Kapitel 7 Feuerwerksraketen228

SCHWARZPULVERRAKETEN UND IHRE HERSTELLUNG

Die Korngrösse des Schwarzpulvers bestimmt die Abbrandgeschwindigkeit. Feinkörniges Pulver brennt schneller ab als grobkörniges. Aufgrund des Abbrandverhaltens der verschiedenen Korn- grössen wird feinkörniges Pulver für Faustfeuerwaffen (Pistolen und Revolver), grobkörniges für Gewehre und grobkörnigstes für Kanonen empfohlen. Die winzigen Pulverkörner des Schwarzpul- vers erscheinen, unter einem Mikroskop betrachtet, wie Kartoffeln. Zwischen den einzelnen Kör- nern befinden sich Lufteinschlüsse, die durch feine Verästelungen miteinander verbunden sind. Wenn Schwarzpulver in loser Schüttung an einer Stelle entzündet wird, dann schlägt der Feuer- strahl durch die sich zwischen den Pulverkörnern befindlichen Luftkanälchen hindurch, und ent- zündet die Oberfläche aller Körner, die dann von der Oberfläche her schichtweise nach innen ab- brennen. Wenn Schwarzpulver in einer Hülse eingeschlossen ist, dann treibt der hohe Gasdruck, der beim Abbrand entsteht, den Feuerstrahl mit noch höherer Geschwindigkeit an den einzelnen Körnern vorbei. Folglich treibt der Gasdruck die Abbrandgeschwindigkeit in die Höhe. Wenn die Brennkammer eines Feststoffantriebes mit einer losen Schüttung Schwarzpulver gefüllt werden würde, dann würde es bei der Zündung explosionsartig abbrennen und den Brennkammerdruck bis zum Bersten der Brennkammer in die Höhe treiben. In diesem Fall würde das Triebwerk einer Rohrbombe in nichts nachstehen. Zur Vermeidung eines unkontrollierten Druckanstieges wird das lose Pulver mit einer Presse zu einem festen und einheitlichen Treibsatz gepresst, der nur noch an der freiliegenden Oberfläche Feuer fangen kann und dann schichtweise abbrennt. In diesem Fall sind die Menge der Verbrennungsgase und die Menge der ausströmenden Abgase gleich gross, da die Abgase genügend Zeit haben, um aus der Düse ins Freie zu strömen. In der Brennkammer wird ein kontrollierter Druck aufgebaut, der sich durch den entsprechenden Düsenhalsdurch-messer auf den gewünschten Wert einstellen lässt. Der Durchmesser des Düsenhalses bestimmt also den Brennkammerdruck. Es gilt: Je mehr Treibstoff in einer Sekunde verbrannt wird, desto grösser muss die Fläche des Düsenhalses sein. Die pro Sekunde verbrannte Pulvermenge (Massendurchsatz) und der Gasdruck bestimmen die Abbrandgeschwindigkeit.
Das Verdichten des Pulvertreibstoffes zu einem festen Treibsatz erfolgt mit einem gewöhnlichen Hammer, einer Schlagmaschine oder einer Presse. Die erste Methode ergibt jedoch eine unregel- mässige Treibsatzdichte, da es nicht möglich ist, jeden Hammerschlag mit der gleichen Kraft aus- zuführen. Deshalb kamen bereits im Mittelalter Schlagmaschinen zum Einsatz, bei denen ein Fall- gewicht mit einem Zugkabel auf eine bestimme Höhe gehoben und von dort fallen gelassen wurde. Allerdings bergen die beiden ersten Methoden die Gefahr, dass die Pulverladung während des Schlagens explodiert. Die Ursache liegt darin, dass die sich zwischen den Pulverkörnerchen be- findliche Luft beim Pressvorgang nicht entweichen kann und folglich zusammengedrückt wird. Die Verdichtung der Luft lässt deren Temperatur ansteigen und zwar umso stärker, je schneller der Pressvorgang abläuft und je höher der Pressdruck ist. Dabei kann sehr schnell die Zündtemperatur der Pulverladung erreicht werden. Gleichermassen wird beispielsweise auch die Fahrradpumpe beim Aufpumpen eines Reifens mit zunehmendem Druck immer wärmer, da sich die Luft beim Verdichten auf ein kleineres Raumvolumen erwärmt. Genauso verhält es sich auch beim Diesel- motor. In seinem Zylinder drückt der sich aufwärts bewegende Kolben die Luft zusammen, wobei die Temperatur der verdichteten Luft auf etwa 900°Celsius ansteigt und somit den in diesem Moment eingespritzten Diesel entzündet. Eine solche Selbstentzündung kann aber auch beim Pressen grosskalibriger Pulverraketen eintreten, also bei Kalibern von mehr als 1.5 Zoll (3.8 cm). Um diese Gefahr abzuwenden, wird das Treibstoffpulver von grossen Pulverraketen mit einem leichtflüchtigen Lösungsmittel (Alkohol oder Aceton) zu einem krümeligen Teig gerührt. Mit einer Presse wird der feuchte Teig dann in mehreren Durchgängen Schicht für Schicht in die Papierhülse gepresst. Es sind Pressdrücke von 500 kg/cm2 bis 1'000 kg/cm2 notwendig, um dem Treibsatz eine feste und graphitartige Beschaffenheit zu verleihen. Die Abbrandgeschwindigkeit bei Pulverraketen wird mithilfe der Dichte des festen Treibsatzes und somit mit dem Pressdruck eingestellt. Es ist ein bestimmter Mindestpressdruck notwendig, um ein Durchzünden der gesamten Treibstoffmasse zu verhindern. Dieser Minimalwert muss umso grösser sein, je höher der vorgesehene Brennkam- merdruck ist. Die US-amerikanische Firma Estes mit Sitz in Penrose, Colorado, war eine der ersten Firmen, die fertige Treibsätze für Modellraketen herstellte, da es in den 1950er Jahren immer wieder zu Explosionsunfällen mit selbst gebauten Treibsätzen kam. Das Pulver der ESTES Schwarzpulverraketen wird portionenweise und unter Anwendung hoher Drücke in Pressen schichtweise in die Papierhülsen gepresst und dabei zu einem festen Treibstoffblock geformt.

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