Raphael Richarz
Die Geschichte der Eisenherstellung
Inhalt
1. Vorwort
2. Der Einfluss des Eisens
2.1 Vorgeschichte
2.2 Das Geheimnis des Stahls
2.3 Der Einfluss des Eisens
2.4 Beispiel: Hallstatt und das Eisen
2.5 Eisen, ein demokratisches Metall (?)
3. Schlussbetrachtung
4. Quellennachweis der Abbildungen
5. Literaturverzeichnis
6. Danksagung
1.) Vorwort
Die folgenden Seiten über die Entdeckung des Eisens + Vorgeschichte sind Teile einer Facharbeit, die ich im 12. Schuljahr schrieb.
Es soll dort erläutert werden, wie es dazu kam, dass das Metall Eisen so bedeutend für Werkzeuge, Waffen und sogar heutzutage als Baumaterial wurde.
Dies alles als Einstieg; - Weitaus mehr Bedeutung soll aber dem Aspekt der Eisen und Stahlherstellung und Verarbeitung beigemessen werden.
Ich selbst interessiere mich schon seit einigen Jahren für die Verhüttung von diversen Metallerzen (Kupfer, Zink, Zinn, Blei,...), doch die größte Herausforderung war die Verhüttung von Eisenerzen: Alltäglich sind wir von Eisen und Stahllegierungen umgeben und doch könnte wohl kaum jemand auch nur ein Eisenstückchen herstellen, selbst wenn er von Eisenerzbergen und Kohlen nur so umgeben wäre.
Selbst die minimalistischsten Überlebensexpeditionen ("Survival") gehen davon aus, dass man wenigstens ein Messer (aus Eisen) zur Hand hat.
Ich habe ausprobiert wie und mit welchen Steinen (zurechtgeschlagen oder geschliffen) man Holz und anderes Material in der Natur bearbeiten kann - es geht, aber jedes Billig-Eisenmesser ist einem Steinbeil oder einer Feuersteinklinge in der Haltbarkeit und Nutzen weit überlegen!
Deswegen wollte, musste ich, mir solch eine Extremsituation vorstellend, herausfinden welches Geheimnis sich hinter der Eisenverhüttung verbirgt.
Versuch um Versuch unternahm ich, oft fehlgeleitet von unsinnigen, erfahrungslosen, sogar falschen Angaben in Büchern, deren Verfasser eigentlich wissen sollten wovon sie schreiben, oder nur um den heißen Brei (oder sollte ich sagen um das heiße Eisen) herumredeten, bis ich es dann doch schaffte.
Damit endlich Klarheit herrsche, will ich hier nun detailgenau die Herstellung von Eisen, Stahl und allem was dazugehört (Kohle, Blasebälge,...) beschreiben.
Die Herstellung dieser soll dabei mit Mitteln erfolgen, die so ziemlich jeder zur Verfügung haben sollte, oder einfach improvisieren kann (Mac Gyver lässt grüßen!), was aber nicht heißt, dass dies auch in Überlebenssituationen ohne viel Mühe klappt, zumal der Betreffende sicherlich sowieso ganz andere Sorgen als die Eisenherstellung hätte.
Außerdem bedürfen viele Arbeiten mindestens zweier Personen Geschick.
Darüber hinaus bedürfen viele Arbeiten einiger metallurgischer
Vorkenntnisse (Lexikon, kleines Fachbuch) und handwerklichem Geschick, denn auch das Schmieden einiger Gebrauchsgegenstände will ich so gut wie möglich erklären.
Ausserdem versichere ich nicht, das alles gleich auf Anhieb funktioniert: aus Fehlern kann man lernen.
Die dargestellten Angaben und Methoden sind natürlich nicht als Factum anzusehen, da auch ich weiter experimentieren werde ,so dass von Zeit zu Zeit eventuell korrigiert oder dazugeschrieben werden muss.
Diese Seiten sind noch lange nicht fertig und werden in absehbarer Zukunft um einige Themen (Erzsuche, Holzkohlenherstellung, Schmieden für Anfänger oder einer Sammlung von Fachbegriffen und deren lexikalische Erklärung mit eigenen Erfahrungen, ect.) erweitert werden.
