardo das Lineal als Beweis anführt, an ein jahrhundertealtes ostasiatisches Kinderspielzeug, ein bamboo dragonfly. Dieses Spielzeug besteht aus einem linealartigen Holzplättchen, auf das senkrecht mittig ein dünnes Stäbchen genagelt wurde. Weil mindestens einer der Flügel leicht nach oben gekippt ist, kann das Stäbchen zwischen den Handflächen in Rotation versetzt werden und abheben.
Leonardo pflegte gute Beziehungen zu international Reisenden, z.B. Benedetto Dei, der Europa, Nordafrika und den Orient bereiste. Deren Erzählungen faszinierten Leonardo und er hörte interessiert zu. Daher existiert eine Beschreibung des Kaukasus durch Leonardo, die so lebendig erscheint, als wäre er selbst da gewesen. Aufgrund der internationalen Handelswege und Erzählungen in Leonardos Umfeld ist es also durchaus denkbar, dass er von dem chinesischen Spielzeug Kenntnis gehabt haben könnte.
Der Helikopter wurde nie gebaut, aber er hätte zum damaligen Zeitpunkt auch nicht fliegen können. Zum einen war das Gewicht der Holzkonstruktion zu hoch, zum anderen fehlte ein ausreichend starker Antrieb, um die Luftschraube abheben zu lassen.
Abgesehen von den Materialien und dem Antrieb ist das Prinzip des Auftriebs mittels einer Luftschraube von Leonardo jedoch richtig erkannt worden. Ein Nachbau des Entwurfs wäre mit heutigen Mitteln (Leichtbauweise und Elektromotor) ein flugfähiger Helikopter. Daher gilt Leonardos Skizze der Luftschraube als die erste jemals entworfene vertikale Start- und Landeflugmaschine (VTOL).
Anlässlich den 500. Todesjahres von Leonardo da Vinci im Jahr 2019 reichten Studenten der University of Maryland bei einem Designwettbewerb für Helikopter einen Entwurf ein, der auf dem Prinzip von Leonardos Luftschraube beruht.
Statt nur einer Luftschraube verwendeten sie aus Sicherheitsgründen jedoch vier von Leonardos Luftschrauben, die im Quadrat verbunden waren. In deren Mitte befand sich die Kapsel des Piloten. Aus Kostengründen konnten sie nur eine Mini-Drohne und eine 3D-Simulation erstellen. Doch die Berechnungen waren exakt und so konnten sie nachweisen, dass Leonardos Prinzip der Luftschraube grundsätzlich funktioniert. Die Details können auf der Seite der University of Maryland nachgelesen werden (englisch).
Leonardo da Vinci
Studie zu Fluggeräten, Codex Atlanticus (folio 1058 verso)
um 1485
18 × 26 cm
Biblioteca Ambrosiana, Mailand
Als Randnotiz in einem von Leonardos Notizbüchern findet sich eine nur wenige Zentimeter große Darstellung eines Fallschirms, der einen Menschen trägt. Die Zeichnung befindet sich auf einem Blatt mit Gedanken zu einem Fluggerät.
"Ein Ding bietet der Luft ebenso viel Widerstand, wie die Luft dem Ding. Du kannst sehen, dass das Schlagen seiner Flügel gegen die Luft den schweren Adler in der höchsten und dünnsten Luft nahe der Region des Feuers trägt. Auch kannst du die bewegte Luft über dem Meer sehen, wie sie an den geblähten Segeln zurückprallt und so schwer beladene Schiffe vorwärtstreibt. Durch diese Beispiele und aus den angeführten Gründen kann einer mit geschickt zusammengefügten und großen Flügeln lernen, Kraft gegen den Widerstand der Luft auszuüben, und indem er sie bezwingt, kann er sie unterjochen und sich über sie erheben."
Direkt darunter macht Leonardo die Skizze vom Fallschirm und schreibt dazu:
"Wenn ein Mensch ein Zeltdach aus abgedichteten Leinen, das zwölf Ellen breit [ca. 6m] und zwölf hoch sein soll, über sich hat, so wird er sich aus jeder noch so großen Höhe herabstürzen können, ohne Schaden zu nehmen."
Leonardo erfand den Fallschirm nicht zum Selbstzweck, sondern er steht im Zusammenhang mit seinen Flugversuchen. Leonardo war sich im Klaren darüber, dass ein Fluggerät über ein Notfallsystem verfügen musste, dass im Falle eines Absturzes das Leben retten konnte. Die Idee zum Fallschirm muss aus dieser Überlegung heraus entstanden sein. An anderer Stelle empfiehlt Leonardo die Flugversuche über Gewässern durchzuführen, um im Fall eines plötzlichen Absinkens dennoch sicher landen zu können.
