Donnerstag, 20. Mai 2010
Dienstag, 27. April 2010
Lange Nacht und langer Winter für einen Rennofen
Am Vortag der Präsentation wurde zunächst der Rennofen aus strohgemagertem Lehm aufgebaut. Er hatte eine Höhe von ca. 1 m bei einem Durchmesser an der Sohle (innen) von etwa 30 cm. Nach oben hin verjüngte er sich auf einen Durchmesser von ca. 20 cm. Im unteren Drittel wurde in die Rückseite eine Düse zur Luftzufuhr eingearbeitet. Solche Ofentypen finden sich beispielsweise im mitteleuropäischen Raum häufig im Frühmittelalter.
Nachdem der Ofen über Nacht leicht trocknen konnte, wurde er am folgenden Morgen mit einem Holzfeuer angeheizt, um ihn vollständig durchzutrocknen.
Nachdem der Ofen durchgetrocknet war, wurde er zunächst mit einem Holzfeuer unter Luftzufuhr und in weiterer Folge mit Holzkohle auf Betriebstemperatur (ca. 1300°C) gebracht.
Sobald der Ofen die notwendige Temperatur erreicht hatte, begann der eigentliche Verhüttungsprozess. Der Ofen wurde nun abwechselnd mit Lagen aus Eisenerz und Holzkohle, im Verhältnis 1:1 beschickt. Als Rohmaterial wurde Brauneisenerz vom Hüttenberger Erzberg verwendet, welches einen besonders hohen Eisengehalt aufweist.
Das Eisenerz sinkt nun im Ofenschacht langsam nach unten, wobei schrittweise die Reduktion von Eisenoxid zu metallischem Eisen geschieht. Die Nebenbestandteile des Erzes (Gangart) werden ab ca. 1200°C flüssig und sammeln sich an der Ofensohle. Diese sogenannte Schlacke kann nun durch kleine Löcher in der Ofenbrust abgestochen werden.
Beim Rennofenprozess verbleibt das Eisen immer im festen Zustand und sammelt sich in Form der sogenannten Eisenluppe im Bereich vor der Düse. Ca. 6 Stunden nach dem Beginn des Beschickungsvorganges war dieser Punkt erreicht. Gegen Mitternacht wurde der Ofen an der Brust geöffnet und die Luppe konnte entnommen werden.
Öffnen der Ofenbrust und Entnahme der Luppe
Bei der Luppe handelt es sich um ein schwammiges Gefüge aus Eisen mit zahlreichen Einschlüssen von Schlacke und Holzkohle. Unmittelbar nach Entnahme der Luppe wurde diese in einem ersten Schmiedeprozess mit einem Holzhammer bearbeitet und verdichtet.
Bei diesem Verhüttungsprozess wurden insgesamt ca. 70kg Holzkohle und 16kg Eisenerz verarbeitet. Das Gewicht der gewonnenen Luppe betrug 4kg. Um einen verwendbaren Eisenbarren zu erhalten muss die Luppe im nächsten Arbeitsschritt mehrmals gefaltet und feuerverschweißt werden.
Aus der Luppe geschmiedeter Eisenbarren
Nach der Langen Nacht der Museen stand unserem Rennofen noch ein langer Winter bevor. Er wurde nicht abgerissen, sondern konnte im Innenhof des Museums stehenbleiben. Ziel dieser Aktion war es, den Verfall eines solchen Rennofens zu dokumentieren. Einerseits ging es uns darum, zu ermitteln, wie gut er - ohne Überdachung - Wind, Wetter und Winter standhalten konnte. Andererseits wollten wir die taphonomischen Prozesse dokumentieren und nach dem Abtragen des Ofens im Frühling festhalten, wie sich der Befund im Boden abzeichnet, zumal solche Spuren einen wichtigen Teil der Hinweise darstellen, die von der Archäologie noch von einem ehemaligen Rennofen wahrgenommen werden können.
Abschließend möchten wir allen danken, die am Gelingen des Experiments beteiligt waren. Hier gilt unser Dank den Mitarbeitern des Museums der Stadt Villach, vor allem Kurt Karpf und besonders Sandra Bertel, die sich weder von schlechtem Wetter, noch von meterhohem Schnee davon abhalten ließ, den Rennofen regelmäßig zu fotografieren. Auch Nina Brundke sei an dieser Stelle herzlich für ihre tatkräftige Unterstützung bei der Langen Nacht der Museen und beim Abbau des Ofens gedankt.
