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© geol. u. mineralog. Museum Uni Kiel / Mikhail Olykainen, Fotolia / Schweiz. Landesmuseum, Zürich
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Frühgeschichtliche Metallurgie
Eisen und Stahl gab es in der Menschheitsgeschichte schon in den vier Jahrtausenden vor Christus
Auch der Stahl hat eine eiserne Vorgeschichte. Denn alles begann mit Eisen. Dessen erste Nutzung datieren Archäologen um etwa 4.000 v. Chr. im sumerischen Reich und in Ägypten. Dabei handelte es sich allerdings noch nicht um verhüttetes, sondern um gediegenes Eisen. Das heißt: die ersten Eisen-Nutzer der Vorgeschichte sammelten das Metall noch aus Meteoriten, die auf der Erdoberfläche eingeschlagen waren und verwendeten es zu Dekorationszwecken oder zur Anfertigung von Speerspitzen. Meteorit-Eisen hat nämlich eine Besonderheit: es enthält einen Nickelanteil. In verhüttetem Eisen findet sich dieser nicht. Daher können die Wissenschaftler gefundene Artefakte aus Eisen relativ gut kategorisieren und weisen erstes von Menschen verhüttetes Eisen zwischen 3.000 und 2.000 v. Chr. in Mesopotamien, Anatolien und Ägypten nach.
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© Eric Greene
Ein circa 14 cm großer Nickel-Eisen-Meteorit
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Vom geringen Nebenprodukt und wertvollem Luxusgut sollte sich Eisen aber schon bald zu dem frühgeschichtlichen Supermaterial entwickeln, das für viele Lebensbereiche unentbehrlich wurde. Nicht ohne Grund haben Historiker dann im Anschluss an die Bronzezeit eine ganze Epoche nach dem Metall Eisen benannt.
Das erste verhüttete Eisen
Zwischen 1.600 und 1.200 v. Chr. begann die erste Verhüttung und damit die wirtschaftliche Herstellung von Eisen. Das Monopol dafür hatten die Hethiter, deren Territorium auf dem heutigen Gebiet der Türkei lag. Sie kannten die Methode der Eisenherstellung und konnten dieses Wissen für den Aufstieg ihres Reiches nutzen. Schließlich waren eiserne Rüstungen und Waffen denjenigen aus Bronze weitgehend überlegen. Trotz dieser vielen neuen Eisenobjekte brauchte es allerdings noch eine Weile, bis der Epochenbegriff „Eisenzeit“ den der „Bronzezeit“ ablöste – dies alles geschah allmählich und ohne Bruch.
Zwischen 1.600 und 1.200 v. Chr. begann die erste Verhüttung und damit die wirtschaftliche Herstellung von Eisen. Das Monopol dafür hatten die Hethiter, deren Territorium auf dem heutigen Gebiet der Türkei lag. Sie kannten die Methode der Eisenherstellung und konnten dieses Wissen für den Aufstieg ihres Reiches nutzen. Schließlich waren eiserne Rüstungen und Waffen denjenigen aus Bronze weitgehend überlegen. Trotz dieser vielen neuen Eisenobjekte brauchte es allerdings noch eine Weile, bis der Epochenbegriff „Eisenzeit“ den der „Bronzezeit“ ablöste – dies alles geschah allmählich und ohne Bruch.
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© geol. u. mineralog. Museum Uni Kiel
Verschiedene Objekte aus der Eisenzeit
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Im Gegensatz zur Bronze ist Eisen keine Legierung und zudem leicht zu finden. Sägen, Äxte, Hacken, Nägel und Waffen konnten nun stabiler und in größerer Zahl hergestellt werden. Allerdings war der Prozess insgesamt viel schwieriger und aufwendiger, denn die Menschheit der Vorgeschichte war noch nicht in der Lage, so hohe Temperaturen zu erzeugen, dass das Eisen flüssig wurde, um es in Formen zu gießen. Stattdessen erhitzte und schmolz man es so weich wie möglich und hämmerte dann so lange und kunstvoll auf die glühenden Klumpen ein, bis die gewünschte Form entstand.
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© Bild- und Textquelle: Thomas Seilnacht
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Sagenhafter Stahl kommt ins Spiel
Die Herstellung erster einfacher Stähle datieren Historiker auf den Beginn des 1. Jahrtausends v. Chr. Bei dieser eisenzeitlichen Verhüttung waren der entstandene Eisenschwamm und die verwendete Holzkohle die entscheidenden Faktoren. Letztere führte dem Eisen bei der Erhitzung Kohlenstoff zu – ein wichtiges Kriterium für Stahl. Denn bis heute definiert man Stahl als eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung, deren Kohlenstoffanteil weniger als 2,06 % beträgt. Techniken des Härtens in Wasser oder Öl machten die neuen Stahl-Werkstücke dann so hart und elastisch, wie die Menschen der Vorgeschichte es von keinem Material zuvor kannten.
Die Herstellung erster einfacher Stähle datieren Historiker auf den Beginn des 1. Jahrtausends v. Chr. Bei dieser eisenzeitlichen Verhüttung waren der entstandene Eisenschwamm und die verwendete Holzkohle die entscheidenden Faktoren. Letztere führte dem Eisen bei der Erhitzung Kohlenstoff zu – ein wichtiges Kriterium für Stahl. Denn bis heute definiert man Stahl als eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung, deren Kohlenstoffanteil weniger als 2,06 % beträgt. Techniken des Härtens in Wasser oder Öl machten die neuen Stahl-Werkstücke dann so hart und elastisch, wie die Menschen der Vorgeschichte es von keinem Material zuvor kannten.