Leonardo hat nur diese eine beiläufige Zeichnung zum Fallschirm angefertigt. Es ist unbekannt, ob dieses Fluggerät zu seinen Lebzeiten realisiert wurde.
Die Flugfähigkeit des gezeichneten Fallschirms wurde von Experten lange Zeit diskutiert. Der Brite Adrian Nicholas wagte am 26. Juni 2000 mit einem nach dieser Skizze entstandenen Fallschirm aus mittelalterlichen Materialien einen Testsprung. Er ließ sich über dem südafrikanischen Kruger-National Park mit einem Heißluftballon in 3000m Höhe ziehen. Dann löste er sich und gleitete im sanften Sinkflug zum Boden. Nach 5 Minuten und 2200m Sinkflug musste er sich jedoch ausklinken und landete mit einem zusätzlich mitgeführten modernen Fallschirm. Der Fallschirm Leonardos ist mit ca. 100kg fast viermal so schwer wie moderne Fallschirme. Wäre Nicholas bei der Landung unglücklich aufgekommen, hätte der schwere Fallschirm auf ihn fallen und ihn verletzen können.
Nachdem die grundsätzliche Funktionsweise von Leonardos Fallschirm bewiesen wurde, kam es zu zahlreichen Nachahmungen, die häufig filmisch dokumentiert wurden. Sie geben heute einen traumhaften Eindruck davon, wie weit Leonardo seiner Zeit voraus war.
Leonardo da Vinci
Studien militärischer Maschinen (loses Blatt, keinem Codex zuordenbar)
um 1485
Feder und braune Tinte auf Papier
24,5 x 17,3cm
British Museum, London
Leonardo erwähnte bereits in seinem berühmten Bewerbungsschreiben an Ludovico Sforza unter Punkt 6 seine Fähigkeit gepanzerte Fahrzeuge bauen zu können:
"Kräftige Wagen, offen, defensiv und offensiv, mit Artillerie versehen, dringen in die Mitte der Feinde ein. Keine Waffenmasse gibt es, sie zu brechen, und dicht dahinter kann Fußvolk folgen ohne Schaden und Hindernis."
"Auf diese Art ist das Innere angeordnet"
"8 Männer bedienen es, und diese Männer steuern es auch und verfolgen den Feind"
"Dies ist gut um die Reihen zu durchbrechen, aber man [die Infanterie] muss folgen".
Der Panzer wurde nie gebaut oder für Kriegszwecke eingesetzt.
Eine Besonderheit der linken Darstellung ist der Kurbelantrieb. Der Darstellung nach müssten sich die Räder die durch jeweils eine Kurbel angetrieben werden gegeneinander blockieren. Die Kurbel kann nicht bewegt werden, der Panzer nicht fahren.
Da Leonardo da Vinci an anderer Stelle weit kompliziertere Zahnradkonstruktionen skizzierte, verwundert dieser Darstellungsfehler. In der Forschung werden verschiedene Theorien diskutiert.
Das neue an Leonardos Entwurf für eine Panzerung war die um ca. 30° geneigte Außenpanzerung, die die Wahrscheinlichkeit erhöhte, dass gegnerische Kugeln an der vermutlich aus massiven Holzplanken bestehenden Verkleidung abprallen konnten. Gleichzeitig verbesserte sich durch die schräge Panzerung der Blickwinkel des Panzerkommandanten auf die unmittelbare Umgebung. Dieser sollte aus einem Turm mit 360° Sichtschlitz auf das Schlachtfeld blicken können.
Das Fahrzeug sollte rundherum mit Schießscharten ausgestattet werden. Eine Rauchentwicklung durch Kanonen im Inneren des Panzers war nicht zu befürchten, da zu dieser Zeit noch Vorderladerkanonen verwendet wurden, die das Geschoss mitsamt den Explosionsgasen aus dem Wagen lenkten.
Anders als in der modernen Forschung angenommen, ist es nicht eindeutig, dass es sich ausschließlich um einen Kanonenwagen handeln sollte. Denn Kanonen, Kugeln und Pulver hätten das Fahrzeug zu schwer gemacht. Auch hätte ein solches Vehikel weit mehr als die geplanten 8 Mann Besatzung benötigt.
Auf der Zeichnung selbst sind dann auch nicht nur Kanonen zu erkennen. Vielmehr dürfte es sich bei den seitlichen Aussparungen um Öffnungen für Musketenschützen gehandelt haben. Dies wird vor allem bei der mittleren Öffnung deutlich, bei der zwei übereinanderliegende Flintenläufe gezeigt werden. Die von Leonardo gezeichnete Rauchentwicklung spricht ebenfalls dafür, dass sich Kanonen nur im vorderen Teil des Panzers befinden sollten.
