Trotz der vielfältigen Kontakte zwischen der Hochschule und der Stadt, zwischen Dozenten des neuen Polytechnikums und Persönlichkeiten der regionalen Wirtschaft blieb die wirtschaftlich-technische Bedeutung der neuen Anstalt faktisch zunächst nicht mehr als eine Hoffnung für die Zukunft. Statt unmittelbarer wirtschaftlicher Vorteile verursachte das Polytechnikum in den ersten Jahrzehnten seines Bestehens zunächst Kosten und belastete auf Grund einer 1863 im Zusammenhang der Standortauseinandersetzung übernommenen Schulgeldgarantie den Haushalt der Stadt Aachen bis zum Jahre 1897 mit mehr als 200.000 Reichsmark. Angesichts der finanziellen Belastung und des gespannten Verhältnisses zwischen Hochschule und Teilen der Aachener Bürgerschaft während des Kulturkampfes, tat sich der Aachener "Verwaltungsbericht für den Haushalts-Etat der Stadt für das Jahr 1880/81" etwas schwer mit der Erklärung, worin denn die Vorteile lägen, welche die Stadt aus der Existenz des Polytechnikums zöge. Eine Tabelle mit den Einnahmen und Ausgaben der Hochschule in den ersten zehn Jahren ihres Bestehens sollte zeigen, "wie sehr die Verwendung der Stadt für diese Schule aber, selbst, wenn solche Zuschüsse noch einige Jahre andauern sollten, gegen die Summen verschwindet, welche der Staat für diesselbe leistet, und wie daher auch vom finanziellen Gesichtspunkte aus die Existenz der Schule als der Bürgerschaft gewinnbringend zu betrachten ist."

1870 hatte der Direktor des neuen Aachener Polytechnikums August von Kaven seine Rede zur Eröffnung der Hochschule mit den Worten eingeleitet: Über die Bedeutung dieser Anstalten [gemeint sind die Polytechnika] für den Staat brauche ich kein Wort vor dieser Versammlung zu äußern. Die neuere Technik ist eine Macht im Staate. Die Techniker dürfen wohl für sich in Anspruch nehmen, zu der Entwicklung der hohen deutschen Civilisation, worunter wir Bildung, Wissen und Können verstehen, zu den raschen, wunderbaren Fortschritten in der Anwendung der Wissenschaft, welche das letzte Viertel des Jahrhunderts charakterisieren, einen erheblichen Theil beigetragen zu haben. Diese, bereits früh in Deutschland propagierte Auffassung, wonach Unternehmer vielfältig der Anwendung wissenschaftlicher Kenntnisse, die seinen Unternehmungen Gewißheit geben, und ein höheres Gelingen versichern, wie es schon 1822 im offiziellen Bericht der bayerischen Industrieausstellung heißt, war aber selbst in den siebziger Jahren des neunzehnten Jahrhunderts noch weitaus mehr Anspruch als Wirklichkeit. Der Topos von der Bedeutung der Wissenschaft für die Entwicklung von Technik und Industrie verbreitete sich im Verlaufe des neunzehnten Jahrhunderts zu einem allseits propagierten und kaum bezweifelten Königsweg deutscher Industrialisierung. Lange bevor die technischen Wissenschaften tatsächlich in der Lage waren, den Anspruch ihrer Bedeutung für den technisch-industriellen Fortschritt in der Praxis einzulösen, zeigte dieser nachdrücklich vertretene Anspruch allerdings praktische politische und soziale Wirkung. Einerseits diente er der ideologischen Begründung für den Auf-, Ausbau und zuletzt auch der rechtlichen und soziologischen Emanzipation technischer Bildungsanstalten und ihrer Absolventen mit den Universitäten. Auf der anderen Seite legitimierte er zugleich aber auch den Anspruch der Ingenieure und industriellen Unternehmer nach einer Aufwertung ihres Sozialstatus als Träger des technisch-industriellen, und damit des wirtschaftlichen Fortschritts. Die frühe Geschichte der Technischen Hochschulen ist geprägt durch den Gegensatz ihrer behaupteten zu ihrer faktischen Bedeutung für die technisch-industrielle Entwicklung. Auch die Befürworter und Unterstützer des Aachener Polytechnikums betonten sowohl in der Gründungsphase als auch später immer wieder die wirtschaftlich-technisch-industrielle Bedeutung der Anstalt für die Region. Im ersten Jahrzehnt ihres Bestehens war die Bedeutung der Aachener Hochschule für die regionale Wirtschaft jedoch noch weitgehend mehr Anspruch als Wirklichkeit. Stadt und Wirtschaft profitierten von den Aachener Ingenieurprofessoren einstweilen eher durch ihre nebenberuflichen Funktion als praktische Ingenieure denn als forschende Wissenschaftler. Sie profitierten gegebenenfalls von der technischen Sachkompetenz der Ingenieurprofessoren als Gutachter und Berater. Sie profitierten vielleicht von dem Informationsvorsprung der Ingenieurprofessoren, die als Juroren auf den gewerblich-technischen Ausstellungen fungierten und regelmäßig schriftlich über ihre Studienreisen und Exkursionen berichteten, mit denen ansonsten weitgehend von der industriellen Praxis abgekoppelte Ingenieurprofessoren naturwissenschaftlich-technischen Fortschritt rezipierten. Die Wechselwirkungen zwischen Wissenschaft, Technik und Industrie waren eher diffus, ein Wissens- oder Technologietransfer im Sinne einer Science-based Technology wie sie Formulierungen aus der anfangs zitierten Kaven-Rede vermuten lassen, fand noch nicht statt.

