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BKS Böller und Blitzknallböller

Nun gibts was auf die Ohren. Erfahrt hier alls rund um BKS-Böller.
Wie sind diese Knallkörper aufgebaut? Welche verschiedenen Mischungen gibt’s? Wie entsteht eine Explosion? Wie werden pyrotechnische Knallsätze lauter und leiser und wie gefährlich sind die verschiedenen Mischungen tatsächlich? Diese Fragen werden wir Euch hier beantworten und dabei einen Einblick in die physikalisch-chemischen Mechanismen der Knallkörper verschaffen.

Chemische Grundlagen für BKS-Böller

Im Folgenden werden des Öfteren die Begriffe „Oxidationsmittel“ und „Reduktionsmittel“ fallen. Als Oxidationsmittel versteht man einfach gesagt einen Stoff, der Sauerstoff abgibt. Als Reduktionsmittel versteht man einen Stoff, der Sauerstoff aufnimmt bzw. einem anderen Stoff Sauerstoff entziehen kann. Man kann so folgendes Festhalten:
starkes Oxidationsmittel + starkes Reduktionsmittel = starke Reaktion
schwaches Oxidationsmittel + schwaches Reduktionsmittel = schwache Reaktion
starkes Oxidationsmittel + schwaches Reduktionsmittel = mittelstarke Reaktion
schwaches Oxidationsmittel + starkes Reduktionsmittel = mittelstarke Reaktion

Die Stärke eines Böllers ist von weiteren Faktoren abhängig, mehr dazu im Kapitel „Was bestimmt die Stärke von Blitzknallsätzen“

Was unterscheidet BKS Böller von normalen Chinaböllern?

Die beiden unterscheiden sich darin, dass der Knallsatz in Chinaböllern aus Schwarzpulver und der in BKS Böllern aus Blitzknallsatz (BKS) besteht. Dieses verhält sich beim Entzünden viel aggressiver als altbekanntes Schwarzpulver.
Der Grund dafür liegt in der chemischen Zusammensetzung der beiden Knallsätze. Schwarzpulver besteht aus Kaliumnitrat, Kohle und Schwefel. Kaliumnitrat ist ein mittelstarkes Oxidationsmittel und reagiert mit dem schwachen Reduktionsmittel Kohle bzw. Kohlenstoff. Der Schwefel verstärkt die Reaktion.
BKS hingegen besteht aus einem mittelstarken bis sehr starken Oxidationsmittel und einem starken Reduktionsmittel, also einem unedlen Metall. Dabei lässt sich die Stärke des Blitzknallsatzes durch die Wahl des Oxidationsmittels und des Reduktionsmittels und weitere, spannende Faktoren beeinflussen.

Aufbau eines BKS-Böllers

Ein klassischer BKS-Böller ist sehr simple aufgebaut. Eine Papphülse wird am unteren Ende mit einem Dämmstoff (meistens Gips, Plastikstopfen, Pappstopfen oder Ton) verschlossen. Nun wird der eigentliche Knallsatz – der Blitzknallsatz – in die Hülse gefüllt. Zur stärkeren Effektwirkung wird nicht 100% des Hohlraumes mit Pulver befüllt, sondern ein wenig Luft gelassen. Nun wird eine Zündschnur oder ein Elektrozünder in die Effektmischung gesteckt. Zu guter Letzt wird die obere Öffnung ebenfalls mit Gips zugegossen oder mit einem Stopfen mit Loch für die Zündschnur/den Elektrozünder verschlossen. Der Böller wäre nun funktionsfähig. Da das Auge bekanntlich mitisst , wird der Böller mit einer sogenannten Banderole versehen. Die Banderole wird mit jeglichen Designelementen versehen und beinhaltet die Pflichtangaben, die jeder Hersteller für Deutschland auf den Artikel schreiben muss. Dazu gehören die CE-Zertifizierung, eine Gebrauchsanweisung, der Sicherheitsabstand und die Kategorie, in welcher der Feuerwerkskörper zugelassen ist. Böller mit Blitzknallsatz sind in Deutschland nur in den Kategorien F3 (Mittelfeuerwerk) und F4 (Großfeuerwerk) und P1 erlaubt. Wichtige Erklärung vorab:

Funktion– wie entsteht eigentlich der „Knall“?

