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[tab: Beschreibung]

Bastian Asmus 2012:

Medieval Copper Smelting in the Harz Mountains, Germany (= Montanregion Harz, Bd 10 [Hg. Christoph Bartels, Karl Heinrich Kaufhold und Rainer Slotta]), Bochum (Veröffentlichungen aus dem Deutschen Bergbau-Museum Bochum Nr 191), 2012, ISBN 13: 978-3-937203-63-8

395 Seiten, englisch, farbig, Appendix zur mikroskopischen Identifizierung (Auflichtpolarisationsmikoskopie) von Schlackenphasen, Metallphasen und Erzmineralien, sowie deren Analysen mittels REM-EDX, EMS-WDX und RFA zur pauschalchemischen Charakterisierung.

44,- Euro

Mittelalterliches Kupfer aus dem Harz

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Auswertung eines hochmittelalterlichen Hüttenplatzes im Harz, unweit des UNESCO Welterbes Rammelsberg und Goslar. Es ist mit über 1000 m² Fläche die bis dato unfangreichste montanhistorische Ausgrabung im Harz. Es handelt sich um einen Hüttenplatz an dem das polymetallische Rammelsbergerz auf Kupfer, Blei und Silber verhüttet wurde. Der Platz kann als typisches Beispiel für einen hochmittelalterlichen Schmelzplatz im Harz angesehen werden. Besonderer Wert wurde auf eine interdisziplinäre Herangehensweise gelegt und dabei historische, archäologische, naturwissenschaftliche Quellen herangezogen.

[tab: Deutsches Abstract]

Kurzzusammenfassung

Der Rammelsberg im Harz gehört zu den größten Metalllagerstätten weltweit und wurde für mindestens ein Jahrtausend kontinuierlich genutzt. Bis heute sind die die genauen Prozesse der Metallherstellung aus Rammelsberger Erzen nur unzureichend verstanden. Die vorliegende Arbeit hat die archäometallurgische Auswertung der bisher umfangreichsten Grabung zum Montanwesen des Hochmittelalters im Harz. Es wurden mehr als 1000 m² archäologisch untersucht. Der Fundplatz Huneberg kann als einer für den Harz typischen Schmelzplatz des ausgehenden 12. Jahrhunderts betrachtet werden.

In der historischen Literatur wurde der Rammelsberg im 20. Jahrhundert als Silberberg verklärt, wohin neuere montanhistorische Studien nahelegen dass der Rammelsberg im hohen Mittelalter als Kupferlieferant anzusehen sei, da der Silbergehalt der Erze zu gering sei. Moderne lagerstättenkundliche Untersuchen klassifizieren den Rammelsberg als Blei-Zink Lagerstätte. Vor diesem Hintergrund wurde eine archäometallurgische Untersuchungen der Verhüttungsrelikte durchgeführt um zur Beantwortung der Fragen nach der Natur der hergestellten Metalle und deren Herstellungsprozessen bei zu tragen. Die naturwissenschaftliche Untersuchungen von Schlacken, metallurgischem Stein, Erzen, Ofenlehmen und metallischen Resten bilden die Basis für einen Einblick in die komplexen Herstellungsprozesse mittelalterlicher Hüttenleute. Die Rekonstruktion der Hüttentechnologie wurde mit den Quellen so bedeutender Zeitzeugen wie Theophilus Presbyter oder Albertus Magnus verglichen. Die Rekonstruktion geht von einem mehrstufigen Prozess der Anreicherung von Kupfer und Blei in zwei parallel laufenden Prozessen aus. In den drei Öfen des Hunebergs liefen demnach unterschiedliche Prozesse ab, die sich grob folgendermaßen darstellen. Im größten Ofen fand das Rohschmelzen statt, bei dem das nicht zu klaubende Rammelsberg Erz in eine kupferreiche und eine bleireiche Charge separiert wurde. Diese beiden Char- gen wurden jeweils für sich in je einem weiteren Ofen zu metallischem Blei und Kupfer verarbeitet. Das Blei kann als Werkblei charakterisiert werden, wurde aber nicht vor Ort abgetrieben. Eine direkte Silberproduktion fand am Fundplatz nicht statt.
Am Fundplatz wurden rund 1.6 t Schlacke gefunden, was eine Berechnung der Gesamtkupferproduktion von 600 kg erlaubt. Es ist davon auszugehen, dass das Blei in einem ähnlichen Umfang produziert wurde. Dieses würde wiederum bedeuten, dass im Blei etwa 1.4 kg Silber vorhanden waren.

