Nov 22 2013

Das älteste Kupfer der Welt

Bastian Asmus


Wer hat als erstes Kupfer verarbeitet? Wo kam das älteste Kupfer her? Wie kamen die Menschen zum Gebrauch des Kupfers? Seit wann ist Kupfer bekannt? Dies sind nur einige Fragen die man sich stellt wenn man sich über die Ursprünge der Metallnutzung Gedanken macht. Aufgabe der Archäologie, und hier im speziellen die der Archäometallurgie ist es, mögliche Antworten auf diese Fragen zu finden. Die Schnellantwort ist:

Neolithiker aus Anatolien, die bereits vor mehr als 10000 Jahren(!) natürlich vorkommendes Kupfer aufgesammelt haben.

Wenn sie mehr wissen möchten lesen Sie hier weiter…

Karte mit Fundplätzen mit dem ältesten Kupfer der Welt.

Die Karte zeigt einige neolithische Siedlungen in denen früher Kupfergebrauch nachgewiesen ist. Die älteste bekannte Siedlung Anatoliens ist Hallan Çemi, von der bereits Nachweise für aufgesammelte Malachitfragmente um 9500 v. Chr. vorliegen. Die ältesten Malachit- und Kupferobjekte sind Perlen und stammen aus Çayönü Tepesi. Karte erstellt mit GMT.

Das älteste Kupfer

Das älteste vom Menschen verwendete Kupfer stammt derzeit aus Anatolien, genau genommen aus den präkeramischen neolithischen Siedlungen Çayönü Tepesi und Aşıklı Höyük. Die ältesten Kupferobjekte stammen aus dem präkeramischen Neolithikum B (PPNB). Es handelt sich um Perlen aus gediegenem Kupfer. Auch in der wohl bekantesten anatolischen Siedlung Çatal Höyük fanden sich Perlen aus gediegenem Kupfer aus dem 8. Jahrtausend vor unserer Zeitrechnung . Leider gibt es derzeit keine gemeinfreien Abbildungen der Perlen und ich hatte bisher nicht die Gelegenheit eigene Aufnahmen zu machen. Çayönu Tepesi und Aşıklı Höyük gehören zu den ersten festen und dauerhaften Siedlungen der Menschheit. Sie sind im Gesamtzusammenhang der Entwicklung einer neuen Wirtschaftsweise zu sehen: Die Menschen beginnen sesshaft zu werden, Pflanzen zu kultivieren und Tiere zu halten.

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Nov 2 2013

Stein

Bastian Asmus


Metallurgischer Stein ist ein Zwischenprodukt der Kupferverhüttung und befindet sich chemisch auf halbem Wege zwischen Erz und Metall. Stein entsteht bei der Verhüttung sulfidischer Erze. Geht man von Kupferkies auch als Chalkopyrit bezeichnet (CuFeS2) als Erz aus, so besteht dieses aus einem Teil Kupfer, einem Teil Eisen und zwei Teilen Schwefel. Zum Stein kann man auf verschiedenste Weisen gelangen. Eine Variante ist beispielsweise die Haufenröstung (Bild 1), bei der möglichst viel Schwefel und Eisen „verbrannt“, also oxidiert werden (z.B. Agricola 2003, Goldenberg 2000, Asmus 2012). Stein kann aber auch im Schachtofen entstehen, bzw. dort überdaueren. Wir finden ihn dann als Einschluss in der Schöacke (Bild 2). Vereinfachend könnte man dies mit folgender chemischer Reaktionsgleichung beschreiben:

    \[ 5\chalcop + 8\ox \pfeil \bornite+ 4'FeO' + 6 S\ox \]

@ Bastian Asmus 2008. Stein, Ochsenhütte, Granetal, Germany. Length: 200 µm, PPL. Eutektisches Gefüge: Bornit in Chalkopyrit

Bild 1: Stein der beim Rösten von Rammelösberg Erzen entstanden ist. Man sieht deutlich ein eutektisches Gefüge aud Bornit in Kupferkies.
Fundort: Ochsenhütte, Granetal, Harz. Finder: Dr. Christoph Bartels, Deutsches Bergbaumuseum.