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© Peterich & Grimal
Waffen aus Stahl gab es natürlich auch in den germanischen Heldensagen
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Sein Meisterstück „Mimung“ schmiedete er dreimal neu und tauchte es nach jeder Fertigstellung in das Wasser eines Baches. Nach der ersten und zweiten Neufertigung zerfeilte er das Schwert zu Spänen, mischte diese in Weizenmehl und verfütterte es an eine Schar von ausgehungerten Gänsen. Später sammelte er den Gänsekot ein, schmolz das Eisen daraus frei und erschmiedete ein neues, noch härteres und noch schärferes Schwert.
Eine Sage mit wahrem Kern, denn heute weiß man, dass der im Hühnerkot enthaltene Stickstoff die Stahlqualität erheblich verbesserte. Diesen Vorgang nennt man Nitrieren.
Und egal, ob Heldenepos oder historische Tatsache, man merkt schon: die Herstellung von Stahl war und ist eine Wissenschaft für sich.
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© Schweizerisches Landesmuseum, Zürich
Metallene Gewandnadeln (Fibeln) funktionierten wie Sicherheitsnadeln und waren von der Bronzezeit bis ins hohe Mittelalter die einzigen Kleidungsverschlüsse
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Für eine lange Periode der Geschichte bleibt Stahl nun ein hartes Geschäft. Denn Hämmern und Schmieden gehört einfach dazu, um die begehrte Metall-Legierung in Form zu bringen.
Daran können zwar auch die Kelten wenig ändern, aber sie machen um 800 v. Chr. mit der Entdeckung des ersten großen Eisenerzvorkommens in den österreichischen Ostalpen auch einen Riesenschritt in Richtung Eisenverarbeitung und Stahl-Know-how.
Möglich wurde das vor allem durch die von ihnen konstruierten Rennöfen, mit denen Temperaturen von 1.100° C bis 1.350° C erreicht und so Eisen aus Eisenerz gewonnen wurde.
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© Grafik: Peter Wagner
Ein Rennofen ist ein Schmelzofen, in dem Eisenerze verhüttet wurden. Aus Lehm und Steinen gemauert, mit einem oben offenen Hohlkörper und einer Fußöffnung in Windrichtung. Auf die Holzkohle wurde das Erz geschichtet und durch den Kamineffekt konnten Temperaturen bis 1.300° C erzielt werden.
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Ein aufwendiger Prozess, bei dem letztlich eine teigige Masse ("Luppe") im Ofen zurückblieb, der durch Hämmern die Schlacke ausgetrieben werden musste, bevor weiterverarbeitbares Material („Renneisen“) übrig blieb. Erst dann erhielt man direkt schmiedbares Eisen oder - je nach Ofenführung - auch Stahl. Im Falle der Kelten das sogenannte „Norische Eisen“, das zwar einen ungleichmäßigen Kohlenstoffgehalt besaß, aber zuletzt stahlähnliche Güte erreichte.
Fast 2.000 Jahre blieb dieser Prozess im Rennofen nahezu unverändert, auch wenn die Verfahrensweisen und Bauformen stark variierten. Richtig flüssig wurde der Stahl erst mit der Entwicklung der ersten Hochöfen im 14. Jahrhundert. Erst dann konnte man ihn gießen, flüssig verarbeiten und völlig andere Produkte herstellen als bisher. Ein großer Meilenstein, der aber erst nach zwei Jahrtausenden Menschheitsgeschichte die Eisenverarbeitung und Stahlerzeugung revolutionierte.
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© Egmont Ehapa Verlag
Nicht nur im Comic mit eigenem Stahl geschlagen: Häuptling Vercingetorix und das Ende des Gallischen Krieges
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Ironie der Geschichte: Allein Cäsar ließ in den 50er-Jahren v. Chr. rund ein bis zwei Millionen Gallier oder Kelten über Klingen springen, die aus Norischem Eisen gefertigt worden waren. Er schlug die Kelten also quasi mit ihren eigenen Waffen.
Fast alles und unglaublich Interessantes zur frühen Stahlgeschichte findet sich in Vorlesungsmaterialien der Uni Kiel aus dem Bereich Materialwissenschaften.
Kurzbeschreibung: Verschiedene Filme zeigen den Weg von der Stahl-Gewinnung bis zum Endprodukt aus diesem Material.
Themenauflistung: Herstellung, Schmiedestücke, Bleche, Draht, Oberflächenbeschichtung, Tailored Blanks
Herausgeber/Autor: Stahl-Informations-Zentrum
Ausgabe: 2009
Zielgruppe: Schülerinnen und Schüler, Lehrkräfte, Studierende
Verwendungszweck: Berufswahl, allgemeine Information
Max. Bestellmenge: 1
Themenauflistung: Herstellung, Schmiedestücke, Bleche, Draht, Oberflächenbeschichtung, Tailored Blanks
Herausgeber/Autor: Stahl-Informations-Zentrum
Ausgabe: 2009
Zielgruppe: Schülerinnen und Schüler, Lehrkräfte, Studierende
Verwendungszweck: Berufswahl, allgemeine Information
Max. Bestellmenge: 1