Rotguss

Als Rotguss (auch Rotmessing, Mehrstoff- oder Maschinenbronze) wird eine Reihe von metallischen Werkstoffen bezeichnet. Es handelt sich dabei um Legierungen auf Kupferbasis, die für viele technische Produkte Verwendung finden.

Begriffserklärung Der Begriff „Rotguss“ ist im deutschsprachigen Raum als HandelsnamePaul Krais, Werkstoffe, 2. Band G-R, J.A. Barth, Leipzig 1921. seit Beginn des 20. Jahrhunderts in Gebrauch und leitet sich von der dem Kupferrot angenäherten Farbe der Legierungen der Gruppe CuSnZnPb ab. In der älteren Literatur gilt der Begriff „Rotguss“ gelegentlich als „veraltet“, dessen ungeachtet ist es weiterhin die in Fachkreisen gängige Handelsbezeichnung.

„Veraltet“ nimmt darauf Bezug, dass man nicht erst seit dem 12. Jahrhundert verstand, größere Bildwerke aus einer Kupfer-Zinn-Zink-Blei-Legierung im Wachsausschmelzverfahren herzustellen.vergoldete Büste Friedrichs 1. (Barbarossa) in Cappenberg, s. Bild., oder in Braunschweig den „Löwen“. Bei Apothekenmörsern findet sich vom Niederrhein bis nach Italien seit dem 15. Jahrhundert die für Rotguss typische Vierstofflegierung.s. Heinz Wübbenhorst, „Giessen von Metallen“, S. 57 f., Hrsg. VDG, Gießereiverlag, Düsseldorf, 1984, ISBN 3-87260-060-5. Mittels neuzeitlicher analytischer Verfahren wurde festgestellt, dass man schon in der „klassischen“ Bronzezeit Bildwerke aus einem Vierstoffsystem herstellte, weil vermutlich empirisch gefunden wurde, dass solche gegen Witterungseinflüsse beständiger und auch besser gießbar waren als solche aus reiner Zinnbronze.

Kupfer-Zinn-Zink-Blei-Legierungen sind in der DIN EN 1982 mit den Kurzzeichen CC 490 K bis CC 493 K aufgeführt. Die ausführlicheren Bezeichnungen, wie CuSn3Zn8Pb5-C (zugehörige DIN-Nummer CC490K) besagen, dass der Kupferbasis von 81 bis 90 % noch 1,5–11 % Zinn, 1–9 % Zink, sowie nach Bedarf 1–8 % Blei zugefügt sind; das nachgestellte C verweist auf die Verwendung für Gussprodukte (engl. cast gleich deutsch „gegossen“).

miniatur|Cappenberger Kopf aus Rotguss, vor 1158, Cappenberg

Der Bleizusatz unterscheidet die Rotgusslegierungen von den farblich ähnlichen Tombaken (Messinglegierungen wie Goldtombak, Similor, Talmi), mit Zink als einzigem, zumindest aber Hauptlegierungselement.

Die Literaturangaben zu Rotguss sind teilweise widersprüchlich. Im Englischen heißen Legierungen aus 90 % Kupfer mit 10 % Zinn „gunmetal“.„gunmetal, a bronce formerly used for guns or cannons“, lt. Webster's New collegiate dictonnary, by G&C. Merriam comp., Springfield, Mass., 1980. Davon ausgehend findet sich verschiedentlich die Gleichsetzung von Gunmetal mit Rotguss.Ernst Brunhuber, Giesserei-Fachwörterbuch, Verlag Schiele & Schön, Berlin 1977, ISBN 3-7949-0283-1. Präziser ist dagegen die Benennung von Rotguss als „leaded red brass“ (Rotmessing mit Bleizusatz) oder auf Französisch „bronze d’étain au zinc“ (Zinnbronze mit Zinkzusatz), auf Italienisch „ottone rosso“ (Rotmessing).

Von der Kanonenbronze zur Maschinenbronze mini|Die Stahlbronze von Franz Freiherr von Uchatius galt zu ihrer Zeit als außergewöhnlich modern. Ein Großteil der Geschütze von Österreich-Ungarn im Ersten Weltkrieg waren aus ihr gefertigt.(1811–1881) mini|Die 12-cm-Kanone M. 80 wurde im Ersten Weltkrieg eingesetzt. Das Rohr war aus Stahlbronze. Ursprünglich wurde eine zu Geschützrohren verarbeitete Cu90Sn10-Legierung wegen ihrer relativen Härte unter gebrauchsüblicher Belastung als „Kanonenbronze“ bezeichnet. In England nannte man diese Legierung, ebenso wie eine Weiterentwicklung des 19. Jahrhunderts mit zusätzlichen 1,5 % Zink, den Verwendungszweck hervorhebend, „Gunmetal“.

