Schon Jahrhunderte vor dem Aufkommen von Kanonen und anderen Feuerwaffen zerbarsten Festungsmauern unter der Wucht schwerer Geschosse, die eine riesige Belagerungswaffe schleuderte: Das Trebuchet – erfunden zwischen dem 5. und 3. Jahrhundert vor unserer Zeitrechnung in China – erreichte den Mittelmeerraum im 6. Jahrhundert nach Christus. Es verdrängte andere Wurfmaschinen und behauptete sich sogar noch nach der Erfindung des Schießpulvers.

Dieses folgenreiche Kriegsgerät beschleunigte nicht nur die Expansion der islamischen und mongolischen Reiche, sondern trug im 14. Jahrhundert, als die Pest in Europa, Asien und Nordafrika wütete, sogar zur Verbreitung der Seuche bei. Außerdem scheint es die Entwicklung des Uhrwerks und die theoretische Analyse von Bewegungsvorgängen beeinflußt zu haben.

Das Trebuchet folgte auf verschiedene Formen von Katapulten, die schon in der Antike von Griechen und Römern zu weittragenden Waffen entwickelt worden waren. Sie bezogen die Energie zum Schleudern von Pfeilen, Bolzen, Blei- und Steinkugeln oder Feuertöpfen entweder aus gespannten elastischen Bogenarmen oder starren Hebeln in stark verdrillten Seilbündeln, die wie Torsionsfedern wirkten (Spektrum der Wissenschaft, Mai 1979, Seite 100). Das ungleich größere Zerstörunspotential des Trebuchets beruhte hingegen auf der Schwerkraft oder auf direkter menschlicher Arbeitsleistung.

Ein durchschnittliches Belagerungskatapult konnte zwischen 13 und 18 Kilogramm schwere Steine verschießen; die mächtigsten einigermaßen handhabbaren Geräte schafften in der Regel 27 Kilogramm. Doch wie der Naturforscher Philon von Byzanz im 1. Jahrhundert vor Christus notierte, beschädigten selbst diese Maschinen eine 160 Meter entfernte Mauer kaum. Die stärksten Trebuchets vermochten hingegen Projektile von einer Tonne und mehr zu schleudern; ihre maximale Reichweite übertraf zudem die der antiken Artillerie. Erst seit kurzem hat man begonnen, Geschichte und Funktionsweise dieser mächtigen Waffe eingehend zu erforschen (Bild 1). Insbesondere die islamische Literatur zum Thema war von den Historikern, die sich mit Kriegstechnik beschäftigen, vernachlässigt worden.

Die wichtigste überlieferte Abhandlung dazu ist aber das "Kitab aniq fi al-manajaniq" ("Ein elegantes Buch über Trebuchets"), das Yusuf ibn Urunbugha al-Zaradkash im Jahre 1462 verfaßt hat. Es ist eines der reichstillustrierten arabischen Manuskripte überhaupt und bietet detaillierten Aufschluß über Bau und Verwendung des Geräts (Bild 2 unten). Solche Schriften geben zudem einen einmaligen Einblick in die angewandte Mechanik vor Beginn der Neuzeit.


Rekonstruktion nach alten Quellen

Mit Hilfe von maßstabsgetreuen Modellen und Computersimulationen haben wir Konstruktions- und Funktionsprinzipien wiederentdeckt, die offenbar seit dem Mittelalter verschollen waren. Außerdem sind wir auf historische Quellen gestoßen, denen zufolge das Trebuchet früher im Orient eingesetzt wurde und größere Bedeutung für die mittelalterliche Kriegsführung hatte als vordem vermutet.

Bisher nahm man an, das Trebuchet habe sich von China aus nicht früh genug westwärts ausgebreitet, um die Anfangsphase der islamischen Eroberungen von 624 bis 656 beeinflussen zu können. Doch wie einer von uns (Chevedden) kürzlich nachgewiesen hat, erreichten solche Schleudermaschinen schon gegen Ende des 6. Jahrhunderts den östlichen Mittelmeerraum, waren in Arabien bekannt und wurden von islamischen Armeen äußerst wirkungsvoll eingesetzt. Bereits damals bewies der Islam jene technische Ingeniosität, für die er später berühmt wurde.

