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Kapitel 7 Feuerwerksraketen215
7. FEUERWERKSRAKETEN
EIGENSCHAFTEN VON SCHWARZPULVER
Der wohl älteste Explosivstoff und zugleich erste Raketentreibstoff ist das Schwarzpulver, das be- reits vor unserer Zeitrechnung in China erfunden wurde. In China waren um 600 n. Chr. Feuer- werksraketen für Unterhaltungszwecke sehr populär. Schwarzpulvertreibsätze erzeugen allerdings nur schwache Leistungen und dienen heute höchstens noch als Antrieb von Feuerwerksraketen und Hagelabwehrraketen. Das Geheimnis der Schwarzpulverherstellung drang von China nach Indien, von dort nach Mittelasien und um die Hälfte des 13. Jahrhunderts über Arabien nach Euro- pa. Im Jahre 1340 wurde in Augsburg die erste Pulvermühle in Betrieb genommen, die dazu dien- te, die Bestandteile des explosiven Gemisches fein zu vermahlen und gleichzeitig innig miteinander zu vermengen, um so die Explosionswirkung zu erhöhen. Sechs Jahrhunderte hindurch blieb Schwarzpulver das einzige Treibmittel für Geschosse, bis es im Jahr 1890 von den gelatinierten rauchlosen Pulvern abgelöst wurde. Die Zusammensetzung des Schwarzpulvers aus Kaliumnitrat, Holzkohlepulver und Schwefel ist nur geringen Schwankungen im Laufe der Zeit unterworfen gewesen, wie aus der folgenden Tabelle hervorgeht:
|Bestandteile||14. Jahrhundert||Heute|
|Kaliumnitrat||67.0 %||75 %|
|Holzkohlepulver||16.5 %||15 %|
|Schwefel||16.5 %||10 %|
Kaliumnitrat ist ein sauerstoffreiches Salz,das bei ausreichender Erwärmung den Sauerstoff für die
Verbrennung des Holzkohlepulver und des Schwefels freisetzt. Wenn man fein gemahlenes Kaliumnitrat mit brennbaren Stoffen mischt, dann verläuft die Verbrennung sehr rasch, da in einem Gramm Ka- liumnitrat soviel Sauerstoff enthalten ist wie in etwa 0.7 Liter Luft. Die Empfindlichkeit des Schwarzpulvers gegen Schlag und Reibung ist gross. Schwarzpulver explodiert beim Aufschlag eines 2-kg-Fallhammers aus einer Höhe von 70 bis 100 cm. In einen Sack gefülltes Schwarzpulver entzündet sich beim Beschuss mit einer Gewehrkugel. Es kann energisch explodieren, wenn es in einem hermetisch abgeschlossenen Raum mit einer starken Sprengkapsel initiiert wird. Schwarz- pulver findet als Schiessmittel in Handfeuerwaffen, als sehr milder Sprengstoff in Steinbrüchen und als Treibmittel in der Feuerwerkerei Verwendung. Manchmal wird Schwarzpulver auch noch für die Zündung von modernen Feststoffraketen eingesetzt.
Das bei Sprengarbeiten verwendete Schwarzpulver muss möglichst schnell abbrennen, um eine explosionsähnliche Wirkung zu erzielen. Zwar lässt sich Sprengpulver auch mit einer gewöhn- lichen Zündschnur entzünden, die Initiierung mit einer Sprengkapsel ergibt jedoch eine stärkere Explosion.
Die einzelnen Schiesspulversorten unterscheiden sich voneinander durch die Korngrössen. Fein- körniges Pulver brennt schneller ab als grobkörniges, da die Pulverkörner wegen ihrer hohen Dich- te von der Oberfläche her schichtweise nach innen abbrennen. Je kürzer der Lauf einer Schuss- waffe, desto höher sollte die Abbrandgeschwindigkeit des Schiesspulvers sein. Folglich kommen die feinkörnigen Pulversorten in Faustfeuerwaffen und die grobkörnigen in Gewehren und Kanonen zum Einsatz. In den folgenden Tabellen sind die Korngrössen für die verschiedenen Schiesspul- verarten angeben, die in der Schweiz und den USA gebräuchlich sind:
HINWEIS: Hier fehlen die Seiten 216 und 217 aus dem Buch "Raketen und Raumfahrt" !