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Okt 8 2013

Mikrophotographie, Canon EOS 600D und Ubuntu – tethered shooting

Bastian Asmus

 

Tethered shooting, auch als remote capture bezeichnet das Kontrollieren und Auslösen der Kamera mit Hilfe eines Computers. Es gibt eine Reihe von Linuxlösungen für sog. tethered shooting. Alle tethered shooting Lösungen setzen auf der Bibliothek gphoto2 auf die per Kommandozeile bedient wird. Wem eine grafische Bedienoberfläche lieber ist der nutzt darktable oder entangle.  Für die Mikrophotographie und das Herstellen guter Mikrographien ist das eine unschätzbare Hilfe. Um eine Canon EOS 600D Digitalkamera anzusteuern habe ich mich für darktable entschieden, da es intuitiver zu bedienen war. Im Netz gibt es haufenweise Belege dafür dass die Kombination Ubuntu-Canon EOS 600D-Darktable funktioniert. Umso mehr habe ich mich gewundert als es auf Anhieb nicht funktionierte…

Canon EOS 600D UbuntuFehler beim Initialisieren der Kamera: -1: Unspezifizierter Fehler Continue reading


Apr 16 2013

Löwen Aquamanile

Bastian Asmus

Portrait eines bronzenen Löwen Aquamaniles

Dieses Aquamanile aus Bronze hat das Aquamanile des Halberstädter Domschatzes zum Vorbild und ist heute noch als einer der wenigen Aquamanilien im ursprünglichen Funktionszusammenhang erhalten geblieben . Aquamanile, zuweilen auch als Aquaemanale, Aquimanile, Aquamanilia bezeichnet, setzt sich aus den lateinischen Worten aqua, für Wasser und manus, die Hand zusammen. Der Begriff wurde im Mittelalter vorrangig für das Auffangbecken des Wassers verwendet, das eigentliche Gießgefäß wurde in der Regel als  urceus, also lateinisch für Krug, bezeichnet . Aquamanile dienten der rituellen Handwaschung der Priester vor der Messe. Die Sitte der Handwaschung war aber nicht auf den liturgischen Gebrauch beschränkt. In Haushalten mit hohem sozialen Status ist der Gebrauch von Aquamanilien ebenfalls anzutreffen gewesen. Diese unterschieden sich zum Teil in ihren Motiven. Während beispielsweise Greif und Löwe in der Liturgie Anwendung fanden, kamen Reiter (Ritter) oder das bekannte Aristoteles und Phyllis Aquamanile an gehobenen Tafeln zum Einsatz.

Lion aquamanile

Detailaufnahme der Mähne des Aquamanilen

Im letzten Monat habe ich ein Aquamanile des 13. Jahrhunderts modelliert und in der Gießereiwerkstatt in Bronze gegossen. Da das Löwenaquamanile im Wachsausschmelzverfahren nach der verlorenen Form gegossen wurde, musste ein Wachsmodell modelliert werden. Dieses wurde, wie es der Benedektiner Mönch und Goldschmied Theophilus Presbyter beschrieben hatte, über einen Kern aus Lehm hergestellt.

Dazu wurden Wachsplatten hergestellt und im warmen Zustand an den Kern angelegt. Auch dies schildert Theophilus. Es wäre auch möglich gewesen eine Wachsschicht durch wiederholtes Tauchen zu erzeugen. Allerdings ist diese Methode in den Schriftquellen nicht erwähnt. Nach dem Aufbringen der Wachsschicht wurden die Details des Löwen modelliert und mit einer feinen Verzierung bedacht, wie z.B. an der Mähne.

Löwen aquamanile

Portraitaufnahme des Aquamanilen

Das Aquamanile wiegt 4.9 kg und hat ein Fassungsvermögen von 1.35  l. Der neu geschaffene Löwe kann in seiner ursprünglichen Funktion als Wasserspender bei der Handwaschung bei den Veranstaltungen des französischen Projekts Fief et chevalerie zur Geschichtsdarstellung des 12. und 13. Jahrhunderts erlebt werden.