Es stellt sich allerdings die Frage, ob solches vom damals neuen Aachener Polytechnikum überhaupt erwartet wurde. Wahrscheinlich nicht; denn das erste und eigentliche Ziel der Technischen Hochschule blieb die Ausbildung qualifizierter Ingenieure für die heimische Wirtschaftsregion, aus derem erweiterten Umkreis etwa die Hälfte der damaligen Studenten stammten. Der konstitutive Zusammenhang von Lehre und Forschung charakterisiert die Universität. Er charakterisiert heute auch die Technische Hochschule. In der frühen Geschichte der Technischen Hochschulen war dies jedoch keineswegs der Fall. Die Polytechnika bzw. später die Technischen Hochschulen waren zunächst reine Unterrichtsanstalten. Ihre genuine Aufgabe war die Ausbildung von qualifizierten Technikern. In dieser Aufgabe lag die mittelbare wirtschaftliche Bedeutung der neuen Technischen Hochschulen. Der Student sollte den wissenschaftlichen Umgang mit der Technik erlernen, um das Erlernte später in der industriellen Praxis zu benutzen. Doch was war überhaupt eine wissenschaftliche Technik, eine Ingenieurwissenschaft und wie sah eine wissenschaftliche Beschäftigung mit der Technik aus?

Als das Konzept einer Ingenieurausbildung, wie sie an der Pariser École Polytechnique entstand, im deutschsprachigen Raum aufgegriffen wurde, erfuhr es bereits durch Ludwig Prechtl, den Begründer des Wiener Polytechnikums, eine wesentliche methodische Umorientierung. An der Pariser École wurde die Technik im wesentlichen als eine Form angewandter Naturwissenschaft begriffen. Entsprechend hoch war die Theoriebildung. Die Lösung technischer Probleme war für einen Pariser Polytechniker vor allem eine Frage der Erkenntnis der in der technischen Anwendung vorkommenden naturwissenschaftlichen Grundprinzipien und ihre mathematische Durchdringung. Für Prechtl aber sollte in strenger Abgrenzung zu den traditionellen Universitäten eine wissenschaftliche Beschäftigung mit der Technik keine reine, nur um der Erkenntnis selbst willen betriebene Wissenschaft sein, noch sollte Technik rein empirisch betrieben werden. Prechtl definierte wissenschaftliche Beschäftigung mit der Technik wesentlich noch dadurch, was sie nicht sein sollte: Sie sollte weder bloß angewandte Naturwissenschaft, noch sollte sie zweckfrei sein. Für Prechtl hatte sich eine scientia rerum technicarum an praktischen und ökonomischen Zwecken zu orientieren.

Die Schaffung einer methodisch und inhaltlich eigenständigen Technikwissenschaft zieht sich nahezu durch das gesamte 19. Jahrhundert. In bewußter Abgrenzung zu den traditionellen, universitären Methoden von Geistes- und Naturwissenschaften konstituierte sich in dieser Zeit eine Ingenieurwissenschaft mit eigenem Erkenntnisinteresse und eigenen wissenschaftlichen Methoden.
Während die Naturwissenschaft nach naturgesetzlichen Wirkungszusammenhängen innerhalb einer vom Menschen vorgefundenen Natur sucht, richtet sich das Erkenntnisinteresse eines Ingenieurs auf anwendungsorientierte Aussagen über eine von Menschen geplante und geschaffene Realität. Zwar liefern die Naturwissenschaften auch ein Verfügungswissen über die Natur, aus denen praktisch-technische Nutzanwendungen hervorgegangen sind und hervorgehen. Doch das erkenntnisleitende Interesse eines Naturwissenschaftlers ist im Gegensatz zum Ingenieur auf die Aufdeckung naturgesetzlicher Wahrheiten gerichtet. Der Technik- bzw. Ingenieurwissenschaftler benötigt und benutzt Kenntnisse naturgesetzlicher Zusammenhänge zwar auch, aber sein Interesse und seine Wissensbeschaffung ist darauf gerichtet, vorausschauende Aussagen über das Verhalten technischer Systeme, Angaben über ihren Wirkungsgrad, ihre Beherrschbarkeit und Zuverlässigkeit zu machen und technische Mittel zur Erzielung gewünschter Wirkungen zu entwickeln. Der Gegenstand seiner wissenschaftlichen Beschäftigung ist artifiziell, seine Methoden werden bestimmt durch technische, ökonomische und soziale Zusammenhänge.

Die Konstituierung einer solchen autonomen Ingenieurwissenschaft war in Deutschland eng verbunden mit der Entwicklung der polytechnischen Schulen bzw. der Technischen Hochschulen. Im Jahre 1852 veröffentlichte Ferdinand Redtenbacher, ein gebürtiger Österreicher, Absolvent des Wiener Polytechnikums und seit 1841 Maschinenbau-Professor am Karlsruher Polytechnikum, seine Principien der Mechanik und des Maschinenbaus und begründete mit diesem seinem Hauptwerk Methode und Anfang eines wissenschaftlichen Maschinenbaus in Deutschland. Worin lag nun das qualitativ Neue eines von ihm gelehrten und propagierten wissenschaftlichen Maschinenbaus?
Zielgerichtete technische Nutzanwendungen waren im Verlaufe fast des gesamten 19. Jahrhunderts das Aufgabenfeld des praktischen Erfinders oder handwerklichen Technikers, der vielfach ohne theoretischen Hintergrund und vorwiegend mit Erfahrungswerten operierend seine Maschinen und technische Verfahren entwickelte, baute, testete und verbesserte. Die Dampfmaschine, wie lange Zeit überhaupt die Wärmekraftmaschinen sind Beispiele für ein solches empirisches Entwickeln neuer Technologien. Ähnliches gilt für viele technische Verfahren, die teilweise zufällig entdeckt wurden und erst sehr viel später auch theoretisch-wissenschaftlich durchdrungen wurden. Der Bessemer-Prozeß der Stahlerzeugung gilt hier als eines der klassischen Beispiele. Die schnelle, und damit ökonomische Herstellung von Flußstahl, indem man in einem Konverter flüssiges Roheisen mit Luft durchblies, war von Henry Bessemer (1813-1898), einem Berufserfinder, 1855 eher zufällig erfolgreich durchgeführt worden. Die Verbreitung und Übernahme dieses technischen Verfahrens zur Stahlherstellung bereitete in Deutschland aufgrund einer ungünstigeren Zusammensetzung des sehr schwefelhaltigen Roheisens dann anfangs auch große technische Probleme, weil die chemischen Abläufe bei der Eisenverhüttung noch für lange Zeit kaum vollständig durchschaut wurden.