Mit dem Aufkommen des Stahls wurde manche Kanonen mit einem Seelenrohr aus Stahl mit einem Mantel aus Kanonenbronze gefertigt, um dem Gasdruck der Treibladung besser standzuhalten. 1859 stellte Friedrich Krupp erstmals Geschützrohre ausschließlich aus Stahl her (Kruppstahl). Bis dahin waren Rohre aus Gunmetal den überkommenen, innen glatten, gusseisernen oder bronzenen Rohren weit überlegen. Im Bestreben, die Legierungen weiter zu verbessern, entstanden dabei auch zahlreiche Variationen. Heute sind davon allenfalls noch die Rübelbronze und die Uchatiusbronze bekannt, letztere auch „Stahlbronze“ genannt, weil sie zu besonders dichten Abgüssen führt.

Der wichtigste Grund für die Ablösung des „Gunmetal“ durch „Kruppstahl“ war die bessere Warmfestigkeit des Stahls, somit die wesentlich geringere Gefahr einer Überhitzung des Geschützrohrs bei rascher Schussfolge. Gunmetal verliert bereits ab 200 °C an Festigkeit; normaler, warmfester Stahlguss zeigt einen Abfall erst bei 600 °C, hitzebeständiger, legierter Stahlguss erst bei mehr als 1000 °C. Stählerne Geschützrohre konnten weiterhin gezogen und drilliert werden; durch den Drall wurde die Treffgenauigkeit der Geschosse erheblich verbessert.

Nach dem Ende seiner militärischen Nutzung wurde Gunmetal Grundlage gut bearbeitbarer Mehrstofflegierungen für die sich rasch entwickelnde Eisenbahntechnik. Dass es vorteilhaft ist, einer Zinnbronze etwas Zink zuzulegieren, hatte das verbesserte Gunmetal bereits bewiesen. Um die Bearbeitbarkeit zu erleichtern, wurde nun zusätzlich noch Blei zulegiert. Diese neuen Legierungen nannte man „Maschinenbronzen“, obwohl es sich metallurgisch korrekt um niedriglegierte, kupferreiche Messinge handelte und nicht um Bronzen.

Die von der Höhe des Zinkzusatzes bestimmten Farb- und Eigenschaftsveränderungen der Legierungen lassen die Übergänge zwischen Bronzen und Messingen fließend erscheinen. Die Literatur gibt zudem weiten Spielraum für eine präzise Definition. So werden als Maschinenbronze oder Rotguss – erstmals im deutschen Sprachraum den Begriff Gunmetal ersetzend – Legierungen aufgeführt, die außer den bronzetypischen Bestandteilen Kupfer und Zinn schon bis zu 8 % Zink und 8 und mehr Prozent Blei zu Lasten des Zinnanteils enthalten dürfen. Der Duden (Deutsche Rechtschreibung, Bd. 1, Mannheim 1991) nennt Rotguss eine Gussbronze, was terminologisch nicht korrekt ist. Eine klare Unterscheidung findet sich erst bei höheren Zinkzusätzen zur Kupferbasis, weil hier die Grenze zwischen einer Mehrstoffbronze und einer Messinglegierung durch Zinkgehalte der Legierung zwischen 42 % und 37 % bestimmt wird, man ausnahmslos von Armaturenmessing, Druckgussmessing und Messingknetlegierungen spricht. Das englische „naval brass“ (deutsch „Marine-Messing“) ist eine Vierstofflegierung aus 62 Teilen Kupfer, 37 Zink und je 0,5 Teilen Zinn und Blei und angesichts der Massenverhältnisse ein Messing und keine Bronze.

Meyers Konversationslexikon, Ausgabe 1897, verweist beim Stichwort Rotguss auf Messing und nennt dort eine auf der Basis Kupfer-Zink aufbauende Messingsorte „Rotguss“ oder auch „Rotmessing“. Dies im Gegensatz zu Tombak und anderen zinkhaltigen Legierungen, die mit steigendem Zinkanteil schließlich dem Gelbguss, also dem heute so verstandenen Messing, zugeordnet werden. „Rotmessing“, eine im Italienischen als „ottone rosso“ bis heute korrekte Bezeichnung, bedeutete eine farbliche Abgrenzung gegenüber dem Gelbguss, den man in „Gelbgießerei“ genannten Betriebsstätten herstellte. Abgeleitet wurde das im 18. Jahrhundert aus dem niederländischen Begriff des „Geelgieters“.Kluge, etymologisches Wörterbuch, 20. Aufl., S. 209. Sich gegenüber den Gelbgießern begrifflich abzugrenzen, gelang bis ins 20. Jahrhundert nur den Bronzegießereien. Aus dem 15. Jahrhundert wird zwar von „Rotgießern“ berichtet, doch soll es sich dabei um Kupfergießer in Unterscheidung zu den Zinngießern gehandelt haben.„Der grosse Duden“, Etymologie, Bd. 7, S. 207.