Literatur:

Medieval bronze aquamanile in the form of a lion

Bild 1 von 7

Dies ist eine Neuschöpfung des mittelalterlichen bronzenen Löwenaquamaniles von Halberstadt. Das Original ist im Halberstädter Dommuseum. This is a lion aquamanile that was made after the medieval bronze aquamanile of Halberstadt. The original is in the Halberstädter Dommuseum.


Feb 24 2013

Steinformen

Bastian Asmus

Steinformen, Dauerformen aus Stein

Steinformen sind Dauerformen aus Stein und im Gegensatz zu Lehm – oder Sandformen mehrmals verwendbar. Dieser Vorteil ermöglicht es dem Gießer größere Stückzahlen ohne großen Aufwand herzustellen. Dem stehen zwei Nachteile gegenüber:

  1. Da Hinterschneidungen nicht möglich sind lassen sich nur relativ einfache Gegenstände gießen
  2. Ein erhöhter Zeitaufwand ist zur Herstellung der Form notwendig

Nebenstehend sehen Sie eine Formhälfte für eine Sichel. Die zweite Hälfte der Form besteht aus einer glatten Steinplatte, da die Rückseite der Sichel flach ist. Solche Hälften nennt man auch Blindhälften. Aus diesem Grund befinden sich in der abgebildeten Sichelform keine Bohrungen für Passstifte. Steinformen sind also eine sehr gute Sache für unkomplizierte Gegenstände wie Messer, Beile ohne Schaftloch, Dolche, Schwerter, Sicheln usw.

Steinformen mit eingelegten Kernen

Die Menschen in der Bronzezeit waren allerdings sehr kreativ und haben der zweiteiligen Formen einen sog. Kern hinzugefügt. Für Gegenstände, die zwar immer noch verhältnismäßig einfach sind, aber bereits über Hohlräume wie Tüllen und dergleichen verfügen, werden zusätzlich zu den zwei Formhälften, die die „Aussenseiten“ abformen, noch der Kern benötigt, der beispielsweise die „Innenseite“ einer Tülle abformt. Kerne können aus vielerlei Materialien hergestellt werden, solange sie trocken und feuerfest sind. Die wichtigsten Materialien sind Formlehm und Metall, seltener Sand- oder Speckstein.

Die Slideshow zeigt ein paar Bilder der Herstellung einer Steinform für eine Speerspitze.


Feb 19 2013

Gussverfahren

Bastian Asmus

Modelle, Formen und Gussverfahren

Das Gießen von flüssigen Metallen in eine Form ist eine der schnellsten und effektivsten Techniken um einen gewünschten Gegenstand herzustellen. Die Gießerei unterscheidet ihre Methoden nach der Art und Weise, wie die Gießformen hergestellt werden. Grundsätzlich kann man in verlorene Formen oder Dauerformen gießen.


Ich möchte zunächst ein paar Begriffe klären.
Verlorene Formen sind solche, die nach dem Guss zerstört werden, Dauerformen solche, die mehrere Male ausgegossen werden können. Verlorene Formen benötigen ein Modell, Dauerformen nicht.
Ein Modell ist ein Gegenstand der genau so aussieht, wie derjenige Gegenstand den man in Metall gießen möchte.
Als Form bezeichnet man das dreidimensionale Negativ eines Modells. Durch Füllen der Form entsteht das Gussstück, auch Rohguss oder Gussrohling genannt.
Eine Model ist eine Vorrichtung in der auf vergleichsweise einfache Art und Weise Modelle für die Gießerei hergestellt werden können.

Verlorene Modelle und verlorene Formen

Im allgemeinen werden verlorene Formen mit dem Wachsausschmelzverfahren gleichgesetzt. Dies ist genau genommen nicht richtig, da auch beim Sandformverfahren die Form nach dem Guss zerschlagen werden muss. Das Wachsausschmelzverfahren müsste deshalb Gussverfahren mit verlorenem Modell heißen, da das Wachsmodell beim Brennen der Form schmilzt und ausfließt. Das Modell für den Sandguss ist wiederverwendbar und wird schon beim Formenbau entnommen. Obwohl beide Formen nach dem Guss zerschlagen werden um den Guss zu entformen, haben diese beiden Gussverfahren sehr spezifische Vor- und Nachteile. Zum einen muss beim Wachsausschmelzverfahren nicht nur die Form, sondern auch das Modell für jeden Gussvorgang erneut hergestellt werden. Das Sandgussverfahren nutzt im Gegenzug, gewissermaßen ein „Dauer-Modell“, dass aus Holz, Stein, Metall oder ähnlichem besteht und beliebig oft wiederverwendet werden kann.