Zwar hatte es auch immer wieder technische Neuerungen, Nutzanwendungen und Erfindungen gegeben, die mittelbar oder unmittelbar naturwissenschaftlichen Erkenntnissen oder Entdeckungen entsprangen. Aber vor allem im industriell weit entwickelten England blieben technische Neuerungen wie etwa der Maschinenbau weitgehend eine Domäne des praktischen Technikers, auch wenn Ingenieure wie John Smeaton (1724-1792) oder James Watt (1736-1819) bei der Entwicklung der Dampfmaschine mit Experimenten, Modelluntersuchungen, Erstellung von Meßreihen etc. durchaus systematisch ihre technischen Konstruktionen angingen und physikalische Erkenntnisse bei ihrer Arbeit berücksichtigten. Dagegen konzentrierte sich entsprechend der an einer atomistisch-mechaninistischen Naturphilosophie orientierten Auffassung, wonach Technik im wesentlichen angewandte Mathematik und Physik sei, die frühe wissenschaftlich-technische Literatur in Frankreich auf die physikalische und mathematisch-theoretische Durchdringung von Problemen der Mechanik und ihrer praktischen Nutzanwendung innerhalb einer technischen Mechanik. Gerade im geistigen Umfeld der Pariser École Polytechnique bildete die Mechanik die am stärksten axiomatisierte und mathematisierte Disziplin innerhalb der Physik mit unmittelbarer praktisch-technischer Bedeutung. Der Physiker Charles Augustin Coulomb (1736-1806) etwa legte mit seiner Gewölbe- und Balkenbiegetheorie mathematische Grundlagen der Baustatik, beschäftigte sich aber auch mit dem Problem der Reibung und erhielt 1781 den Preis der Pariser Akademie für die beste Abhandlung über Widerstände in Maschinen. Sein Landsmann Claude Louis Henri Marie Navier (1785-1836) erkannte, daß jeder Körper aus Molekülen besteht, zwischen denen anziehende oder abstoßende Kräfte wirken und daß die innere Struktur eines Werkstoffes seine jeweiligen Eigenschaften bestimmen. Aus diesen Annahmen heraus formulierte er 1821 die allgemeinen Gleichungen der Elastizitätstheorie. Sein Hauptwerk Résume des Leçons données à l'École des Ponts et Chaussées sur l'Application de la Mécanique à l'Établissement des Constructions et des Machines von 1826 (dtsch.: Mechanik der Baukunst oder Anwendung der Mechanik auf das Gleichgewicht von Bau-Constructionen, übers. v. G. Westphal, Hannover 1851) wurde zu einem Grundlagenwerk der Baustatik und der Festigkeitslehre. Hatten Coulomb und Navier vor allem statische Kräfte und Tragverhalten berechnet, so beschäftigten sich die Mathematiker Gaspard Gustave de Coriolis (1792-1843) und der Polytechniker Jean Victor Poncelet (1788-1867) mit den dynamischen Kräften der technischen Mechanik. Poncelet, Begründer der projektiven Geometrie, und Coriolis, der die besondere Trägheitskraft in rotierenden Bezugssystemen, die nach ihm benannte Coriolis-Kraft, mathematisch erfaßte, untersuchten Kraftverhältnisse, wie sie etwa als Trägheitskräfte bei rotierenden oder hin- und hergehenden Maschinenteilen auch in der Maschinenbaupraxis vorkommen. Es ging Poncelet mit seinem 1826 veröffentlichen Cours de Mécanique, appliquée aux machines und Coriolis mit seinem Lehrbuch der Mechanik von 1829 ganz wesentlich auch um die Berechnung der an Maschinen auftretenden Kräfteverhältnisse und, modern gesprochen, um die mathematische Erfassung einer mechanischen Energiebilanz, um daraus unterschiedlich bedingte Energieverluste an Maschinen, wie etwa Reibungsverluste, Verluste durch Erzeugung überschüssiger Bewegungen oder unelastische Stöße zu berechnen, und daraus letztlich Bedingungen für den Wirkungsgrad abzuleiten.
