Bronze, Eisen, Stahl : Bedeutung der Metalle in der Geschichte 3499177064

Citation preview

Karl Otto Henseling

Bronze, Eisen, Stahl Bedeutung der Metalle in der Geschichte

Deutsches Museum

Rowohlt

ro ro ro

Die Buchreihe zur Kulturgeschichte der Naturwissenschaften und der Technik entstand im Rahmen zweier Projekte am Deutschen Museum. Projektmitarbeiter: Günther Gottmann, Bert Heinrich, Friedrich Klemm f, Gemot Krankenhagen, Helmuth Poll, Jürgen Teichmann, Jochim Varchmin. Verantwortliche Betreuung des vorliegenden Bandes: Jochim Varchmin Technikgeschichtlicher Berater: Friedrich Klemm f Redaktion im Deutschen Museum: Bert Heinrich, Ilse Baumgarten, Klaus Freymann Bildredaktion: Christa Grüninger und Dorine Paetzold Die dieser Veröffentlichung zugrunde liegenden Entwicklungsarbeiten wurden mit Mitteln der Stiftung Volkswagenwerk des Bundesministers für Bildung und Wissenschaft gefördert. Die Interpretation der Fakten gibt die Meinung des Autors, nicht die des Deutschen Museums wieder.

14.-15.Tausend April 1989

Originalausgabe Veröffentlicht im Rowohlt Taschenbuch Verlag GmbH, Reinbek bei Hamburg, Oktober 1981 Copyright © 1981 by Rowohlt Taschenbuch Verlag GmbH, Reinbek bei Hamburg Umschlagentwurf: Weiner Rebhuhn (Fotos: Diorama «Gleiwitzer Kokshochofen» im Deutschen Museum von Frese/Grunow. «Ablassen einer Bessemer-Bime» von Windstosse/Bavaria). Redaktion: Jürgen Volbeding Satz Times (Linotron 404) Gesamtherstellung Clausen & Bosse, Leck Printed in Germany 1480-ISBN 3 49917706 4

Inhalt

Einleitung 7

Metalle im Mittelalter und in der ersten Hälfte des 16. Jahrhunderts Techniken der Metallgewinnung und -Verarbeitung im Mittelalter Zusammenhänge mit technischen Entwicklungen in anderen Bereichen 49 Nutzbarmachung von Naturkräften 49 Werkzeuge und Maschinen 50 Transport und Verkehr 51 Waffen 53 Veränderungen der Umwelt 54 Veränderungen in Wirtschaft, Gesellschaft und Politik 55 Metallurgie und Wissenschaft im Mittelalter 58

Frähe Neuzeit 62 Neue Techniken 62 Wirtschaft, Gesellschaft und Politik 69 Anfänge der experimentellen Chemie 75

Industrielle Revolution 82 Neue Techniken der Metallgewinnung und -Verarbeitung 84 Zusammenhänge mit anderen technischen Entwicklungen 90 Kraftmaschinen und Energie 91

8K

Metalle im Altertum 9 Anfänge der Metallurgie und Bronzezeit 9 Eisenzeit 12 Techniken der Metallgewinnung und -Verarbeitung im Altertum 13 Zusammenhänge mit anderen technischen Entwicklungen 22 Nutzbarmachung von Naturkräften 22 Werkzeuge 23 Landwirtschaft 25 Transport und Verkehr 25 Waffen 25 Veränderung der Umwelt 26 Veränderungen in Wirtschaft, Gesellschaft und Politik 27 Gesellschaft und Politik 28 Metallurgie und Alchimie 33

Maschinentechnik 94 Chemische Industrie 95 Bauwesen 99 Waffen 100 Landwirtschaft 101 Transport und Verkehr 102 Nachrichtentechnik 106 Veränderungen der Umwelt 108 Veränderungen in Wirtschaft, Gesellschaft und Politik 110 Wirtschaft 110 Gesellschaft und Politik 111 Metallurgie und Wissenschaft 114

Metalle in der Gegenwart 124 Neue Techniken 125 Veränderungen der Umwelt 133 Wirtschaft, Gesellschaft und Politik 137 Soziale Veränderungen im Verlauf technischer und wirtschaftlicher Entwicklungen 140 Metallurgie und Wissenschaft heute 146

Studien im Deutschen Museum 152 Abteilung Bergbau 153 Abteilung Hüttenwesen 160 Abteilung Chemie und Technische Chemie 171 Quellen, Ergänzungen, Register 177 Anhänge 177 Anmerkungen 203 Literatur 206 Personen- und Sachregister 210 Bildquellen 218

