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Kupfer

»Kupfer« (chemisches Symbol »Cu« [von lateinisch »cuprum«]) ist ein metallisches Element aus der 1. Nebengruppe des Periodensystems der chemischen Elemente mit der Ordnungszahl 29; relative Atommasse 63,546; Dichte 8,96 g/cm³; Schmelzpunkt 1083,4°C; Siedepunkt 2567°C. Das rötlich glänzende, weiche und sehr dehnbare Metall ist (nach Silber) der beste Strom- und Wärmeleiter. Der charakteristische natürliche grüne Oberflächenfilm aus basischem Kupfercarbonat, der sich in feuchter Umgebungsluft auf Kupfer bildet, ist als Patina bekannt. Kupfer wird auf pyrometallurgischem Weg durch Rösten zusammen mit Eisenmineralien gewonnen. Nach der Raffination (Oxidation der Fremdbestandteile mit Luft) erhält man das Garkupfer. Besonders reines Kupfer wird durch Elektrolyse gewonnen; elektrolytisches Kupfer enthält einen Kupferanteil von 99,95 %. Die wichtigsten Kupferminerale sind Kupferkies, Kupferglanz und Cuprit.

Kupfer ist ein edles Metall, das wenig korrosionsanfällig ist. Es eignet sich sehr gut für Fassaden und Dächer, für Wasserinstallationen oder auch als Stromleiter, ist aber teurer als andere mögliche Werkstoffe. Das metallisch glänzende Kupfer erhält an der freien Atmosphäre innerhalb weniger Wochen durch Oxidation einen matten rotbraunen Farbton, der sich im Laufe der Zeit über dunkelbraun bis zu anthrazitgrau verändert. Die für ältere Kupferdächer typische grüne Patina bildet sich durch Witterungseinflüsse.

Kupfer ist ein ideales Metall für die Verwendung in Dachrinnen und Regenfallrohren. Kupfer ist gegen alkalische Baustoffe wie Kalk, Gips und Zement beständig. Im sauren Regen treten bei pH-Werten kleiner als 2 bis 3 Reaktionen auf, die durch Dauereinwirkung verstärkt werden können. Im Wasserstrom darf kein unedleres Metall nach dem Kupfer folgen. Dies gilt für Wasserleitungen wie für Fassaden und Dächer. Unter einem Kupferdach muss also auch eine kupferne Dachrinne und ein kupfernes Regenfallrohr angebracht werden. Verfärbungen durch abgeschwemmte Kupfer-Ionen können durch fachgerechte Planung vermieden werden. Besonders vorteilhaft wirkt sich Kupfer auf Dachflächen aus, wenn beispielsweise der First mit »Firstziegeln aus Kupfer« anstelle z. B. mit Tonziegeln eingedeckt wird, da durch die Dachflächen frei von Moosbewuchs oder Algenbildung bleiben.

Kupferwerkstücke lassen sich durch Schweißen sowie durch Hart- oder Weichlöten miteinander verbinden. Unproblematisch sind Autogenschweißen, Lichtbogen-Schutzschweißen (MIG, TIG) sowie Pressstumpfschweißen. Beim Schweißen und Löten von Kupfer ist dessen außerordentliche Wärmeleitfähigkeit zu beachten; ferner die Tatsache, dass die bei der Kaltverformung erreichte Zähigkeit bei Erhitzen eliminiert wird. Beim Schweißen von sauerstoffhaltigem Kupfer besteht die Gefahr der Reaktion von Sauerstoff mit Wasserstoff, wobei der entstehende Wasserdampf zu Poren in der Schweißnaht führt. Diese Gefahr besteht allerdings nicht bei sauerstofffreiem Kupfer oder mit Phosphor desoxydiertem Kupfer.

Durch seine Langlebigkeit hat ein Kupferdach das beste Preis-/Leistungsverhältnis und erhöht somit den Wert des Eigentums. Die Wartungsfreiheit eines Kupferdachs wird spätestens dann deutlich, wenn das konventionell lackierte Metalldach (z. B. verzinktes Trapezblech) das erste Mal neu gestrichen werden muss. Der Unterschied zwischen gutem und schlechtem Baumaterial - aus wirtschaftlicher Sicht - kommt oft nicht während der ersten Jahre zum Vorschein, aber um so mehr auf lange Sicht durch Entfall von Folgekosten.