Wie die von ihm benutzte Literatur zeigt, war Redtenbacher ganz wesentlich von dieser theoretischen Mechanik aus Frankreich beeinflußt. Doch das Neue an dem von Redtenbacher propagierten und gelehrten Maschinenbau blieb nicht nur seine wissenschaftliche Methode, die er nun auf den praktischen Maschinenbau anwandte und im Vorwort seines Buches über die Gesetze des Lokomotivbaues 1855 anschaulich so beschrieb: Ich habe schon seit Jahren über die Lokomotive theoretische Studien gemacht .... Ich habe mich dabei so benommen, wie wenn praktische Erfahrungen über den Lokomotivbau gar noch nicht gemacht worden wären, habe mich ganz und gar den Grundsätzen der Mechanik überlassen und wollte einmal sehen, was dabei herauskommen würde. Der entscheidende Schritt Redtenbachers zu einem eigenständigen technisch-wissenschaftlichen Maschinenbau lag in der Verbindung von Theorie und Praxis. Redtenbacher wußte zwar, dass die Mathematik kein Luxus ist, und dass man mit derselben in dem Maschinenbau etwas leisten kann, aber die physikalischen Prinzipien der Mechanik und die Mathematik waren als Hilfswissenschaften den in Redtenbachers Augen originären Tätigkeiten des Ingenieurs unterworfen: Planen, Entwerfen, Konstruieren und das zielgerichtete Schaffen von technisch Neuem zum Zwecke einer wirtschaftlichen Anwendung. Diesem praktischen Ziel des Ingenieurs hatten sich seine theoretischen Methoden unterzuordnen:
Mit den Prinzipien der Mechanik erfindet man keine Maschine, denn dazu gehört, neben dem Erfindungstalent, eine genaue Kenntnis des mechanisches Prozesses, welchem die Maschine dienen soll. Mit den Prinzipien der Mechanik bringt man keinen Entwurf einer Maschine zu Stande, denn dazu gehört Zusammensetzungssinn, Anordnungssinn und Formensinn. Mit den Prinzipien der Mechanik kann man keine Maschine wirklich ausführen, denn dazu gehören praktische Kenntnisse der zu verarbeitenden Materialien und eine Gewandtheit in der Handhabung der Werkzeuge und Behandlung der Hülfsmaschinen. Mit den Prinzipien der Mechanik betreibt man kein industrielles Geschäft, denn dazu gehört eine charakterkräftige Persönlichkeit und gehören commerzielle Geschäftskenntnisse. Man sieht, die Prinzipien der Mechanik sind für die mannigfaltigen technischen Thätigkeiten überall nicht zureichend, aber gleichwohl leisten sie, bei vollständigem Gebrauch, vortreffliche Dienste, denn sie geben doch überall an, was geschehen soll, bestimmen oftmals die wichtigsten Abmessungen und führen zu einem richtigen Urtheil; aber das Erfinden, das Zusammensetzen, Anordnen, Formgeben und das praktische Arbeiten mit der Feile und mit dem Drehstahl ist nicht ihre Sache, schrieb Redtenbacher 1848 in die Vorrede seiner Resultate für den Maschinenbau und kennzeichnete damit Priorität und Verhältnis von theoretischer und praktischer Ingenieurtätigkeit.
Eine wesentliche Rolle innerhalb des ingenieurmäßigen Konstruktionsprozesses spielte für Redtenbacher die technische Zeichnung auf der Grundlage der darstellenden Geometrie (Géométrie descriptive), wie sie von Gaspard Monge, dem Mitbegründer der Pariser École Polytechnique, entwickelt und 1799 veröffentlicht worden war. Aufgabe der technischen Zeichnung war es, dreidimensionale Gegenstände so auf eine zweidimensionale Zeichenebene abzubilden, daß die eindeutige Zuordnung zwischen Gegenstand und Zeichnung möglich war. Die Zeichnung eines Gegenstandes sollte dabei so viele, zueinander senkrecht stehende Ansichten bieten, wie zu einem eindeutigen Erkennen und Bemaßen des dargestellten Gegenstandes notwendig war. Die technische Zeichnung diente, wie Redtenbacher in seinen Principien bemerkte, nicht allein dazu, das in ihr Dargestellte mit dem Construktionsmaterial identisch nachzubilden, sondern sie war zugleich das idealisierte Abbild einer konstruktiven Idee: Das Zeichnen ist für den Mechaniker ein Mittel, wodurch derselbe seine Gedanken und Vorstellungen mit einer Klarheit, Schärfe und Übersichtlichkeit darzustellen vermag, die nichts zu wünschen übrig lässt. Eine gezeichnete Maschine ist gleichsam eine ideale Verwirklichung derselben, aber mit einem Material, das wenig kostet und sich leichter behandeln lässt, als Eisen und Stahl. Darüber hinaus erlaubte die technische Zeichnung mit ihrer eindeutigen Beziehung zwischen gezeichnetem Abbild und realem Gegenstand eine industrielle, d.h. arbeitsteilige, an wirtschaftlichen Kriterien orientierte Produktion der abgebildeten Maschine, denn: Jeder Maschinenbestandtheil kann im Allgemeinen unabhängig von allen anderen ausgeführt werden, und dadurch ist es möglich, die Gesammtheit der Arbeiten unter eine große Anzahl von Arbeitern zu vertheilen, und das ganze Geschäft der Ausführung in der Weise zu organisiren, dass alle Arbeiten zur rechten Zeit, am geeigneten Orte, mit dem geringsten Aufwand von Zeit und Kosten und Material und endlich mit einer Genauigkeit und Zuverlässigkeit ausgeführt werden können, die kaum etwas zu wünschen übrig lassen.

Über den engeren Bereich des Technischen hinaus hatte Redtenbacher jedoch auch immer wieder auf die Bedeutung einer allgemeinen geisteswissenschaftlichen Bildung der angehenden Ingenieure hingewiesen: Meine Bestrebungen als Lehrer richten sich nicht allein auf die wissenschaftliche Theorie der Maschine, hatte Redtenbacher bereits 1840/41 seinem Tagebuch anvertraut, mir liegt die Kultur des industriellen Publikums am Herzen. [...] Wenn die Gebildeten den gegenwärtigen Zustand der Industriellen roh nennen, so haben sie recht; wenn aber jene glauben, es vertrage sich eine rechte Bildung gar nicht mit der industriellen Tätigkeit, dann haben sie unrecht; leider ist es die vorherrschende Ansicht, welche in höchstem Grade nachteilig und hemmend auf die industrielle Entwicklung Deutschlands gewirkt hat. Einem Stand, der nicht geachtet ist, werden sich nicht leicht Menschen mit Talenten und edlerer Gesinnung zuwenden.