[tab: Bestellung]

Bestellung

44,- Euro zzgl. Versandkosten

Online auf den Seiten des Deutschen Bergbau-Museums

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Das Verfahren mit der verlorenen Form wird sehr oft mit dem Wachsausschmelzverfahren gleichgesetzt. Dies ist aber nicht richtig, denn auch das Sandformverfahren ist ein Verfahren mit verlorener Form. Die Liste lässt sich fortsetzten: Das Lehmhemdverfahren für den Glockenguss ist ebenso ein Verfahren mit verlorener Form, wie das Gießen von Kanonen in Lehmformen!

Wachsausschmelzverfahren

Das Wachsausschmelzverfahren sollte daher besser Verfahren mit verlorenem (Wachs-)Modell heißen, so wie es das Französiche cire perdu, oder das Englische lost wax method ausdrückt. Denn einer der entscheidenden Unterschiede ist eben, dass das Modell bei diesem Verfahren verloren geht, wohingegen die Form bei allen außer dem Guss in Dauerformen verloren geht! Das Verfahren ist seit sehr  langem bekannt, frühe Nachweise lassen sich in Baluchistan (Pakistan) für das Ende des vierten bis Anfang des dritten Jahrtausends vor Beginn unserer Zeitrechnung finden .

Mit Hilfe eines Modells aus Wachs, welches genau dem gewünschten zu gießendem Objekt gleicht, wird eine Negativform hergestellt. Diese ist bei der großen Mehrzahl der Formen in unserer Geschichte aus Lehm, und gehört damit zu den tongebundenen Formstoffen. In späteren Zeiten kommen noch weitere Formstoffe hinzu, die aber nicht Gegenstand dieses Beitrags sind.

Formlehm – ein genialer Werkstoff

Generell sollte ein Formstoff folgenden Anforderungen gerecht werden:

• feuerfest
• keine Schrumpfung
• gasdurchlässig
• bildsam
• leichter Zerfall nach dem Guss (nicht relevant für ältere Verfahren)

Da reiner Ton zu fett ist, d.h. er eine zu große Schwindung in reiner Form aufweist muss der Ton gemagert werden. Dies geschieht mit anorganischem und organischem Materialien. Archäologisch nachgewiesene und/oder historisch/ethnographisch belegte Zuschläge sind: (Quarz) Sand, zermahlene alte Formen, Tierhaar, Pferdemist und Spreu. Der Ton fungiert als Bindemittel für die anorganischen, feuerfesten Magerungsmittel. Da diese beim Trocknen nicht schrumpfen, kann über deren Anteil die Schrumpfung des Formstoffs eingestellt werden.

Die organischen Magerungsmittel haben eine andere Aufgabe; sie verbessern die plastischen Eigenschaften im feuchten Zustand. Sie verringern durch ihre faserige Gestalt das Reißen beim Trocknen. Sie verbessern die Gasdurchlässigkeit da sie beim Brand der Formen verbrennen. Der Formlehm wird/wurde von jedem Gießer selber hergestellt und kann mit Erfahrung an jedem Ort hergestellt werden an dem gearbeitet wird/wurde. Die Rohmaterialien sind überall zu bekommen.

Historische Quellen wie Theophilus Presbyter  im 12. Jahrhundert , Vanoccio Biringuccio oder Benvenuto Cellini  im 16. Jahrhundert  teilen uns ihre Rezepte mit. Auch bei Lazarus Ercker , dem berühmten Probierer und Metallurgen des 16. Jhdts finden sich einige Hinweise wie mit Ton zu verfahren ist um feuerfeste Materialien herzustellen .

Formen

Unter Formen oder Einformen versteht man das Herstellen einer Form. Das fertige Wachsmodell wird hierzu mit dem Formlehm umhüllt. Dabei ist darauf zu achten, dass das Modell nicht deformiert wird, und dass der Formstoff an allen Wachsoberflächen ordentlich anliegt. Danach wird die Form getrocknet, dabei entweicht das Quellungswasser. Als nächstes muss das Wachs  ausgebrannt werden, so dass der Formhohlraum entstehen kann.  Nachdem das Wachs ausgeschmolzen ist, muss die Form gebrannt werden, um das chemisch gebundene Kristallwasser zu entfernen. Ist die Form nicht gebrannt, würde das Kristallwasser beim Eingießen der 1100-1150 ºC heißen Schmelze verdampfen und im besten Fall den Guss unbrauchbar machen – im ungünstigsten Fall  würde die Form explodieren oder flüssiges Metall aus der Form spritzen.

