Aus dem Feuer geboren – Die Geschichte des Gusseisens
Wenn es um hochwertiges Zubehör wie Töpfe, Pfannen oder auch Grillroste geht, schwören viele Griller auf Produkte aus Gusseisen. Die hervorragende Wärmeleitfähigkeit, Robustheit und einfache Pflege des Materials werden seit Generationen geschätzt. Doch wo liegen die genauen Anfänge des Gusseisens? Wie wird es verarbeitet und welche Gusseisenarten wurden im Laufe der Zeit entwickelt? FIRE&FOOD ist diesen Fragen unter anderem in der Eisengießerei der Fondium Group in Singen nachgegangen. Das Unternehmen am Hohentwiel, einem Vulkankegel etwa 30 Kilometer nordwestlich von Konstanz, stellt Produkte aus Eisenguss her und folgt darin einer jahrhundertealten Tradition in der Region.
Die Kenntnis des Eisens als Schmiedematerial reicht weit in der Geschichte der Menschheit zurück. Die Kelten siedelten zur Eisenzeit in Mitteleuropa (800 v. Chr. bis Ende 1. Jahrhundert v. Chr.) bevorzugt in Regionen mit Erzvorkommen. Wie archäologische Funde antiker Rennöfen unter anderem bei Neuenbürg im Nordschwarzwald und Liel im Markgräflerland belegen, waren die Kelten auch in Südwestdeutschland (vermutlich um 600 v. Chr.) bereits Meister der Eisenverhüttung und Eisenschmiedekunst. Das Wort „Eisen“ ist laut Sprachforschung auf die keltische Bezeichnung „isorai“ zurückzuführen. Gusseisen hingegen war im Altertum unbekannt. Die Eisengießerei ist eine Kunst, deren Anfänge nicht viel mehr als sechshundert Jahre zurückreichen. Dies mag erst einmal verwundern, weil der Metallguss, besonders der Bronzeguss, schon in der Antike bekannt war. Wenn wir aber das Verfahren und die Hilfsmittel der alten Eisenschmelzer betrachten, so wird verständlich, warum es im Altertum zwar kunstreiche Eisenschmiede, aber keine Eisengießer gab. Was Eisen von anderen Metallen unterscheidet? Um es völlig zu schmelzen sind Temperaturen von über 1539 °C notwendig. In den Anfängen wurde das Eisen in Rennöfen (kleinen Schachtöfen aus Lehm oder Steinen) mit Hilfe von schwachen Hand- oder Tretbälgen geschmolzen. Die Öfen wurden mit Holz oder Torf warmgeheizt und dann für die Verhüttung von oben wechselschichtig mit Brennstoff, meist Nadelholzkohle, und fein zerkleinertem, eisenhaltigem Erz befüllt. Das Erz wurde bei geringer Hitze (max. 1350 °C) reduziert und das schmiedbare Eisen sammelte sich zusammen mit Schlacke am Boden des Schmelzherdes zu einem schwammigen Klumpen.
Der Ofen wurde aufgebrochen, die sogenannte „Luppe“ herausgezogen und durch wiederholtes Erhitzen und Aushämmern gereinigt und verdichtet. Dadurch erhielt man weiches, kohlenstoffarmes Eisen, unter besonders günstigen Bedingungen auch härtbaren Stahl. In flüssigem Zustand, der ein längeres Verweilen des reduzierten Eisens im Ofen und eine höhere Temperatur zur Schmelzung erfordert, kannte man das Eisen nicht. Die Schmelzung größerer Mengen flüssigen Eisens, wie es für die Herstellung von Gusswaren erforderlich ist, war zur damaligen Zeit nicht möglich.
Rekonstruktionszeichnung: Längsschnitt durch einen keltischen Rennofen mit Vorgrube und aufgesetztem Ofenschacht.
Eisenschrott: Gusseisenprodukte werden heute nicht mehr aus Eisenerz, sondern aus einem Recycling-Anteil von bis zu 100% hergestellt.