Auch die mongolischen Eroberungen unter Dschingis Khan und seinen Nachfolgern im 13. Jahrhundert sowie unter Timur dem Lahmen um 1400 – die größten der Menschheitsgeschichte – verdanken dieser Waffe einiges. Da die Mongolen als Reitervolk nichts von schwerem Belagerungsgerät verstanden, delegierten sie Bau und Einsatz von Trebuchets an chinesische und islamische Techniker. Bei der Belagerung der Stadt Kaffa – eines Außenpostens der italienischen Republik Genua auf der Schwarzmeer-Halbinsel Krim – entfaltete das Trebuchet in den Jahren 1345/1346 seine wohl verheerendste Wirkung als Vehikel der biologischen Kriegführung: Als unter den Mongolen die Pest ausbrach, schleuderten sie Leichen in die Stadt, an denen die Belagerten sich infizierten; und von Kaffa verbreitete sich die Seuche durch genuesische Handelsschiffe zu den Mittelmeerhäfen – am Ende waren 25 Millionen Menschen, ein Drittel der europäischen Bevölkerung, dem schwarzen Tod erlegen.

Das Trebuchet veränderte aber nicht nur die Angriffsmethoden, sondern auch die Verteidigungstaktik. Islamische Herrscher ließen die Mauern von Wehranlagen verstärken, damit sie der neuen Artillerie standhielten, und eigens Bastionen entwerfen, um Schleuderwaffen gegen Angreifer einsetzen zu können. Unter al-Adil (1196 bis 1218), dem Bruder und Nachfolger Saladins (1137 bis 1193), des Sultans von Ägypten und Syrien, entstand ein Verteidigungssystem aus Trebuchets auf Turmplattformen; damit sollte die feindliche Artillerie gehindert werden, auf Schußnähe heranzukommen (Bild 2 oben).

Die Türme nahmen gigantische Ausmaße an, damit sie die großen Schleudermaschinen zu tragen vermochten; die hauptsächlich defensive Burg verwandelte sich dadurch in eine gefährliche Operationsbasis. Bei den Zitadellen von Damaskus, Kairo und Basra sind die Türme massige Festungsbauten mit Grundflächen bis zu 30 mal 30 Metern, verbunden durch kurze Mauerstrecken (Bild 2 oben).


Die Bauweise: einfach und wirkungsvoll

Im Prinzip war das Trebuchet ein unkomplizierter Hebel. Ein Balken drehte sich um eine waagrechte Achse, die ihn in einen kurzen Kraft- und einen langen Lastarm unterteilte. Der längere Arm trug an seinem Ende einen Korb oder eine Schlinge für das Geschoß, am kürzeren hingen Zugseile oder ein Gegengewicht. Vor dem Schuß ragte der Kraftarm aufwärts; wenn der Balken losgelassen wurde, schwang der lange Lastarm empor und schleuderte das Geschoß in hohem Bogen davon (siehe Kasten auf Seiten 82/83).

Mit der Zeit entwickelten sich drei Grundformen: Zugkraft-Maschinen, deren Hebel von Mannschaften mit Seilen bewegt wurden, Gegengewicht-Maschinen, bei denen man den Fall großer Massen nutzte; und Mischformen beider. Als gegen Ende des 6. Jahrhunderts im Mittelmeerraum die ersten Zugkraft-Maschinen auftauchten, waren sie den herkömmlichen Katapulten derart überlegen, daß man ihnen nachsagte, sie schleuderten ganze Berge; tatsächlich waren die Geschosse der mächtigsten Hybridmaschinen immerhin drei- bis sechsmal so schwer wie die vorher gebräuchlichen. Außerdem ließen die neuen Geschütze sich schneller nachladen.

