Technische Universität Bergakademie Freiber
Diplomarbeit des Studienganges Archäometrie der Fakultät 5 für
Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie

Archäometallurgische Untersuchungen zur frühen Eisenverhüttung
und -gewinnung in der Hallstatt- und Latènezeit am Beispiel von
Eisenfunden der Hunsrück-Eifel-Kultur

eingereicht von:
René Kunze

2006

Abstract

A sufficiently large body of knowledge has been gained from archaeological investigations over the last 100 years in the Eifel and Hunsrück low mountain ranges in Germany for the attribution of a specific culture to the area. This “Hunsrück-Eifel” culture, first declared by K. Schumacher, has been dated as extending from the late Hallstatt to middle La Tène period. Research has also revealed very early metallurgical knowledge of iron smelting in the region.

This thesis aims to answer questions about the culture’s iron technology (origin and type of ores, metallurgical processes, etc). Metallographic and chemical analyses with a microscope and an electron beam microprobe were carried out for this purpose. Sampling series maintained a clear distinction between the regions of Hunsrück and Eifel, in order to identify any regional differences. Both the metallographic analyses and a range of binary and ternary diagrams reveal marked differences between the two regions.

Zusammenfassung

Archäologische Untersuchungen der vergangenen 100 Jahre im Bereich der Eifel und des Hunsrücks in Deutschland erbrachten Erkenntnisse, die aufgrund ihrer Menge dazu führten, dass ein „Kulturbild“ für diese Region entstand. Die von K. Schumacher als solche deklarierte „Hunsrück-Eifel-Kultur“ konnte zeitlich in die Späthallstattzeit bis in die mittlere Latènezeit eingeordnet werden. Forschungen zeigten, dass in diesem Gebiet sehr früh metallurgische Kenntnisse über die Verhüttung von Eisen vorhanden waren. Diese Arbeit setzt sich zum Ziel Fragen zur Eisentechnologie (Herkunft und Art der Eisenerze, Metallurgische Prozesse etc.) klären zu können. Dazu fanden metallografische und chemische Analysen mittels Auflichtmikroskop und Elektronenstrahlmikrosonde statt.

Bei den Probenahmen wurde bewusst auf eine Differenzierung nach Regionen, Hunsrück und Eifel, geachtet, um mögliche Unterschiede aufzuzeigen. Die metallografische Untersuchung sowie die Auswertung der Analysen der Schlackeneinschlüsse durch binäre und ternäre Diagramme zeigten eine eindeutige Dissonanz zwischen beiden Regionen.

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung & Zielsetzung ... 1

2 Überblick zur Hunsrück-Eifel-Kultur (HEK) ... 4
2.1. Forschungsgeschichte und Chronologie ... 4
2.2. HEK – ein archäologischer Überblick ... 7
2.2.1. Voreisenzeitliche Besiedlung und Verbreitung ... 7
2.2.2. Siedlungswesen ... 10
2.2.3. Gräberfelder und die Interpretation des Fundgutes ... 12
2.2.4. Sozialstruktur ... 13
2.3. Kritische Zusammenfassung und die Frage nach dem „Kulturbegriff“ ... 16

3 Grundlagen der Eisengewinnung ... 17
3.1. Geschichtliches ... 17
3.2. Keltische Eisengewinnung und –verarbeitung ... 19
3.2.1. Der Rennofen ... 19
3.2.2. Roheisen und „Stahlherstellung“ (Rennfeuerverfahren) ... 21
3.2.3. Schlacken als „Abfallprodukte“ und die Rolle der Ofenwand ... 24
3.3. Eisenverhüttung im Untersuchungsgebiet sowie die Arbeit von J. Driehaus ... 26

4 Analytik ... 29
4.1. Probenaufbereitung und Analysenmethoden ... 29
4.2. Beschreibung der analytischen Verfahren ... 30
4.2.1. Elektronenstrahlmikroanalyse (ESMA) ... 30
4.2.1.1. Aufbau und Funktionsweise ... 30
4.2.1.2. Korrektur der quantitativen Röntgenanalyse ... 34
4.2.2. Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) ... 35
4.2.2.1. Theoretische Grundlagen ... 35
4.2.2.2. Apparativer Aufbau ... 37
4.2.2.3. Korrektur ... 38
4.3. Fehlerbetrachtung ... 38

5 Geochemische und Mineralogische Betrachtung des Eisens ... 39
5.1. Allgemeines ... 39
5.2. Die Eisenerze und ihre Vorkommen im Bereich der Eifel ... 41
5.3. Die Eisenerzlagerstätten des Hunsrücks ... 44

