Människa-Natur-Teknologi Nr.2 1985: Stenborrning

Det finns en ansenlig mängd med fynd av skafthålsyxor i Norden. Det har skrivits många böcker om yxornas utseende, fyndplatser och åldrar. En del har gått så långt att de har fört statistik över yxornas sammanhang. Vi har dock inte hittat några redovisningar av praktiska försök med borrning av hål i yxor. De exempel på borrning i sten som vi tagit del av gäller främst mindre hål, tex i stenpärlor. Det har inte varit möjligt att direkt överföra dessa teoretiska beskrivningar till det mera "storskaliga" håltagandet i stenyxor.
Syftet med detta projekt var att ta reda på hur man kan ha borrat hål i en skafthålsyxa under stenåldern.

SKAFTHÅLSYXANS HISTORIA

År 3500 f Kr

I Sverige råder ännu stenålder då de första metallföremålen dyker upp i de sydligaste delarna av landet. Ett av fynden är en skånsk kopparyxa som förmodligen har sitt ursprung i mellersta eller sydöstra Europa, där nu metallåldern börjar sitt intrång.

År 3000 f Kr

I södra Skandinavien börjar nu den mångkantiga stenyxan att breda ut sig. Den har troligen sin förebild i de mellaneuropeiska metallyxorna. Karaktäristiskt för yxan är att den är eneggad och har en "knopp" baktill.

År 2800 f Kr

Den mångkantiga yxan efterträds nu av en dubbeleggad stridsyxa. Har också denna yxa sin förebild i södern? Fynd av liknande metallyxor i medelhavsländerna talar för det.

År 2300. f Kr

Nu uppmärksammas ett främmande folk som bosätter sig i de mellersta och sydligaste delarna av Skandinavien. Vi kallar dem för båtyxefolket, efter deras eleganta stridsyxor. De äldre båtyxorna är relativt korta och har en låg skaftholk jämfört med de yngre, som är längre och smidigare och har en högre holk. Yxorna har även inhuggna gjutsömmar.

År 2000 f Kr.

Vi närmar oss slutet av stenåldern då en ny typ av yxor framträder - den enkla skafthålsyxan (simpel skafthålsyxa), vilken kan synas vara en förenkling av båtyxans smäckra former. Den saknar båtyxans skaftholk och gjutsömmar.
Massfynd av dessa yxor talar om att de var använda långt in på nästa epok, bronsåldern.

År 1500 f Kr

Den enkla skafthålsyxan är ännu den vanligast förekommande yxan, men även andra typer förekommer. Utseendet på dessa varierar stort. De två vanligaste är den nackböjda yxan och den rombiska yxan.

Något som alla dessa yxor har gemensamt är att:
De är tillverkade i sten, bl a i granit (innehåller bla kvarts), grönsten (basiska bergarter, fri från kvarts) och porfyr (finkornig, tät, porös) De är tillverkade genom "bultning".

Bultning
Man börjar med att slå till yxans form med en annan sten som hammare. Sedan fortsätter man utformningen genom att bulta och hamra. Vid slutbearbetningen använder man sand som slipmedel och kvartsitiska slipstenar, där de finbearbetas och sedan poleras upp till metallisk glans.

Borrning
Framförallt har yxorna ett genomgående skafthål. Dessa skafthål är med nästan all sannolikhet borrade eller hålslipade. Man skiljer på två olika borrningsutförande: Den äldre metoden, s.k borrning med massiv borr, förmodlingen ett borrämne av något trä eller hornmaterial (fig 2).
Den yngre metoden, s.k rörborrning, där borrningen tros ha utförts med ett rörben (fig 3).

Dessa två tekniker har blivit ett vanligt sätt att tidsbestämma yxorna, men det finns alltid undantag.

Fig 2. Den äldre borrmetoden - borrning med massiv borr.

Fig 3. Den yngre borrmetoden - rörborrning.

Man skall främst komma ihåg att under hela stenåldern och även under stora delar av bronsåldern var flinta det mest betydelsefulla materialet för tillverkning av arbetsredskap såsom yxor knivar och skrapor. I områden där flinta var svåråtkomligt användes kvartsitiska bergarter och skiffer.
Den mångkantiga yxan och den dubbeleggade var föga dugliga som arbetsredskap. De förmodas istället ha varit ett ceremoni- och högtidsvapen. Som stridsyxor har de säkert varit användbara.
Den enkla skafthålsyxan visar med sitt rika fyndantal att den var var mans egendom. Praktiska försök med dessa har gjorts av Åke Hyenstrand. Den visade sig vara ett fullt användbart arbetsredskap vid avverkning, klyvning samt planhuggning (Hyenstrand, Å. Nordsvensk forntid. Den enkla skafthålsyxan som arbetsredskap.)