Das noch bis ins 19. Jahrhundert mehr handwerklich als industriell betriebene Vergießen von Metallen verlangte aus betriebswirtschaftlichen Gründen eine Zusammenfassung aller auf einem Basismetall beruhenden Gießereiaufgaben. Es entstanden „Schwermetallgießereien“ für Bronzen, Messinge und Rotguss und „Leichtmetallgießereien“ für Aluminium- und Magnesiumlegierungen, jeweils mit der Fähigkeit, ein breites Programm von Anforderungen wissensmäßig und fertigungstechnisch bedienen zu können. Spezialisten wie die Druckgießer blieben noch für einige Zeit ausgenommen, ferner Blei-, Zink- und Zinngießer, viele mehr dem Kunsthandwerk als der Industrie verbunden.

Von der Maschinenbronze zum Rotguss Nach der Kruppschen Erfindung des Gussstahls im Jahr 1859 verloren die Geschützbronzen, also auch das Gunmetal, ihre militärische Bedeutung. Dieser Verlust wurde allerdings rasch durch den Ausbau des Bahnstreckennetzes in vielen europäischen Ländern und durch Entwicklungen im Bau von Dampflokomotiven ausgeglichen. Es stellte sich heraus, dass die Mehrstofflegierungen auf Kupferbasis mit Zusätzen von Zinn, Zink und Blei gut gieß- und bearbeitbar waren und zudem noch ausgezeichnete Gleit- und Notlaufeigenschaften hatten, was sie als erstes zum gesuchten Werkstoff für Gleitlager und Buchsen machte. Mit einem Nickelzusatz bis zu 2,5 % wurden die Zähigkeit und die damit verbundene Festigkeit verbessert. erlaubte eine Reduzierung der Wandstärken und nicht zuletzt wurde die Kavitationsbeständigkeit gegenüber Seewasser erhöht. In seltenen Fällen wurde auch Antimon als Legierungsbestandteil eingesetzt.

Variationen in der Zusammensetzung machten es möglich, der Industrie sowohl Lager für normale als auch für hohe, schnelllaufbedingte Beanspruchung zu liefern. Weitere Anwendungsgebiete ergaben sich bei bewegungsbeanspruchten Maschinenteilen aller Art wie Zahnrädern und Ritzeln, bei Pumpengehäusen und druckdichten Armaturen. Angesichts dieser bereits im 19. Jahrhundert gewonnenen Erkenntnisse festigte sich in Deutschland der Begriff „Maschinenbronze“. Schon im 20. Jahrhundert wurde diese Bezeichnung aber wieder durch die bis heute geltende Handelsbezeichnung „Rotguss“ verdrängt.

Die genormten Kupfer-Zinn-Zink-Legierungen (Tabelle gemäß Deutsches Kupfer-Institutsiehe auch bei „weiterführende Literatur“)

Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen (Rotguss)

Normung nach DIN EN 1982, zuvor DIN 1705

CuSn7Zn4Pb7 C CC493K auch als RG7 (Rotguss 7) bezeichnet, dies bezogen auf den Zinnanteil CuSn7Zn2Pb3 C CC492K CuSn3Zn8Pb5 C CC490K CuSn5Zn5Pb5 C CC491K auch als RG5 (Rotguss 5) bezeichnet. RG7 und RG5 sind die beiden mehrheitlich vergossenen Legierungen dieser Gruppe.

Nickelzusätze bis 2 % sind in allen Fällen noch normgerecht, da Nickel zumeist dem Kupfergehalt zugerechnet wird.

Bei Anwendung für Rotgussarmaturen im Trinkwasserbereich ist nach DIN 50930 Teil 6 der Blei- und Nickelanteil zu reduzieren.siehe auch Bleifreier Rotguss als Armaturen- und Installationswerkstoff in der Trinkwasserinstallation (2019, pdf)

Hinsichtlich des Gefügezustandes gilt in Gegenwart von Blei (Schmelztemperatur 327 °C), dass es die aus der Erstarrungsschrumpfung resultierende, interdendritische Hohlräume ausfüllt.Gießereilexikon, 17. Auflage, 1997, Verlag Schiele & Schön, Berlin, ISBN 3-7949-0606-3, Zustandsschaubilder ternärer Legierungssysteme. S. 1455 f.

Schmelzeführung und Behandlung