Das Fahrzeug hätte über Handkurbeln, die mit den Rädern verbunden waren, in Bewegung versetzt werden müssen. Durch Anpassen der Kurbelgeschwindigkeit auf der einen, wie der anderen Seite, hätte sich das Fahrzeug lenken lassen. Ebenfalls neuartig war die Idee, die Räder des Kampfwagens unter die Panzerung zu setzen, so dass sie weniger anfällig für Zerstörung und damit drohender Manövrierunfähigkeit waren.
Ludovico Sforza war der Herzog von Mailand und von ca. 1487 bis 1499 Leonardos Dienstherr, also über mehr als 10 Jahre. Der Herzog war in zahlreiche Kriege verwickelt und hatte daher ein großes Interesse an neuartigen Waffen, die ihm einen Vorteil auf dem Schlachtfeld bringen konnten. Am Hof von Mailand gehörte es zu Leonardos Aufgaben als Hofingenieur, für den Herzog Kriegsmaschinen, Belagerungswaffen, Kanonen, Mörser und dergleichen zu entwerfen. Warum nur wenige der Ideen Leonardos realisiert wurden, ist unbekannt. Mögliche Gründe sind
Leonardo da Vinci
Studie einer Dampfkanone (Architronito), Pariser Manuskripte (Manuskript B, folio 33)
um 1487-1490
Feder und Tinte auf Papier
23 × 16 cm
Institut de France, Paris
"Das architronito ist eine feine Kupfermaschine, eine Erfindung des Archimedes, und sie schleudert mit großem Getöse und Zorn eine Eisenkugel. Sie wird wie folgt benutzt: Der dritte Teil dieser Maschine steht in einer großen Menge glühender Kohlen, ist sie durch jene genügend erhitzt worden, zieht sie die Schraube d zu, die sich über der Wasserzisterne a b c befindet; und während sich genannte Schraube zuzieht, verursacht sie, dass sich das darunter Befindende löst. Und wenn folglich das Wasser herausgefallen ist, stürzt es in den erhitzten Teil der Maschine und wird dort augenblicklich in so viel Dampf verwandelt, dass es wie ein Wunder wirkt, besonders, wenn man ihre Wut sieht und ihr Röhren hört. Diese Maschine hat eine Kugel im Gewicht eines Talents sechs Stadien weit geschleudert."
Es wird ein stabiles Kanonenrohr benötigt, das über zwei Öffnungen verfügt. Eine am vorderen Ende, dort tritt die Kugel aus. Und eine kleine, nach oben gerichtete Öffnung, am hinteren Ende des Kanonenrohrs. Auf die kleine Öffnung ist ein schmales Eisenrohr aufgesetzt, das nach oben hin mit einem Ventil verschlossen werden kann. Über dem Ventil befindet sich ein Wasserzulauf. Und darüber ein weiteres Ventil, dass immer fest verschlossen ist und nur zu Wartungszwecken geöffnet wird.
Nun wird eine Kanonenkugel in den Lauf gelegt und der hintere Teil des Kanonenrohrs erhitzt. Sobald das Rohr glüht, wird das obere Ventil geöffnet. Das dort befindliche Wasser fällt in das glühend heiße Innere des Rohrs und verdampft sofort. Der plötzliche Druckaufbau des in Wasserdampf verwandelten Wassers, kann nur durch das Kanonenrohr entweichen und die Kanonenkugel wird mit Wucht herausgeschleudert.
Leonardo schreibt, dass diese Maschine eine Kugel im Gewicht eines Talents sechs Stadien weit geschleudert hat. Das entspricht einer Kugel von ca. 30kg über eine Distanz von ca. 1,2km.
Die antiken Maßeinheiten die Leonardo nennt, legen nahe, dass er den Versuch nicht selbst durchgeführt hat, sondern sich auf die Versuche von Archimedes bezieht. Ein militärischer Einsatz zur Zeit der Renaissance ist nicht bekannt.
Die Kanone hat gegenüber konventionellen Kanonen den Vorteil, dass sie ohne Schießpulver funktioniert. Allerdings kann sie nicht bei Regen eingesetzt werden, was sie für den militärischen Einsatz untauglich macht. Dennoch wurde von einigen Militärs im 18.Jh. die Idee erneut aufgegriffen, doch gingen diese Versuche nicht über Prototypen hinaus.