Doch nicht nur auf dem Dach oder für Regenrohre findet Kupfer Verwendung, sondern auch im Bereich der Wasser- und Trinkwasserinstallation sowie beim Bau von Heizungen ist Kupfer bereits seit vielen Jahren ein unverzichtbares Metall. Kupfer und Messing sind zwei Werkstoffe, die in vielen Bereichen der Haustechnik durch ihre Materialeigenschaften unschlagbare Vorteile besitzen. Kupfer ist ein natürlicher Werkstoff ohne unbekannte oder gar giftige Zusätze. Kupferrohre sind gasdicht, ohne Zusätze UV-beständig und kennen keine Materialalterung oder -ermüdung. Sie besitzen eine hohe mechanische Widerstandsfähigkeit und sind vollständig recycelbar: Kupferreste sind kein Sondermüll, sondern können wieder einer neuen Verwendung zugeführt werden, ohne dass damit Qualitätseinbußen verbunden wären.

Die Vorteile von Kupferrohren in der Beschaffung und Verarbeitung auf der Baustelle bringt gleichzeitig viele Vorteile für Verarbeiter und Planer und somit auch für den Bauherrn:
• niedrige Installationskosten,
• einfache Inbetriebnahme und Dichtheitskontrolle,
• Verarbeitung bei jeder Witterung und Baustellentemperatur möglich,
• eine einzige Rohrnorm: DIN EN 1057,
• Verwendbarkeit in allen Bereichen der Haustechnik, ohne Einschränkungen - auch nicht in Abhängigkeit von Betriebstemperaturen,
• bis auf den letzten Meter verarbeitbar.

Ein weiterer Vorteil von Kupferleitungen ist, dass deren Oberflächen im Vergleich zu anderen heute üblichen Rohrmaterialien deutlich weniger rau sind, was sich günstig auf die Strömungseigenschaften von Kupferrohren auswirkt. Im Heizungsbau muss das am Brenner erzeugte (oder auf andere Weise erwärmte) warme Wasser durch Umwälzpumpen im Heizungskreislauf zirkulieren, gleiches gilt für das Warmwasser an Waschbecken, Badewannen und Duschen, welches dort aus Komfortgründen sofort zur Verfügung stehen soll. Bei kleinerem Reibungswiderstand der Rohre, in denen das warme oder auch heiße Wasser zirkuliert, wird auch der Energiebedarf für die jeweilige Umwälzpumpe entsprechend geringer, was sich wiederum günstig auf die Stromkosten auswirkt. Da Kupferrohre in der Regel einen etwas größeren Querschnitt aufweisen als die heute oft zum Einsatz kommenden Kunststoffrohre insbesondere in Fußboden- oder auch Wandheizuungen, wird auch dadurch der Strömungswiderstand nochmals verringert. Untersuchungen haben ergeben, dass bei Niedertemperaturheizungen in einem üblichen Einfamilienwohnhaus, die mit Kupferrohren statt mit den oftmals üblichen Kunststoffrohren ausgeführt werden, bis zu 40 % Stromeinsparungen für den Betrieb der Umwälzpumpen gerechnet werden kann.

Kupfer findet aber nicht nur als Außenwand- bzw. Dachverkleidung oder in hygienisch völlig unbedenklichen Trinkwasserinstallationen Verwendung, sondern auch der große Bereich der Stromversorgung und der Telekommunikation ist ohne Kupfer kaum denkbar, bestehen doch zahlreiche Kabel und Leitungen aus Kupferdraht. Auch unsere Computer, die aus dem täglichen Leben wohl nicht mehr wegzudenken sind, weisen einige Komponenten aus Kupfer auf. Kupfer ist damit ein universell benötigtes Metall mit überwiegend sehr guten Eigenschaften.

Messingbauteile werden vor allem für die Gas- und Trinkwasserinstallation sowie für Verlängerungen, Rohrverbinder, Armaturen, Ventile und Komponenten eingesetzt. Messing ist kein natürlich vorkommendes Metall, sondern eine Kupfer-Zink-Legierung. Die exakt kontrollierte Dosierung der einzelnen Bestandteile gewährleistet gleichmäßige hohe Qualität. Regelmäßige Materialprüfungen überwachen die Einhaltung der gewünschten Eigenschaften. Messing weist neben hervorragenden mechanischen Eigenschaften eine sehr gute Korrosionsresistenz gegenüber Wasser, Dampf, Öl und anderen Flüssigkeiten auf. Ein ausgezeichnetes Preis-/Leistungsverhältnis macht Messing zu einem wirtschaftlichen Werkstoff mit nahezu unbegrenzten Einsatzmöglichkeiten. Es sollte jedoch in jedem Falle darauf geachtet werden, dass nur Kupferrohre und Messingbauteile in der Hausinstallation verarbeitet werden, die das RAL-Gütezeichen tragen.