 Schmelzen und Gießen

Das Schmelzen des Bronze erfolgt im Schmelztiegel, der mit Holzkohle zusammen im Schmelzofen steht. Je nach Konstruktionsprinzip muss ein Ofen mit Blasebälgen betrieben werden, oder er kann den natürlichen Zug ausnutzen . Mit Hilfe der Blasebälge lässt sich aber auch ein Ofen mit natürlichem Zug besser kontrollieren. Bronze ist über 1000 ºC flüssig und muss bis etwa 1150 ºC erhitzt werden. Man spricht hier von Überhitzen der Schmelze, so dass genug Zeit bleibt den Schmelztiegel zu ziehen und Metall einzugießen. Im Falle des oben gezeigten Films (1 kg Bronze) verbleiben dafür etwa fünf Sekunden, bevor das Metall zu kalt ist. Die Form wird zerschlagen um den Guss zu erhalten. Die Form ist nun verloren, und für weitere Güsse müssen neue Formen gemacht werden.

Nacharbeit

Um aus dem Rohguss einen fertigen Gegenstand zu machen, musste er in der Urgeschichte auch Steinen geschliffen werden. Hierzu wurden Schleifsteine verschiedener Körnung verwendet. Am Ende kann der Guss poliert werden, was mit Leder, Holz oder Holzkohle geschehen kann. Im Fall von Leder und Holz kann man Tonpulver, Holzkohlepulver, oder auch Ohrenschmalz verwenden. Die Nacharbeit ist die bei weitem zeitaufwändigere Tätigkeit. Im Falle des Fingerrings aus dem Film waren es 2 h für das Formen, Brennen und Gießen, aber 20 h für das Schleifen und Polieren.

Literatur

Das EWS Mk2 Optik Werkzeug, neudeutsch lens wrench, ist ein verstellbarer Schlitzmutternschüssel und kann Schlitzmuttern mit Durchmessern bis zu 80 mm öffnen. Es ist somit für mikroskopische und fotografische Anwendungen bestens geeignet. Es verfügt über zwei verstellbare Schraubendreherklingen, mit je einer schmalen und einer breiten Klinge. Weder das Öffnen von großen Muttern, noch das Öffnen von feinen Muttern stellen ein Problem dar. Der großzügig dimensionierte Griff kann als Hebel genutzt werden um auch festsitzende Muttern zu lösen. Wer desöfteren alte Optiken auseinander nimmt, sei es zum Reinigen oder zum Umbau, der kommt um das Öffnen und Schließen von Schlitzmuttern nicht herum.
Eine weitere Besonderheit des Werkzeugs ist, das die Klingen an der Schmalseite des Griffes befestigt werden, um tief liegende Muttern lösen zu können.

Neben den flachen Standardklingen, gibt es auch Klingen mit runden Arbeitsenden, so dass der Schlüssel auch für Stirnlochmuttern, wie sie in  Kleinbild- und Mittelformatobjektiven verwendet werden.

Den lens wrench können sie hier bestellen.

Entstehungsgeschichte des lens wrench

In Zusammenarbeit mit einigen Mitgliedern des Forums für Mikroskopie wurde das EWS Optik Werkzeug entwickelt, um dem Wunsch nach einem universell einsetzbaren Werkzeug für die im Optikbereich häufig anzutreffenden Schlitzmuttern nach zu kommen.

Technische Daten

• Der Klingenhalter besteht aus rostfreiem Stahl, V2A
• Die beiliegenden Standardklingen Klingen bestehen aus gehärtetem und angelassenem Werkzeugstahl
• Die Klingen lassen sich parallel verschieben
• Die Klingen werden mit je einer Rändelschraube fixiert
• Die Klingen besitzen je zwei Arbeitsenden, eines mit 2,5 mm und eines mit 4 mm Breite
• Für den Fall dass sich die großen Rändelschrauben ins Gehege kommen, kann eine Klinge auch mit einer normalen Linsenkopfschraube (Inbus, liegt bei) fixiert werden
• Der Klingenhalter verfügt über eine Millimeter Skala, so dass der Klingenabstand auch millimeterweise eingestellt werden kann

Optionales Zubehör

• Ungeschliffene Klingen sind erhältlich
• Schmalere Klingen können gegen Aufpreis angefertigt werden 
• Mit Klingen mit zylindrischen Arbeitsenden fungiert er als verstellbarer Stirnlochmutternschlüssel

 

[tab: Übersicht]
Problem: Das Mikroskop ist zwar gut in Schuss, aber die Beleuchtung ist entweder miserabel, nicht regelbar, oder neue Glühbirnen sind nicht mehr zu bekommen.

