Experimenteller mittelalterlicher Glas-und Frittenofen in Havlíčkův Brod – Die Holzvorbereitung, Frittenherstellung und Glasschmelze
Der Bau des experimentellen mittelalterlichen Glasofens wurde Mitte Mai 2016 mit der Fertigstellung der Kuppel abgeschlossen (Lehm und Quarzschneide). Das eigentliche Experiment kulminierte nach mehrtägiger Ofentemperierung am 1. und 2. September, als erstmals Glas geschmolzen und geblasen wurde. Der Bau des Hochofens selbst war nur der Höhepunkt mehrerer wichtiger Meilensteine. Nicht weniger wichtig war die Aufbereitung vom Brennholz (ca. ein Meter lange Buchen- und Fichtenholzscheite), Glasrohstoffen – Buchenasche, Quarzsand, die Herstellung von Keramikpfannen und Kühltöpfen.
Ein wichtiger Teil unseres Experiments war die Herstellung der sogenannten Fritte, ein veraltetes und daher vergessenes technologisches Verfahren. Es war auch sehr wichtig das richtige Heizverfahren im Ofen zu finden, damit die erwartete erforderliche Temperatur von 1200–1300 °C erreicht werden konnte. Die maximal erreichten und gehaltenen Temperaturen lagen bei etwa 1200 °C. Die im Ofen gemessene Maximaltemperatur betrug 1222 °C und ist weiter gestiegen, die Messsonden musste jedoch wegen möglicher Beschädigungen abgezogen werden. Die Temperatur wurde auch wegen Beschädigung der Ofenkuppel am Ende des Experiments reduziert. Dank der Kreuzung der hinzugefügten Scheite in der Feuerung musste kein Rost verwendet werden, um diese Temperatur zu erreichen.
Trocknen und Temperieren des Ofens
Die rund 15–20 cm dicke Kuppel wurde Mitte Mai 2016 fertiggestellt und konnte somit in den Sommermonaten perfekt austrocknen. Eine einwandfreie Trocknung der Kuppel war für einen ordnungsgemäßen Brand unbedingt erforderlich, um Spannungen von freiem oder gebundenem Wasser in der der Lehmmasse und einen anschließenden Einsturz der Kuppel zu vermeiden. Auch hier gelten die Regeln, die die Töpfer beim Brennen von Keramik befolgen. Durch die einfache Lufttrocknung verdunstet nach und nach das sogenannte freie Wasser. Das gebundene Wasser, das nicht an der Oberfläche trocknet und im Inneren der Lehmmasse verbleibt, tritt allmählich beim sogenannten Anlassen des Ofens aus, bei dem es ratsam ist, die Temperatur über längere Zeit sehr niedrig zu halten. Gebundenes Wasser aus der Konstruktion verdunstet langsam, damit es nicht im Inneren des Massivs geschlossen bleibt, wo es bei stärkerer Erwärmung zu Rissen führen würde. Auf Anraten der anwesenden Keramiker Kateřina Těsnohlídková und Dalibor Všianský (Masaryk-Universität Brünn) haben wir auch den Temperaturübergang der Quarzschneide in der Ofenmasse überwacht.
Die Gesamtbestimmung der Temperaturkurve war recht problematisch, da in der heutigen Praxis die Kurve für bekannte Ofentypen und- Konstruktionen und verwendete Standartmaterialien ermittelt wird. Es blieb nichts anderes übrig als die Angelegenheit mit den Glasmachern und Technologen zu diskutieren und die Kurve abzuschätzen. Zunächst wurde ein sehr langsames Tempern von zwei Tagen vereinbart, obwohl klar war, dass der Ofen ausreichend trocken war und der Temperprozess schneller sein könnte. Während der ersten beiden Tage des Erhitzens wurde der Ofen auf einer allmählich ansteigenden Temperatur von 100 auf 250 °C gehalten, am dritten Tag waren es 350 °C und am vierten Tag am frühen Abend erreichte sie stabile 800–1000°C, bei der es aufbewahrt wurde. Die Temperatur im Ofen wurde durch Hinzufügen und Regulieren der Arbeitsöffnungen reguliert, denn bei einer zu langen Schlagflamme verließ ein Teil der Wärme den Ofen ungenutzt. Am fünften Schmelztag ab 1:00 Uhr wurde der Ofen auf 1100–1160 °C gehalten. Am Morgen wurden die Temperaturen über den Pfannen und in der Kuppel gemessen. Die Temperaturen schwankten bei den Kontrollmessungen um durchschnittlich 50–60 °C, wobei die Temperaturen in der Kuppel höher waren als in den Pfannen. Die Temperaturen in der Kühlkammer des Hauptofens lagen je nach Hauptofen bei 300–500 °C. Beim Temperieren des Ofens haben wir auch die Pfannen aus lokalen Lehmen und aus zeitgenössischer Töpfermischung (mit Schamotte) temperiert. Die Herstellung der Pfannen, deren Parameter nach veröffentlichten Fundakten aus der Tschechischen Republik abgeleitet wurden, haben wir an Keramiker ausgelagert. Wie bei den Materialien, die beim Bau des Ofens verwendet wurden, haben wir versucht auch für die Pfannenherstellung lokale Lehme zu verwenden. Leider stellte sich heraus, dass die von uns an Keramiker gelieferten lokalen Materialien nicht von ausreichender Qualität waren, um der notwendigen thermischen Belastung standzuhalten. Es blieben von daher nur Pfannen aus verkaufter Schamotte erhalten.