Einleitung

Preiserhöhungen der Erzeugerländer, spektakuläre Gewinne der «Multis» und politische Vorgänge in den Förderländem haben dazu geführt, daß in der öffentlichen Diskussion über die Rohstoffversorgung der Industrieländer in erster Linie vom Erdöl gesprochen wird. Eine hochindustrialisierte Wirt­ schaft ist jedoch in gleicher Weise von Energierohstoffen und von den Roh­ stoffen zur Erzeugung der wichtigsten Werkstoffe, der Metalle, abhängig. Ein Blick auf den Hamburger Hafen soll die wirschaftliche und technische Bedeutung der Metalle veranschaulichen. In den deutschen Seehäfen sind Erze nach dem Erdöl die zweitwichtigsten Massenumschlaggüter. Die Bundesrepublik importiert jährlich allein fast 40 Millionen Tonnen Eisenerz im Wert von ca. 2,0 Milliarden DM. Im Export dominieren Erzeugnisse aus metallischen Werkstoffen. Mit Maschinenbau­ erzeugnissen (15,3 %), Straßenfahrzeugen (18,7 %), elektrotechnischen Er­ zeugnissen (11,0%), Eisen und Stahl (3,5%), Eisen-, Blech- und Metall­ waren (2,8 %) und verschiedenen anderen Erzeugnissen hatten überwiegend aus Metallen gefertigte Güter 1987 einen Anteil von weit über 50 Prozent am bundesdeutschen Export. Die am Verkehrsknotenpunkt Hamburger Hafen zusammentreffenden Verkehrs- und 'IYansportmittel Schiff, Bahn und Stra­ ßenfahrzeug sowie Container und Krananlagen sind hauptsächlich aus Stahl und anderen metallischen Werkstoffen gefertigt. Brücken und Hochhäuser sind aus Stahl oder Stahlbeton erbaut. Kupferdächer erinnern an den wich­ tigsten Werkstoff der Elektroktechnik, das Kupfer. Mit der Norddeutschen Affinerie ist Europas größter Kupferproduzent in Hamburg angesiedelt. Zu­ sammen mit der Aluminiumhütte des amerikanischen Konzerns Reynolds zählt die Norddeutsche Affinerie zu den größten Verbrauchern elektrischer Energie im Hamburger Raum. Schwefeldioxid aus der Kupferproduktion, Fluor und Rotschlamm aus der Aluminiumherstellung belasten die Umwelt in Hamburg und dem Umland. Ein großer Teil der Arbeitnehmer in der Industrie der Bundesrepublik ist mit der Erzeugung und Verarbeitung von Metallen beschäftigt. Rationalisie­ rung und neue Technologien haben weitreichende Folgen für die Beschäftig­ ten gerade in diesem Bereich. Gefährdungen der Gesundheit durch Hitze, Giftstoffe, Lärm, Unfallrisiken, Fließband- und Schichtarbeit machen be­ sondere Anstrengungen zur Humanisierung der Arbeitswelt in der Metallin­ dustrie erforderlich. Der heutige Stand der Metallurgie und der Metallverar­ beitung ist der intensiven Zusammenarbeit verschiedener technischer und wissenschaftlicher Disziplinen und den besonderen wirtschaftlichen und ge7

sellschaftlichen Bedingungen im Verlauf und der Folge der industriellen Re­ volution zu verdanken. Wissenschaft und Technik stehen angesichts der an­ gespannten Rohstoffsituation und zahlreicher Umwelt- und Arbeitsplatzpro­ bleme vor vielen neuen Aufgaben. Eine Wirtschaft ohne die zentrale Rolle der Metallerzeugung und -Verarbeitung ist in absehbarer Zukunft nicht vor­ stellbar. Die materiellen Bedürfnisse der Menschheit können langfristig nur mit einem minimalen Aufwand an Rohstoffen und Energie, unter geringstmögli­ cher Belastung der Umwelt und unter Vermeidung gesundheitsgefährdender Arbeitsplätze befriedigt werden. Hiermit verbundene politische Probleme können vom Bürger nur durchschaut und demokratisch mitentschieden wer­ den, wenn er in groben Umrissen über den wissenschaftlich-technischen Stand und die wirtschaftlichen Strukturen unserer Industriegesellschaft und deren internationale Rolle informiert ist. Dieses Buch soll am Beispiel der wichtigsten Werkstoffe, der Metalle, einige Informationen hierzu beisteuem und exemplarisch Zusammenhänge zwischen wissenschaftlichen, techni­ schen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Entwicklungen aufzeigen. Diese Zusammenhänge sind heute so komplex, daß Strukturen und Entwick­ lungstendenzen für den Laien nur schwer erkennbar sind. Am Beispiel der Metalle sollen einige Entwicklungen und Wechselbeziehungen in Technik, Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft aus einfachen Anfängen bis zum heutigen komplexen Stand nachverfolgt und Entwicklungstendenzen aufge­ zeigt werden. Das Buch wendet sich auch an Lehrer und Ausbilder im Bereich der allge­ meinen und der beruflichen Bildung. Zum einen soll es helfen, die Kluft zwischen diesen beiden Bereichen der Ausbildung zu verringern, und zum anderen ist es als Anregung zur Überwindung des weitgehend beziehungslo­ sen Nebeneinanders der naturwissenschaftlichen, technischen und gesell­ schaftswissenschaftlichen Fächer in unseren Schulen gedacht. Im Anhang werden praktische Erfahrungen des Autors im Chemieunterricht an einer Gesamtschule und in der Chemielehrerausbildung wiedergegeben. Dabei wird sowohl auf Ergebnisse von Projektunterricht als auch von normalem Fachunterricht eingegangen.