Die Story vom Kupfer
Die Altsteinzeit, so definieren die Prähistoriker, endete mit der letzten Kaltzeit um 8000 v. Chr. Um eben diese Zeit entdeckte ein mittelsteinzeitlicher Jäger und Sammler im Geröll eines Flussbetts oder an einem Felsen im Ausgehenden einer Lagerstätte ein auffallend rotes, ziemlich schweres Material, das sich durch Hämmern formen ließ: Kupfer. Dadurch, dass es in gediegener, metallischer Form vorkam und nicht sehr hart war, ließ Kupfer sich leicht bearbeiten und wurde so zum ersten Gebrauchsmetall für die Herstellung von Waffen und Geräten. Zwei- bis dreitausend Jahre später hatten die Nachkommen des Entdeckers herausgefunden, dass sich der rote Stein zusammenschmelzen und in Steinformen gießen ließ. Nachdem so die Kupferverhüttung erfunden war, gossen die Ägypter um 4000 v. Chr. Hammerköpfe aus Kupfer.

Die Bronzezeit mit ihrer revolutionären Legierung aus Kupfer und Zinn brach für Werkzeuge um etwa 3000 v. Chr. an. Ein wenig schneller (möglicherweise um fünfhundert Jahre) waren die Metallhandwerker von Ur im heutigen Irak. In ihrer Bronze aus der Zeit um 3500 v. Chr. fand man Zinnanteile von bis zu 18 %. Funde aus alten Bronzegegenständen bezeugen, dass die Hüttenleute und Metallhandwerker im alten Orient (in Sumer um 2700 v. Chr.) über differenzierte Fachkenntnisse bei der Gewinnung und Verarbeitung von Bronze verfügt haben müssen, die sie zuerst unter Zuführung von Arsen, dann von Zinn hergestellt haben.

Zu Beginn des 3. Jahrtausends v. Chr. wurden am Südhang des anatolischen Taurusgebirges Zinnminen ausgebeutet, die das Legierungsmaterial für die ersten Bronzen im Nahen Osten lieferten. Die Stollen führten bis zu 40 Meter weit in den Berg. Etwa im 4. Jahrtausend v. Chr. begann der Kupferbergbau im Gebiet um Fenan in Jordanien, nördlich der alten Nabatäerhauptstadt Petra. Bis in die Bronzezeit konnte das hochprozentige Kupfererz ziemlich dicht unter der Erdoberfläche geschürft werden, aber schon während der Eisenzeit (etwa ab 1200 v. Chr.) mussten die Bergarbeiter die Abbauschächte immer tiefer in den Berg hineintreiben.

Die Kupferbergleute des Pharaos
Fenan war kein Einzelfall. Etwa um 3000 v. Chr. trieben orientalische Kumpel auf der Suche nach Kupfer Schächte in die Erde Syriens, Palästinas und der Sinaihalbinsel. In Nubien wurde um dieselbe Zeit schon unter Tage nach Gold gesucht. Auch auf Zypern wurde damals Kupfer in großen Mengen abgebaut. Die unterirdische Suche nach Kupfer und Zinn wurde im chinesischen Honan im 2. Jahrtausend v. Chr. aufgenommen.

Im 4. Jahrtausend v. Chr. begann vermutlich der Bergbau in der heutigen südisraelischen Negev im Kupferrevier von Timna. Später, vor dreitausend Jahren, holten dort altägyptische Bergleute mit einem komplexen System aus engen Stollen und senkrechten Förder-, Luft- und Lichtschächten Kupfer aus dem Boden. Die Gegend wurde sogar von namhaften Gelehrten als Ort der »Kupferminen Salomos« angesehen, und die israelische Touristenwerbung griff diesen Mythos natürlich begeistert auf. Erfinder der Kupferlegende war Sir Henry Haggard (1856-1925), der Ende des vorigen Jahrhunderts seinen Abenteuerroman »King Solomon's Mines« veröffentlichte. Die Grubengebäude in Timna waren von der Anlage her verhältnismäßig einfach und wenig planvoll, von der Arbeit her aber ungeheuer aufwändig angelegt.