Diese Möglichkeit trat erst ein, als man im 14. Jahrhundert dazu überging, Wasserkraft in der Eisenindustrie einzusetzen. Durch Wasserkraft bewegte Blasebälge waren deutlich stärker, die Hitze wurde gesteigert und ein größerer Teil des reduzierten Eisen-Schlacke-Gemischs wurde flüssig. Zunächst war man darüber wenig begeistert, weil das geflossene, hart-spröde Erzeugnis für das Schmieden unbrauchbar war. Nach einiger Zeit machte man aber die Erfahrung, dass sich flüssiges Eisen wie andere Metalle in Formen leiten und für Gusswaren verwenden ließ. Dies war der Anfang der Eisengießerei. In der zweiten Hälfte des 14. Jahrhunderts erhielt das Geschützwesen, infolge der Erfindung des Schießpulvers, in Europa eine große Bedeutung. Es verwundert also nicht, dass Geschützkugeln die ersten aus Eisen gegossenen Gegenstände sind, die schriftlich erwähnt werden. So soll im Jahr 1383 der Büchsenmeister Ulrich Beham zu Memmingen (Schwaben) Kugeln aus Blei und Eisen gegossen haben. Ab 1400 begann man auch kleine Geschütze aus Eisen zu gießen. Deutschland gilt als eines der ersten Länder, die Eisengießereien für Kleingüsse hervorbrachten.
Stärkere Gebläse und noch höhere Schachtöfen sorgten im Laufe der Zeit dafür, dass im Hochofenbetrieb Gusswaren direkt hergestellt werden konnten. Der Guss erfolgte meist noch bis in das 19. Jahrhundert hinein unmittelbar aus dem Hochofen. In diesen Anlagen, auch als Eisenwerk oder Hüttenwerk bezeichnet, konnte in einem kontinuierlichen Reduktions- und Schmelzprozess flüssiges Roheisen erzeugt werden. Bei großen Gussstücken ließ man das Eisen durch Rinnen in die Form fließen. Bei kleineren Gussstücken schöpfte man das Eisen mit Gießkellen aus dem Vorherd des Hochofens. Die Sand- und Kastenformerei, die für den Eisenguss erst im 18. Jahrhundert in größerem Umfang angewendet wurde, fand bereits Mitte des 16. Jahrhunderts zum Einformen kleinerer Gussstücke aus Bronze und Edelmetall ihren Einsatz. Im Jahr 1708 wurde in England die Kastenformerei mit nassem Sand in der Praxis eingeführt. Dadurch war es möglich, sich von den kostspieligen Lehmformverfahren zu verabschieden. Hatte man in den vorhergehenden Jahrhunderten Gusseisen in größerem Maßstab nur für Kanonenkugeln und Geschütze benutzt, so sorgte die wachsende Industrie im 18. Jahrhundert dafür, dass auch in großem Stil gusseiserne Ofenplatten, Töpfe und Pfannen hergestellt wurden. Auch für Bauzwecke wurde Gusseisen zu Zeiten der Industrialisierung in wachsendem Maße interessant. Schließlich konnten sogar ganze Brücken aus Gusseisen hergestellt werden.
Beim Gießen wird das flüssige Metall in das Innere der Form eingebracht. Wenn das Gussstück erstarrt ist, wird es ausgepackt.
Bis heute hat sich das Gießverfahren kontinuierlich weiterentwickelt, sodass mittlerweile auch Bauteile mit komplexen Geometrien gefertigt werden können. Heutzutage werden zum Verflüssigen des Eisens verschiedene, moderne Schmelzaggregate verwendet, die je nach Typ mit Gas, Öl, Koks oder elektrisch beheizt werden. Hierzu zählen Kupolöfen (Schachtöfen), Lichtbogenöfen und Induktionsöfen. Nachdem meist eine dreidimensionale Konstruktion des gewünschten Gussteils erstellt wurde, wird ein Modell gefertigt. Mithilfe dieses Modells werden Gussformen hergestellt. Hier unterscheidet man in Dauerformen, die aus metallischem Material sind und für eine hohe Anzahl an Gießvorgängen eingesetzt werden können (Kokillen), und verlorenen Formen, die aus gebundenem Sand hergestellt werden und nur für einen Abguss nutzbar sind. Beim Gießen wird das flüssige Metall in das Innere der Form eingebracht. Hierzu werden in der Schmelzerei metallische und nicht-metallische Komponenten erschmolzen. Nach einiger Zeit, wenn das Gussstück erstarrt und ausreichend abgekühlt ist, wird es ausgepackt. Zum Abschluss wird das Gussstück in der sogenannten Putzerei bearbeitet. Dort werden Grate und Unebenheiten beseitigt. Die Qualität von Gusseisen zeigt sich in der Feinporigkeit des Materials. Gerade bei Gusseisengeschirr ist eine feinporige Materialoberfläche bereits mit bloßem Auge gut erkennbar. Eine gleichmäßige Oberfläche ohne Lufteinschlüsse verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit, welche zu Rostbildung oder unter Hitzeeinwirkung sogar zu Spannungsrissen führen könnte.
