Zugverstärkung, Skelettkonstruktionen und Gefangenenkäfige

Vorindustrielles Schmiedeeisen

Über Jahrhunderte war das im Rennfeuerverfahren hergestellte und handwerklich bearbeitete Schmiedeeisen wesentlicher Bestandteil der Konzeption und Umsetzung aufwendiger Baukonstruktionen.

Text: Christian Kayser

Die Verwendung von Eisen im Bauwesen assoziiert man üblicherweise mit den großen Stahlhallen, Bahnhöfen oder Brückenbauten des 19. Jahrhunderts. Wenig bekannt ist hingegen, was für eine wichtige Rolle dem Eisen auch im vorindustriellen Bauwesen zukam.
Eisen ist, anders als Stein oder Holz, kein »Baumaterial der ersten Stunde«. Denn im Gegensatz zu diesen verhältnismäßig einfach zu gewinnenden Materialien setzt die Herstellung von Schmiedeeisen die Beherrschung eines aufwendigen Prozesses voraus: Zunächst musste Roheisenerz gesammelt werden. In vielen Regionen gibt es Vorkommen von Raseneisen, also brauneisenerzhaltiger Steine, die einfach gesammelt oder unmittelbar im Gelände abgebaut werden können. Aus diesem Ausgangsmaterial wurde im sogenannten Rennfeuerverfahren bis in das späte Mittelalter und teilweise bis in die Neuzeit schmiedbares Material gewonnen. Temperaturen von etwa 1 300°C reduzieren das Eisenoxid zu Roheisen. Dies geschieht in Rennöfen, niedrigen, aus Lehm und Bruchsteinen gemauerten Schachtöfen, in die die mit Holzkohle vermischten Raseneisensteine eingebracht werden. Die geschmolzene, am Grunde des Ofens zusammengelaufene Schlacke lässt man schließlich durch eine Öffnung am Boden ab. Zurück bleibt die Eisenluppe, eine teigige, schwammartige Masse, die durch mechanische Bearbeitung (Hämmern) von den Schlackeresten befreit werden kann. Das so gewonnene Material hat – wie auch moderne Stähle – mit 0,4 – 1,2 % einen verhältnismäßig geringen Kohlenstoffanteil, ist damit relativ weich, schmiedbar und kann gut Zugkräfte aufnehmen, ohne zu brechen. Im Gegensatz zu modernen Stahlwerkstoffen ist das Material allerdings recht inhomogen und mit Schlacken und Verunreinigungen durchsetzt.
Nieten und Schmieden
Die nur sehr einfachen Möglichkeiten zur Weiterverarbeitung des Materials in den Schmieden [1] begrenzten die Anwendungen und Stückgrößen. Um Eisen im Bauwesen effektiv einsetzen zu können, mussten daher kleinere Werkstücke zu Gefügen kombiniert werden. Dies konnte auf unterschiedliche Weise geschehen.
Als geläufigste handwerkliche Fügetechnik diente im Mittelalter das handwerkliche Schweißen, besser bekannt als »Zusammenschmieden«. Die beiden Werkstücke wurden in einer Bauschmiede bis zur Verflüssigung bei Temperaturen von 1 100°C bis 1 300°C erhitzt. Die teigigen, knetbar aufgeschmolzenen Bereiche wurden unter Zugabe von Flussmitteln mittels Hammerschlägen ineinander getrieben.
Im Gegensatz dazu erfolgt die Verbindung beim Nieten durch Einführung eines zusätzlichen Verbindungselements, des Niets. Dieser kurze Eisenstift wird durch übereinanderliegende Löcher in die zu verbindenden Bauteilen gesteckt und ist bereits auf einer Seite mit einem ausgeschmiedeten verbreiterten Nietkopf vorgerichtet. Vor der Einführung in die Nietlöcher wird der Stift dann bis zur Schmiedbarkeit erhitzt, nach dem Einführen und der Lagefixierung aller Bauteile wird das überstehende, noch unverformte Ende ebenfalls breit geschlagen.