Einer von Redtenbachers bedeutendsten Schüler war der aus Eschweiler stammende, spätere Direktor der Berliner Gewerbeakademie und nachmalige Rektor der Technischen Hochschule in Berlin-Charlottenburg Franz Reuleaux. Reuleaux hatte nach seiner praktischen Ausbildung und Tätigkeit in einer Koblenzer und anschließend in der ehemaligen Maschinenfabrik seines Vaters in Eschweiler 1850-52 bei Redtenbacher in Karlsruhe Maschinenbau studiert. Wie viele Ingenieurwissenschaftler dieser ersten Generation gingen auch bei Reuleaux die wissenschaftlichen Bildungsinteressen über die engeren maschinenbaulichen Fachgrenzen hinaus. Hatte er schon in Karlsruhe - ganz im Sinne seines Lehrers Redtenbacher - sich neben dem Maschinenbau auch mit anderen technischen, aber auch historisch-sprachlichen Studien befaßt, so ging er 1852 zunächst an die Universität Berlin und später nach Bonn, um dort vor allem seine naturwissenschaftlichen und philosophischen Kenntnisse zu vervollkommnen. Dieses breite, auch über den engeren Bereich des Technischen hinausgehende Interesse fand seinen Niederschlag in einem umfangreichen literarischen Oevre, das neben den überwiegenden technischen Themen auch die deutsche Nachdichtung des amerikanischen Indianerepos Hiawatha von Henry Wadsworth Longfellow (1807-1882), Reisebeschreibungen und zahlreiche Aufsätze zur Technik- und Kulturgeschichte enthält.
Mit knapp 27 Jahren wurde Reuleaux nicht zuletzt auf Empfehlung Julius Weisbachs (1806-1871) von der Freiberger Bergakademie, der mit seinem Handbuch der Bergmaschinenmechanik (1835-36) und dem Lehrbuch der Ingenieur- und Maschinenmechanik (1845-1860) noch eine praxisorientierte Verständlichkeit gegenüber einer theoretisch-mathematischen Durchdringung seines Faches betonte, neben Gustav Zeuner auf die zweite Professur an der mechanisch-technischen Abteilung der ETH Zürich berufen. Unter Redtenbacher hatte der Maschinenbau noch Maschinenkunde geheißen, in der im wesentlichen eine Systematik der Maschinen gelehrt, Prinzipien für ihren Bau daraus hergeleitet und durch Konstruktionsübungen ergänzt wurde. Die inhaltliche Scheidung in eine Maschinenkunde einschließlich ihrer Hilfswissenschaften und einen Lehrstuhl für Maschinenkonstruktionslehre einschließlich ihrer Elemente, auf den nun Reuleaux berufen wurde, dürfte auf Zeuner zurückgehen.
In Reuleaux's Züricher Zeit entstand Der Konstrukteur. Ein Handbuch zum Gebrauch beim Maschinenentwerfen (1861), in dem er die Redtenbachersche Methode der Verhältniszahlen bei der Konstruktion von Maschinenelementen durch deren Berechnung nach den Regeln der Festigkeitslehre ersetzte. Zwar stellte auch dieses Verfahren nur eine grobe Annäherung an die wirklichen Spannungsverhältnisse dar, beschrieb sie allerdings wesentlich wirklichkeitsnäher und damit zuverlässiger als die alte Redtenbachersche Methode.
In dieser Zeit arbeitete Reuleaux auch die Grundgesetze seiner Theoretischen Kinematik aus, über die er erstmals 1864 vor der Züricher Naturforschenden Gesellschaft vortrug. Die Kinematik oder Bewegungslehre, im 19. Jahrhundert häufig auch als Phoronomie bezeichnet, untersucht als Teilgebiet der Mechanik die Bewegung von Körpern, also ihre Bahn, Geschwindigkeit und Beschleunigung, ohne Berücksichtigung der die Bewegung verursachenden Kräfte. 1875 erschien Reuleaux' erster Band seiner vielbeachteten und zugleich umstrittenen Theoretischen Kinematik, die er als umfassende Theorie des Maschinenwesens verstanden wissen wollte, und die zugleich den Grundstock einer modernen Getriebelehre legte. In seiner Kinematik analysierte er jegliche Maschine als eine Verbindung widerstandsfähiger Körper, welche so eingerichtet ist, daß mittels ihrer mechanische Naturkräfte genötigt werden können, unter bestimmten Bewegungen zu wirken. Aufgabe der Kinematik ist die Analyse und Synthese von Bewegungsmechanismen, die mechanisch geführte Zwangsbewegungen in der Ebene oder im Raum vollziehen, weswegen Reuleaux auch den Begriff Kinematik in Zwanglauflehre eindeutschte. Reuleaux betrachtete Maschinen als Zusammensetzung von insgesamt drei grundlegenden Elementenpaaren (Zylinderpaar, Prismenpaar, Schraubenpaar), die als Paare aufeinander wirkender Maschinenelemente in Verbindung zueinander gesetzt eine kinematische Kette (Mechanismus, Getriebe) bilden. Für die einzelnen kinematischen Elemente, die Art ihrer Zusammenstellung und ihrer Verbindung hatte Reuleaux eine eigene Zeichensprache bzw. Symbole entwickelt, die eine schnelle und eindeutige Identifikation und Analyse der Anordnung und Wirkungsweise verschiedener Getriebe ermöglichen sollte. Ziel dieser theoretischen Kinematik sollte nicht allein die Analyse bestehender Maschinen, sondern auch die Synthese neuer Maschinenkonstruktionen auf der Grundlage theoretischer kinematischer Überlegungen sein, eine Maschinenwissenschaft der Deduktion. Gerade dieser nahezu philosophisch zu nennende Ansatz einer Maschinentheorie, seine theoretisierende Frage nach dem Wesen der Maschine fand später wenig Verständnis bei den produzierenden bzw. den an einer industriellen Praxis orientierten Maschinenbauern. Besonders in dem von der Aachener Hochschule kommenden Aloys Riedler erwuchs Reuleaux ab 1888 an der Berliner Technischen Hochschule ein selbstbewußter und einflußreicher Kritiker unter den Maschinenbauern.