OLIKA BORRVERKTYG

Det äldsta sättet att göra ett hål har månghundratusenåriga anor. Förmodligen använde man en spetsig sten och vred fram och tillbaka samtidigt som den trycktes mot ämnet.

Nästa steg var att man fann det möjligt att sätta fast ett skaft eller handtag på spetsen. Därigenom kunde man rotera den mellan handflatorna. Tusentals fynd vittnar om vilken stor betydelse dessa redskap haft.

En av de första revolutionerande tekniska uppfinningarna var drivningen av borren med hjälp av en tåt som lindades ett varv runt borren. Till denna tåt gjordes sedan en båge. Egyptiska fynd visar att utvecklingen till drivning med båge går mer än 4000 år tillbaka i tiden. Trycket på borren underlättades av en ändskål med ett lager t ex en bit flinta.

Andra varianter på borranordning var pumpdrillen (fig 4). Bland t ex guldsmederna användes borren ända till vår tid.

Fig 4. Pumpdrill.
Rekonstruktion efter
Semenov, 1964

Fig 5. Hävarmsborr. Fynd från byn Saqqara
i Egypten. Förmodligen från yngre stenåldern.
Efter ett försök att rekonstruera borrmaskinen
(utfört av R. Forrer och J Heierli).

En pinne, som roterades mellan handflatorna samtidigt som den trycktes mot en träbit eller sten, anses ha hört till de första elddonen och borrningsverktygen. En del forskare anser att man redan under yngre stenåldern kan ha använt en styrande ställning och ett svänghjul (fig 6).

Fig 6. Borr med styrande ställning
och svänghjul. Efter H. Halledorfs "Slagsten och automat".

Fig 7. Variant av drill.
Rekonstruktion efter Semenov, 1964.

SLIPMEDEL

En förutsättning för borrning i sten är att man använder ett slipmedel som är hårdare än stenen. Principen för bearbetning av sten har hängt kvar ända in i våra dagar. Vid sågning av byggnadssten används ett otandat sågblad och sand som slipmedel.
Vi provade följande material: krossad flinta (siktad och osiktad), krossad Gotlandssandsten, vägsand, krossad rosenkvarts (siktad och osiktad), samt ett industriellt slipmedel som ej artbestämts. Vi började så smått att prova oss fram och uteslöt sandstenen. Den var alldeles för finkornig. Efter ett tag tog vi bort även vägsand. Den var för spröd och hann aldrig att skära innan det blev mjöl. Vi märkte att de slipmedel som var osiktade hela tiden bildade ett fint pulver i botten på hålet. Pulvret hindrade slipsanden att arbeta sig genom stenen. Efter en rad försök fann vi att siktad flinta höll längst.
Kornstorleken var 1-2 mm på samtliga slipmedel som siktades. För att ytterligare förbättra slipegenskaperna tvättade vi slipmedlet i vatten. Då försvann allt damm och fint pulver som hindrade slipningen.
Den högsta avverkan fick vi när endast några korn lades i hålet. Om för många korn lades ner blev det motsatt verkan. Slipmedlet malde sig själv mer än stenen.
Något som hade stor betydelse var hur ofta vi bytte slipmedel. Att slipmedlet skar hörde vi på det kraftigt skärande ljudet. Eftersom borrhålet hela tiden var fyllt med vatten, såg vi att det efter ett tag flöt upp en "gröt" av krossat slipmedel. Då var det dags att byta.

Granit: en sur bergart som kan innehålla många olika mineraler, bl a ofta en hög andel kvarts. En hårdhet strax under kvarts anses gälla för de flesta graniter.
Grönsten: har ungefär samma hårdhet som granit. Grönsten är en sammanfattande beteckning för mer eller mindre omvandlade (till färgen ofta grönaktiga) basiska eruptiver (vulkaniska bergarter).
Porfyr: basisk bergart som är mycket nötningstålig och finkornig. Den innehåller kvarts. Används bl a till asfaltbeläggningar. Hårdhet som föregående.

FÖRSÖK VID PELARBORRMASKIN

Vi bestämde oss för att lösa problemet bakifrån med lite moderna metoder. Skolans pelarborrmaskin fick stå till tjänst. Borrmaskinen ställdes in på lägsta varvtal (220 varv/min).
Stenen vi använde var en finkornig eruptivbergart. En förutsättning för borrningen var att stenen låg absolut stilla. Vi bakade in den i lera och gjorde kanter runt om så att vattnet skulle stanna kvar. Trots inbakningen sprack stenen efter några försök med borrningar. Detta berodde förmodligen på att stenen inte låg plant.