Sollte es Fragen, Kritiken oder Anregungen geben, so sind wir gerne dazu bereit:(
E-post, Brief, Fax, Telefon, Rauchzeichen, Trommeln;-)
2.) Der Einfluss des Eisens
2.1) Vorgeschichte
Einer der ersten Spezialisten, der aus den Schatten der Vorgeschichte
tritt, ist der Metallschmied. Er war jemand, der von den ersten Anfängen an eine besondere Stellung genoss. Mal wurde er hoch geachtet, manchmal gering - und zwar aus offensichtlichen Gründen. Er arbeitete schwer und er war
schmutzig, roch nach Rauch und Schweiß, doch auch war seine Arbeit gefährlich am heißen Feuer und glühendem Metall, schwärzte sein Gesicht, versengte seine Kleidung.
Zu allen Zeiten wohnte Mystisches in ihm:
Konnte er doch aus stumpfem Gestein blitzendes Metall zaubern und es ganz nach seinem Willen fest oder flüssig machen.
Zuerst machten die ersten Metallschmiede ihnen bekannte Formen aus Metall wie Töpfe und Krüge, doch schon bald wurden neue ersonnen: Schmuck für die Hofdamen und Waffen für den edlen Krieger.
Aber gewiss geschah dies nicht von heute auf morgen:
Der erste Schmied verhüttete kein Erz in der Absicht ein neues, besseres Werkzeug zu schaffen.
Größter Antrieb war vielmehr die Kunst:
Schon in der Steinzeit arbeitete der Mensch indirekt mit Metallen; Durch bunte Erzmineralien malte er farbenprächtige Bilder in Höhlen, bemalte seinen Körper oder später in der Jungsteinzeit wurden seine Tonkrüge damit glasiert.
Sicher fand er auch schon Gold, Silber oder gediegene Kupferkörner in Flüssen und Felsabbrüchen, doch waren jene seltenen Funde einfach zu kostbar für alltägliche Gebrauchswaren. Sicher gab es Menschen die nach diesen Metallen gezielt suchten und sie verarbeiteten,- zu Schmuck -. So blieben diese ersten Metallfunde nur als dekorative Luxuswaren den Reichen und Mächtigen
vorbehalten.
Bis etwa vor 6400 Jahren die Technik der Verhüttung entdeckt wurde.
Der Ort der ersten Metallverhüttung, und es wird davon ausgegangen, dass es sich dabei um Kupfererze handelte, lässt sich heutzutage nicht sicher
bestimmen, aber es wird wohl irgendwo im antiken Mesopotamien gewesen sein.
Wie der Zufall diese erste Verhüttung bewirkte, ist wohl weniger interessant als die Folgen:
Wie wurde der Zusammenhang zwischen Erz, Feuer, Hitze und Luft sowie dem erzeugten Metall erkannt ?
Wer beobachtete als Erster das Schmelzen und Erstarren von Metall zu neuen Formen, seine Schmiedbarkeit unter kräftigen Hammerschlägen, wer erfand überhaupt den Hammer? Es wäre müßig sich hier darüber auszulassen.
Tatsache ist, dass mit Überwindung dieser frühen Probleme sich alsbald eine blühende Metallverarbeitung im erstmals großem Stil entfaltete und auf andere Regionen übergriff.
Wurden Metalle anfangs nur für Schmuck verwendet, erkannten die Menschen bald dessen hervorragende Eignung für Dinge des täglichen Gebrauches und
Waffen.
Das erste Metall, das richtig Verarbeitet wurde, war also das Kupfer.
Auch wenn Kupfer weich und Klingen daraus solchen aus Stein noch weit unterlegen, waren Kupfergeräte sehr beliebt: Sogar der Similaunmann
(Ötzi) besaß ein Beil aus Kupfer. Er lebte vor etwa 5300 Jahren, am Beginn der Bronzezeit.
Die Bronze, eine Legierung aus Kupfer und Zinn, betrat die Bühne der Geschichte.
Bronze ist hart, fast so hart wie weicher Stahl und wer auch immer sie erfand, gab den Menschen ein Material, das weit dauerhafter ist als Stein oder Kupfer.
Die Bronzezeit brach an und verdrängte die Steinwerkzeuge sowie die seltenen Kupfergeräte zuerst im nahen Osten vor ca. 5000; in Europa vor etwa 4300
Jahren.