Zunächst teuften Pharaos Kumpel einen Schacht ab, manchmal über 30 Meter tief, und bauten das Erz in der Umgebung der Schachtsohle ab. Dann schlugen sie, voll Vertrauen in den Schutz der Göttin Hathor, unter anderem Patronin der Bergleute, im Verlauf der Erzgänge Stollen von 40 bis 60 Zentimeter Durchmesser heraus. Damit außer den Bergleuten auch ihr Geleucht in Form von qualmenden Öllampen genügend Sauerstoff erhielt, mussten die Stollen durch immer neue Tagesschächte zur Luft- und Lichtzufuhr und zur Erzförderung mit der Erdoberfläche verbunden werden.

Leder- und Holzreste fanden Archäologen in den Kupfergruben von Aramo in der historischen spanischen Landschaft Asturien (heute die Provinz Oviedo) am Nordhang des schluchtenreichen Kantabrischen Gebirges. Die Phöniker hatten sich schon um 1000 v. Chr. intensiv um den spanischen Bergbau und die reichen Silberminen gekümmert. Ihre Nachfolger waren die Karthager, die das südspanische Cádiz zum Metallumschlagplatz ausbauten.

Auch in Mitteleuropa wurde Kupfer ab 2000 v. Chr. verwendet, doch während der Völkerwanderung kamen viele Bergbaubetriebe zum Erliegen. Zwischen 1600 und 700 v. Chr., so vermuten die Historiker, haben keltische Kupferbergleute in der Nähe von Salzburg Schächte und Stollen in den Mitterberg getrieben und bereits mit Verzimmerung, Förder- und Steiganlagen gearbeitet. Im 9. Jahrhundert v. Chr. wurden in Oberösterreich von keltischen Kumpeln bei Hallstatt auch schon die ersten Untertage-Salzbergwerke angelegt. Erst im Mittelalter gewann der Erzabbau wieder an Bedeutung, das Thüringer Becken und Schlesien wurden zu europäischen Zentren der Kupferförderung. Ein regelrechtes Monopol hatten die Fugger im 15. und 16 Jahrhundert mit ihren Bergwerken in Tirol, Ungarn und Spanien. Erst um 1840 setzte in Amerika die Gewinnung von Kupfer in großem Maßstab ein. Andere heute wichtige Abbaugebiete - neben den USA und Chile - wie Kanada und Sambia begannen erst im 20. Jahrhundert mit der Förderung des Metalls.

Nicht viel jüngeren Datums als die Entdeckung des Kupfers ist vermutlich der Fund eines edlen Metalls namens »Gold«, das ebenfalls in reiner Form aufgelesen werden konnte. Manche Wissenschaftler glauben sogar, dass Gold das erste von Menschen bearbeitete Metall ist. Der älteste europäische Fund von Goldobjekten aus einem Friedhof bei Warna in Bulgarien stammt aus dem 5. Jahrtausend v. Chr. Um 3500 v. Chr. hatten die Sumerer bei der Metallbearbeitung schon die Wahl zwischen Kupfer, Gold, Blei und Silber. In Böhmen und Siebenbürgen lässt sich der Goldbergbau bis um das Jahr 2000 v. Chr. zurückverfolgen.

Die ersten Silberfunde aus Königsgräbern werden auf etwa 4000 v. Chr. datiert. Ein Kodex des (vielleicht legendären) Königs Menes (um 3000 v. Chr.) legt fest, dass »ein Teil Gold soviel Wert ist wie zweieinhalb Teile Silber«. Um 560 v. Chr. begann im alten griechischen Bergwerksbezirk Laureion im südöstlichen Attika der Silberbergbau. Ungefähr um die Mitte des 4. Jahrhunderts v. Chr. wurden dort Schächte bis zu 111 Meter Tiefe niedergebracht und Stollen in etwa 50 Meter Tiefe in die Berge hineingetrieben. Zwischen den Jahren 104 und 102 v. Chr. machten die Bergwerkssklaven von Laureion einen Aufstand, verließen ihre Minen und brannten alles nieder, was sich ihnen in den Weg stellte. Der Bergbau kam zum Erliegen und wurde erst rund zweitausend Jahre später, 1865, wieder aufgenommen. In Laureion wurden neben Silber auch Blei und Zink abgebaut.

siehe auch:
- Aluminium
- Blattgold
- Blei
- Bronze
- Eisen
- Kontaktkorrosion
- Messing
- NE-Metalle
- Patina
- Stahl
- Titanzink
- Zink