Dauerformen

Für Dauerformen wird kein Modell benötigt, da das Negativ des Gussstücks in das Formmaterial eingearbeitet wird. Im Falle von Sandstein- oder Specksteinformen lässt sich das mit bronzenen Werkzeugen relativ leicht bewerkstelligen.
Metallene Dauerformen sind bedeutend aufwendiger umzusetzen und bedürfen einiges an handwerklichem Geschick um sie vernünftig zu fertigen. Es wird noch immer diskutiert ob und inwieweit die Metallformen tatsächlich für den Bronzeguss Verwendung fanden. Immerhin haben Experimente gezeigt, dass Güsse in metallenen Dauerformen zum Erfolg führen, dennoch ist der Aufwand für deren Herstellung sehr groß im Vergleich zum ohnehin schon großen Aufwand bei der Steinformherstellung. Ein möglicher anderer Einsatzzweck wäre die Modellherstellung für das Wachsausschmelzverfahren.

Daneben existieren noch einige weitere Begriffe, wie der Überfangguss, der Zweischalenguss oder der Herdguss durch die archäologische Literatur, die im folgenden näher erläutert und auf Ihre Eignung hin, überprüft werden sollen.

Gussverfahren

Archäologisch relevant sind das Wachsausschmelzverfahren, das Gießen in Dauerformen aus Stein, Metall und Ton, ab dem 10. Jahrhundert nach Christus im vorderen Orient auch das Gießen in Sandformen. Eine Sonderrolle nehmen solche Verfahren ein, bei denen die Formen aus Lehm, das Modell aber nicht aus Wachs, sondern Dauermodelle sind und der Formstoff nicht Sand ist. Diese Verfahren werden oder wurden beispielsweise beim Glockenguss oder aber auch beim chinesischen Stückformverfahren angewendet.

Herdguss

Dieser Begriff stammt aus der Gießerei und bezeichnet das Gießen in eine oben offene Herdform in der Formgrube. Er wird in der Industrie dann angewendet, wenn sehr große, auf der Oberseite flache Gegenstände gegossen werden. Allerdings werden aich hier die Formen auf der Oberseite oft abgedeckt, so dass im sogenannten verdeckten Herdguss gegossen wird.

Für die Frühzeit der Archäometallurgie wird oft postuliert, dass es beispielsweise Beile im offenen Herdguss gegossen wurden. Hintergrund ist hier dass oftmals nur eine Formhälfte gefunden wurde. Diese werden dann als Herdform interpretiert wenn kein offensichtlicher Einguss ersichtlich ist. Es wird somit davon ausgegangen, dass sich die Technologie vom „primitiven“ zum spezialisierten Handwerk entwickelte. Ob das tatsächlich so war muss offen bleiben, denn auch zu Anbeginn der Metallurgie  wäre es ein leichtes gewesen, einteilige Formhälften mit einer Blindhälfte abzudecken.

Was spricht gegen den Herdguss als Fertigungsmethode? In erster Linie die unglaublich schlechte Qualität der Gussstücke, denn bei so kleinen Gussstücken wie Beilen spielen zwei Dinge eine wichtig Rolle:

  1. die starke Zusammenhangskraft des Metall, die sogenannte Kohäsion, und
  2. der metallostatische Druck, also der Druck der flüssigen Metallsäule auf die Formwände ausgeübt wird

Anders ausgedrückt: Die Form wird nur unzureichend vom flüssigen Metall ausgefüllt. Die Kohäsion ist so stark, dass die Kanten der Form nicht mit Metall ausgefüllt werden. Es entsteht ein konturloses, unscharfes Gussstück. Neben der unzureichenden Formfüllung ist die Oberseite des Gussstücks rau und stark oxidiert, da es während des gesamten Abkühlungsvorgangs in Kontakt mit dem Luftsauerstoff stehen. Folgende Graphik verdeutlicht das Problem:

herdform

Die offene Herdform ist die ungünstigste aller Gussformen: Bei kleinen Stücken bilden sich mehr oder minder stark abgerundete Abgüsse, da die Neigung des Metalls, sich zu einer Perle zusammen zu ziehen sehr stark ist. Diese starke Zusammenhangskraft wird als Kohäsion bezeichnet und ist ein Resultat der starken Bindungskräfte zwischen den Metallatomen.