In all diesen und darauf folgenden Jahren wurden zwar nun große Mengen von Metall erzeugt und verarbeitet, doch blieb es ein kostbarer Rohstoff. Nur gut betuchte Krieger oder Häuptlinge konnten sich Metallwaren leisten, denn Kupfer oder Zinnerze sind auch heute noch schwer zu finden und ihre Lagerstätten liegen weit verstreut;
Über viele Zwischenhändler musste der Bronzeschmied seine Rohstoffe einkaufen- dies war schon damals sehr kosten und zeitaufwendig.
Gab es zwar wunderbar gearbeitete Bronzeschalen, Töpfe, Beile und Dolche -gegossen oder geschmiedet- ,so sollten diese Neuerungen erst in der Eisenzeit auch dem kleinen Manne unmittelbar zu Gute kommen.
2.2) Das Geheimnis des Stahls
Wenn man berücksichtigt, dass der Mensch um 1500 vor Beginn unserer Zeitrechnung
schon seit mindestens 7000 Jahren Metalle kannte und seit 3000 Jahren verhüttete, mag es seltsam erscheinen, dass sie das Eisen in all den Jahren nie richtig genutzt hatten.
Zwar kannte er jene rostroten Eisenerze zum Malen sowie als Kosmetika, doch wurden Eisenerze nie gezielt, damit Metall daraus gewonnen wird, verhüttet.
Dafür gab es einen triftigen Grund: Man konnte es nicht !
Der Vorrat an technischem Wissen, der im Verlaufe der Zeit bei der Kupfer und Bronzeverarbeitung gesammelt worden war, ließ sich nicht auf das Eisen übertragen.
Warum?
Kupfer und Zinn sind ,chemisch gesehen, recht edle Metalle, Eisen nicht:
Jeder kennt wie schnell es an der Luft verrostet, Kupfer jedoch nicht, Bronze noch weniger. So wird von Eisenerzen, die in der Regel eine Verbindung aus Eisen und Sauerstoff sind, letzterer nur sehr ungern abgegeben (das Eisen müsste sozusagen zurückrosten).
Eisen hat zudem einen sehr hohen Schmelzpunkt von 1536°C, Kupfer nur 1083°C und Bronze, je nach Zinngehalt, von gar nur 800-1000°C !
All dies bewirkt, dass Kupfererze selbst in einem primitivem Schmelzofen verhüttet und zu Bronze vermischt werden können, Eisenerze aber überhaupt
nicht.
Es musste also erst eine ganz neue Technik entdeckt und entwickelt werden, damit Eisenerze effektiv verhüttet werden konnten!
Eisenerze sind, wie gesagt eine Verbindung aus Eisen (Fe) und
Sauerstoff ( O ) = (FeO)
Damit Eisen gewonnen wird, muss diese Verbindung getrennt werden.
In modernen Hochöfen wird dies mit Koks (veredelter Steinkohle) gemacht; früher verwendete man dafür Holzkohlen: unter Luftabschluss im Kohlenmeiler verkohltes Holz.
Beide Kohlearten bestehen aus Kohlenstoff (C) .Wenn Kohle verbrennt, entsteht daraus Kohlenstoffdioxid (CO2) ,ein unbrennbares Gas. Wird Kohle aber unter Luftmangel und/oder bei hoher Temperatur verbrannt, bildet sich Kohlenstoffmonooxid (CO), das ein sehr giftiges und sehr wohl brennbares Gas ist (also noch Sauerstoff an sich binden kann ( CO + O ---- CO2). Gelangt CO über die Atemwege in das Blut, so heftet es sich an das Eisen des Hämoglobins und unterbindet die Sauerstoffaufnahme: Das Lebewesen erstickt von innen.
Dies passiert ähnlich im Hochofen: In den Unmengen von glühenden Kohlen
verbrennt die eingeblasene Luft vorwiegend zu CO. Dieses CO kann nicht mehr weiter verbrennen, da es keinen weiteren Sauerstoff im Ofen findet - ausser im Eisenerz (FeO). Das CO reagiert nun mit den glühenden Erzmassen und entreißt ihnen den Sauerstoff (FeO + CO ---- Fe + CO
2) : Es entstehen elementares Eisen und Kohlenstoffdioxid was mit weiteren glühenden Kohlen abermals zu Kohlenstoffmonooxid reagiert (CO2 + C ---- CO + CO) und wieder Eisenerz "aufspalten" kann.
