Porzellan, Speckstein, Steinzeug und ihre Bedeutung. Von W. Landgräber, München. LANDGRÄBER, Porzellan, Speckstein, Steinzeug und ihre Bedeutung. Jüngst haben sich die Porzellanfabrik Kahla und Steatit-Magnesia A.-G. in Pankow geeinigt, sich an der früheren englischen Fabrik der Steatit-Magnesia A.-G., der jetzigen Clay Ring Co. Ltd., London, zu beteiligen. Diese Fabrik, die während des Krieges an eine Gruppe englischer Firmen unter maßgebender Beteiligung der Imperial Chemical Industries Ltd. (Chemietrust) übergegangen ist, soll zusammen mit dieser Gruppe in großem Maße ausgebaut werden, um die Porzellan- und Steatitfabrikate der beiden deutschen Firmen für Hoch- und Niederspannungs-Isolatoren herzustellen. Im Fichtelgebirge liegt – inmitten bewaldeter Höhen – nahe der Schnellzugstrecke Hof-München der Wunsiedler Kalkzug. Er hat von jeher das besondere Interesse der Wissenschaft auf sich gezogen. Dieser Kalkzug dehnt sich vom Fuße der Kösseine über das Städtchen Wunsiedel bis zum Bahnhof Holenbrunn und findet seine Fortsetzung in einem Dolomitrücken über Sinatengrün nach Göpfersgrün. Hinter Göpfersgrün tritt an Stelle des Dolomit, der aus kohlensaurem Kalk und kohlensaurer Magnesia besteht, der Speckstein, auch Steatit genannt (ein wasserhaltiges Magnesia-Silikat). Die handelsübliche Bezeichnung Speckstein wird auf andere Mineralien, die in- und außerhalb Bayerns zu finden sind, ausgedehnt, doch weichen sie von dem Göpfersgrüner Vorkommen ab, so daß letzeres als einzigartig in der Welt zu bezeichnen ist. Auf Grund von Forschungsergebnissen der jüngsten Zeit, welche von den besten Kennern dieser Lagerstätten – wie Dr. Laupmann, München – gewonnen wurden, ist man zu der Ansicht gekommen, daß die Bildung dieses Specksteines nur aus der Einwirkung heißer, magnesiahaltiger Thermen hervorgerufen sein kann. Ueberlieferungen in Wunsiedel und Weißenstadt aus dem Jahre 1251 deuten darauf hin, daß der dort liegende Speckstein schon damals Verwendung gefunden hat; man weiß bestimmt, daß im Mittelalter Flintenkugeln daraus hergestellt wurden. Etwa im Jahre 1810 wurde seine Gewinnung vom bayrischen Staat aufgenommen, ohne daß man einen besonderen Verwendungszweck dafür hatte. Es sind Schmuckschnitzereien, Pfeifenköpfe, Schalen und Dosen aus jener Zeit in wenigen Exemplaren vorhanden; doch scheint aus dieser Art von Verwertung eine Rentabilität nicht vorhanden gewesen zu sein. Schließlich veräußerte der bayrische Staat die Gruben, die Förderanlagen und die Mutungsrechte an das Handelshaus J. v. Schwarz. Nürnberg, etwa um das Jahr 1850. Dieses Haus unternahm unter befreundetem Beistand des großen Chemikers Justus v. Liebig die Herstellung von Gasbrennern und erzielte damit bis in die Jetztzeit bedeutende Erfolge. Neben dem Staatsbetrieb beuteten ansässige Bauern südlich der Staatsstraße nach Thiersheim 2 Gruben aus, die im Jahre 1871 von der Firma Lauboek & Hilpert als erstes Konkurrenzunternehmen ausgewertet wurden. An dritter Stelle trat dann die Firma Jean Stadelmann & Co., Nürnberg, mit der von ihr erworbenen Emilienzeche. Um die Jahrhundertwende etwa ging das gesamte Vorkommen einschl. einer Mutungsfläche von etwa 800 ha in den gemeinsamen Besitz der Firmen J. v. Schwarz und Jean Stadelmann & Co., Nürnberg, über. Diese Zusammenfassung ermöglichte die Anlage neuzeitlicher Förder-, Pump- und Mahl-Einrichtungen und damit einen rationellen Tage- und Tiefbau. Die fabrikatorische Verarbeitung