Stefan Eichert und Erich Nau
Dienstag, 30. März 2010
Bronzeguss und Email mit Temperaturmessung
Mittlerweile ist es soweit und uns stehen ein berührungsfreies Infrarotgerät sowie mehrere Sensoren zur Verfügung, die für Temperaturen bis maximal 1600°C geeignet sind.
Damit die Sensoren nicht durch die Arbeiten beschädigt werden, hat Mathias Keramikröhren auf die nötige Länge zugeschnitten, in denen die Fühler mit Ton fixiert werden können. Dies erlaubt in weiterer Folge die Montage beispielsweise in der Ofenwand eines Renn- oder Schmelzofens.
In einem ersten Versuch ging es anfangs darum, die Funktionalität der Messgeräte und die Aufzeichnung der Messwerte wie auch die Verbindung und Übertragung zu einem Computer zu testen.
Die Anordnung der Sensoren in der Feuerstelle
Dazu haben wir ein simples Holzkohlefeuer mit Luftzufuhr über ein Gebläse betrieben. Nachdem ein solider Glutstock vorhanden war, erreichten wir bald Temperaturen bis etwa 1200° C.
Messeinheit für die stationären Temperaturfühler
man beachte den unteren Messwert (1083° C = Schmelzpunkt Kupfer)
Das Gerät kann zwei Temperaturfühler parallel auswerten und außerdem besteht die Möglichkeit die Werte zu speichern oder direkt auf einen Computer zu übertragen.
Direkte Verbindung von den Sensoren zum Notebook
Insgesamt hat alles ganz gut funktioniert. In einem zweiten Schritt wollten wir auch zusätzlich das Infrarotpyrometer testen. Zu diesem Zweck sollte gleich ein praktischer Versuch durchgeführt und dokumentiert werden. Erstens ging es uns darum, die Temperaturentwicklung beim Bronzeguss nachzuvollziehen und zweitens wollten wir auch die für das Emaillieren notwendige Hitze (und Dauer) erstmals messen.
Dafür montierten wir zwei Fühler stationär - einen etwa in Höhe des Gusstiegels am Rand des Kohlebetts, den anderen Tiefer im Kohlebett versenkt, ebenfalls im Randbereich der Feuerstelle. Beide Fühler sind so nahe am Geschehen platziert, dass ihre Messwerte einigermaßen repräsentativ für die Feuerstelle sein sollten, was später mit Infrarotmessung verifiziert werden konnte.
Gemessen wurde in Abständen von wenigen Minuten sowie vor und nach jeder "Manipulation" wie beispielsweise dem Nachlegen von Kohlen. Die Sensoren maßen die Hitze der Feuerstelle und mit dem Infrarotpyrometer ermittelten wir die Temperatur des Tiegels (Innen wie Außen), des Deckels sowie der emaillierten Objekte.
Begonnen wurde um 20:00. Nach einer "Vorglühzeit" von etwa 20 Minuten wurde eine leichte Luftzufuhr gestartet, was sich sogleich in einem Temperaturanstieg von 200-300° C äußerte. Nachdem der Tiegel etwa nach 35 Minuten eingesetzt wurde, ging die Temperatur nach wie vor nach oben. Ein gesprungener Deckel nach 45 Minuten erforderte das Entfernen und Reinigen des Tiegels. Nach dem nochmaligen Einsetzen des Tiegels und dem Zugeben von Holzkohle war die Temperatur innerhalb weniger Minuten bereits um ca. 200° C gefallen. Ab 20:55 wurde die Luftzufuhr verstärkt und die Esse sozusagen auf voller Leistung betrieben. Mehrmaliges Kohlenachlegen wirkte sich in Form von kleinen Schwankungen auf die Temperaturkurve aus. Um 21:20 waren im Tiegel etwa 1100° erreicht und das Kupfer bereits geschmolzen. Kurz darauf wurde ein Teil Zinn zugefügt und um 21:40 erfolgte der Guss.
Bronzeguss
Temperaturkurve (klicken zum Vergrößern)
Bei etwa 500-600° C nahmen wir die Objekte aus der Hitze um ihr Verhalten bei einer raschen Abkühlung (Raumtemperatur) zu beobachten. Nach 8 Minuten waren beide Stücke auf etwa 80° C abgekühlt. Wie zu erwarten war, hielten die Glaseinlagen während des raschen Abkühlens auf dem Kupferblech ausgezeichnet, während sie von der Bronze absprangen. Wer also vorhat Bronze nicht nur zu Testzwecken zu emaillieren, sollte diese mit der Glut auskühlen lassen.
nach dem raschen Abkühlen
Mein Dank für tatkräftige Unterstutzung bei diesem Experiment gilt meinen Kollegen, Mathias Mehofer und Roman Skomorowski.