Da Eisenerze aber nicht zu 100% aus FeO bestehen ,bleibt ein Gemenge aus Eisen und Schlacke übrig. Die Schlacke, der Abfall sozusagen, kann nun herausschmelzen: zurück bleibt ein schwammartiges Stück aus Eisen.
So einfach unsere heutige Chemie diese Vorgänge erklären mag, so weitaus komplizierter muss die Erfüllung jener Reaktionsbedingungen für unsere Vorvorfahren gewesen sein ,die nur auf Erfahrung und gut Glück hoffen konnten.
2.3) Der Einfluss des Eisens
Wie auch immer die Menschen dieser Frühzeit das Geheimnis des Eisen und der
Stahlherstellung enträtselten; vor 3200 Jahren beginnt die Eisenzeit in Mesopotamien.
In Mitteleuropa kommt die Eisentechnik vor etwa 2700 Jahren auf und zwar, so weis man zumindest im Moment, zuerst bei der Hallstattkultur in Österreich, wo ca. 2500 Gräber vom dortigen Übergang der Bronzezeit zur Eisenzeit berichten.
2.4) Beispiel: Hallstatt und das Eisen
Die Hallstattleute fussten auf die bronzezeitliche Urnenfelderkultur und
halfen sozusagen wie ihre Vorfahren den anderen Menschen in der Kunst der Metallverabeitung.
Obgleich die Hallstätter selbst eigentlich nicht viel Eisen benutzten und hauptsächlich vom Abbau des Steinsalzes lebten (Hallstatt bedeutet Salzstadt), leisteten sie einen hohen Beitrag zum Durchbruch des Eisens als Werkstoff in Europa.
Weil sie das wertvolle Steinsalz bis nach Italien exportierten und sie so wohlhabend waren sich erfahrende Schmiede anstellen zu können, die nicht nur hervorragende Eisengeräte zu fertigen vermochten, sondern auch neue Techniken ersannen und verbesserten, - so kannten sie schon das Geheimnis zur Herstellung von hochwertigem Stahl und das verschweißen mehrerer Stahlbänder zu flexiblen Klingen für lange Schwerter - ,übertrafen ihre eisernen Werkzeuge und Waffen alle anderen, so dass auch benachbarte Volksstämme und Kulturen rasch die Vorteile des Eisens für sich entdeckten.
Hier muss nun ganz grundsätzlich gesagt werden, dass der Übergang von Bronze oder den noch seltenen Stein und Kupferwerkzeugen nicht sprungartig hin zum Eisen erfolgte, da zuerst nur geringe Eisenmengen hergestellt wurden und
auf dem Markt verfügbar waren.
Doch Eisen übertrifft Kupfer oder Bronze in allen Eigenschaften: In der Härte, in der Flexibilität, in der Verwendungsvielfalt -und besonders in der Häufigkeit seiner Erze:
Eisenerze sind überall leicht zu finden ,die Erdkruste besteht zu 4% aus Eisenverbindungen (aus Kupfer nur zu 0,02% !).
Mit einem einzigen Eisenhammer könnte man ganze Felsbrocken zerhauen oder kilometerweise Kupfer oder Bronzeblech treiben, bevor er unbrauchbar werden würde!
Die Menschen begannen dadurch immer mehr Eisen anstelle von Bronze oder Stein für ihre Werkzeuge zu gebrauchen.
So verbreitete sich die Eisenmetallurgie bald in ganz Europa und immer mehr Eisen wurde erzeugt: Die Eisenzeit brach an und sie dauert theoretisch bis heute an, wo Eisen mit einer Jahresproduktion von ca. 350 Millionen Tonnen, mehr wie kein anderes Produkt, das wichtigste Metall der Industrie geblieben ist.
2.5) Eisen, ein demokratisches Metall (?)
Man kann sagen, dass einer der wichtigsten Schritte in der Entwicklung unserer heutigen Zivilisation, die Entdeckung sowie die Nutzung des Eisens als Material für Waffen und Werkzeugen war (Bild 1).
