Im Frühmittelalter geht Eisen hauptsächlich in die Waffenproduktion und noch im 14. Jahrhundert ist dieses Metall in manchen Ländern so kostbar, dass etwa die eisernen Bratpfannen des englischen Königs Eduard III. eigens im Inventar des Kronschatzes aufgeführt werden müssen. In Deutschland gibt es aber reichliche Erzfunde, sodass sich vielerorts eine Eisenproduktion (siehe unten) als bäuerliches Nebengewerbe in kleinem Rahmen entwickeln kann.
Im Hochmittelalter wird Schmiedeeisen immer noch im primitiven »Rennprozess« (Erhitzung der Erze zusammen mit Holzkohle) hergestellt. Die Temperaturen reichen einfach noch nicht aus, um Eisen zu schmelzen. Seitdem man aber durch handbetriebene oder von Ochsen getretene Blasebälge die Luftzufuhr verbessert, kann man wenigstens die größeren oberirdischen Schachtöfen einsetzen. Sie erzeugen schon so große Klumpen Eisenschwamm, dass man die Vorderwände der Öfen aufbrechen muss, um diese schwere »Luppe« herauswuchten zu können.
Häufiger werden nun Wasserräder, Tretmühlen (mit großen drehbaren Trommeln, in denen Menschen oder Tiere laufen, um sie zu drehen) oder Ochsengöpel (Antrieb, bei dem Ochsen im Kreis laufen und dabei einen Hebel mitbewegen, der eine Welle dreht) eingesetzt. Um 1010 ist in der Oberpfalz, in Schmidmühlen, die erste Eisenmühle nachgewiesen, wohl ein wasserbetriebener Stielhammer. Im Rheinland sollen schon vor 1227 Wasserräder sogenannte »Pochhämmer« zum Zerkleinern von Erz angetrieben haben, durch ein Wasserrad betriebene Blasebälge gibt es hier mit Sicherheit seit 1311, wenig später treten sie in allen Zentren der Eisenindustrie auf. Diese wird durch die Wasserkraft entscheidend verändert: Zunächst werden die Öfen aus den Bergwäldern an die Flussläufe verlegt, was auch dem Eisenhandel zugute kommt. Mit den wirkungsvolleren Gebläsen lassen sich noch ergiebigere Öfen bauen und höhere Temperaturen erzielen. Gelegentlich kommt es so schon während des hohen Mittelalters vor, dass als gefürchtetes Abfallprodukt hartes geschmolzenes Roheisen entsteht. Zur Erfindung des Gusseisens und des wirkungsvolleren indirekten Verfahrens zur Eisengewinnung im späten Mittelalter ist nur mehr ein kleiner Schritt.
Bronzewaffen waren erst verdrängt worden, nachdem die Schmiede gelernt hatten, das weiche Schmiedeeisen in harten Stahl zu verwandeln. Im Mittelalter beginnt nun das Eisen Werkzeuge aus Holz zu verdrängen. Dies geschieht erst, nachdem man gelernt hat, Eisen immer wirtschaftlicher in immer größeren Mengen herzustellen, und als auch die zunehmende Bevölkerung nach immer wirkungsvolleren Werkzeugen verlangt. Der schwere Räderpflug ist ohne eiserne Pflugscharen nicht denkbar, erst die Erfindung einer neuen eisernen Axt im 10. Jahrhundert erlaubt das schnelle Roden der Wälder für zusätzliche Äcker. Ohne den Schutz des Hufeisens wäre das Pferd für den Bauern wertlos. So hat jedes Dorf seinen Schmied, der Werkzeuge herstellt und Pferde beschlägt. Die Schmiede in den Städten erzeugen Messer, Waffen, Rüstungen, Nägel und Drähte und arbeiten sogar für den Export. Sogar im arabischen Raum sind die Schwerter aus Köln, Regensburg oder Passau begehrt. Weder staatliche Exportverbote noch päpstliche Banndrohungen können die Versorgung der Sarazenen mit Waffen aus dem Westen gänzlich verhindern.
Die Verfahren für die Herstellung der Schwerter sind größtenteils seit der Römerzeit bekannt: Durch Einsatzhärten, Kalthämmern oder Abschrecken in kaltem Wasser wird das Gefüge verfestigt. Hinzu kommt noch eine Art Nitrierhärtung, bei der die Werkstücke mit Hühnermist behandelt werden oder im stickstoffhaltigen Urin von Ziegenböcken abgeschreckt werden. Ob sich hierfür auch der Harn kleiner rothaariger Knaben eignet, wie der Mönch Theophilus Presbyter aus Heimarshausen schreibt, war sicher schon damals mehr als zweifelhaft.
Eisenproduktion im Mittelalter
Der Rennprozess ist das primitive Verfahren zur direkten Erzeugung von Schmiedeeisen aus Eisenerz. Dazu wird das zerkleinerte Erz in Holzkohleöfen erhitzt, deren Temperatur nie die Schmelztemperatur von Eisen erreicht. Beim Glühen nimmt die Holzkohle den Sauerstoff des Erzes auf, der größte Teil der Gesteinsbeimengungen fließt in Form von Schlacke ab. Zurück bleibt ein ungeschmolzener Klumpen von porösem und kohlenstoffreichem Eisenschwamm, die Luppe, die noch mit Schlacke vermengt ist. Sie wird nun abwechselnd gehämmert und in der Esse erneut erhitzt. Dabei verbrennt der Kohlenstoff, und der Eisenschwamm wird zum kohlenstoffarmen und deshalb schmiedbaren Eisen, das durch Hämmern verdichtet und von der Schlacke befreit wird. Endprodukt sind Stangen oder Barren aus Schmiedeeisen. Ein sehr früher Ofen soll in acht- bis zehnstündigem Betrieb etwa 15 Kilogramm Luppe erzeugt haben. Dazu mussten mehr als 150 Kilogramm Erz und 100 Kilogramm Holzkohle eingesetzt werden. Beim indirekten Verfahren des Spätmittelalters wird zunächst in Hochöfen mit höherer Temperatur kohlenstoffreiches und deshalb hartes und sprödes Roheisen erschmolzen, das sich weder walzen noch schmieden lässt. In einem zweiten Prozess, dem Frischen, wird nun ein Teil des Kohlenstoffs im erneut geschmolzenen Roheisen durch Luftzufuhr verbrannt. Erst jetzt entsteht wieder Schmiedeeisen. Auch beim Eisenguss muss das Roheisen ein zweites Mal geschmolzen werden.
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