des Specksteines zu Gasbrennern, die allmählich ihren Weg über die ganze Welt nahmen, zeigte bald, daß dieser Rohstoff auch anderen Zwecken dienstbar gemacht werden konnte. Man erkannte neben der Zähigkeit und Festigkeit einen hohen Isolationswert und ermöglichte die Herstellung der sehr bekannt gewordenen Zündkerzen-Isolationen für Verbrennungsmotoren. In den „Bosch“- und in vielen anderen hervorragenden Zündkerzen gelangt der Rohstoff heute noch in vielen Millionen Stücken im In- und Auslande zur Anwendung. Mittlerweile brachte die Einführung der Azetylenbeleuchtung bei Automobilen, Fahrrädern, Grubenlampen usw. ein weiteres Absatzgebiet. Gas- und Azetylenbrenner konnten nur aus stückigem Rohspeckstein hergestellt werden, der sich in dem nestartigen Vorkommen des Rohstoffes zwischen mulmartigen Ablagerungen vorfand. Es fielen bei der Förderung große Mengen kleinstückigen und bröckligen Specksteins an, die – nur zu feinem Mehl gemahlen – weiterer Verarbeitung zugeführt werden konnten. Hierzu bot die Entwicklung der Elektrotechnik ein weites Betätigungsfeld. Hinzu kam, daß die Beleuchtung der Automobile, der Fahrräder und Grubenlampen mehr und mehr durch die Elektrizität in den Hintergrund gedrängt wurde. Unter wissenschaftlicher Mithilfe forschte man nach neuen Absatzgebieten und stellte bald fest, daß die dem ausgezeichneten Rohstoff eigentümliche Beschaffenheit – wie Zähigkeit, Zug- und Schlagbiegefestigkeit sowie Temperaturbeständigkeit, vornehmlich aber der sehr geringe Schwindungskoeffizient – sich in hervorragendem Maße zur Herstellung aller Arten von Isolationen der Hoch- und Niederspannung eigneten. Wegen seiner geringen Schwindung bei hohen Temperaturen genießt Steatit im Gegensatz zu den meisten anderen keramischen Rohstoffen einen besonderen Vorzug, weil es möglich ist, die feinsten Preßstücke mit hoher Präzision herzustellen. Versuche im Schlagapparat ergaben, daß Steatit infolge der ihm innewohnenden Elastizität ein Mehrfaches des hochwertigsten Porzellanes aushält, so daß Steatiträdchen in fast allen Schaltvorrichtungen in Millionen von Stücken dauernd benutzt werden. Um die 90er Jahre des vorigen Jahrhunderts brachte die Erfindung des Glühlichtstrumpfes durch Dr. Auer v. Welsbach eine Umwälzung in der Gasbeleuchtung hervor. Die Befestigung dieses Lichtträgers in dem Metallbrenner, der eine außerordentlich hohe Temperatur entwickelte, geschah zunächst durch Metallstifte. Diese mußten wegen der lichtabsorbierenden Eigenschaft durch solche aus gewissermaßen mitleuchtenden Stoffen hergestellte ersetzt werden. Ursprünglich versuchte man, den Träger, handelsüblich „Magnesiastift“ genannt, aus reiner Magnesia herzustellen. Die unplastische Eigenschaft dieses Stoffes gestattete keine zuverlässige Innehaltung der Abmessungen, und so trat zum ersten Mal an die Keramik die Frage heran, Millionen von Gabelstäbchen in gleichmäßiger Länge und von genauem Durchmesser zu mäßigem Preise auf den Markt zu bringen. Dieser Fabrikation widmete sich zunächst die Firma Ernst Hildebrandt in Berlin-Pankow. Sie erwarb sich in kurzer Zeit durch ihr vorzügliches Fabrikat einen Weltruf. Nach wenigen Jahren wurde der aufrechtstehende Auer-Glühstrumpf durch den nach unten gerichteten (sogenannten hängenden) Brenner verdrängt, da die Gasbeleuchtung im Konkurrenzkampf mit der Elektrizität die elektrische Beleuchtungsart nachzuahmen gezwungen war. Diese Lampenkonstruktion bedingte eine