Gusseisen enthält einen hohen Anteil an Kohlenstoff. Es wird zwischen zwei Hauptarten von Gusseisen unterschieden. Grauen Guss, auch Grauguss, in dem Kohlenstoff in Form von Graphit vorkommt (graue Bruchkante) und weißen Guss, in dem der Kohlenstoff als Carbid in Form von Zementit vorkommt (weiße Bruchkante). Die einfachste und häufigste Gusseisen-Sorte ist Gusseisen mit Lamellengraphit. Dieser Grauguss wird meist für die Herstellung von Dutch Oven & Co. verwendet. Die Dichte von Gusseisen ist niedriger als die von reinem Eisen und lässt sich durch seinen hohen Kohlenstoffgehalt und daraus resultierende hohe Härte und Sprödigkeit, wie eingangs erwähnt, nicht schmieden. Gusseisenteile sind allerdings korrosionsbeständiger als Stahl und besitzen eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit, gute Dämpfungseigenschaften und gute Formsteifigkeit. Jeder Dopfer weiß um die Vorteile seines Dutch Ovens, denn nichts leitet und speichert Wärme beim Grillen besser als Gusseisen. Die Hitze wird bis zu viermal schneller an das Gargut weitergegeben als beispielsweise bei Aluminium oder Stahl, und das Essen bleibt auch nach dem Kochen lange warm. Kochgeschirr wie auch Grills aus Gusseisen sind bei hochwertiger Verarbeitung nicht nur extrem langlebig, sie garantieren auch einen einzigartigen Geschmack der Speisen. Außerdem werden Gusseisentöpfe und -pfannen heute nicht mehr aus Eisenerz, sondern aus einem Recycling-Anteil von bis zu 100 Prozent hergestellt. Nachhaltiger geht es kaum.
Gusseisen setzt nach mehrfacher Verwendung eine schützende Patina an, die wie eine Antihaftbeschichtung wirkt. Auf zusätzliches Fett kann bei der Zubereitung daher verzichtet werden. Gusseisengeschirr sollte nach Gebrauch nur mit klarem Wasser gereinigt oder trocken mit Küchenpapier ausgerieben werden. Mit ein paar Tropfen Speiseöl kann man das Material einfach pflegen. Unbeschichtete Gusseisenprodukte müssen vor dem ersten Gebrauch „eingebrannt“ werden, die meisten Hersteller liefern heute aber auch Produkte, die bereits kochfertig sind.
Noch bessere mechanische Eigenschaften als Gusseisen mit Lamellengraphit hat Gusseisen mit Kugelgraphit, der sogenannte Sphäroguss. Hier wird durch die Behandlung der Schmelze mit Magnesium das Graphit zu Kugeln geformt. Dieses sogenannte Entschwefeln verleiht dem Werkstoff ähnliche mechanische Eigenschaften wie Stahl. Vergleichbare Eigenschaften gelten auch für den weißen und schwarzen Temperguss, der nach dem Erstarren nochmals einer Glühbehandlung unterzogen wird. Diese Gusseisenarten vertragen auch geringe plastische Verformungen, ohne zu brechen und werden daher typischerweise im Rohrleitungsbau bei geschraubten Verbindungen oder auch für sicherheitsrelevante Fahrwerkskomponenten der heimischen Automobilindustrie eingesetzt. Mittlerweile gibt es auch Gusseisen mit Vermiculargraphit, dessen mechanische Eigenschaften zwischen denen des Gusseisens mit Lamellengraphit und denen mit Kugelgraphit liegen. Die Werkstoffentwicklung ist also noch längst nicht abgeschlossen und weitere Innovationen werden folgen.
Heute ist Eisen das wichtigste Gebrauchsmetall überhaupt und speziell Gusseisen wird in sehr vielen Bereichen der Industrie und des täglichen Lebens eingesetzt. Aus unserer Gegenwart und Zukunft ist das aus dem Feuer geborene Material nicht wegzudenken. Für BBQ-Fans sind Grillutensilien aus Gusseisen meist lebenslange Begleiter, auf deren Vorzüge sie nicht mehr verzichten wollen. Auch FIRE&FOOD kann hochwertige Gusseisenprodukte jedem ans Herz legen, der von seinem BBQ-Equipment beste Grilleigenschaften erwartet. Diese Produkte machen der stolzen Tradition der Eisengießerei bis heute alle Ehre.