Die Nutzung dieser aufwendigen Verfahren setzte jedoch üblicherweise eine Schmiede voraus, in der eine entsprechende Hitze erzeugt werden konnte. Also ersann man für die Fügung von Eisenbauteilen auf der Baustelle raffinierte Baukasten-Verbindungen. Diese basieren häufig auf dem Augen-Dorn-Prinzip: Das Endstück eines Bauteils wird als Öse (Auge) ausgeschmiedet, in das das rechtwinklig oder spitzwinklig umgebogene Endstück des anschließenden Bauteiles eingehängt wird [5]. Die Verbindung ist wartungsfreundlich und im Bauablauf flexibel – das Ankereisen kann leicht herausgenommen und erneuert werden; mit dem Einhängen der Dorne bis zur Fertigstellung des Gesamtgefüges gewartet werden.
Das vorindustrielle Bauwesen
Vermutlich kamen Bauteile aus Schmiedeeisen bereits in der römischen Antike zum Einsatz. Die Umsetzung der teils außerordentlich weit gespannten Dachkonstruktionen über Audienz- und Markthallen, auch Theaterbauten, dürfte nur mithilfe schmiedeeiserner Verbindungselemente umsetzbar gewesen sein. Leider ist kein solches Dachwerk überliefert, die Rekonstruktion somit auf Plausibilitätsschlüsse angewiesen.
Eines der ersten bekannten und gut dokumentierten Beispiele für den souveränen Einsatz von Schmiedeeisen im Bauwesen findet sich in der Konstruktion der karolingischen Pfalzkapelle von Aachen (um 800 n. Chr). Den Schub aus der über 30 m hohen zentralen Kuppel nimmt die Umgürtung mit mächtigen, gewissermaßen wie Fassreifen wirkende Eisenankern auf. Die Ausführung des Ankersystems mit aufwendigen Auge-Dorn-Eckverbindungen zeigt, dass die handwerklichen Grundlagen bereits vollkommen beherrscht wurden. Irritierenderweise sind weitere Vergleichsbeispiele aus dieser Zeit nicht bekannt. Bei Bauten der folgenden Jahrhunderte, etwa beim Speyrer Dom, lassen sich lediglich hölzerne, wenig dauerhafte Ankersysteme im Mauerwerk nachweisen.
Eine reiche Entwicklung und Verbreitung schmiedeeiserner Konstruktionssysteme ist erst ab dem 13. Jahrhundert, der Zeit der großen und oft technisch gewagten gotischen Kathedralen nachweisbar [4]. Die »Glashäuser« der Sainte-Chapelle in Paris, des Kölner Domobergadens oder des Aachener Domchors machte allein der Einsatz aufwendiger, umlaufender Ankersysteme möglich. Forschungsergebnisse der letzen Jahre zeigten, dass nahezu jeder Großbau des Spätmittelalters mehr oder minder ein Eisenbau ist: Am Papstpalast von Avignon verbaute man zwischen 1347 und 1348 in einem Teilabschnitt über 16,5 t Eisen, die hoch aufragenden Turmbauten in Salisbury oder in Freiburg [3] wurden mit komplexen eisernen Tragwerken errichtet. Bei all diesen Bauwerken dient das Eisen sehr gezielt der Aufnahme von Zugkräften. Den Baumeistern war durch ihren intensiven Umgang mit den Baumaterialien offenkundig bewusst, dass Stein- und Mauerwerkskonstruktionen sehr gut Druckkräfte, aber faktisch keine Zugkräfte aufnehmen können. Dies kompensierten die in den Stein eingelegten Eisenbauteile – die so entstandenen hybriden Konstruktionen nehmen in gewisser Hinsicht den modernen Stahlbetonbau vorweg. Bei diesen ambitionierten Bauprojekten taucht das Eisen weder als sichtbares Bauteil noch als bewusst ausgearbeitetes Bauornament auf. Obwohl relevant für das Konstruktionsgefüge, treten die Bauteile aus Schmiedeeisen vollständig hinter die steinernen Formen zurück, weshalb bis in die jüngste Vergangenheit die Baukunst des Spätmittelalters nahezu vollständig als reiner Mauerwerksbau galt.
Frühe Skelettkonstruktionen