Schmelzen von Glas in einem nachgebauten gotischen Ofen
Der Auftrag lautete: wir wollen Glas herstellen, dass der Zeit entspricht, in der der Ofen dieser Bauart verwendet wurde. Dank Hunderten von Analysen von archäologischen Funden von hochmittelalterlichem (gotischem) Glas aus dem Gebiet Ostböhmens (Chrudim) und anderen wichtigen Städten (Brünn, Opava, České Budějovice, Bratislava usw.) sowie literarischer Quellen (die Quellen werden später im Text erwähnt) war es möglich, die durchschnittliche chemische Zusammensetzung des gotischen Glases zu berechnen und die Anteile der Rohstoffe in den Glasmacherstämmen zu bestimmen. Anhand literarischer Angaben wurden auch die Anteile der Rohstoffe in Glasmacherstämmen berechnet, die in der Frühgotik (ab etwa dem 13. Jahrhundert) verwendet wurden. Diese Gläser wurden nicht unter Zusatz von Pottasche geschmolzen, sondern nur aus Quarz/Sand und (bei uns) aus Buchenasche. Die Berechnungen zeigten auch, dass der Glasstamm in einfachen Verhältnissen von Rohstoffen hergestellt wurde. In der ersten Phase war es notwendig, die sogenannte Fritte aus den Rohstoffen durch Sintern herzustellen, wie unser Experiment bestätigte.
Rohstoffe
Für die Glasherstellung haben wir wieder regionale Rohstoffe verwendet – Quarz für die Herstellung von Kieselsand und Buchenasche. Für die Probeeinbettung des gotischen Stammes wurde anstelle von Pottasche chemisch reines K2CO3 verwendet. Quarzsand wird im Hochlandbezirk nicht abgebaut und muss erst aus Quarz hergestellt werden. In der Region ist der Abbau und die Sammlung von Quarz für die örtlichen modernen Glashütten historisch belegt. Auch die Quarzzerkleinerung in Pochwerken einzelner Schmelzhütten ist in historischen Quellen dokumentiert. Der eigentlichen Zerkleinerung des Quarzes geht jedoch eine Röstung im Feuer voraus (maximal gemessene Temperatur von 908 °C), damit der Quarz spröde wird und sich zerkleinern lässt. Entgegen der Annahme ist es nicht notwendig den erhitzten Quarz schnell in Wasser abzukühlen, und es reicht aus, ihn spröde zu machen. Ideal ist es auf der Stelle, an der gehämmert wird auszubreiten, in dem Sand und kleine Quarzsplitter einfach im Feuer geröstet werden. Es ist wahrscheinlich, dass die Hilfsöfen neben der Keramikherstellung auch zum Rösten von Quarz verwendet werden könnten. Der geröstete Quarz lässt sich dann einfach mit einem Hammer auf einen flachen Stein schlagen und durch ein Sieb in die benötigte Fraktion von 0,5–1 mm passieren (welche Fraktion von mittelalterlichen Glasmachern verwendet wurde, wissen wir aber natürlich nicht.) Durch ein einfaches Sortierverfahren konnte, das am stärksten verunreinigte Rohstoff aus dem Quarz entfernt werden, mit der Beimischung von Eisenoxiden, die das Glas grün gefärbt hätten. Diese Tätigkeit ist im Hochlandbezirk auch in schriftlichen Quellen dokumentiert, wenn auch aus späterer Zeit. Laborschmelzungen zeigten später, dass es notwendig ist, den Quarz in möglichst feine Fraktionen (sicherlich unter 0,5 mm) zu brechen. Andernfalls verbleibt ungeschmolzener Quarz im Glas.