gänzlich neue Art der Glühkörperbefestigung. Die Metallteile mußten gegen die abströmenden heißen Verbrennungsgase geschützt werden. So entstand das Brenner-Mundstück, an dem der Glühkörper, wie allgemein bekannt, durch einen Ring aufgehängt wurde. Diese beiden wichtigen Brennerteile mußten aus einem außerordentlich temperaturwechselbeständigen keramichen Stoff der Auswechselbarkeit wegen in höchster Präzision hergestellt werden. In kurzer Zeit vermochte die Firma Ernst Hildebrandt im Verein mit der Firma Magnesia Co. die Führung auch auf diesem Gebiet zu übernehmen. Die Fabrikation bezifferte sich nach Ablauf eines Jahrzehntes auf eine Jahresleistung von etwa 120 Millionen Stück. Der Krieg und seine Nachwirkungen brachten aber auch auf diesem Gebiet große Umwälzungen mit sich. Der Ausbau der Elektrizitätswerke, gefördert durch die Errichtung großer Wasserkraftstationen, drängte im In- und Ausland die Gasbeleuchtung in den Hintergrund, und so beschäftigten sich die inzwischen zur Vereinigten Magnesia Co. und Ernst Hildebrandt A.-G. zusammengeschlossenen Werke in Berlin unter Ausnützung ihrer reichen Erfahrungen im Präzisionsmatrizenbau mit der Herstellung hochwertiger Isolationen, insbesondere für die Elektro-Wärmetechnik, für die chemische und metallurgische Industrie. In diesem Streben traf sie zusammen mit den süddeutschen Unternehmen J. v. Schwarz, Nürnberg, und Jean Stadelmann & Co., Nürnberg, da sie in den abgelaufenen Jahrzehnten im Gasglühlichtgeschäft gemeinsame Abnehmer und in der Rohstoffverarbeitung eine gemeinsame Basis hatten. Der Zusammenschluß der genannten Firmen ermöglichte in jüngster Zeit die Errichtung eines wissenschaftlichen Laboratoriums, den Ausbau elektrischer Prüffelder und die Uebertragung bisher unausgewerteter Erfahrungen und Erfindungen im Automatenbau auf alle Werke. Das Unternehmen ist dadurch in den Stand gesetzt, erhöhten Anforderungen auf dem Gebiet der Hochspannungs-Isolatoren gerecht zu werden, und vermag in steigendem Maße seine Produkte in andere Industrien einzuführen und so dem bisher zu wenig beachteten Specksteinrohstoff zum Vorteil unzähliger Verbraucher Geltung zu verschaffen. Amerika hat nach Dr. Singer bereits im Jahre 1900 die erste 80000 V-Ueberlandleitung gebaut. Diese Spannung genügte bald nicht mehr. Man kam 1907 auf 110000 V und in rascher Entwicklung wurden im Jahre 1920 220000 V erreicht. Deutschland nahm 110000 V-Leitungen im Jahre 1912 im Betrieb und 1928 die 220000 V-Leitung. In beiden Ländern plant man bereits jetzt eine Erhöhung der Uebertragungsspannung auf 380000 V, um mit dieser steigenden Stromspannung die Elektroverluste bei der Uebertragung auf große Entfernungen zu vermindern und die Konkurrenzfähigkeit der Krafterzeugungszentralen zu erhöhen. Dieser wirtschaftliche Wettbewerb erzeugte die interessantesten technischen Probleme. In Amerika, wo es sich um außerordentlich viel größere Uebertragungsstrecken bzw. Kohlentransporte handelt, erfolgte dadurch zwangsweise eine viel raschere Steigerung der verwendeten Spannung als in Deutschland. Diese ununterbrochene Entwicklung der Elektrotechnik zu immer höheren Stromstärken stellte dauernd wachsende Ansprüche an die verwendeten Isolierstoffe und führte dadurch dem seit Jahrzehnten benutzten und altbekannten Porzellan die neuen Isolierstoffe Steinzeug und Steatit an die Seite, welche die Ansprüche befriedigen müssen, für die Porzellan nicht mehr genügt. Eine Gegenüberstellung