Die Gegengewicht-Maschinen leisteten noch viel mehr. Der Behälter für das Gewicht war manchmal so groß wie eine Bauernhütte und faßte weit mehr als zehn Tonnen. Das Projektil wog 200 bis 300 Kilogramm und wurde nach dem Hebelgesetz (Kraft mal Kraftarm gleich Last mal Lastarm) entsprechend stark beschleunigt. Einige Geräte warfen angeblich sogar Steinmassen zwischen 900 und 1360 Kilogramm; damit hätten sich wirklich tote Pferde oder Bündel menschlicher Leichen über eine Wehrmauer schleudern lassen. Kürzlich wurde in England ein Trebuchet rekonstruiert, das mit seinem Gegengewicht von 30 Tonnen ein kleines Automobil (476 Kilogramm ohne Motor) 80 Meter weit durch die Luft schnellte.

Erfinder und Techniker suchten die Hebelschleudern fortwährend zu verbessern: Einerseits sollte der Fall des Gegengewichts möglichst viel Schwung erzeugen, andererseits wollte man durch Unterdrücken des Rückstoßes die Treffsicherheit steigern.

Ein wichtiger Fortschritt der Gegengewicht-Maschinen gegenüber ihren mit menschlicher Zugkraft operierenden Vorläufern war eine viel längere Wurfschlinge. Dadurch erhöhte sich die effektive Länge des Lastarms und somit die Leistung der Maschine. Ein weiterer Vorteil war, daß nun der Abschußwinkel weitgehend unabhängig vom momentanen Winkel des Balkens wurde; denn durch Variieren der Seillänge konnte man erreichen, daß das Geschoß unter rund 45 Grad zur Vertikalen abflog und eine Bahn von optimaler Reichweite beschrieb.

Damit die potentielle Energie des Gewichts möglichst vollständig in die Bewegungsenergie des Projektils überging, sollte sich die Schlinge allerdings erst lösen, wenn der Balken fast senkrecht stand, also das Gegengewicht sich seinem tiefsten Punkt näherte. Auf diese Weise haben Beobachtungen am Trebuchet vielleicht zum mittelalterlichen Wissen über den Zusammenhang von Kraft und Bewegung beigetragen.


Schwingende Gewichte

Ein zweiter Fortschritt war die Einführung von Gegengewichten mit Gelenk-Aufhängung (Bild 3). Während ein derart modifiziertes Geschütz durch Anheben des Kraftarms schußbereit gemacht wurde, hingen die Behälter mit der Gewichtsladung stets lotrecht und bildeten mit dem Balken einen veränderlichen Winkel. Beim Schleudern streckte sich das Gelenk wieder. Dadurch variierte der Abstand zwischen Gegengewicht und Drehpunkt des Balkens – und somit die Hebelwirkung – während des gesamten Bewegungsablaufs.

Das Gelenk erhöhte die Energiemenge, die sich auf das Geschoß übertragen ließ, recht beträchtlich. Die Techniker des Mittelalters beobachteten, daß Maschinen mit Hängegewicht sonst baugleichen mit fixiertem Gewicht stets an Reichweite überlegen waren. Unseren Computersimulationen zufolge übertragen Maschinen mit Hängegewichten etwa 70 Prozent der potentiellen Energie auf das Projektil. Ein gewisser Energieverlust entsteht, nachdem das Gelenk sich völlig gestreckt hat und der weiterschwingende Balken das auf dem tiefsten Punkt pendelnde Gewicht nachzuziehen beginnt.

Das Rückschwingen des Gegengewichts übt auf den rotierenden Balken eine starke Bremswirkung aus. Sie vermag – zusammen mit dem Verlust an Energie, die an das Projektil über die Schlinge abgegeben wird, wenn diese um das Ende des Lastarms kreist – den Balken in lotrechter Position fast zum Stillstand zu bringen. Dadurch wird das Gestell im Augenblick des Abschusses weniger heftig erschüttert; andernfalls droht es zu verrutschen oder gar zu kippen. Klassische Schleudergeschütze wie der Onager ("Wildesel", ein einarmiges Torsionskatapult) waren für ihre Bockigkeit berüchtigt und mußten eigens auf stoßdämpfende Plattformen montiert werden.