Vi tillverkade borrkronor av följande material: sälg, björk, tall, gran, oxel, bok, horn, rörben samt kotand. Borrkronan kilade vi fast i en träkloss som i sin tur raspades så att den passade i pelarborrens chuck.
Innan vi började borra knackades en fördjupning i stenen. Detta gjorde att borren stadgades i starten. Den första kronan var horn. Till försöket använde vi osiktad krossad flinta. I början slets kronan mest vid kanterna, vilket resulterade i att en liten tapp bildades i mitten av kronan.
Efter ett tag försvann tappen, troligen beroende på att slipmassan samlades i mitten av hålet och slipade nästan enbart på kronan. Den slets ganska fort och blev efter ett tag så varm att det inte gick att hålla i den. Det började lukta illa och vattnet kokade nästan.
Nästa försök var färsk tall. Samma slipmedel. Det gick bättre med ett mjukt material som borrkrona. Kronan slets ej så fort och det blev jämnare slipyta i hålet. Kronan fick en liten urgröpning i centrum.
Vid tredje försöket tog vi sälg. Det visade sig ganska snabbt att sälg är på tok för mjuk. Detta fann vi också hos gran och björk.

Vid försöken med rörben visade det sig att benet förmodligen var för färskt. Det gick ganska lätt sönder. Det hela berodde nog på den höga hastigheten. Trots att vi övergav rörben som borrkrona ska man ej utesluta möjligheten att man kan ha borrat med rörben. Kotanden var alldeles för spröd. Stora flisor slets bort vid försöken.
Nu återstod bara oxel och bok. De var precis lagom hårda och sega. Slitningen på kronan var väldigt liten i förhållande till övriga försök. Slipmedlet trycktes in i kronan och fick då funktionen av ett sandpapper. Vi gjorde olika försök med utformning av borrkronan
Det bästa resultatet fick vi med en plan spets. Den med hål i packades med pulvriserat slipmedel. Men vi fick ändå en antydan till tapp i hålet. Kronan slets mycket fortare p g a den mindre anliggningsytan. Övriga borrar jämnades ut till plan spets ganska fort.

Vid försöken var det ett förhållandevis högt varvtal, vilket kan ge en felaktig bild.

VÅR FÖRSTA BORRMASKIN

Vi hade inga detaljerade förebilder eller litterära uppgifter när vi började byggandet av vår första borrmaskin. Vi kände däremot till hävstångsprincipen. Efter mycket tänkande och diskuterande oss emellan, kom vi fram till en möjlig modell.
Som axel till maskinen tog vi en huggkubbe i björk, ca 90 cm lång och 45 cm i diameter. Vi borrade ett 5 cm brett hål i mitten av axeln. Tanken var att vi skulle dra borren runt för hand med en genomgående stör. Till borrkrona tog vi en kotand som sattes fast i en träbit, vilken senare fästes i kubbändan. I toppen borrade vi och satte i en pinne.
Vi letade ut en plats med två raka björkar, med ca 2 m mellanrum. Sedan stagade vi upp borren mellan björkarna som var ungefär 35 cm tjocka. Vi använde slanor och rep.
I hävarmen som var 2,5 m lång, gröpte vi ur en skål och satte dit en bit flinta som skulle tjänstgöra som lager. Vi surrade senare fast den vid ett av träden. Tanken var att vi skulle hänga en tyngd vid ändan av hävstången.

Riktigt så långt kom vi dock aldrig, för när vi skulle prova att dra runt borren så satt den som gjuten. Vi hade gjort fel redan från början då vi valde ut träden, p g a att de var för smala så blev det ett oerhört spänn på sidorna av borren. Slanorna vi använde till stagningen var krokiga och vinda. Repen som vi surrat med gav efter m m, m m. Och träden var inte så raka som de såg ut att vara i början. Detta blev med tiden ett perfekt exempel på hur en borrmaskin inte skall se ut.

VÅR ANDRA BORRMASKIN

När vi skulle ta itu med byggandet av vår andra maskin hade vi samlat på oss många goda erfarenheter från det tidigare försöket. Vi hade även läst lite litteratur inom ämnet. Tyvärr finns det väldigt lite skrivet om just forntida borrmaskiner.