der physikalischen Ziffern von Porzellan, Steinzeug und Steatit (siehe nachstehende Zahlentafel) veranschaulicht bereits die Ueberlegenheit der mechanischen Festigkeiten von Steatit gegenüber den anderen dichten keramischen Materialien auf der ganzen Linie. Die Vorzüge des Steinzeugs gehen aus dieser Zahlentafel nicht klar hervor. Was zifferngemäß jedoch nicht erweisbar ist, wird ohne weiteres ersichtlich, wenn man die Größen der herzustellenden Stücke aus den drei Isolierstoffen berücksichtigt. Die dauernd steigende Spannung für die Elektrizitätsübertragung bedingt zwangsweise in sehr vielen Fällen das Größerwerden der verwendeten Isolatoren. Die Größe der einteilig aus Porzellan hergestellten Stücke ist jedoch wesentlich beschränkter als die Grenzen der Steinzeugindustrie. Nur Steinzeugisolatoren kann man bis zu einer Länge von 8 m aus einem Stück, frei von jeder Kittstelle und sonstiger Verbindung anfertigen. Der große Vorteil dieses Verfahrens und der danach hergestellten Stücke ist elektrotechnisch die Schaffung eines vollkommen homogenen, absolut dichten Materials, während andere Werkstoffe für diesen Zweck vielfach durch Zusammenkitten, Zusammenflanschen, und durch Zusammenglasieren verbunden werden. Steinzeug Porzellan Steatit Druckfestigkeit                  kg/cm 5800–7900 4500–5500 8000–9200 Zugfestigkeit                  kg/cm 160–250 240–520 550–750 Biegefestigkeit                  kg/cm 600–950 400–900 950–1200 Elastizitätsmodul                 kg/mm 4200–5600 etwa 8000 etwa 10000 Torsionsfestig-    keit       kg/mm 210–230 250–500 500 Kugeldruckprobe 800–1000 650–1400 1300–1800 Schlagbiege-    festigkeit              cmkg/cm 1,8–2,5 1,9–2,1 2,3–2,8 Trommelprobe    Gewichtsvrl.                    v. H. 2,6–6,5 – etwa 4 Sandstrahl-    abnutzbarkeit    Verlust        cm 2,0–5,0 etwa 3 unter 2,0 Lineare Aus-    dehnungszahl 3,5–4,9 10– 3,0–4,5 10– 4,1–8,3 10– Wärmekapazität,    spezifische    Wärme    zw. 17 ∙ 100 C° 0,186–0,190 0,20–0,25 0,19–0,20 Wärmeleitfähig-    keit kcal/m/h                        C° 1,0–1,25 0,9 2,3–2,4 Aus diesem Grunde wurden – zum erstenmal im Jahre 1921 – einteilige Steinzeugisolatorer von 2050 mm Länge verwendet. Seit jener Zeit ist der Umfang der benutzten Steinzeugisolatoren außerordentlich gewachsen und die größten bisher überhaupt hergestellten Stücke haben 2500 mm Länge. Größere Stücke wurden bisher von der Elektrotechnik nicht verlangt. Für andere Zwecke der chemischen Industrie stellt, die Steinzeugindustrie bereits Rohre aus einem Stück, frei von jeder Kitt- und Garnierstelle, von 8 m Länge her. Diese ungefähre Grenze der herstellbaren Isolatorenlänge genügt zweifellos für eine Reihe von Jahren für alle eventuellen Bedürfnisse der Elektrotechnik. Die Steinzeugindustrie war zu dieser Fabrikation großer Stücke durch ihre Tradition und ihre bisherige Betätigung seit Jahrhunderten prädestiniert. Seit Jahrzehnten werden aus Steinzeug Rohre für Kanalisationszwecke in allen benötigten Abmessungen in erstklassiger Qualität hergestellt; die glänzende Entwicklung der chemischen Industrie im vergangenen Jahrhundert ist undenkbar ohne den Werkstoff „Steinzeug“ für Gefäße, Maschinen, Zentrifugalpumpen, Exhaustoren usw. Die größten Gefäße aus Steinzeug, die regulär hergestellt werden, haben einen Inhalt von 4000 bis 6000 l. Steatit zeichnet sich durch seine außerordentlich große mechanische Festigkeit aus. Die physikalischen Ziffern