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Die «Anstalt für die Prüfung von Baumaterialien» begann ihre Tätigkeit 1880 im Kellergeschoss des Polytechnikums in Zürich, der heutigen ETH.
In den ersten Jahren hatte die junge Anstalt mit umfassenden Qualitätsprüfungen von Bau- und Konstruktionsmaterialien für die Schweizerische Landesausstellung 1883 zu tun. Intensive Forschungsarbeiten des Mitbegründers und ersten Direktors, Prof. Ludwig von Tetmajer, brachten erste Publikationen auf dem Gebiet der Prüfung und Normung für Baustoffe und Metalle hervor. Tetmajer war es auch, der nach dem Einsturz einer von Gustav Eiffel konstruierten Eisenbahnbrücke 1891 in Münchenstein BL mit der Abklärung der Ursache dieses bisher grössten Eisenbahnunglücks auf dem Kontinent betraut wurde. Dabei fand er heraus, dass die bis dahin zur Berechnung solcher Bauwerke benutzte Eulersche Knickformel für schlanke Stäbe einer Korrektur bedurfte.
In den folgenden Jahren entwickelte sich eine universelle Prüfanstalt auf dem Gebiet des Bauwesens und des Maschinenbaus. 1928 wurde die Eidgenössische Prüfungsanstalt für Brennstoffe integriert, 1937 kam die bereits seit 1885 bestehende Textilkontrollstelle und «Schweizerische Versuchsanstalt St. Gallen» hinzu. Die Empa erhielt 1938 die Bezeichnung «Eidg. Materialprüfungs- und Versuchsanstalt für Industrie, Bauwesen und Gewerbe»; die Kurzform «EMPA» war aber schon seit langem zum geläufigen Begriff geworden.
Seit 1988 liegt das Schwergewicht der Empa nicht mehr auf der Prüftätigkeit. Aus der «Versuchsanstalt» wurde die «Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt». Auf Kosten wenig synergieträchtiger Routineprüfung wurden darauf die Bereiche der anwendungsorientierten Forschung und Entwicklung ausgebaut.
1994 kam neben Dübendorf und St. Gallen mit Thun ein weiterer Standort dazu. Die Empa übernahm eine Fachsektion der Gruppe für Rüstungsdienste, die bisher Materialprüfung im militärischen Bereich gemacht hatte. Heute beschäftigt sich die Abteilung «Werkstofftechnoloige» in Thun praktisch ausschliesslich mit zivilen Fragestellungen.