Metalle im Altertum

Anfänge der Metallurgie und Bronzezeit Als Ursprungsgebiet der ältesten Metallurgie wird nach archäologischen Be­ funden und klassischen Überlieferungen die Gegend im Nordosten Persiens angenommen. Von dort kam die Kenntnis metallurgischer Verfahren in den Nahen Osten, in die Gebirgslandschaften vom Taurus in Kleinasien bis zum Elbursgebirge am Kaspischen Meer, wo verschiedene Erze und ausreichen­ des Brennmaterial gefunden wurden. Vom Nahen Osten aus wurden metal­ lurgische Kenntnisse nach Europa, Afrika und Asien verbreitet und auf ver­ schiedene Weise weiterentwickelt1 (Abb. 1). Die Entdeckung und erste Verwendung von Metallen fällt in die Zeit der Entstehung der ersten Städte in den Hochkulturen der Ägypter, Babylonier, Perser, Inder und Chinesen. Die komplexere Organisation der Landwirt­ schaft in den Stromtälem mit ausgedehnten Bewässerungsanlagen brachte gegenüber den frühen neolithischen Siedlungen, die auf Regenfeldbau be­ ruhten, bessere Möglichkeiten zur Erwirtschaftung eines Überschusses an landwirtschaftlichen Produkten; sie ermöglichte so die Freisetzung einer grö-

1: Verbreitung der metallurgischen Technologien von Asien nach Europa in vier zeitli­ chen Schritten.

9

2: Bodenbearbeitung mit Handhacken im alten Ägypten. Die komplexe Organisation der Landwirtschaft in den Stromtalkulturen erstreckte sich nicht nur auf die techni­ schen Anlagen zur Bewässerung der Felder, sondern auch auf die Arbeitsorganisation. Unter der Führung der Priesterkaste bildete sich eine strenge Hierarchie mit eindeuti­ gen Befehlsstrukturen heraus.

ßeren Zahl der in diesen Gesellschaften lebenden Menschen für Tätigkeiten außerhalb der Landwirtschaft (Abb. 2). Im Zuge fortschreitender gesell­ schaftlicher Arbeitsteilung entwickelten sich die städtischen Handwerksbe­ rufe. Noch lange Zeit nach der Einführung metallurgischer Techniken wurden sowohl im Handwerk als auch in der Landwirtschaft Werkzeuge aus Stein, Holz und Knochen verwendet. Die ersten Metalle, Gold und Silber, waren außer für Schmuck nur für Gefäße - Schalen, Becher, Pokale - brauchbar, nicht für Werkzeuge. Vor 3000 v. Chr. war die Kunst der Metallschmelze bei den Sumerern bekannt. Holzkohle und Blasebalg bildeten die Grundlage der metallurgischen Technik, die im Prinzip bis zum 18. Jahrhundert nur wenig verändert wurde. Voraussetzung für die Entstehung der Schmelzmetallurgie war neben der Kenntnis der Holzkohlegewinnung eine sichere Beherrschung des Feuers in Öfen, die die zur Erschmelzung der Metalle nötigen Tempera­ turen erreichten. Hier waren die Kenntnisse und Fertigkeiten der Töpfer sicher sehr wertvoll. Da Malachit, der mit Holzkohle leicht zu Kupfer redu­ ziert werden kann, bei den Babyloniern und Ägyptern seit langer Zeit zu Schmuckzwecken verwendet worden ist, kann vermutet werden, daß er bei der Entdeckung der Schmelzmetallurgie eine Rolle spielte. Kupfer eignet sich gut für Gefäße oder Schmuck, für Werkzeuge und Waffen kaum. Nur 10