Lösung: Eine LED Mikroskopbeleuchtung lässt auch in ihrem Mikroskop die Sonne aufgehen. Lichtschluckende Kontrastverfahren wie POL oder Dunkelfeld stellen plötzlich kein Problem mehr dar. Die verwendete LED, eine CREE XM-L hält für alle Eventualitäten genügend Reserven vor. Die LED wird mit maximal 1600 mA betrieben. Kernstück des Ganzen ist ein von mir entwickelter  LED Treiber und PWM Dimmer, der mit einer Taktfrequenz von 1 MHz, d.h. 1000000 mal pro Sekunde, die Stromstärke regelt. Somit steht auch dem Filmen am Mikroskop nichts mehr im Wege!

LED Adapter werden für alle gängigen Mikroskope gefertigt. Auf Wunsch übernehmen wir auch den Umbau.

[tab: Universal LED Steuerung]
Die Universal LED Steuerung kann alle gängigen LEDs treiben und dimmen. Die Steuerung regelt stufenlos zwischen 0 und 100% Leuchtleistung. Gerade mit den neuen, und sehr hellen LEDs kann das Regeln im Hellfeld zum zu Problemen führen. Die Steuerung verfügt deshalb über einen Bereichsschalter, um die Leuchtleistung auf 10% (werksseitig vorjustiert) begrenzt, da dort nur geringe Leuchtleistungen gefordert sind. Selbstverständlich kann auch dieser Bereich vom Benutzer angepasst werden.

Die Steuerung verfügt über Softstart, d.h die LED wird nicht auf Anhieb mit der vollen Leistung angesteuert, sondern leicht verzögert. Dies verhindert die von linear geregelten Steuerungen bekannten Lichtblitze beim Einschalten.

Sie verfügt weiter über einstellbare Strombegrenzungen, so dass alle für die in der Mikroskopie Verwendung findenden LEDs gefahrlos betrieben werden können.

[tab: Technische Daten]

 LED Adapter

• Hochleistungs-LED Mikroskopbeleuchtung als Austauschlösung
• gedrehter und eloxierter Aluminium LED Adapter und Kühlkörper
• z.B. für Zeiss Leuchtrohr 467040 und Zeiss Illuminator 15
  • oder Adapter passend für Carl Zeiss Jena Einsteckleuchte
  • weitere Adapter für Carl Zeiss Jena Jenaval, Jenamed,…
  • für PZO Biolar
  • zentrierbare Leitz Diavert Beleuchtung

• Umbaulösungen von Halogenlampehäusern, z.B. Leitz Laborlux, …
• Umbaulösungen für JEOL Elektronenstrahl Mikrosonden
• LED: CREE XM-L, wegen des großen Emitters; bessere Ausleuchtung
• natürlich sind auch UV /IR / Farb LEDs verwendbar

Steuerung

• Grobeinstellung 0-100 % Leuchtleistung (0-1600mA)
• Feineinstellung ist frei einstellbar, Voreinstellung: 10%
• Maximalstrom einstellbar:2300, 1600, 1200, 900, 700, 350, 160 oder 50mA
• konstante Farbtemperatur über den ganzen Regelbereich
• LED erreicht maximal 65 ºC unter Vollast
• Aluminiumguss Gehäuse in schwarz, Hammerschlag-grau oder lichtgrau
• Eingangsspannung 4,5-12V Gleichstrom
• Verpolungsschutz
• Wippschalter, zum sicheren Ein und Ausschalten
• im Gegensatz zu linear geregelten KSQ’s wird weniger Strom verheizt
• sehr gut für Batteriebetrieb geeignet
• entwickelt und hergestellt in Deutschland

[tab: Galerie]

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[tab: Bestellung]

Bestellung über info ät archaeometallurgie dot de oder nutzen sie das Kontaktformular rechts unten.
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Aluminiumguss zweier Natursandformen. Herstellung der Form ist hier gezeigt. Herstellung des Modells hier.