Vi började med att skaffa en stock som var 6 cm tjock och 220 cm lång. Den skulle fungera som hävarm. Ungefär mitt på hävarmen gjorde vi ett hål för lagret. Som lager tog vi en passande flintabit.
Borraxeln tillverkade vi av en 100 cm lång och 7 cm tjock granstock. Den tillspetsades i ena ändan, och avrundades så att den skulle passa i hålet på hävarmen. Den andra ändan sågades helt rak, där vi högg in ett fyrkantigt hål. Meningen med detta var att vi på ett enkelt sätt skulle kunna byta borr. Den första borren gjorde vi av en furubit som täljdes till. Vi kilade fast den i hålet.
Hur skulle vi då driva runt borraxeln?
Vi valde att prova samma teknik som i förra försöket. Vi borrade alltså ett hål genom axeln och satte i en grov pinne.

Då var det dags att montera ihop maskinen. Vi surrade fast hävarmen på trädet. Höjden beräknade vi så här, längden på borraxel och borr plus stenen vi skulle borra i. Stenen lades på plats, i detta fall i en avklippt konservburk. Borraxeln ställde vi på stenen samtidigt som vi förde in toppen i hålet på hävstången. Nu var det bara en tyngd i änden på hävstången som fattades. Vi tog en jutesäck som vi fyllde med sten. Ett problem som vi funderat över var hur vi skulle staga upp maskinen. Det löste sig när vi belastade hävstången med säcken. Vi förvånades över hur stadig den var. Lösningen låg i att hävarmen måste vara hårt surrad mot trädet och ha så lite rörelseförmåga i sidled som möjligt. Vi förbättrade den direkt genom att planhugga ytorna som låg mot varandra.

Och så var det dags att provborra maskinen. Då kom också felen fram. Det första vi märkte var att hävarmen var väldigt svag just vid lagerhålet. Det löste vi genom att surra fast en utanpåliggande träkloss. Vi gjorde ett nytt lagerhål i den.

Vi fann att arbetsställningen var obekväm vid drivandet av borren (med hjälp av den genomgående pinnen i axeln). Vi satte då på ett rep på ändarna av pinnen men det var ändå inte bra. Efter lite tänkande fann vi den slutliga lösningen. Helt sonika tog vi bort pinnen och i hålet trädde vi repet, där sedan varje ände lindades ett par varv runt axeln (se fig 9). Då fick vi en drivningsform som ej kunde slira, jämfört med om man bara skulle linda repet runt axeln. Vi satte även dit handtag i ändarna på repet.

Fig 9. Ett rep fick ersätta den genomgående pinnen
i axeln vid drivningen av borren. Repet träddes
genom hålet där pinnen suttit och runt axeln.

Efter ett tag märkte vi att det behövdes en lyftanordning till borren. Detta för att lättare kunna lägga ner slipmedel i hålet. Återigen kom hävstångsprincipen till sin nytta. En vedbit och en brädstump kom till användning (se fig 10).

Fig 10. Borren blev höj- och sänkbar med hjälp av
en vedbit, en brädstump och hävstångsprincipen.

FÖRSÖK VID VÅR MASKIN

Vi tillverkade borrar i oxel och bok. Flinta och rosenkvarts krossades och siktades till 1-2 mm. P g a att borraxeln inte är stadgad måste borren ha ett spår att snurra i från början. En liten grop knackades i stenen. Vi hårdhetsbestämde den och fann enligt Mohs tabell att den låg strax under fältspat.

Vi bestämde oss för att testa maskinens hållbarhet. Tre säckar fylldes med sten (5, 10, 15 kg). Säck efter säck hängdes på samtidigt som vi snurrade på borren. Vid 40 kg hördes knakningar från hävarmen. Den var lite försvagad p g a det första lagerhålet.

Vi hade nu kommit så långt att det var dags att börja borra på allvar. Två man drog i snöret från varsitt håll. Den första belastningen låg på fem kg, för att ta det lilla lugna i början. Det gick ganska lätt att snurra borraxeln, så vi övergick till en man. Den lätta tyngden åstadkom inget rejält skärande ljud. Då bytte vi ut den mot tiokilossäcken. Genast ryste det till i kroppen av det skärande ljudet. Vi höll på så här ett tag och kom ner en ganska bra bit i stenen. 15-kilossäcken häktades på och vi fick en vikt av 25 kg. Detta blev lite väl tungt, hävarmen började svaja när man var tvungen att ta i lite hårdare. Slipmedlet hann inte skära sa mycket innan det maldes till mjöl. I fortsättningen använde vi bara 10-kilossäcken.