dort, wo wie z. B. in Ägypten ein Kupfer gewonnen wurde, das durch Bei­ mengungen von Arsen oder anderen Metallen härter war als reines Kupfer, diente es auch als Rohmaterial für Waffen und Werkzeuge (Abb. 3). Die Möglichkeit, hohe Temperaturen zu erzeugen, und die Erfahrungen bei der Kupfergewinnung führten bald zur Entdeckung neuer Metalle: des Zinns, Bleis, Quecksilbers und des Eisens. Mit der Entdeckung, daß man durch eine bestimmte Mischung von Zinn und Kupfer, der Bronze, ein Material erhal­ ten kann, das zur Herstellung von Werkzeugen und Waffen, die denen aus Stein überlegen sind, verwendbar ist, war der wichtigste Fortschritt der frü­ hen Metallurgie gemacht. Einer umfangreichen Verwendung des neuen Ma­ terials stand zunächst ein schwer zu lösendes Problem im Wege. Die Fund­ stätten verwertbarer Erze lagen in den Bergregionen, weit entfernt von den Kulturzentren in den Stromtälem, und die Transportschwierigkeiten waren angesichts kaum entwickelter Transportmittel groß2; daher wurden neben den neuen Geräten, Werkzeugen und Waffen aus Bronze solche aus Holz und Stein weiterhin verwendet. In Mitteleuropa wurden Metalle erst erheb-

3: Der BronzeguB in Ägypten um 1450 v. Chr. in einer Darstellung aus dem Grab des Rech-mj-Re. Oben ist das Abheben eines Tiegels mit Hilfe grüner Zweige und das Treten der Blase­ bälge gezeigt. Unten ist das Ausgießen eines Tiegels in die Trichter der Form für einen Flügel der darüber in der Mitte gezeigten Bronzetür dargestellt. Über der GuBszene: Leute mit Zangen (ohne Gelenk) und Blasrohr. Rechts unten: Träger bringen Sand und Metall.

11

lieh später verwendet. Ihre Einführung erfolgte unter dem EinfluB von tech­ nisch weiter entwickelten Ländern über den Femhandel. Dieser Einfluß konnte jedoch erst wirksam werden, als in Europa die inneren Voraussetzun­ gen für die Einführung der neuen Technik erwachsen waren. Wichtige Vor­ aussetzungen waren das Bedürfnis nach leistungsfähigeren Werkzeugen ins­ besondere für die Holzbearbeitung und - damit im Zusammenhang stehend ein Grad der Entwicklung der Werkzeuge, der auf der Grundlage des vor­ handenen Materials nicht weiter vervollkommnet werden konnte. Da die Metalle zunächst über den Handel bezogen wurden, mußte ein gewisser Überschuß an Lebensmitteln und Gütern vorhanden sein, um als Handels­ äquivalent für den Tausch zur Verfügung zu stehen. Mit der Entwicklung einer eigenen Metallurgie wurden diese Überschüsse zur Versorgung der Handwerker benötigt, die mit der Gewinnung und Bear­ beitung der Metalle beschäftigt waren. Diese Entwicklung setzte um die Mit­ te des 3. Jahrtausends v. Chr. ein, als Gesellschaften mit bäuerlicher Wirt­ schaft und festen, kontinuierlich bewohnten Siedlungen im Gebiet der heuti­ gen Länder Bulgarien, Rumänien und Südjugoslawien das Kupfer kennen­ lernten. Es wurden daraus einfache Geräte und Schmuckstücke hergestellt. Wahrscheinlich fand hier eine Begegnung mit Kupfersuchem aus dem Vor­ deren Orient statt, die den Ansässigen die einfachsten Verfahren im Umgang mit dem neuen Material vermittelten. Etwa 2000 v. Chr. gelangten die im Gebiet Deutschlands ansässigen Ackerbau- und Viehzüchtergemeinschaften zur Anwendung der Bronze. Das neue Material wurde erst vorrangig zur Herstellung von Schmuck und Waffen und nur in geringem Maß zur Herstel­ lung von Werkzeugen verwendet. Die ersten Bronzewerkzeuge waren Äxte, die zur Rodung und damit zur Gewinnung neuen Ackerlandes benötigt wur­ den. Erst langsam wurden durch Erprobung des neuen Materials im Rahmen der gewohnten Techniken neue Werkzeuge - vor allem zur Holz- und Metall­ bearbeitung - und neue Geräte entwickelt und verwendet.3