Die wesentliche Erkenntnis die Leonardo hier gewonnen hat, war hingegen eine andere. Leonardo war beständig auf der Suche nach leistungsstarken Antriebsquellen für seine mechanischen Maschinen. Sicher kannte Leonardo den Heronsball des antiken Gelehrten Heron von Alexandria, einen Motor, der die thermische Energie von Wasserdampf in Bewegungsenergie umwandelt (s. Heronsball).
Die Kraft, die von entstehenden Wasserdampf in einem Druckbehälter ausgehen kann, muss auf ihn großen Eindruck gemacht haben. Dieses Prinzip war die Grundlage der zivilen Nutzbarmachung des Wasserdampfes durch Dampfmaschinen, die 200 Jahre später die industrielle Revolution einläutete.
Leonardo da Vinci
Studie eines Automobils mit Federantrieb, Codex Atlanticus (folio 812)
um 1487-1490
Feder und Tinte auf Papier
16 × 26 cm
Biblioteca Ambrosiana, Mailand
Das Wort Automobil setzt sich zusammen aus dem altgriechischen Wort für selbst ('autos') und dem lateinischen Wort für bewegen ('mobilis‘), also 'selbst bewegen'. Daher ist mit "Automobil" im klassischen Sinn nicht nur das Auto von heute gemeint.
Leonardos Aufziehwagen ist ein dreirädriges Fahrzeug, dass über ein System aus Zahnrädern zwei Räder antreibt. Wie das Zahnradsystem in Bewegung gesetzt wird, geht aus der Zeichnung nicht hervor. Daher galt das Automobil lange Zeit als nicht nachbaufähige Studie. Mittlerweile wird jedoch angenommen, das Fahrzeug sei mit spiralförmigen Spannfedern aufgezogen worden, die sich unter den zwei großen Rädern der Draufsicht befunden haben müssen. Leonardos Automobil war demnach ein überdimensionales Aufziehauto.
Das Fahrzeug wurde bis dato mehrfach mit Spannfederantrieb nachgebaut und es hat sich gezeigt, dass es trotz eines sehr hohen Eigengewichts von ca. 100kg bis zu hundert Meter fahren kann und dabei Geschwindigkeiten von bis zu 50km/h erreicht.
Aufgrund der stark begrenzten Reichweite kann davon ausgegangen werden, dass es sich bei dem Aufziehwagen um einen überaschenden Effekt für eine Theatervorstellung gehandelt haben dürfte.
Die Erklärung des Antriebes mittels eines Aufziehmechanismus erinnert an eine weitere Erfindung Leonardos, die sein Biograf Vasari erwähnt:
"Zu dieser Zeit kam der König von Frankreich nach Mailand, und auf seine Bitten, irgend etwas Wunderbares zu machen, schuf er [Leonardo] einen Löwen, der einige Schritte gehen konnte und dann und wann die Brust öffnete, die voller Lilien war".
Lilien sind sowohl das Symbol der französischen Monarchie, als auch das Wappen von Florenz, der Heimatstadt Leonardos. Der Löwe war somit ein Symbol für die Freundschaft der beiden Länder. Leonardos mechanischer Löwe ist nicht erhalten geblieben und nur aus wenigen kurzen Berichten bekannt.
Wann genau der mechanische Löwe vorgeführt wurde, ist unklar. Die Quellen hierzu widersprechen sich. Denkbar ist ein Aufenthalt von König Ludwig XII. 1507 in Mailand. Ein andere Möglichkeit wäre die Hochzeit von Leonardos Mäzen in Rom, Giuliano de' Medici, dem Bruder des Papstes mit Philiberte von Savoyen, der Tante des französischen Königs Franz I. im Jahr 1515. Die Hochzeit fand in Lyon statt.
Einige Skizzenblätter Leonardos lassen darauf schließen, dass er einen mechanisch angetriebenen Ritter erdachte. Der mechanische Ritter könnte, ebenso wie das Aufziehauto oder der mechanische Löwe, anlässlich eines höfischen Festes in Mailand vorgeführt worden sein. Es ist jedoch unbekannt, ob der mechanische Ritter verwirklicht wurde. Was über seine Funktionsweise bekannt wurde, sind technische Interpretationen dreier Blätter des Codex Atlanticus (579r, 1021r/v, 1077r). Demnach konnte er aufstehen, sitzen, die Arme bewegen und den Kopf drehen. Möglicherweise war er auch in der Lage, mechanisch erzeugte Töne von sich zu geben.
Es scheint also, dass Leonardo derartige Automobile mit Aufziehmechnismen vor allem dafür eingesetzt hat, seine adeligen Gönner am Hofe zu unterhalten. Sie waren vielmehr mechanische Spielereien, als ernstgemeinte Fortbewegungsmittel oder eigenständige Roboter. Zu ihrer Zeit jedoch waren derartige Maschinen noch nie zuvor gesehene Wunderwerke.