Dank des viel zahmeren Verhaltens des Trebuchets brauchte man das Gestell nicht nach jedem Schuß neu zu justieren; darum ließ sich damit rascher, öfter und zielsicherer schießen. Eine für das Museum von Falsters Minder in Dänemark nachgebaute mittelgroße Maschine konnte ihre Projektile auf 180 Meter Entfernung in ein Quadrat von 6 mal 6 Metern plazieren.


Physikalische Folgerungen

Später versuchte man, die enorme Wucht der Trebuchets weiter zu steigern sowie anderweitig zu nutzen. In historischen Quellen sind Behälter für Gegengewichte überliefert, deren Gestalt einer sogenannten Salzfäßchen-Kurve entspricht. Diese Muldenform konzentriert die Masse in möglichst großer Entfernung vom Gelenk und verringert außerdem den zwischen Gegengewicht und Gestell erforderlichen Spielraum. Dieselbe Form tritt später bei anderen Maschinen mit Pendeln auf, zum Beispiel bei pendelgetriebenen Sägen.

Die meisten Versuche, das Trebuchet-Prinzip zu erweitern, scheiterten allerdings, weil die Energie des Gegengewichts sich nicht wirksam genug bändigen ließ. Erfolge gab es nur bei der Zeitmessung, wo es nicht auf große Kraft ankam, sondern auf regelmäßige Bewegung. Das Pendel war gegenüber früheren Regelmechanismen ein unschätzbarer Fortschritt an Genauigkeit.

Zwar haben erst die neuzeitlichen Physiker Galileo Galilei (1564 bis 1642) und Christian Huygens (1629 bis 1695) Pendelbewegungen systematisch untersucht; aber schon bei einer Gruppe italienischer Uhrmacher, denen Leonardo da Vinci (1452 bis 1519) nahestand, finden sich erste Indizien für Pendelmechanismen. Leonardo schrieb sogar ausdrücklich, daß einige seiner Konstruktionen zur Zeitbestimmung dienen könnten. Gelegentlich skizzierte er ein gelenkig am Pendelarm hängendes Gewicht, wie es bei fortgeschrittenen Trebuchets üblich war; manche Zeichnungen ähneln wiederum Schleudermaschinen mit festem Gegengewicht. Und unter den ersten Uhrwerken gibt es solche mit einem Geschwindigkeitsregler, der in Form und Bewegungsablauf auffallend dem Salzfäßchen-Gegengewicht gleicht.


Mittelalterliche Theorien

Auch beim größten Einzelfortschritt in der theoretischen Physik des Mittelalters, den die Schule des Mathematikers und Naturforschers Jordanus Nemorarius (um 1200) geleistet hat, scheinen Trebuchets eine Rolle gespielt zu haben. Eine Grundidee des Jordanus war die gravitas secundum situm (Schwerkraft in bezug auf die Position) längs einer Fallbahn; damit wurde – weil ein auf gekrümmter Bahn fallender Körper mit der Position auch fortwährend die Bewegungsrichtung ändert – praktisch die antike Vorstellung eines Bewegungsvektors oder der Gerichtetheit von Kräften aufgegriffen. In seinem Hauptwerk "Elementa Jordani super demonstrationem ponderum" ("Elemente des Jordanus über die Darstellung von Gewichten") postulierte er, ein Gewicht sei "schwerer" – das heißt, es leiste mehr Arbeit –, wenn es lotrecht sinke, statt einen gleich langen Weg schräg abwärts zurückzulegen. Insbesondere verglich er gerade und bogenförmige Abwärtsbewegungen. Damit bereitete er die Erkenntnis vor, daß die auf diese Weise geleistete Arbeit stets proportional zum Gewicht und zum lotrechten Abstand zwischen Anfangs- und Endpunkt ist, unabhängig von der Form der Bahnkurve.

Der Zusammenhang ist klar: Man wußte bereits, daß Wurfmaschinen mit frei hängendem Gegengewicht, das während des ersten und entscheidenden Teils der Hebeldrehung praktisch lotrecht absinkt, Projektile weiter schleudern als gleichwertige Geräte mit fest verankertem Gegengewicht, das einen Kreisbogen beschreibt.