Kapitel 7 Feuerwerksraketen218
Die Explosionswärme und das spezifische Gasvolumen hängen von der Zusammensetzung des Pulvers ab, wie aus der folgenden Tabelle hervorgeht:
HERSTELLUNG VON HOLZKOHLEPULVER FÜR SCHWARZPULVER
Zur Herstellung von Kohle für Schwarzpulver ist die Wahl der geeigneten Holzart sehr wichtig. Das
Holz muss weich sein und darf kein Harz enthalten. Das Holz von Balsa, Faulbaum, Zitterpappel,
Weide, Silberahorn, Erle und Haselnuss hat sich als besonders günstig erwiesen. Das zur Verkoh-
lung bestimmte Holz wird vor der Verkohlung von seiner Rinde befreit (entrindet), dann in Scheite
mit einer Dicke von 1 cm bis 3 cm gespalten und schliesslich in eine Retorte gebracht. Hierbei
handelt es sich um einen Stahlbehälter, der auf der einen Seite mit einem Deckel luftdicht ver-
schlossen ist und auf der anderen Seite mit einer Abzugsleitung für die Holzgase versehen ist. Die
Retorte wird gewöhnlich entweder mit Heizgas oder Kohle befeuert. Auch die Gase der trockenen
Holzdestillation gelangen zur Verbrennung, um ein Vergiften der Aussenluft zu vermeiden. Die
Entgasung des Holzes ist beendet, sobald kaum noch Holzgase aus der Abzugsleitung treten.
Dann wird die Abzugsleitung verschlossen und die Retorte aus dem Ofen herausgenommen. Die
Kohle darf erst nach der Abkühlung auf Raumtemperatur entnommen werden, da sich die heissen
Kohlen beim Kontakt mit der Aussenluft sonst selbst entzünden könnten. Auch darf die Holzkohle
erst fünf Tage nach erfolgter Verkohlung gemahlen werden, da es sonst beim Mahlen zu einer
Selbstentzündung der frischen Kohlen kommen könnte.
Je nach Temperatur bei der trockenen Destillation des Holzes kann man Holzkohle mit roter, brau- ner oder schwarzer Färbung gewinnen. Die Färbung der Holzkohle wechselt mit zunehmender Temperatur von rot über braun nach schwarz. Die Verkohlungstemperatur hat einen Einfluss auf die Farbe und die Entzündbarkeit der Holzkohle. Es gilt: Je höher die Temperatur bei der Verkoh- lung des Holzes, desto höher die Entzündungstemperatur der hergestellten Holzkohle, und umso geringer die Brenngeschwindigkeit. Folglich entzündet sich Schwarzpulver, das rote Holzkohle ent- hält, am leichtesten und brennt am schnellsten. Aus der Tabelle 7-8 geht hervor, dass die Holzkoh- le mit zunehmender Verkohlungstemperatur stärker entgast wird und der Kohlenstoffanteil zu- nimmt. Schwarze Holzkohle, die stark entgast ist, liefert bei der Verbrennung eine grössere Wär- memenge als rote, da die Verbrennungswärme mit dem Kohlenstoffanteil zunimmt. Ausserdem nimmt stark entgaste Kohle weniger Luftfeuchtigkeit auf, sodass auch das Schwarzpulver, das die- se Art von Kohle enthält, weniger feuchtigkeitsempfindlich ist. Auf die Entzündbarkeit und Brenn- geschwindigkeit der Kohle hat nicht nur die Verkohlungstemperatur, sondern auch die Holzart Ein- fluss. Weiches, porenreiches Holz ergibt eine leicht entzündbare und rasch brennendes Holzkohlepulver.