der obigen Zahlentafel geben den Vergleich und begründen sofort, daß überall da, wo die mechanische Beanspruchung eines Isolators besonders groß ist, Steatit große Vorzüge vor Porzellan besitzt. Mit der geschilderten Entwicklung der Hochspannungstechnik im Ueberlandleitungsbau wurde auch die Beanspruchung der Freileitungsisolatoren dauernd gesteigert. Ein weiterer überraschend großer Vorteil des Steatits ist der außerordentlich große Grad der Genauigkeit, mit der dieses Material herstellbar ist. Daneben kommt Steatit für alle diejenigen Preßartikel in Betracht, bei denen neben der Genauigkeit die mechanische Festigkeit eine ausschlaggebende Rolle spielt. Dies sind heute eine größere Anzahl der benutzten elektrotechnischen Isoliermaterialien. Die Ursache der Größenunterschiede und der verschiedenen physikalischen Eigenschaften der drei keramischen Werkstoffe: Steinzeug, Steatit und Porzellan liegt zunächst schon in ihrer Zusammensetzung begründet. Die folgenden Formeln Porzellan: \left{{0,25-0,50\ \mbox{CaO}}\atop{0,75-0,50\ \mbox{K}_2\mbox{O}}}\right\}2,0-4,5\ \mbox{Al}_2\ \mbox{O}_3\,.\,10,0-20,0\ \mbox{SiO}_3 Steinzeug: \left{{0,25-0,75\ \mbox{CaO}+\mbox{K}_2\mbox{O}}\atop{0,75-0,25\ \mbox{FeO}}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }\right\}2,0-5,5\ \mbox{Al}_2\ \mbox{O}_3\,.\,10,0\mbox{ bis }26,0\ \mbox{SiO}_3 Steatit: 1,0 MgO ∙ 0,06–0,28 Al2 O3 ∙ 1,5–2,2 SiO2 veranschaulichen zwar nur schematisch die prinzipiellen Unterschiede, sie lassen aber erkennen, daß der chemischen Zusammensetzung nach Porzellan und Steinzeug nicht sehr fern miteinander verwandt sind, daß dagegen der Unterschied beider Werkstoffe gegen Steatit größer ist. Die plastischen Grundstoffe sind für Porzellan: Kaolin, für Steinzeug: Ton, für Steatit: Speckstein. Kaolin und Ton, chemisch in ihren reinsten Varietäten fast identisch, unterscheiden sich durch zwei physikalische Eigenschaften maßgebend für die Praxis. Der weißbrennende Kaolin besitzt eine geringere Bildsamkeit und eine kleinere Trockenfestigkeit als der farbige Fabrikate ergebende Steinzeugton, dessen Trockenfestigkeit so groß ist, daß aus seinen Mischungen hergestellte Isolatoren größter Abmessungen ohne wesentliche Schwierigkeit transportfähig sind, während bei dem Transport gleich großer, aus Kaolin hergestellter Porzellanisolatoren eine außerordentlich große Bruchgefahr besteht, die unter anderem die besondere Verteuerung der Porzellanisolatoren großer Abmessungen zur Folge hat. Dieser Materialunterschied hat seit Jahrhunderten die verschiedene Verwendung von Porzellan und Steinzeug bestimmt und den beiden Industrien ihren Charakter und ihre Richtung gegeben. Der Preis der großen Porzellanisolatoren hat die Elektrotechnik gezwungen, sich nach einem anderen Werkstoff umzusehen, um im allgemeinen Konkurrenzkampf auch diese großen Stücke billiger, rascher und zweckmäßiger zu erhalten. Hier kam nun das Steinzeug zu seinem Recht, das der natürliche keramische Werkstoff des Ingenieurs ist, aber für alle kleinen Gegenstände von dem mechanisch außerordentlich viel festeren Steatit übertroffen wird. Grundsätzlich muß man daher vom technischen Standpunkt aus von einem Nebeneinanderarbeiten, von einer wertvollen Ergänzung der drei keramischen Werkstoffe in der Elektrotechnik sprechen, obwohl ihre Anwendungsgebiete sich heute noch vielfach überschneiden. Porzellan ist der gegebene Isolierstoff der Elektrotechnik für die unzähligen kleinen