Schmelzpunkt – Die Erlebniswelt rund um die Gießereitechnik


Auf „schmelzpunkt“ finden Technikbegeisterte immer etwas Interessantes. Wir blicken hinter die Kulissen einer faszinierenden Industriebranche, die auf über 5000 Jahre Erfahrung zurückblickt. Gemeinsam entdecken wir, wie aus Metall im Urformverfahren High-Tech-Produkte entstehen und wo wir sie im Alltag wiederfinden.

Schmelzpunkt gibt es auch für die Ohren. In unserem Podcast gehen wir auf eine akustische Entdeckungsreise in der Welt des flüssigen Metalls. Dabei geht es aber nicht nur um die Technik und Maschinen – sondern wie Guss unseren Alltag beeinflusst. Da Guss meistens unsichtbar ist, machen wir in hör- und erlebbar. Wer keine Folge vom schmelzpunkt-Podcast verpassen möchte, kann ihn jederzeit unter diesem Link abonnieren.

GESCHICHTE

Das Geheimnis des Kupfer-Amuletts - Forscher enthüllen besondere Herstellungsweise des 6000 Jahre alten Artefakts

Das 6000 Jahre alte Amulett von Mehrgarh ist auf gleich zweifache Weise einzigartig, wie Analysen enthüllen. Denn das in Pakistan entdeckte Kupfer-Artefakt ist das älteste Beispiel für den Metallguss mit Hilfe eines Wachsmodells. Ungewöhnlich auch: Das Amulett bestand aus außergewöhnlich reinem Kupfer, wie Forscher im Fachmagazin „Nature Communications“ berichten. Für das Gießen war das eher ungünstig – offenbar übten die Metallgießer von Mehrgarh noch. Die Siedlungen von Mehrgarh im heutigen Pakistan gehören zu den wichtigsten Zeugnissen der Jungsteinzeit in Asien.

„Mehrgarh ist ein Schmelztiegel für technologische Innovationen während des Neolithikums und der Kupferzeit im alten Südasien“, erklären Mathieu Thoury vom Synchrotron Soleil in Gif-sur-Yvette und seine Kollegen. Zu den bedeutendsten Funden gehört ein 6000 Jahre altes Amulett aus Kupfer. Es besteht aus einem zwei Zentimeter großen Ring, durch den sechs kupferne Speichen laufen.

Blick in die innere Struktur

Schon länger vermuten Archäologen, dass dieses Artefakt mit einer für damalige Zeit innovativen Methode hergestellt wurde, dem sogenannten Wachs-Ausschmelzverfahren. Dabei wird erst ein Wachsmodell gefertigt, um welches dann die eigentliche tönerne Gussform entsteht. Bisher jedoch ließ sich dies nicht eindeutig nachweisen – das Metall war zu korrodiert, um Verarbeitung und genaue Zusammensetzung festzustellen. Jetzt jedoch haben Thoury und seine Kollegen das Amulett mit einer für die Archäologie neuen Technik analysiert, der Photolumineszenz-Spektroskopie. Dafür legten sie das Amulett unter ein spezielles Umkehr-Mikroskop und bestrahlten es mit Licht vom UV- bis in den Infrarotbereich. Das Spektrum der vom Objekt reflektierten Strahlung gibt Aufschluss über chemische Zusammensetzung und Kristallstruktur.

Erst Wachs, dann Ton

Die Analysen bestätigen: Das Amulett von Mehrgarh ist tatsächlich im Wachs-Ausschmelzverfahren entstanden. Demnach formte der Schöpfer des Amuletts zunächst ein Modell aus Wachs oder einer ähnlichen Substanz. Dann umgab er dieses Modell eng mit einem Tonmantel. Diese Tonform wurde dann umgedreht erhitzt, damit das Wachs schmelzen und herauslaufen konnte, so Thoury und seine Kollegen. Um den Ton zu härten und die Restfeuchtigkeit auszutreiben, wurde die Form anschließend mit noch höheren Temperaturen gebrannt. Sie diente dann als Gussform für das glutflüssige Kupfer. Die Analyse der Feinstrukturen im Amulett bestätigten zudem, dass dieses Objekt in einem Durchgang gegossen und kaum durch Hämmern oder andere Techniken nachbearbeitet wurde, wie die Forscher berichten.

Außergewöhnlich reines Kupfer

Besonders spannend jedoch: Das Amulett bestand nicht aus dem damals üblichen stark verunreinigten Kupfer. Dieses enthielt meist einen größeren Anteil von Arsen und anderen Metallen. Nicht so das Amulett von Mehrgarh: Es wurde aus ungewöhnlich reinem Kupfer hergestellt. Selbst im heutigen, stark korrodierten Zustand lassen sich nur Kupferoxid und Verbindungen von Kupfer mit aus dem Erdreich stammenden Chloriden finden, nicht aber andere Metalle.

„Die Zusammensetzung des Mehrgarh-Amuletts ist damit sehr untypisch“, sagen Thoury und seine Kollegen. Die Gießer müssen dieses reine Kupfer damals unter Zufuhr von Luft enorm erhitzt haben – bis auf 1085 Grad. Indizien dafür sind feinste Nadeln aus rotem Kupferoxid (CU2O), die sich beim Guss zwischen größeren Ästen aus reinem Kupfer gebildet haben müssen. Die Feinstruktur des Amuletts lässt bis heute diese Nädelchen erkennen, wie die Forscher feststellten.

Metallgießer von Mehrgarh übten noch

Mit diesen Erkenntnissen liefert das Amulett von Mehrgarh erstmals einen spannenden Einblick in die Anfänge des Wachs-Ausschmelzverfahrens. Sie zeigt, dass die damaligen Metallgießer mit dieser neuen Technik noch experimentierten und noch nicht alle Vorteile voll zu nutzen wussten. Denn so edel das nahezu reine Kupfer des Amuletts war – für den Guss eignete es sich nur bedingt. „Die Verwendung des reinen Kupfers erwies sich bald als Sackgasse“, erklären Thoury und seine Kollegen. Denn reines Kupfer hat einen sehr hohen Schmelzpunkt und keine sonderlich guten Fließeigenschaften. Doch die Metallgießer von Mehrgarh lernten dazu: „Sie entdeckten recht bald, dass die Zugabe eines größeren Anteils von Blei das Fließverhalten verbessert“, berichten die Forscher. Das vor 6000 Jahren in Mehrgarh erprobte Wachs-Ausschmelzverfahren jedoch wurde später weltweit zu einer der wichtigsten Methoden der Gießerei, angefangen vom Glockenguss bis hin zur Herstellung von Schmuckobjekten. „Selbst heute noch gehört dieses Verfahren zu den präzisesten Metallbearbeitungstechniken und wird beispielsweise für Hochleistungslegierungen von Stahl und Titan in der Luftfahrt eingesetzt“, erklären Thoury und seine Kollegen.

FOTOS:

D. Bagault, B. Mille/C2RMF

C. Jarrige Mission archéologique de l’Indus

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