Vi hade ett återkommande problem och det var lagret. Flintabiten vi använde gick sönder ett flertal gånger. Det kan bero på att den var så liten, men för att lagret skulle fungera var vi tvugna att knacka till den så den passade perfekt i lagerhålet. När flintan gick sönder, slets lagerpinnen och fick kontakt med trä i hålet. Detta resulterade i en kraftig värmeutveckling.
Det finns fynd av yxor som har gått sönder vid skafthålet och då finns det ett påbörjat hål osymmetriskt placerat på yxan. Denna yxa kan ha använts som lager.

Vid en tidsstudie lyckades vi borra 3 mm på en timme. Detta bevisar att man kan ha borrat ett skafthål på en dag.

PEDAGOGISK TILLÄMPNING

Det här är säkerligen inte den bästa lösningen av hela problemet, så ju fler som provar nya idéer desto närmare kommer man den ideala lösningen på hur man effektivast borrade hål i en sten under stenåldern.

Vad vi vill ha sagt med detta är: FÖRSÖK SJÄLV. För att bygga borren och utföra de praktiska försöken behövs det inga direkta förkunskaper. Om man skall göra det i utbildningssyfte är det bra att ha lite allmänna arkeologiska kunskaper. Vid försök med barn så bör det lägst vara mellanstadieelever. Varför inte bygga flera olika modeller. Det är nog lagom att vara 3-4 barn vid varje maskin. Arbetsmomenten vid byggandet är relativt enkla och kräver få verktyg. Vid borrandet bör man se till att barnen är försiktiga när de byter slipsand.
Det är inget måste att bygga maskinen utomhus.

NÅGRA SAMMANFATTANDE SYNPUNKTER

Borren: Vi hann endast med att prova ett fåtal material. Det finns säkert flera som duger lika bra.
Slipmedel: Två viktiga saker framkom, slipmedlet fungerar bäst om det tvättas och siktas.
Trycket: Bör ej vara för stort. Svårt att snurra och maskinen riskerar att falla ihop.
Stenen: Måste ligga plant men behöver ej stadgas med lera eller liknande.
Maskinen: Vi kom fram till att en ställning för att stadga borren är nödvändig. Det går ej att borra likt eldborr.
Borrningstid: Vi borrade ca 10 tim, vilket gav 3 mm/tim. Sannolikt kan detta göras fortare med teknik och erfarenhet.

LITTERATUR

Bauer, J. Mineraler, stenar och ädelstenar.
Burenhult, G. 1982. Arkeologi i Sverige. Fångstfolk och herdar.
- " - - " - Bönder och bronsgjutare.
- " - - " - Samhällsbyggare och handelsmän.
Coles, J. 1979. Expriemental Archaeology.
Ewans, J. 1897. Ancient stone implements, weapons and ornaments of Great Britain.
Gowland,W. 1902 Recent excavations at stonehenge Archaeologia.
Hagen, A. 1967. Norges oldtid.
Hallendorf, H. 1967. Slagsten och automat.
Hyenstrand, Å. 1969 Nordsvensk forntid.
Janson, S, Moberg, C, A.1965. Med arkeologin Sverige runt.
Kjellson, Henry. 1966. Forntidens teknik.
Malmer, M, P. Stridsyxekulturen i Sverige och Norge.
Rud, Mogens. 1966. Jag ser på oldsager.
Semenov, S, A. 1964, Prehistoric technology.
Sheratt, A. 1981. Arkeologi.
Stenberger, M. 1964. Det forntida Sverige.

Muntliga referenser

Groth, Arne, FOA, Stockholm
Höbida, Peet, Statens vägtrafikverk
Johansson, Tomas, Institutet för förhistorisk teknologi, Länsmuséet, Östersund
Rambrant, Harry, Gölholmen, Sävsjö

Tack till

Karin Blomkvist i Överhogdal för rosenkvarts.
Håkan Noring för idéer och grammatiska finesser.
Våra lärare Lotta, Ellinor och Tomas för goda råd och att de stog ut med oss.

Hårdhetstabell	Ritshårdhet
1. Talk	smulas med fingrarna
2. Gips	repas av nagel
3. Kalkspat (kalcit)	repas av kopparmynt
4. Flusspat (ortoklas)	repas lätt av kniv
5. Apatit	repas av kniv
6. Fältspat (ortoklas)	repas av stålfil
7. Kvarts (flinta)	repar fönsterglas
8. Topas	repar lätt kvarts
9. Korund	repar lätt topas
10. Diamant	repar ej