Leonardo da Vinci
Studienblatt mit hydraulischen und mechanischen Geräten, Codex Atlanticus (folio 26)
um 1485
36 × 26 cm
Biblioteca Ambrosiana, Mailand
Leonardo nutzt für seinen Wasserlauf das Auftriebsprinzip, dass jeder Schwimmer und Bootfahrer kennt, das aber erst von Archimedes wissenschaftlich begründet wurde.
Demnach ist der statische Auftrieb eines Körpers in einem Medium genauso groß, wie die Gewichtskraft des vom Körper verdrängten Mediums.
In der Praxis bedeutet dies, dass die Schuhe von Leonardos Läufer so groß sein müssen, dass ihr Volumen das Gewicht des Läufers ausgleicht. Das heißt die Schuhe müssen etwa soviel Liter Wasser verdrängen, wie der Läufer in kg wiegt.
Beispielrechnung: Eine ca. 80 kilo schwere Person, benötigt zwei wasserdichte Schuhe, die als Quader je 20cm hoch, 20cm breit und 1m lang sind. Zusammen verdrängen beide Schuhe dann etwa 80 Liter.
Um das Volumen der Schuhe möglichst klein und damit praktikabel zu halten, sollten die Schuhe genau auf das Gewicht des Läufers abgestimmt sein. Sie müssen nach oben hin wasserdicht sein, so dass sie nicht mit Wasser volllaufen können. Das Gewässer sollte zudem möglichst ruhig sein. Die Armstützen dienen dem Halten des Gleichgewichts. Diese haben ebenso Wasserschuhe. Ein solcher Wasserlauf wäre dann mit Skifahren vergleichbar. Geübte Wasserläufer können auf die Armstützen verzichten.
Wie bei vielen Erfindungen Leonardos ist auch hier unklar, ob ein Wasserlauf realisiert wurde.
Das Prinzip des Auftriebs nutzte Leonardos auch für eine weitere Erfindung, den Rettungsring. Er schlug vor, einen Lederschlauch mit Luft zu füllen und im Wasser die Arme durchzustrecken. Auf diese Art sollte der Schlauch Menschen als Schwimmhilfe dienen.
Leonardo da Vinci
Studien zu einem unsinkbaren Boot, Pariser Manuskripte (Manuskript B, folio 11)
um 1487-1490
Feder und Tinte auf Papier
16 × 23 cm
Institut de France, Paris
Leonardos Handschrift ist im oberen Teil des Blattes teilweise schwer zu entziffern
"Griechisches ‘Atameganta’" (nicht zu übersetzender Eigenname)
“Boot/ Schiff” (nava)
“Ein Schiff, das mit dem dir bekannten Instrument dazu verwendet werden soll, andere Schiffe zu durchbrechen. Mach dabei einen Vorsprung in der Mitte, damit du das Stochern von langen Lanzen vermeidest und du keinen Fehlschlag erleidest”
“Denk daran, bevor du hineingehst und zuschließt, die Luft herauszulassen [aus den Ballasttanks?], und sei bereit, die Menge des Vakuums wieder hineinzulassen [also Luft in die Ballasttanks?].”
“Diese Maschine. Je mehr das Gegengewicht fällt, desto weiter wird es vom Zentrum entfernt angebracht, und ebenso das Wasser.”
“Art der Gestaltung des Schiffs”
Zutaten für eine Stinkbombe:
“Wenn du einen Gestank erzeugen möchtest, nimm menschlichen Kot und Urin, Mistelkraut. Wenn du keines hast, nimm Kohl und Mangold und lege alles zusammen in ein gut verschlossenes Glas, das für einen Monat unter dem Mist liegen soll. Dann wirf es dorthin, wo du den Gestank haben möchtest, damit es zerbricht. Es wäre auch eine gute Idee, Aale und Urin zu nehmen und sie auf die gleiche Weise verfaulen zu lassen wie oben beschrieben. Auch Krabben alleine in einem verschlossenen Glas unter dem Mist und breche es, wo du möchtest.”
Leonardo gilt weithin als der Erfinder des U-Boots. Sein Unterwasserfahrzeug hat bereits das typische Aussehen heutiger U-Boote: stromlinienförmiger Rumpf und einen Turmaufsatz für Überwasserfahrten. Rechts oben auf dem Blatt zeigt Leonardo die doppelwandigen Seitenhüllen. Werden sie mit Wasser gefüllt, sinkt das Boot. Wird das Wasser herausgepresst, steigt das Boot. Nach demselben Prinzip funktionieren moderne U-Boote auch heute noch. Leonardo separiert in seiner Skizze die Hohlkammern der Seitenwände von denen in Bug und Heck. Durch das Fluten der Bug- bzw. Heckkammern, kann das U-Boot horizontal geneigt werden.