In deren Praxis spielten maschinendynamische Probleme oft eine praktisch sehr viel wichtigere, weil für die Betriebssicherheit relevante Rolle. Die Maschinendynamik behandelt im Gegensatz zur Kinematik die durch Kräfte hervorgerufenen Änderung von Bewegungszuständen und die damit einhergehenden Massenwirkungen. Gerade im Bereich des Dampfmaschinenbaus wurde in den 1860iger Jahren mit der Entwicklung der sogenannten schnellaufenden Dampfmaschinen die Lösung solcher maschinendynamischer Probleme akut. Selbst Redtenbacher hatte 1848 in seinen Resultaten für den Maschinenbau dem praktischen Anwender seiner statisch begründeten Konstruktionsregeln geraten, beim Auftreten von Massenkräften Zapfen und Wellen einfach um einen erfahrungsmäßig gewonnenen Koeffizienten zu verstärken und alle anderen Dimensionen der Maschine im entsprechenden Verhältnis zu bestimmen. Auf der Pariser Weltausstellung 1867 erregten die amerikanischen Porter-Allen-Dampfmaschinen Aufsehen, die mit ihren 200 (bis kurzfristig 500) Umdrehungen pro Minute etwa viermal so schnell wie die herkömmlichen europäischen Dampfmaschinen liefen. Angeregt durch diese amerikanische Dampfmaschinen, die er als österreichischer Berichterstatter in Paris kennengelernt hatte, beschäftigte sich Johann Friedrich Radinger (1842-1901) vom Polytechnischen Institut in Wien 1870 mit den maschinendynamischen Problemen in seinem von Fachkollegen als epochemachend empfundenen Buch Ueber Dampfmaschinen mit hoher Kolbengeschwindigkeit. Der an der Aachener Hochschule Mechanik lehrende Arnold Sommerfeld attestierte Radinger in einem Vortrag 1903 das dynamische Gewissen des Technikers geweckt zu haben. Er entdeckte im Maschinenbau den Newtonschen Grundsatz von Neuem, wonach Masse mal Beschleunigung gleich Kraft ist.
Ausgehend von der Überlegung, daß es aber nicht der Dampf oder die Steuerung ist, welcher die Einführung größerer Kolbengeschwindigkeiten unmöglich macht, so können es nur die Massen der Maschine sein, welche bei höheren Geschwindigkeiten durch Vibrationen und Stöße so oft Anlaß zu ernsten Befürchtungen geben mögen, dass man ihnen zur Rücksicht mit der Geschwindigkeit niedrig bleibt, und den Kolben selbst vor dem hohen Druck nur langsam führt, suchte Radinger vorwiegend auf der Basis graphischer Methoden die Kolbengeschwindigkeit und damit die Leistungsfähigkeit der Dampfmaschinen zu erhöhen.

Allgemeineres für den Bereich der Wärmekraftmaschinen, zu denen auch die Dampfmaschinen gehören, leistete Gustav Anton Zeuner (1828-1907) mit der Begründung einer Technischen Thermodynamik.
Der französische Armeeingenieur Sadi Carnot (1796-1832), Sohn des schon erwähnten Mathematikers und École Polytechnique-Mitbegründers Lazare Carnot, hatte in seinen 1824 erschienenen Betrachtungen über die bewegende Kraft des Feuers und die zur Entwicklung dieser Kraft geeigneten Maschinen (Reflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres a développer cette puissance) einen theoretischen Weg zur Berechnung des Wirkungsgrades einer Wärmekraftmaschine gefunden und vermittels des nach ihm benannten idealen Kreisprozesses nachgewiesen, daß selbst in der von ihm angenommenen idealen Wärmekraftmaschine niemals die gesamte zugeführte Wärmemenge in mechanische Arbeit umgewandelt werden kann (der thermodynamische Wirkungsgrad ?=1-T₂/T₁). Nachdem der Arzt Julius Robert Mayer (1814-1842) 1842 als erster den Satz von der Erhaltung und Umwandlung der Energie (Mayer sprach noch von Kraft), also der Äquivalenz von Wärme und mechanischer Arbeit, formuliert hatte, faßte 1850 der damals noch unbekannte Lehrer an der Königlichen Artillerie- und Ingenieurschule in Berlin Rudolf Clausius (1822-1888), später zusammen mit Zeuner Lehrer am Eidgenössischen Polytechnikum in Zürich, zum ersten und zweiten Hauptsatz der Wärmelehre zusammen. Clausius stellte Über die bewegende Kraft der Wärme fest, daß in allen Fällen, wo durch Wärme Arbeit entstehe, eine der erzeugten Arbeit proportionale Wärmemenge verbraucht werde. Diesem ersten fügte er einen zweiten Hauptsatz über die Richtung der Wärmeprozesse an, den er zunächst so formulierte, daß Wärme nicht von selbst von einem kälteren zu einem wärmeren Körper übergehe, und für den Clausius 1865 bei seinen Versuchen einer mathematischen Fixierung die physikalische Größe der Entropie einführte.
Auf der Grundlage der damals aktuellen physikalischen Erkenntnisse und Entdeckungen, aber auch durch eigene Untersuchungen versuchte Zeuner, durch seine 1859 erschienen Grundzüge der mechanischen Wärmetheorie wärmetechnische Phänomene dem praktischen Ingenieur zu erschließen, indem er ihm Tabellen und Diagramme an die Hand gab, mit deren Hilfe die Berechnung und Beurteilung thermodynamischer Größen bei der Konstruktion von Maschinen möglich wurden.