Ist die Kraft die der Druck auf das Metall ausübt größer als die Kraft die Kohäsion des Metalls zusammen hält, wird das Metall in alle Ecken des Formhohlraums gedrückt. Ist dieser Druck kleiner, bildet sich eine mehr oder weniger formlose Metallperle.

Die Formfüllung kann erheblich verbessert werden, wenn der Druck auf das flüssige Metall erhöht wird. Das einfachste ist den metallostatischen Druck auszunutzen: je höher die flüssige Metallsäule ist, desto stärker ist der Druck auf das Metall am unteren Ende der Metallsäule. Der metallostatische Druck p hängt mit der Höhe h der flüssigen Metallsäule und der Dichte ρ des Metalls zusammen:

p = ρ * h * g

g ist die Erdbeschleunigung

Nimmt man eine maximale Dicke von 1 cm (h) für die obige Beilform an, eribt sich der folgende Druck auf den tiefsten Punkt der Form:

8900 kg/m3 * 0.01 m * 9.81 N/kg = 873.09 N/m2 = 873.09 Pa

Das Metall wird dort mit einem Druck von 873 Pascal in die Form gedrückt. Zum Vergleich: ein Bar entspricht 100000 Pascal. Hieraus wird ersichtlich, dass das mit der Herdform nicht werden kann…

verdeckte_herdform

Dreht man die Formhälfte und deckt diese mit einer Blindhälfte ab lässt sich der metallostatische Druck vervielfachen und eine gute Formfüllung ist gewährleistet. Wie man sieht lässt eine einzelne Formhälfte auch durchaus einen anderen Schluss zu.

Erhöhen wir nun die Metallsäule auf 10 cm, indem wir die Form um 90° drehen und die offene Form mit einem flachen Stein abdecken, ergibt sich folgendes Bild:

8900 kg/m3 * 0.1 m * 9.81 N/kg = 873.09 N/m2 = 8730.9 Pa

In diesem Fall hat sich der metallostatische Druck verzehnfacht, was für eine gute Formfüllung nun ausreicht.

Der Druck auf das Metall kann natürlich auf verschiedene Weisen erhöht werden, z.B. durch Schleudern der Form, dann drückt die Zentrifugalkraft das Metall in die Form, oder durch evakuieren der Form, dann drückt der Luftdruck das Metall in die Form. Diese beiden Methoden sind moderner.

Zweischalenguss

Dieser Begriff ist ein typisch archäologischer Museumstext. Es soll bedeuten, dass es sich bei der Form um eine wiederverwendbare Dauerform handelt. Um das Gussstück zu entnehmen muss die Form geöffnet werden. In den meisten Fällen waren dies Formen aus zwei Hälften.

Überfangguss

Dies ist ebenfalls eine archäologische Wortschöpfung. Sie wurde von Hans Drescher Ende der 50er Jahre eingeführt . Es bezeichnet ein Verfahren, dass es den Metallhandwerkern ermöglichte Metallgegenstände miteinander zu verbinden und/oder zu reparieren.Hierbei wird an ein bestehendes Gussstück ein weiteres Teil angegossen. Das weitere Teil kann im Wachsausschmezverfahren oder auch im Dauerformverfahren angegossen werden. Wichtig zu erwähnen ist, dass es nicht zwangsläufig zu einer Verschweissung der Materialien führen muss. Die Verbindung war oft rein mechanischer Natur, die beispielsweise durch die bei der Erstarrung entstehende Schrumpfung entstand. Je nach Verhältnis der Materialmengen von festem Gussstück und angegossenem Gussstück kann es aber zu lokalen Verschweissungen gekommen sein. Dies ist eine Frage der Energiebilanz.

Ein modernes Verfahren, dass diesem nahe kommt ist der Verbundguss.

Literatur