Was dem Entwurf an dieser Stelle fehlt, sind Steuervorrichtungen, ein Antrieb und die Angabe, wie der Wasserstand in den Seitenkammern genau reguliert wird.
Dass Leonardo über die notwendigen Pumpen verfügte, das Wasser wieder aus den Seitenkammern zu drängen, belegen zwei Skizzen auf dem bereits bekannten Blatt mit dem Wasserläufer. Darüber hinaus hat Leonardo etliche Apparate konstruiert, die das Abpumpen von Wasser in den Zwischenwänden ermöglichen würden.
Bis hierhin ist Leonardos U-Boot also in der Lage zu schwimmen, zu tauchen und wieder aufzusteigen. Als Lichtquelle in dem dunklen Gefährt konnte, wie in den ersten "echten" U-Booten auch, eine herkömmliche Kerze dienen, auch wenn diese zusätzlich Sauerstoff verbrauchte. Bis die Atemluft in dem U-Boot knapp werden würde, müssten mehrere Stunden vergehen. Grundsätzlich kann ein U-Boot mit nur einer Person betrieben werden, wie am Beispiel der Turtle zu erkennen ist.
Leonardos gedankliche Leistung wird dann klarer, wenn sein U-Boot mit dem ersten realisierten U-Boot verglichen wird, der US-amerikanischen "Turtle". Das bereits voll funktionstüchtige Unterwasserfahrzeug wurde ca. 250 Jahre nach Leonardos Tod im amerikanischen Unabhängigkeitskrieg eingesetzt. Es sollte gegnerische Schiffe mit Sprengladungen versenken.
Im Prinzip des Tauchvorgangs unterscheidet es sich nicht von Leonardos U-Boot. Es hat im Boden einen Hohlraum, der mit Wasser gefüllt wird, wenn getaucht werden soll, und der mit Pumpen geleert werden kann, wenn das U-Boot wieder aufsteigen soll. Zusätzlich hat die Turtle lediglich eine Handkurbel, über die ein Propeller als Antrieb genutzt wird, dazu ein Seitenruder, mit dem nach links und rechts gesteuert werden kann.
Angesichts Leonardos umfassender mechanischer Kenntnisse, wäre es naiv zu glauben, er hätte keine Idee gehabt, sein Unterwasserfahrzeug nach links und rechts zu steuern, bzw. einen Rotor mit einer Handkurbel zur Fortbewegung anzubringen. Die Kenntnis des Rotorprinzips als Antriebskraft zeigt Leonardo wenig später in seinem Modell vom Helikopter, das sich im selben Notizbuch wie das U-Boot befindet. Die Zeichnung vom U-Boot entstand dabei als erste (folio 11 vs folio 83).
Hier wird häufig Leonardos soziales Verantwortungsgefühl angeführt. Das Verfügen über eine U-Bootflotte hätte zur damaligen Zeit sicherlich die Seeherrschaft bedeutet. Keine Flotte hätte etwas gegen diese Art der Kriegführung unternehmen können. U-Boote konnten erst mit Beginn des 20. Jh. effektiv bekämpft werden. Zu dem Zeitpunkt begann die Entwicklung von Sonargeräten, durch die U-Boote unter Wasser entdeckt und dann gezielt bombardiert werden konnten.
Leonardo da Vinci
Studienblatt für marine Kriegführung, (Codex Atlanticus, folio 909 verso)
um 1485-87
Feder und Tinte auf Papier
Biblioteca Ambrosiana, Mailand
Der Text beschreibt einen Plan, um eine Galeere zu versenken. Der Plan ist wie folgt:
Belehre nicht und du wirst erfolgreich sein.
Nimm einen einfachen Gesellen und lass dir zu Hause die Kleidung nähen.
Halte die Galeeren der Herren an und versenk die anderen später und zünde die Bombarde-Bastion an.
Kleine Boote unter großen Schiffen: Wenn die Wache vorbei ist, setze ein kleines Boot unter das Heck, und zünde sie alle auf einmal an.
Um eine Galeere am Grund zu binden, von der gegenüberliegenden Seite der Ankerkette.
Die Reste eines Brustpanzers, der Schutz bietet.
Jacke und Strümpfe und ein kleines Gefäß zum Urinieren
Ein Brustpanzer und der Atemregler mit halben Eisenringen, die ihn von der Brust fernhalten.
Wenn du eine ganze Tasche mit [luftgefüllten] Lederbeuteln hast, wenn du sie entleerst, wirst du auf den Grund gehen, [herunter]gezogen von Säcken mit Sand; wenn du sie aufbläst, wirst du wieder auf die Wasseroberfläche zurückkehren.