Während im Mauerwerksbau die schmiedeeisernen Elemente vornehmlich als – modern gesprochen – Zugbewehrung zum Einsatz kamen, gab es auch eine eigenständige Tradition von Skelettbauten. Schmiedeeisen-Elemente fügte man zu einem inneren Traggerüst, das ein dünnes Hüllmaterial, eine Art Haut verkleidete. So besteht die gewaltige Herkulesstatue im Schlosspark von Kassel-Wilhelmshöhe aus einer Reihe von getriebenen Kupferblechen auf einem Eisengerüst. Die natürlich wirkenden Tropfsteinformen der Venusgrotte im Schloss Linderhof basieren auf einer so aufwendigen wie eigenwilligen Konstruktion aus schmiedeeisernen Haken, Ösen und Stangen sowie einer Hülle aus Gips und Drahtgewebe . In beiden Fällen sieht der Besucher lediglich das inszenierte Kunstwerk [7], erst der Blick hinter die Kulissen [6] offenbart den an Theaterkulissen erinnernden Aufbau.
Als eigenständiges, inszeniertes und künstlerisch gestaltetes Baumaterial tritt Schmiedeeisen im historischen Bauwesen lediglich bei Kleinarchitekturen und Fensterkonstruktionen in Erscheinung. Weder die Maßwerkfenster des Mittelalters noch die Fenster des Barock wären ohne eiserne Stützkonstruktionen möglich gewesen: das teure, aber auch filigrane Material ermöglichte bis dato unbekannte Fenster von teils über 100 m² Fläche. Auch hier wird das Eisen jedoch meist lediglich als Konstruktionselement genutzt, und nur in Einzelfällen durch den Schmied ornamental ausgestaltet [8]. Reiche Kunstformen finden sich bei den bekannten schmiedeeisernen Grabkreuzen, gelegentlich auch bei Kleinarchitekturen wie bei der pavillonartigen Brunnenüberdachung in Bruck an der Mur [2]. In solchen Fällen bot sich für den sonst so unauffällig im Hintergrund arbeitenden Schmied die Gelegenheit, sein Können musterhaft vorzuführen. Gleiches gilt für die früher häufigen, vollständig mit Eisen beschlagenen Türen in Schlössern oder an Sakristeien [9] sowie für Ziergitter, deren eiserne Oberfläche eine gewisse Wehrhaftigkeit und Exklusivität der Durchgangsberechtigung inszenierte. Ihnen stehen in gewisser Weise auch die eisernen Käfige zur Seite, in denen Gefangene oder die Leichname hingerichteter Verbrecher regelrecht präsentiert wurden. Ein besonders abschreckendes Beispiel sind die drastisch historisches Rechtsverständnis illustrierenden Wiedertäuferkäfige [10], die bis heute am Turm der Lambertikirche im westfälischen Münster hängen. Den Bürgern der Stadt zur Mahnung und Abschreckung, stellte man im 16. Jahrhundert so die zu Tode gefolterten religiösen Fanatiker aus.
Gusseisen löst Schmiedeeisen ab
Eine wirkliche Eisenbaukunst entwickelte sich erst mit dem Aufkommen technisch leistungsfähiger, industrieller Betriebe. Spröde, aber in Serien zu fertigende Gusseisenelemente ermöglichten ab dem späten 18. Jahrhundert Bauwerke wie die Eiserne Brücke von Coalbrookdale (1779) oder die Gießhalle der Sayner Hütte bei Koblenz (1828-30). Aufgrund der unterschiedlichen Materialeigenschaften und der daraus resultierenden abweichenden Einsatzmöglichkeiten verdrängte Gusseisen das Schmiedeeisen zunächst nicht. Die kleinteilig-handwerkliche Gewinnung und Bearbeitung von Schmiedeeisen genügte den gestiegenen Anforderungen an Qualität und Quantität jedoch nicht mehr: frühindustrielle Verfahren wie das »Puddeln« erbrachten eine deutlich gesteigerte Ausbeute an hochwertigem Schmiedeeisen und bereiteten den Weg für die moderne Stahlindustrie. Die vorindustriellen Arbeitsweisen überlebten im Kunsthandwerk. •

Historische Baustoffe (S. 120)
Christian Kayser
1980 geboren. 1999-2004 Architekturstudium an der TU München und der University of Bath (GB), mit Schwerpunkt Bauforschung und historische Baukonstruktionen. Seit 2004 Mitarbeit im Ingenieurbüro Barthel & Maus, seit 2012 als Geschäftsführer. 2008-11 Akademischer Rat an der TU München, dabei Dissertation. Lehraufträge an TU und LMU München.