Eisenzeit Der entscheidende Schritt zur Verhüttung von Eisenerzen wurde um 1400 v. Chr. von den Chalybem getan, sagenhaften Schmiedevölkem, die als Unter­ tanen der Hethiterkönige in dem jahrtausendealten Bergbau- und Hüttenge­ biet des kaukasischen Hochlandes lebten, und die nun begannen, neben den reichen Kupfervorkommen auch die großen Eisenerzlager (Hämatit) abzu­ bauen und mit dem Holz ihrer Gebirgswälder zu verhütten. Sie erfanden vermutlich um die gleiche Zeit die Oberflächenverstählung des Eisens, ein folgenreicher technologischer Prozeß, durch den das Eisen erst der Bronze überlegen wurde und der dazu beitrug, daß sich wenige Jahrhunderte später die gesamte politische Konstellation des Orients von Grund auf wandelte. 12

Die Überlegenheit des Eisens gegenüber der Bronze beruht in hohem Maß auf seiner größeren Schneidefähigkeit und Härte. Schon aus diesem Grunde traten an die Stelle der bronzenen eiserne Schneideinstrumente - eiserne Äxte, Sicheln oder Messer - wodurch die Produktivität der Arbeit in Land­ wirtschaft und Handwerk weiter erhöht wurde. Hinzu kommt, daß die Eisen­ gewinnung, und damit auch die Herstellung von Eisengeräten, billiger war als die Herstellung der Bronzewerkzeuge. Bronzewerkzeuge konnten gegos­ sen werden (Dauerformen aus Stein), Eisenwerkzeuge waren nur durch Schmieden herstellbar. Die Rohstoffe zur Eisengewinnung, Holz und Eisen­ erz, waren fast überall vorhanden und einer massenhaften Verwendung stand zunächst nichts im Wege. Daher verdrängte das Eisen die Stein- und Holzwerkzeuge weitergehend, als es die Geräte aus Bronze vermocht hatten. Der mit der Einführung des neuen Materials verbundene Fortschritt beruht also außer auf den besseren qualitativen Eigenschaften des Eisens wesentlich auf seiner größeren quantitativen Verfügbarkeit.4 Im Gebiet Deutschlands wurde die Eisengewinnung und -bearbeitung seit dem 8. Jahrhundert v. Chr. bekannt. Die zu dieser Zeit eindringenden Germanen übernahmen die neue Technik von den südlicher lebenden Kelten und später von den Römern. Die Kunst des Eisenschmiedens erreichte bei den Germanen bald eine - trotz äußerer Anstöße und Anregungen - selbständige Form und erlangte schon vorder Völkerwanderung ein Niveau, das dem der Römer nicht nachstand.J

Techniken der Metallgewinnung und -Verarbeitung im Altertum Bereits zu Zeiten, als nur gediegen vorkommende Metalle bekannt waren, wurden diese in Bergwerken gewonnen. Die Ägypter betrieben in Nubien einen umfangreichen Goldbergbau. Hier mußten Sklaven unter vielerlei Ge­ fahren und schwersten Strapazen den goldführenden Quarzadem nachge­ hen. Das Quarzgestein wurde durch Feuer gesprengt, aus dem Berg ge­ schleppt und in Steinmörsem zerkleinert. Das Gold wurde dann ausgewa­ schen. Eine zeitgenössische Darstellung der Goldgewinnung in der Antike durch Plinius ist in Anhang 2 wiedergegeben. Auch die Kupfer- und Silbererze mußten bald in Bergwerken gewonnen werden, da die im Tagebau erreichbaren Vorräte bald erschöpft waren (Abb. 4). Die römischen Silberbergwerke, die als Staatsuntemehmen betrieben wurden, wurden ebenfalls von der Arbeit der Sklaven getragen. Bereits zu jener Zeit wurden Tiefen bis zu 200 Meter erreicht, und es mußten erhebliche Anstrengungen auf die Wasserhaltung verwandt werden. Das geschah durch schräg übereinander angeordnete archimedische Schrauben6 (Abb. 5). Das Eisenerz konnte auf Grund seines häufigen Vorkommens in den meisten Fäl­ len im Tagebau gewonnen werden. 13

14

| Allgemeine Methoden | G old

Chronologische Übersicht früher Metallurgie

—

1

________________

9

1

gediegenes Gold

Entdeckung der

-

ca. 4200 v. Chr. Hartung gediegenen Kupfers

Reduktion oxidi­ scher Erze, der Schmelze und des Gusses

Kupfererzen oder (später) aus Kasri. terit und Rohkupfer

li

|

gy

Silber

Zinn und Bronze

d

gediegen

|1

Hi

|

1

1 J

sulfidische Erze geröstet und erschmolzen

Kupfer

i

¡

1

/

Silber aus Bleiglanz

Blei

Bleiglanz