Das Werk des Jordanus hat vermutlich noch weitere Bezüge zur Militärtechnik seiner Zeit. Vielleicht hat ihn die Gelenk-Aufhängung, bei der sich die effektive Länge des Kraftarms fortwährend ändert, auf die Idee gebracht, auch das Gleichgewicht von Winkelhebeln zu untersuchen; und vielleicht betonte er deshalb, entscheidend für die Hebelwirkung sei der horizontale Abstand zwischen Angriffspunkt der Kraft und Drehpunkt. Demnach könnte die Beobachtung, daß Trebuchets mit schwingendem Gegengewicht solchen mit fest montiertem überlegen waren, für Jordanus ein Anstoß gewesen sein, das Produkt von Kraft mal Weg zu untersuchen und sich damit erstmals dem physikalischen Begriff der Arbeit zu nähern.

Jordanus gilt gemeinhin als reiner Theoretiker, der zwar die physikalischen Prinzipien des Philosophen und Naturforschers Aristoteles (384 bis 322 vor Christus) mit der Strenge des Mathematikers Archimedes (um 285 bis 212 vor Christus) verband, aber sich eben nur auf die Werke antiker Denker gestützt habe. Doch die Berührungspunkte seiner Statik und Kinematik mit der Funktionsweise von Schleudermaschinen sprechen dafür, daß seine Überlegungen auch von der technischen Praxis angeregt wurden.


Nachwirkungen

Mit Galilei schließt sich der Kreis: Er griff Ideen des Jordanus wie virtuelle Verschiebung, virtuelle Arbeit und die Betrachtung schiefer Ebenen auf, entwickelte daraus die Grundlage der modernen Mechanik und vermochte damit etwa die Flugbahn einer Kanonenkugel zu analysieren. Galileis theoretische Neuerungen entstanden, nachdem das Trebuchet schon vom Schießpulver-Geschütz verdrängt worden war; dieser Prozeß dauerte fast zwei Jahrhunderte, bis Projektile aus Metall an die Stelle von Steinen traten.

Zum letzten Mal wurde ein Trebuchet in der Neuen Welt eingesetzt, und zwar bei der Belagerung von Tenochtitlán (dem heutigen Mexiko City) im Jahre 1521. Als dem spanischen Konquistador Hernando Cortez (1485 bis 1547) die Munition auszugehen drohte, nahm er begierig den Vorschlag auf, eine solche Wurfmaschine zu bauen. Nach mehreren Tagen war man damit fertig, doch der erste geschleuderte Stein stieg so steil empor, daß er beim Niederfallen das Gerät zertrümmerte. Weil Konstruktion und Bedienung derart gewaltiger Hebel enormes technisches Geschick erfordern, sollte jeder Nachahmer sich diese tragikomische Geschichte eine Lehre sein lassen.

Literaturhinweise


– Trebuchets. Von Donald R. Hill in: Viator, Band 4, Seiten 99 bis 115, 1973.

– Besson, da Vinci and the Evolution of the Pendulum: Some Findings and Observations. Von Vernard Foley, Darlene Sedlock, Carole Widule und David Ellis in: History and Technology, Band 6, Heft 1, Seiten 1 bis 43, 1988.

– Artillery in Late Antiquity: Prelude to the Middle Ages. Von Paul E. Chevedden in: The Medieval City under Siege. Herausgegeben von Ivy Corfis und Michael Wolfe. Boydell & Brewer, 1995.

– Science and Civilization in China. Band 5: Chemistry and Chemical Technology. Teil 6: Military Technology: Missiles and Sieges. Von Joseph Needham und Robin D.S. Yates. Cambridge University Press, 1995.

– China's Trebuchets, Manned and Counterweighted. Von Joseph Needham in: On Pre-Modern Technology and Science: Studies in Honor of Lynn White, Jr. Herausgegeben von Bert S. Hall und Delno C. West. Undena Publications, 1976.


Aus: Spektrum der Wissenschaft 9 / 1995, Seite 80
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