6 Metallografische Untersuchungen ... 46
6.1. Grundlagen von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen (EKL) ... 46
6.1.1. Das System Eisen-Kohlenstoff  ... 46
6.1.2. Die Bestimmung des Kohlenstoffgehalts durch die „Punktzählmethode“ ...  48
6.1.3. Härteprüfung ... 49
6.2. Auswertung der Metallografischen Untersuchung ... 50
6.2.1. Gesamtüberblick ... 50
6.2.2. Waffen ... 57
6.2.3. Gebrauchsgegenstände ... 61
6.2.4. Zusammenfassung ... 62

7 Auswertung der Chemischen Analyse der Schlackeneinschlüsse ... 64
7.1. Überblick ... 64
7.1.1. Methodik ... 64
7.2.1. Chemismus der Schlacken ... 64
7.2. Beschreibung der Schlackeneinschlüsse nach optischen Eigenschaften ... 66
7.3. Hauptelemente ... 67
7.4. Nebenelemente ... 70
7.5. Spurenelemente ... 70
7.6. Auffälligkeiten und Möglichkeiten der Rekonstruktion zur Erzbasis ... 71

8 Diskussion der Ergebnisse ... 78
8.1. Die Reduktion der Erze ... 78
8.1.1. Der Verhalten von SiO2 ... 78
8.1.2. Der Verhalten von MnO ... 79
8.1.3. Der Verhalten von CaO ... 80
8.1.4. Der Verhalten von P2O5 ... 81
8.2. Vermutungen zur Herkunft der verwendeten Erze der Proben des Hunsrücks ... 82
8.2.1. Überblick zur Erzgrundlage ... 82
8.2.2. Die Sonderstellung von Pr. TR_6 – die Rolle des MgO ... 83
8.3. Vergleich der Eisenverhüttung: Hunsrück und (Ost-) Eifel ... 85
8.4. Überlegungen zu den Proben des RLMB („Eifelproben“) ...  86

9 Zusammenfassung & Ausblick ... 88

10 Literaturverzeichnis

Anhang A – Fundkatalog und Ortsverzeichnis
Anhang B – Metallografie
Anhang C – Geochemische Analysen und Tabellen

1 Einleitung & Zielsetzung

„Über die reißende Nahe schon war ich […] Einsamen Weg betrat ich nunmehr durch düstere Forsten, Nicht die mindeste Spur menschlichen Anbaus gewährend, […]“
(Ausonius 386 v. Chr. auf seiner Wanderung durch den Hunsrück)

Seit der zweiten Hälfte des ersten vorchristlichen Jahrtausends belegen zahlreiche Funde und Befunde die bewusste Herstellung von schmiedbarem Eisen im Bereich zweier westdeutscher Mittelgebirgsregionen – dem Hunsrück und der Eifel. Geologisch betrachtet, bilden die vorgestellten Regionen den Großteil des Rheinischen Schiefergebirges (RSG). Das RSG wird vom Rhein in zwei Teile getrennt – dem Linksrheinischen und dem Rechtsrheinischen. Seine mittlere Höhe beträgt etwa 500 Meter. Der Ostflügel wird von der Lahn durchschnitten, südlich von ihr liegt der Taunus, nördlich das Bergische Land, das Sauerland und das Siegerland mit dem Rothaargebirge sowie der Westerwald. Der Westflügel wird von der Mosel geteilt, südlich von ihr liegt der Hunsrück, nördlich die Eifel und die Ardennen mit dem Hohen Venn (Abb. 1.1).

Außer den Untersuchungen von A. KRONZ & T. EGGERS (2001) fanden im Laufe der letzten Jahre leider keine nennenswerten archäometallurgischen Forschungen statt. Obwohl zahlreichen Autoren wie z.B. J. Driehaus oder R. Schindler vermuten, dass es sich bei dem Gebiet der so genannten Hunsrück-Eifel-Kultur (HEK) um eines der ältesten bekannten Zentren für die Gewinnung und Verarbeitung von Eisen in Mitteleuropa handelt, so erfolgten bisher allerdings keine großräumig angelegten und planmäßigen Untersuchungen zu diesem Thema.

Bis in die 1980er Jahre wurden mehrere kleinere Grabungen durchgeführt, wobei neben Eisenartefakten auch Reste eines vermutlichen Rennofens (Hillesheim) geborgen werden konnte.

Für die Durchführung der Untersuchung dieser Arbeit wurden Eisenartefakte der Rheinischen Landesmuseen Trier und Bonn beprobt und untersucht. Neben diesen, konnten einige für die Verhüttung in Frage kommende Eisenerze (Sammelfunde) analysiert werden.