Doch Eisen allein macht noch keine Hochkultur aus, wie die mesoamerikanischen Kulturen zeigen, die kein Metall außer Silber, Kupfer, Gold und Platin kannten- (schon gar nicht für Gebrauchsgüter) und nur durch Stein und Holz Monumente erschufen, wie sie im antiken Europa erst zu Beginn der Eisenzeit denkbar waren.
In Europa jedoch brachten erst die Eisenwerkzeuge einen ganz erheblichen Zivilisationsschub, wie die erblühenden Kulturen der Griechen, Kelten, Germanen und Römer zeigten.
Europa war dichtest bewaldet, und nur mit dauerhaften, stabilen Eisenäxten konnten Waldflächen gerodet und dauerhaft vor Wiederbewaldung geschützt werden: Abgehauene Baumstümpfe, die immer wieder austreiben, und unterirdische Triebe, sie sind mit Steinäxten fast gar nicht aus dem Boden zu entfernen, wie Versuche von praktischen Archäologen erwiesen*; In der Vorzeit waren die Ackerflächen schon nach einigen Jahren wieder so bewachsen, dass deren Bewirtschaftung sich nicht mehr lohnte. Die schweren, festen Lehmböden in weiten Teilen Mitteleuropas konnten erst mit der Entwicklung des eisernen Pflugschars effektiv bewirtschaftet werden.
Dies führte dazu, dass nun mehr Menschen in und von einer Region leben konnten, die Bevölkerung wuchs und besiedelte ihrerseits weitere gerodete Flächen.
Wie schon erwähnt waren im Vergleich zu Stein, Kupfer oder
Bronzewerkzeugen, eiserne weniger zerbrechlich und konnten mit schärferen Kanten versehen werden, die wiederum weniger oft nachgeschliffen werden
mussten. Noch wichtiger war, dass Eisenerz viel einfacher zu finden war als Kupfer oder Zinn, so dass Eisenwerkzeuge kostengünstiger und schneller verfügbar waren (und sind).
Dadurch konnten zum Beispiel erstmals große Schiffe, durch billige Eisennägel zusammengehalten, entwickelt werden, die stabiler sind und weitaus länger halten, als solche ,die durch Holzdübel oder Seile verbunden waren.
Flexible Eisenbänder verstärkten die empfindlichen, aber leichten Speichenräder von Karren, die sonst zerbrächen; Die Pferde selbst wurden mit Hufeisen beschlagen.
Auf diese Weisen konnten nun die steinigsten Pfade und Pässe sowie die stürmischsten Meere besser bewältigt werden. Viele Waren konnten schneller,sicherer und günstiger Transportiert werden. Der Handel erlebte einen nie gekannten Höhenflug und auch
die Eisenbearbeitung wurde weiter verbessert.
Um 1000 vor Beginn unserer Zeitrechnung wurden im Nahen Osten Eisenwerkzeuge hergestellt, die schon so gut waren, wie die beste Qualität aus Bronze. Vor 2500 Jahren hatte das Eisen die Bronze als Werkstoff weitreichend aus Europa nach Asien verdrängt: Denn bedingt durch den hohen Preis der Bronze, des Kupfers und Zinnes, war deren Verwendung hauptsächlich nur den Eliten, wie Reichen und Mächtigen, vorbehalten,
Werkzeuge und Waffen aus Eisen waren (und sind) hingegen fast jedem zugänglich!
Daher kann man das Eisen als demokratisches Metall bezeichnen, seine Entdeckung glich einer technischen Revolution, wie sie es seit Erfindung des Ackerbaus vor 11000 Jahren nicht mehr gegeben hatte.
Als produktives Arbeitsmaterial in den Händen der breiten Bevölkerung erbrachte er
viele Fortschritte in den einzelnen Handwerken. Der Steinmetz, Zimmermann, Schneider, Kupfer und Goldschmied und viele andere konnten ihre Materialien, wie Stein, Holz oder Stoff, sogar andere Metalle, viel feiner und schneller bearbeiten:
War ein Kupfermeißel schon nach 100 Schlägen stumpf ,hielt ein Eiserner geradezu Ewigkeiten.
Andererseits waren Kulturen, die kein Eisen kannten, jenen anderen gegenüber im erheblichem Nachteil und konnten nicht von den technischen und ökonomischen Vorteilen der Verwendung von Eisen als Werkstoff profitieren.