Eine Maske mit Augen aus Glas.
Nimm ein Messer mit, das gut schneidet, damit dich ein Netz nicht einfängt.
Nimm zwei oder drei entleerte Taschen mit, die du bei Bedarf aufblasen kannst.
Nimm die Konestavoli [Verankerung?] auf deine Art und befestige sie heimlich mit vielen Bindungen am Ufer.
Aber zuerst mache einen Vertrag für das Werkzeug und dass die Hälfte der Beute dir gehört, frei von jeglicher Ausnahme. Nimm ein Horn mit, um das Geschehen anzuzeigen, ob es gelungen ist oder nicht. Du musst eine der drei eisernen Schrauben von den Werken der Santa Liberata mitnehmen.
Dazu knappe Erklärungen zu den Skizzen, etwa “Schraubengewinde”, “Ganzfigur eines Tauchers mit Maske”, “Sandsäcke” usw.
Der Taucheranzug bestand aus einem wasserdichten Ganzkörperanzug aus Leder mit eingenähten gläsernen Öffnungen für die Augen. In der Zeichnung trägt der Taucher zwei größere Gewichte über den Schultern, um auf dem Meeresboden laufen zu können.
Um den Taucher mit Atemluft versorgen zu können, wollte Leonardo einen überdimensionalen Schnorchel verwenden. Auf der Wasseroberfläche trieb eine schwimmende Boje aus Kork, von der zwei Atemrohre zum Kopf des Tauchers führten. Die zwei Rohre – einer für die Luft zum Einatmen, der andere für die ausgeatmete Luft – bestanden aus mehreren stabilen Rohren, die über elastische Gelenke miteinander verbunden wurden. Die mit einem wasserdichten Stoff überzogenen Gelenke wurden innen durch spiralförmig gedrehten Draht oder ähnliches verstärkt und damit offen gehalten, um nicht vom Wasserdruck zusammengepresst zu werden. Ein solches Schlauchsystem, ermöglichte dem Taucher eine gewisse Bewegungsfreiheit. Wie das Ventil zum Trennen von frischer und verbrauchter Atemluft genau funktionierte, geht aus der Zeichnung nicht hervor.
Der Taucheranzug ermöglichte neben der Fortbewegung in der Luft, auf dem Land und auf dem Wasser nun auch die Fortbewegung unter Wasser. Doch dachte Leonardo neben einer zivilen Nutzung sicherlich auch an eine militärische Nutzung der submarinen Neuerungen, denn auf demselben Blatt befindet sich rechts vom Taucher eine Vorrichtung zum Anbohren von Schiffen, um sie zu versenken. Typisch für Leonardo gibt er an anderer Stelle auch Hinweise sich dagegen zu wehren, z.B. durch doppelte Schiffswände, wobei der äußere nur als Schutzschild gegen derartige Angriffe dienen sollte und durch einen Hohlraum von dem Inneren getrennt war.
Leonardos Taucheranzug wurde nie hergestellt. Leonardos Dienstherr, der Mailänder Herzog, verfügte über keinen direkten Zugang zum Meer und so bestand für ihn kein Bedarf an der Erfindung, sofern er überhaupt davon wusste. Denn an anderer Stelle vermerkt Leonardo, dass er eine Möglichkeit gefunden hätte, Schiffe ungesehen zu versenken, doch möchte er dies als Geheimnis wahren, da die Einsatzmöglichkeiten zu verheerend seien. Vermutlich meinte er damit die Ideen auf diesem Blatt.
Die BBC fertigte im Rahmen einer Dokumentation zu Leonardos Erfindungen einen Nachbau des Taucheranzugs an, und konnte mit Unterstützung von Berufstauchern aufzeigen, dass die Prinzipien von Leonardos Taucheranzug grundsätzlich funktionieren.
Leonardo war nicht der erste, der einen Taucheranzug entwarf. Er sammelte die damals bekannten Ideen und verbesserte sie da, wo es nötig war. Zu seinen technischen Neuerungen zählten die Verwendung eines stabilen Röhrensystems, das dem Druck des Wassers besser standhalten konnte. Die Einführung von flexiblen Gelenken der Rohre, um die Bewegungsfreiheit zu verbessern war ebenso neuartig, wie das Trennen der Atemluft mittels eines Ventils.