Preßartikel des gewöhnlichen Bedarfs, für den weder besonders hohe mechanische Ansprüche gestellt werden, noch besonders große Präzision gefordert wird. In gleicher Weise dient Porzellan für die zahllosen Nieder- und Hochspannungsisolatoren mittlerer Abmessungen und normaler Beanspruchungen in ausgezeichneter Weise. Steatit ist der hochwertigste Werkstoff für alle Preßartikel großer mechanischer Beanspruchung, bei verlangter großer Genauigkeit. Steatit ist überall da unersetzlich, wo es auf eine große mechanische Beanspruchung von Hochspannungsisolatoren ankommt, beispielsweise bei den auf Zug beanspruchten Motorisolatoren. Steinzeug ist der gegebene Werkstoff für alle mittleren und großen Isolatoren (von ½ bis 8 m Länge), die aus einem ungeteilten Stück benötigt werden. Dieses Nebeneinander der drei Werkstoffe veranschaulicht ihre gegenseitige Ergänzung, ihre Spezialeignung auf Sondergebieten und die natürlichen Ziele ihrer weiteren Entwicklung. Ihre Haltbarkeit ist dauernder als die von Erz. Wie wunderbar mutet es uns an, wenn wir aus tausendjährigem Grabe altrömische Werkstücke zutage fördern, die dazu bestimmt waren, Wasser unter der Erde in sich aufzunehmen. Mächtige altrömische Wasserleitungsrohre liegen vor uns, fast neu, wie am ersten Tage. Welch herrliches Material müssen die Römer zu ihrer Herstellung verwendet haben! Wir brauchen kein verlorengegangenes römisches Geheimrezept dieses Materials zu suchen. Dasselbe ehrwürdige Material ist ohne Unterbrechung seines Gebrauches durch die Jahrhunderte bis auf uns gekommen. Das Steinzeug, dessen Tonkomponente der Ton selbst ist, besitzt die fast unbegrenzte Plastizität dieses Materials, während das Porzellan, in dem der Ton durch Kaolin vertreten ist, nur bis zu einer gewissen Größe in ungebranntem Zustande die Form bewahrt. Man wird also aus Porzellan nur verhältnismäßig kleine Gegenstände herstellen können, während das Steinzeug ohne weiteres Werkstücke von 3 und 4 m, ja auch bis zu 8 m zu formen erlaubt. Dies ist bei der Erzeugung von Rohren wichtig, noch wichtiger aber bei der Erzeugung von Isolatoren für hochgespannte elektrische Ströme. Bei einer Spannung von 500000 oder gar einer Million Volt muß der Isolator schon ganz gewaltige Abmessungen haben, um ein Ueberspringen des Stromes zu verhüten. Für derartige meterhohe Gebilde kommt Porzellan, wenn man es nicht aus Einzelteilen zusammenkitten will, nicht in Betracht. Hier ist das Steinzeug das gegebene Material. Aber ebensogut ist es möglich, ganze Maschinen aus Steinzeug herzustellen, besonders auch deshalb, weil die Volumabnahme beim Brennen geringer ist als beim Porzellan und die nachherige Bearbeitung Präzisionen bis auf Bruchteile von Millimetern gestattet, was beim Porzellan kaum möglich ist. Ein anderer Vorteil des Steinzeugs ist seine Glasur, die vielleicht die beständigste aller keramischen Stoffe ist, frei von Rissen und äußerst einfach in der Herstellung. In dem Brennofen wird gewöhnliches Kochsalz zum Verdampfen gebracht und verbindet sich in einer gleichmäßigen Weise mit den obersten Schichten des Steinzeugs zu einer zwar dünnen, aber mit allen guten Eigenschaften ausgestatteten Glasur. Es gibt gewisse ewige Werkstoffe der Menschheit, die alle Wandlungen und allen Aufschwung der Menschentechnik getreulich mitmachen und sich immer wieder bewähren! Zu diesen Werkstoffen, denen die Menschheit ununterbrochen Dank schuldet, gehört ohne Zweifel das Steinzeug.