Zudem waren solche Kulturen militärisch gesehen, ihren eisengerüsteten Feinden hilflos ausgesetzt.
*(Hans Jörg Küster, Die Geschichte des Waldes, S.120. C.H. Beck, München, 1998)
3.) Schlussbetrachtung
So viel Gutes das Eisen brachte, so floss aber auch viel Blut durch dies.
Mit günstigen, in Massenproduktion hergestellten Eisenwaffen, konnten nun riesige Heerscharen aus der ohnehin stark gewachsenen, um Lebensraum und Rohstoffe konkurierenden Bevölkerung ausgerüstet werden.
Eisenwaffen hatten eine bis dahin nie gekannte mörderische Kraft, die jeden Bronzespeer und jedes Bronzeschwert in den Schatten stellten, Bronzehelm und beste Brünne zu zerspalten vermochten.
(man bedenke nur wie schnell die mesoamerikanischen Hochkulturen einer Hand voll eisengepanzerter Spanier erlagen- ganz abgesehen von dem magischen Charme, die die glänzenden Rüstungen und donnernden Gewehre auf die Eingeborenen gemacht haben müssen.)
Eisen veränderte nicht nur auf diese Weise die Welt:
Der Siegeszug der revolutionären Eisentechnik führte dazu, dass ganze Wälder in Form von Holzkohlen in den Schmelzöfen für seine Herstellung verbrannten:
Noch heute zeugen die von Akazien und Pistazienhainen entwaldeten Hügelgebiete im nahen Osten von diesem Raubbau.
In Europa wurde, als Holz immer knapper wurde, gerade noch rechtzeitig auf billigeren Steinkohlenkoks umgestellt (um 1820), doch die waldlosen Regionen in Südengland sind nur ein Beispiel, wie die gefräßigen Hochöfen durch unseren oft verschwenderischen Umgang mit Eisen an der Natur nagten.
Bis zur Erfindung des ersten Rostschutzlackes (Blei-Mennige) vor etwa 120 Jahren, wurde allein ¼ der weltweiten Eisenproduktion zum Ausgleich des Verlustes durch Rost benötigt!
Und auch heute noch werden tropische Regenwälder zur Gewinnung von Holzkohle gerodet und landen teilweise in den Schmelzöfen von 3.-Welt-Ländern, die keinen Zugang zu billigeren Kohlelagerstätten haben.
4.) Quellennachweis der Abbildungen
http://www.grube-silberhardt.de/montanwanderweg
Titelbild (1)
Ingo Henneberg, 2004
Bild 1
5.) Literaturverzeichnis
- Percy Knauth: Die Entdeckung des Metalls. Time-Life Bücher, Time Life International
1974
- Piggott: Die Vorgeschichte Europas, vom Nomadentum zur Hochkultur.
Kindler, München 1973
- Küster Hansjörg: Die Geschichte des Waldes. C.H. Beck, München
1998
- Dümmler Friedrich: Tabellenbuch für Metallgewerbe. Dümmler, Bonn 1963
- Was ist Was: Erfindungen, die unsere Welt veränderten. Tessloff Verlag, Nürnberg 1982
- Was ist Was: Der Urmensch. Tessloff Verlag, Nürnberg 1994
6.) Danksagung
Der Autor ist folgenden Personen und Institutionen zu besonderem Dank verpflichtet:
- Ernst Müller, Mitglied und metallurgischer Experte, und
- Friedrich Egberink, 1.Vorsitzender,
sowie allen anderen Mitgliedern des
Freundeskreises Keltischer Ringwall Otzenhausen e.V.
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Original Schriftquelle :
Facharbeit in der Jahrgangsstufe 12 "Der Einfluss des Eisens"
von Raphael Richarz
vorgelegt bei Richard Kneuper (Geschichte)
an der Integrierten Gesamtschule Bonn-Beuel im Frühjahr 2004
Digitale Bearbeitung, Webdesign, Layout und Redaktion : Ingo Henneberg
Man kann sagen, dass einer der wichtigsten Schritte in der Entwicklung unserer heutigen Zivilisation, die Entdeckung sowie die Nutzung des Eisens als Material für Waffen und Werkzeugen war (Bild 1).