Die enorme Bedeutung für die technisch-wirtschaftliche Praxis der von Zeuner grundgelegten technischen Thermodynamik zeigen die Beispiele des Zeuner-Schülers Carl Linde (1842-1934) und des Linde-Schülers Rudolf Diesel (1858-1913). Schon 1856 hatte Redtenbacher prognostiziert: Ich halte es von nun an für lohnender, sich über die Wärme den Kopf zu zerbrechen und unseren jetzigen Dampfmaschinen den Garaus zu machen und das wird hoffentlich in nicht gar zu ferner Zeit geschehen, indem das Wesen und die Wirkungen der Wärme allmählich zur Klarheit kommen. (nach König/Weber, S. 58) Bereits um 1875 hatte Carl Linde an der Münchener Technischen Hochschule sein Maschinenbaulaboratorium eingerichtet, in welchem er jene thermodynamischen Untersuchungen durchführte, die für seine nach ihm benannte industrielle Kältetechnik so bedeutsam werden sollten. Rudolf Diesel (1858-1913), der am Münchener Polytechnikum studierte, hat nach eigenen Angaben 1878 in Lindes (1842-1934) thermodynamischer Vorlesung den maßgeblichen theoretischen Anstoß zur Entwicklung des nach ihm benannten Motors erhalten. Linde und Diesel stehen als frühe Beispiele der Umsetzung ingenieurwissenschaftlicher Forschung in die industrielle Praxis. Sie sind aber selbst gegen Ende des 19. Jahrhunderts noch keineswegs typisch für die wirtschaftliche Bedeutung Technischer Hochschulen. Die technischen wie mentalen Probleme bei der Entwicklung und Umsetzung ingenieurwissenschaftlicher Forschung in die industrielle Praxis zeigt besonders das Beispiel des Dieselmotors.
Diesel hatte 1892 das theoretische Konzept seines Motors zum Patent angemeldet und sich mit dem ausgearbeiteten Konzept um Unterstützung an die Industrie gewandt. Typisch für die Auffassung der Industrie war die Reaktion des Generaldirektors der Gasgesellschaft (Motorenbau) in Dessau, der Diesel erklärte, auf keinem Gebiet spiele die Praxis der Theorie so viele Streiche wie auf dem der Wärmemotoren, und der reine Theoretiker sei ihm deshalb auf diesem Gebiet achtenswert, aber im übrigen ohne Bedeutung. Erst durch die Praxis bestätigte Theorie habe Wert für ihn. Diesel rechnete aufgrund seiner thermodynamischen Überlegungen und Berechnungen bei seinem Motor mit einem Wirkungsgrad von ca. 70%. Die erste funktionstüchtige Version des Motors - bei der Maschinenfabrik in Augsburg (M.A.N.) schließlich gebaut - hatte 1897 einen Wirkungsgrad von nur 25-27%. Mit einem solchen Wirkungsgrad übertraf die Maschine bei weitem alle anderen Wärmekraftmaschinen ihrer Zeit. Allerdings war der funktionierende Motor, auch wenn sein Konstrukteur dies über lange Jahre nicht wahrhaben wollte, letztendlich mehr die Frucht praktischer Experimente, bei der Diesel viele seiner theoretischen Prinzipien zugunsten einer praktisch-technischen Realisierbarkeit aufgegeben hatte.

Was Redtenbacher allgemein für den Maschinenbau, Zeuner für die Technische Thermodynamik, das war der ebenfalls an der Züricher ETH lehrende Eisenbahningenieur Carl Cullmann (1821-1893) für die Entwicklung einer ingenieurwissenschaftlichen Baustatik. Bis zur Mitte des letzten Jahrhunderts wurden die aufgrund der Entwicklung der Eisenbahn notwendigen Brücken noch nach empirischen Regeln gebaut. Gerade das Problem der mit dem neuen Baustoff Eisen vielfach als Fachwerk konstruierten Eisenbahnbrücken ließ sich nicht nach der Coulombschen Methode lösen, die Belastungsverhältnisse der jeweils einzelnen Träger zu berechnen, um daraus auf die statischen Gesamtanforderungen zu schließen. Cullmanns wissenschaftliche Leistung lag in der technischen Abstraktion, statt von der Elastizität des einzelnen Balkens auszugehen, das gesamte Tragwerk als ein in den Knoten gelenkig gelagertes Stab- bzw. Seilpolygon zu betrachten, für das er in seiner Theorie einer graphischen Statik von 1866 graphische Methoden auf der Grundlage der projektiven Geometrie Poncelets anbot, mit denen sich die Auswirkungen einer äußeren Belastung auf die einzelnen Stäbe bestimmen ließen und die teilweise - etwa in der Grund- und Bodenmechanik - bis heute in der Bauingenieurpraxis benutzt werden.