Die Sandformerei

Der Sandguss, genau genommen das Natursand-Formverfahren lässt sich bis in das 17. Jahrhundert zurück verfolgen. Dieses spezielle Formverfahren, dass heute nur noch wenige Betriebe im deutschsprachigen Raum beherrschen, wurde aufgrund des hohen Arbeitsaufwandes durch das Wachsausschmelzverfahren abgelöst. Es gibt heutzutage eine große Anzahl moderner Sandgussverfahren, die alle auf dem gleichen Prinzip beruhen. Grundsätzlich haben sich nur die Bindemittel für den Formsand geändert. Wo früher der natürlich vorkommende Ton das Bindemittel für den Formsand war, sind es heutzutage Bentonit (das Tonmineral Montmorillonit), Wasserglas, Furan-, Phenolharze und dgl.

Die Animation zeigt kurz und knapp den Entstehungsprozess einer Gussform aus Naturformsand. Die Form ist für den Aluminiumguss hergestellt worden und beinhaltet u.a. einen Rechteckmikroskofuß für ein Zeiss Junior Mikroskop.
Es wird in die grüne, d.h. feuchte Form gegossen, was wegen der guten Gasdurchlässigkeit des Formsandes keine Gefährdung durch Wasserdampfexplosionen darstellt. Das Verfahren ist nur von ausgebildetem Fachpersonal zur Anwendung zu bringen!

Natursand Formverfahren

Diese Seite will jedoch nur auf das Natursand-Formverfahren eingehen. Da der Sand alleine nicht ausreicht um Formen zu bauen, benötigt man noch einige weitere Hilfsmittel. Das wichtigste wäre wohl der Formkasten. Dies ist heute in der Regel ein zweiteiliger, profilierter Stahlrahmen, der über sog. Schlösser verfügt, um ein genaues Aufeinanderpassen der beiden Hälften zu gewährleisten. Da der Sand feucht sein muss um ihn in den Formkasten zu verdichten, benötigt man noch einen Trockenofen. Warum hält der Sand? Der Formsand hält zusammen, weil er in einem geringen Anteil Ton als Bindemittel enthält (8-15%). Sand den man in der Hand zusammendrücken, etwa einen halben Meter in die Luft wirft, und danach als Ganzes wieder auffangen kann, weist genügend Bindekraft auf um als Formsand zu funktionieren. Natürlich gibt es noch andere Kriterien, wie Bildsamkeit, Luftdurchlässigkeit, und Feuerfestigkeit. Feiner Quarzsand, genau genommen Grobschluff (für die Bodenkundler), erfüllt alle Anforderungen an einen guten Formsand, sofern er einen Tongehalt von etwa 12% aufweist. Mit einem Feuchtigkeitsanteil zwischen 3,5% und 6% steht dem Formen nun nichts mehr im Wege.

Formen, Modelle & Co

Am besten eignen sich einfache Modelle ohne Hinterschneidungen für den Sandguss. Diese lassen sich derart in die falsche Formhälfte eingraben, so dass eine sorgenfreie Formteilung angelegt werden kann. Was ist denn nun bitte die Formteilung? Die Formteilung ist die Linie entlang des Modells an dem die Form geteilt wird. Will man beispielsweise eine Kugel formen, liegt die Formteilung entlang des Äquators, da auf diese Weise in keiner Formhälfte ein Hinterschneidung auftritt, die das Entformen des Modells verhindern würde. Nachdem man das Modell zur Hälfte eingegraben hat, legt man die zweite Kastenhälfte auf und verdichtet den Sand über dem Modell. Die beiden Hälften werden zusammen umgedreht und die falsche Hälfte abgehoben. Die falsche Hälfte wird ausgeschlagen, der Kasten aufgesetzt und mit Sand aufgefüllt und verdichtet. Nun kann man die Hälfte wiederum abnehmen und das Modell ziehen. Die Form ist nun soweit fertig. Es fehlen bloß noch die Anschnitte. Das Einguss- und Entlüftungssystem heißt Anschnitt, da dieses mit der Lanzette in den Formsand geschnitten wird. Nach dem Trocknen, wobei die Hälften einzeln getrocknet werden, wird die Form zusammengelegt und abgegossen. Das Gussstück kann man nur entformen indem man den Kasten ausschlägt. Was geschieht mit einer komplizierten Form? Lässt sich diese auch in einer Sandform gießen?

Zum Aluminiumguss dieser Form geht es hier.