Was Leonardos Entwicklung des Taucheranzuges so besonders macht, ist, dass sein Taucheranzug nicht für sich allein steht, sondern Teil eines durchdachten Systems von Erfindungen ist, die zum Ziel haben, das Element Wasser genauer erforschen zu können. Wie bei der Eroberung des Elements Luft ging Leonardo systematisch vor und entwarf ein Gerät, um über Wasser laufen zu können, ein Unterwassergefährt, ein Notfallrettungssystem und schuf schließlich die Möglichkeit auch zu Fuß unter Wasser gehen zu können.
Wieviele Erfindungen Leonardo insgesamt zuzuschreiben sind, ist heute unklar. Sicher würde er nach heutigem Maßstab mehr als 100 Patente halten. Dabei sind nicht alle Erfindungen so spektakulär, wie z.B. die Fluggeräte oder das U-Boot. So hat Leonardo zum Beispiel für seine Kräne, Hebemaschinen, Hilfsapparaturen, Messinstrumente oder sonstige Geräte spezielle Getriebeformen eingesetzt, die nach heutigen Kenntnisstand zuvor unbekannt waren. Einen detaillierten Überblick zum aktuellen Forschungsstand über Leonardos Bedeutung für die Technikgeschichte bietet die wissenschaftliche Edition des Codex Madrid der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen, die kostenfrei im Internet zu lesen ist (s. Lesehinweis), bzw. auch in Buchform erhältlich ist.
Leonardos Erfindungen sind bis heute Gegenstand der wissenschaftlichen Auseinandersetzung. Es versteht sich von selbst, dass an dieser Stelle keine kritische Zusammenfassung des umfangreichen ingenieurtechnischen Wirkens von Leonardo gewagt werden kann. Daher wird auf eine weiterführende Quelle verwiesen.
Ein Beispiel für einen hohen Erkenntnisgewinn zu Leonardos Erfindungsreichtum stellt sicherlich die kommentierte Edition der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen dar (kurz RWTH Aachen). Nach vierjähriger Arbeit war 2018 der komplette Codex Madrid Seite für Seite digitalisiert, übersetzt und mit umfangreichen Detailwissen kommentiert. Themen des Codex Madrid sind unter anderem mechanische Systeme von Leonardo (wie z.B. Uhren), Untersuchungen von Kräften an Seilzügen, Gesetze von fallenden Körpern auf schiefen Ebenen, Untersuchungen zur Statik von Deckenkonstruktionen und vieles mehr. Die Online-Ausgabe ist komplett kostenfrei zu lesen. Für Interessierte ist die Edition in Buchform erhältlich (250,- Euro). Wer an wissenschaftlich-sachlichen Informationen zu Leonardos ingenieurtechnischen Wirken interessiert ist, kann von dieser Edition nur begeistert sein. Sie wird dringend empfohlen.
Codex Madrid – Internet Ausgabe
Highlights:
Rechenmaschine (?) s. abschließende Erläuterung zu Absatz und Fig. 1
Selbsttragende Brücke (Leonardo Brücke)
Alle hier gezeigten Skizzenblätter, einschließlich moderner Übersetzungen, können online eingesehen werden. e-Leo ist ein internationales Wissenschaftsprojekt, das die Notizbücher Leonardos digitalisiert hat. Ein Nachteil des Projekts ist, dass Leonardos Texte dort nur in italienischer Sprache verfügbar sind und diese nicht zum übersetzen kopiert werden können. Entgegen dem deutschen Urheberrecht verbietet das Wissenschaftsprojekt jedoch unverständlicherweise Screenshots der Texte anzufertigen, sie mit modernen Texterkennungsprogrammen zu kopieren (z.B. mit Apples Vorschau-App) und in andere Sprachen zu übersetzen, um Leonardos Texte allgemein, und im Kontext der zugehörigen Skizzen, zugänglich zu machen.
Das größte Vergnügen ist die Erkenntnis
Websites der ausstellenden Museen: Institute de France, Biblioteca Ambrosiana, British Museum, National Air and Space Museum
Frank Zöllner, Leonardo, Taschen (2019)
Frank Zöllner/ Johannes Nathan, Leonardo da Vinci - Sämtliche Zeichnungen, Taschen (2019)
Martin Kemp, Leonardo, C.H. Beck (2008)
Charles Niccholl, Leonardo da Vinci: Die Biographie, Fischer (2019)
H. Anna Suh, Leonardo da Vinci - Skizzenbücher, Librereo (2019)
Ulrich Magin, Leonardo da Vinci - Die Notizbücher, Nikol (2018)
Besonders empfehlenswert
Marianne Schneider, Das große Leonardo Buch – Sein Leben und Werk in Zeugnissen, Selbstzeugnissen und Dokumenten, Schirmer/ Mosel (2019)
Leonardo da Vinci, Schriften zur Malerei und sämtliche Gemälde, Schirmer/ Mosel (2011)