Um den immer bedeutsameren Eisenbahnbrückenbau machten sich um die Mitte des 19. Jahrhunderts vor allem Friedrich August von Pauli (1802-1883), Heinrich Gerber (1832-1912) und Johann Wilhelm Schwedler (1823-1894) verdient. Von Pauli, zugleich ein bedeutender Förderer des bayerischen technischen Schulwesens, baute 1857 die Eisenbahnbrücke über die Isar bei Großhessellohe (München), deren konstruktive Besonderheit in den nach Pauli benannten linsenförmigen Fachwerkträgern mit gekrümmten Gurtungen - deswegen auch Fischbauchträger genannt - lag, und bei denen der Obergurt die Druckbelastung und der Untergurt die Zugspannungen aufnahm. Wesentlich beteiligt an der Konstruktion und statischen Berechnung dieser Brücke war bereits Heinrich Gerber, der als Erster erkannte, daß bei der Brückenkonstruktion die bewegten Lasten wegen ihrer Stoßwirkung weit höher für die Stärkebemessung der Konstruktionsteile zu bewerten sind als die ruhenden Eigenlasten. Der von ihm entwickelte und nach ihm benannte Gerberträger, ein Fachwerkträger mit freischwebenden Stützpunkten, der feste Brücken mit überraschend großen Spannweiten ermöglichte, erlaubte zudem eine Montage der Brücke, bei der man auf eine vollständige Einrüstung der Brückenöffnungen verzichten konnte. Berühmtestes Beispiel einer mit dem Gerberträger realsierten Brücke ist die zwischen 1882 und 1890 erbaute Eisenbahnbrücke über den Firth of Forth in der Nähe des schottischen Queensferry mit einer Spannweite von 521 Metern. Etwa zur selben Zeit wie die Großhesselloher Brücke entstand in Köln eine Rheinbrücke nach Entwürfen Johann Wilhem Schwedlers. Schwedlers Verdienst bestand darin, daß er dem bis dahin weitgehend auf handwerkliche Erfahrung beruhenden Eisenbrückenbau in zahlreichen Veröffentlichungen die wissenschaftlich-theoretischen Grundlagen schuf. (Theorie der Brückenbalkensysteme, 1851 "... die Theorie gibt nur im Allgemeinen ein Schema, nach welchem die Stabilität des Bauwerks durchdacht werden soll, dem einzelnen Baumeister bleibt es danach überlassen, in jedem besonderen Falle dieses Schema mit seinen Gedanken auszufüllen."; Über die Theorie der Stützlinie, ein Beitrag zur Form und Stärke gewölbter Bogen, 1859; Statische Berechnung der festen Hängebrücken, 1861; Bestimmung des Eigengewichts eiserner Brücken und die Bewährung parabolischer Balkensysteme, 1861; Berechnung des Einflusses der bewegten Lasten auf die Einbiegung der Eisenbahnbrücken, 1862 etc.)

Älter vom Namen wie von der Sache als die bisher beschriebenen technisch-wissenschaftlichen Teildisziplinen, die im wesentlichen auf physikalische Basisdiziplinen zurückgehen, ist die Technologie, die als eigenständiges Fach bzw. als Hilfswissenschaft der Kameralistik im Rahmen der staatswissenschaftlichen Ausbildung seit der Mitte des 18. Jahrhunderts an deutschen Universitäten gelehrt wurde. Mit dem Übergang der Technologie an die polytechnischen Schulen im 19. Jahrhundert fand zugleich eine Trennung der technologischen Disziplin in eine Mechanische und eine Chemische Technologie statt. Die Mechanische bzw. die Chemische Technologie beschäftigen sich anwendungsorientiert beschreibend und systematisierend mit Produktionsverfahren bzw. -abläufen der Stoffumwandlung (Chemische Technologie) bzw. der Stoffumformung (Mechanische Technologie). Vollzogen wurde diese Trennung erstmals am Wiener polytechnischen Institut. Aus der sogenannten Wiener technologischen Schule, deren Ruf im wesentlichen durch Ludwig Prechtl und Georg Altmütter (1787-1858) begründet wurde, ging der erste Direktor der polytechnischen Schule in Hannover Karl Karmarsch hervor, dessen Forschungen und Veröffentlichungen auf dem Gebiet der Mechanischen Technologie bis zum Ende des 19. Jahrhunderts die ingenieurwissenschaftliche Ausbildung des Faches bestimmten. Seine kritische-vergleichende Methode der Mechanischen Technologie führte zu einer Einteilung in Hauptverfahrensgruppen der Formgebung und der Metallbearbeitung, die teilweise bis heute in der Verfahrenstechnik benutzt werden, auch wenn die großindustrielle Ausweitung der Produktionsprozesse gegen Ende des 19. Jahrhunderts eine methodische Ergänzung in Richtung experimenteller und quantifizierender Untersuchungen durch den Dresdener Technologen Ernst Hartig (1836-1900) und seinen Prager Kollegen Friedrich Kick (1840-1915) notwendig machten.

Die Zusammensetzung des ersten Aachener Lehrerkollegiums, die ganz überwiegend entweder an der Berliner Gewerbeakademie, an der ETH Zürich oder an den Polytechnika in Karlsruhe oder Hannover ihre Ausbildung erhalten hatten, stellte sicher, daß die neuesten ingenieurwissenschaftlichen Methoden an der neugegründeten Aachener Anstalt rezipiert waren und gelehrt wurden. Ein Blick in die frühen, ausführlichen Vorlesungsankündigungen, die wenigen erhaltenen Vorlesungsmitschriften bestätigt diese Annahme ebenso wie die teilweise bis heute in der Hochschulbibliothek vorhandene technische Literatur aus der Anfangszeit der Hochschule.

Zwischen 1870 und 1872 lehrte Theodor Reye Darstellende Geometrie und Geometrie der Lage in Aachen. Nach Reyes bedeutendem, zweibändigen Lehrbuch der Geometrie der Lage (1866-68), das bis 1923 insgesamt sechs Auflagen erlebte, lehrte auch Reyes Nachfolger Wilhelm Stahl (1846-1894), während er in der Graphostatik die baustatischen Lösungen Cullmanns oder Paulis lehrte, auf die auch August Ritter in seiner Vorlesung über Ingenieur-Mechanik (Statik der Bauconstructionen) einging, während er in seiner Analytischen Mechanik und Hydraulik im wesentlichen die wissenschaftliche Entwicklung der physikalischen Mechanik seit Anfang des Jahrhunderts referierte. Adolf von Gizycki, der von der Berliner Gewerbeakademie nach Aachen gekommen war, lehrte die Kinematik bereits nach dem System Reuleaux, bevor dessen Theoretische Kinematik überhaupt im Druck erschienen war. Und im Rahmen seiner theoretischen Maschinenlehre behandelte er auch die von Zeuner zur technischen Thermodynamik erweiterte mechanische Wärmetheorie.

[Weiter ...]