Modellgläser und Vergleich mit Glasproben, die in einem nachgebauten gotischen Ofen geschmolzen wurden. Frühgotisches Glas und die Berechnung des Glasstamms
Der Stamm für das Experiment wurde in zwei Varianten hergestellt. Der erste Stamm entsprach frühgotischen Funden, als Glas in unserem Gebiet noch nicht systematisch geschmolzen wurde. Als Muster diente Fensterglas aus der Kirche St. Martin in Bohušov vom Ende des 13. Jahrhunderts. Der Stamm wurde in einem Verhältnis von 1 Gewichtsteil Quarz und 3 Gewichtsteilen Buchenasche hergestellt. Dieser Stamm wurde in einem Hilfsofen gesintert, bevor er in den Schmelzofen eingebracht wurde. Es ist klar, dass die chemische Zusammensetzung der Asche aus verschiedenen Teilen des Kontinents variierte (hauptsächlich das CaO/K2O -Verhältnis), aber das Verhältnis der Input-Rohstoffe im Glasrohstoff war für die resultierende chemische Zusammensetzung wesentlich. In dieser Zeit (zumindest bis zum Ende des 13. Jahrhunderts) gehen wir nicht von der Herstellung und Verwendung von Pottasche aus. Glas einer ähnlichen Zusammensetzung wurde sicher weiter geschmolzen, gleichzeitig mit der neuen Zusammensetzung, in der bereits Pottasche verwendet wurde.
Glasfärbung
Beim Schmelzen des Modellglases im Labor und auch beim Schmelzen im gotischen Ofen hat das Glas eine violette Farbe. Der Grund für die violette Färbung ist die relativ hohe Mn-Konzentration in Buchenasche. Die Asche enthält jedoch auch Eisen (wenn auch in relativ geringer Menge in der Asche von Havlíčkův Brod). Enthält das Glas gleichzeitig Fe und Mn, wirkt der sogenannte physikalische Verfärbungseffekt. Die durch das Vorhandensein von Fe2+ verursachte blaugrüne Farbe wird durch die rosa-violette Farbe von Mn3+ zu einem sogenannten neutralen Grau ergänzt. Also, obwohl Gotik- und Renaissance-Gläser Fe als rohstoffliche Verunreinigungen enthalten, weisen die Produkte aufgrund des damit einhergehenden relativ hohen Mn-Anteils und des günstigen Redox-Zustands der Glasmasse nur einen leicht grünlichen Farbstich auf.
Schmelzen und Herstellung von Repliken mittelalterlichen (gotischen) Glases
Mehrere Rundholzproben wurden versuchsweise in die Pfannen des Hauptofens geladen. Ein Stamm aus beiden Frittensorten, ein Stamm aus Nephrit-Asche und Quarzsand, sowie als Sicherheit für die öffentliche Produktion Scherben von niedrig schmelzendem Natronglas (ca. 1100 °C), das verwendet werden sollte, falls das Frittenglas aus irgendeinem Grund nicht schmelzen würde. Um das frittierte Kaliglas zu schmelzen, war es notwendig, eine Temperatur von etwa 1200–1300 °C zu erreichen und insbesondere aufrechtzuerhalten. Obwohl es uns gelang, die erforderliche Temperatur zu erreichen, war es nicht möglich, sie langfristig aufrechtzuerhalten, da ein Teil der Kuppel allmählich zerstört wurde und die Gefahr eines Durchschlags bestand. Dies würde ein nicht tolerierbares Risiko in Anwesenheit von Zuschauern in unmittelbarer Nähe des Hochofens bedeuten. Die Zerstörung der Kuppel wurde durch das Anspitzen des Lehms mit Quarzsand und das anschließende Abfallen des Materials innerhalb der Kuppel verursacht. Um die Live-Demonstration der Glasproduktion nicht zu gefährden, haben wir beschlossen, die Temperatur auf etwa 1100 °C zu senken. Diese Temperatur reichte aus, um das Natriumglas aus den Scherben zu schmelzen, die als Sicherheitsvorrichtung in einer der Pfannen gelagert waren. Die Aufrechterhaltung der richtigen Temperatur im Kühlbereich des Ofens und die Abkühlung der fertigen Produkte war weniger problematisch als ursprünglich angenommen. Die Temperatur wurde hier zwischen 300 und 500 °C gehalten und mit einem Messfühler kontinuierlich überwacht. Ehemalige Glasmacher verfügten nicht über moderne Messgeräte und waren auf die Beobachtung technologischer Prozesse und praktischer Erfahrung angewiesen, die jedoch offenbar zum erfolgreichen Schmelzen und Kühlen von Produkten ausreichten. Wir haben Keramik bzw. ein Schamottetopf, ähnlich dem, der auch auf Mandevilles Bild zu sehen ist.
Präsentation für das Publikum
Der Höhepunkt der Veranstaltung war eine Präsentation des gesamten Glasbetriebs für die Öffentlichkeit. Die eigentliche Herstellung der mittelalterlichen Glasrepliken übernahm der Glasmachermeister František Novák aus dem nahe gelegenen Dobronín, der uns mit wertvollen Ratschlägen bei der Vorbereitung und während des Schmelzvorgangs half. Abschließend lässt sich sagen, dass das Experiment seinen Zweck erfüllt und dazu beigetragen hat, unser Wissen über historische Glasherstellungstechniken zu erweitern.