Reines Eisen ist selbst in der heutigen Zeit nur sehr schwer herstellbar. Selbst technisch hochwertiges Eisen, welches heute als „Reineisen“ bezeichnet wird, enthält noch Spuren anderer Elemente (SCHUMANN 1990).

Als Stahl wird eine große Gruppe von Eisenlegierungen bis zu 1,8 % Kohlenstoff bezeichnet (nach EN 10020), deren Eigenschaften (Festigkeit, Zähigkeit, chem. Beständigkeit) sich durch Änderung der Legierungszusammensetzung und durch Wärmebehandlung in weitem Maße verändern lassen.

Auch schon kleinste Mengen anderer Elemente (Cr, V, Ni, W, Mo u.a.) können zu gewollten oder ungewollten Veränderungen führen. Viele dieser Elemente finden sich anschließend in den Schlacken, wie auch den Schlackeneinschlüssen des produzierten Eisens, wieder.

Durch die Analyse der Elemente der Schlackeneinschlüsse ist es möglich, Informationen über den Prozessablauf, die verwendeten Temperaturen während der Verhüttung sowie die Art des zu verhüttenden Erzes zu bekommen. Die Untersuchung im Rahmen der vorliegenden Arbeit nimmt sich zum Ziel, das Wissen um die Belange der frühen Eisendarstellung am Beispiel des vorgestellten Raumes aufzuzeigen und dem ein hohes Maß an technischem Können voraussetzenden Handwerk ein Augenmerk zu widmen.

Es soll versucht werden, auf Besonderheiten im Herstellungsprozess näher einzugehen (Erzgrundlage, Verhüttung, Schmiedekunst), um kritisch mögliche metallurgische Dissonanzen in den jeweiligen Bereichen der Regionen Hunsrück und Eifel zu diskutieren.

Aus Darstellungsgründen sind Abbildungen und Tabellen nur in der Kaufversion enthalten.
Abb. 1.1: Geografische Übersicht des Arbeitsgebietes (M. 1:1 Mio.), Microsoft ® Encarta ® 2006 ©

2 Überblick zur Hunsrück-Eifel-Kultur (HEK)
2.1. Forschungsgeschichte und Chronologie

Die ersten Grabungen im Bereich von Eifel (1887/88) und Hunsrück (1892/93) wurden durch H. Lehner geleitet und zusammengefasst (LEHNER 1894). Er definierte eine hallstattzeitliche Mehrener Gruppe (Abb. 2.1) sowie eine frühlatènezeitliche Hermeskeiler Gruppe und erkannte, dass das Verbreitungsgebiet „[…] auf Eifel und Hunsrück einschließlich des rechten Nahegebietes und des Glangebiets zu beschränken ist“ (LEHNER 1894, 12). Dies stellte den ersten Versuch dar, die mittelrheinischen Kulturgruppen zeitlich und lokal abzugrenzen.

Zwei Jahrzehnte später veröffentlichte K. Schumacher mehrere Arbeiten zur Hallstattzeit (Ha) im Mittelrheingebiet und unterschied – in Weiterführung der Vorstellungen Lehners – zwischen einem Koberstadter und Mehrener Typus. Er ordnete die Koberstadter Gruppe¹ mit Hilfe der Kegelhalsurne als Leitform in das Gebiet des Westerwaldes bis hin zum Rhein und Main ein. Den Mehrener Typ (Abb. 2.2), den er erstmals auch als „Hunsrück-Eifel-Kultur“ bezeichnete, datiert nach seiner Auffassung in die Stufen Ha C bis Ha D. Er beschrieb Grabritus und Fundmaterial und führte als besonders spezifische Kennzeichen Wendelringe („Totenkränze“), gestrichelte Armbänder sowie gekerbte Armringe an (SCHUMACHER 1918).

Abb. 2.1: Funde der Mehrener Kultur nach LEHNER (1894, Taf. 1)
Abb. 2.2 Funde des Mehrener Typus/HEK nach SCHUMACHER (1918, Abb.3)

Ziel Schumachers war es, die Entstehung der HEK „[…] unter der Einwirkung starker ostfranzösischer Späthallstattgruppen“ aus dem Westen nachzuweisen, deren „Volksstamm als Träger dieser Kultur […] sich allmählich nach dem Rheine verschob“ (SCHUMACHER 1918, 100). G. BEHRENS (1927) und H. BEHAGEL (1942/49) sollten später dies bestreiten und von einer autochthonen Entstehung ausgehen.

[...]

1 Unter dem Begriff „Koberstadt“ versteht sich ein Waldgebiet nahe Egelsbach bei Darmstadt