Explosionen und Detonationen Verursachen beide das gleiche: Eine Druckwelle mit meist lautem Knall.
Diese Druckwelle und der Knall müssen aber irgendwo herkommen. Natürlich wird in unserem Fall die Explosion/Detonation aus dem Blitzknallsatz kommen, sonst hätte es dieser Part nicht in den Text geschafft. Doch wie macht es das Pulver, dass aus ihm eine Druckwelle „herauskommt“?
Eine Explosion passiert, wenn ein Stoff plötzlich sein Volumen erhöht (das Volumen expandiert). Wenn die Expansion extrem schnell passiert, spricht man nicht mehr von einer normalen Explosion, sondern von einer Detonation.
Schwarzpulver ist ein Feststoff, der eine Explosion verursacht, wenn es gezündet wird. Wird Schwarzpulver entzündet, wandelt es sich in viele verschiedene Reaktionsprodukte um. Aus dem vorher pulverförmigen Schwarzpulver werden somit viele Gase und andere feste Stoffe. Die Gase haben ein viel höheres Volumen als der Ausgangsstoff Schwarzpulver. Doch das allein erzeugt in diesem Falle keine Explosion, das die Expansion durch den relativ langsamen Abbrand nicht „plötzlich“ genug passiert. Um die Expansion des Volumens so „plötzlich“ wie möglich zu machen, gibt man das Schwarzpulver in eine Hülse, die dann eine gewisse Zeit noch während dem Abbrand des Pulvers standhält. Dadurch baut sich ein sehr hoher Druck im Inneren der Hülse auf, bis die Hülse bei zu hohem Druck schlussendlich nachgibt. Im Gegensatz zum offen gezündeten Schwarzpulver ohne Hülse, welches bei Reaktion zwar sein Volumen sehr stark erhöht, dies jedoch nicht schnell genug passiert, hat die Hülse bewirkt, dass zuerst ein hoher Druck im inneren der Hülse entsteht und dieser dann, wenn die Hülse nachgibt, auf Schlag entweicht.
Es gilt also: je stabiler die Hülse (inklusive Stopfen an Ober- und Unterseite), desto Druckvoller und meist auch lauter ist der Böller.


Bei BKS gestaltet sich das ganze etwas einfacher. Von Haus aus besitzen diese Blitzknallsätze eine viel höhere Abbrandgeschwindigkeit. Manche Mischungen sind so stark, dass diese bereits als offen gezündeter Pulverhaufen explodieren. BKS reagiert weniger zu gasförmigen Produkten. Die Explosion wird durch einen weiteren Effekt sehr stark: innerhalb von Bruchteilen einer Millisekunde wird so viel Energie frei, dass sich die wenigen, gasförmigen Produkte und die normale Luft um den Effektsatz herum sehr stark ausbreiten. Es ist im Grunde genommen wieder der gleiche Effekt: Es gibt eine sehr schnelle Volumenvergrößerung (Volumenexpansion), dies nehmen wir als Explosion war.
Bei starken Blitzknallsätzen und Füllmengen zwischen 3 und 50 Gramm ist die Hülsenstärke erfahrungsgemäß nebensächlich.

Größere Mengen BKS sind in der Lage so viel Energie aufzubringen, dass aus einer Explosion eine Detonation wird.
Kommen wir nun zu einer spannenden Kettenreaktion, die in Knallkörpern jeglicher Art stattfindet. Als Beispiel nehmen wir einen klassischen, roten Chinaböller D. Die Zündschnur ist angezündet, sie brennt langsam vor sich hin und erreicht nach einigen Sekunden das Innere des Böllers. Dadurch wird das Schwarzpulver entzündet und fängt an, von oben nach unten runter zu brennen. Dieser Vorgang kann einige Zehntelsekunden lang dauern.

Während dieser Zeit passieren eine Reihe von Prozessen in unserem Böller:
Während der erste Teil des Schwarzpulvers brennt, wird das noch nicht brennende Pulver durch das bereits brennende erhitzt. Dadurch, dass das Pulver schon vor der eigentlichen Reaktion erhitzt wird, ist es reaktiver. Ist die Flamme nun bei dem erhitzten Schwarzpulver angekommen, reagiert es schneller als der vorherige Teil. Dieses Phänomen führt sich bis zum letzten Körnchen des Schwarzpulvers fort und steigert durch zunehmende Hitze die Reaktionsgeschwindigkeit.

Während dieses Prozesses entsteht ein sehr hoher Druck im Inneren des Böllers, daher ist es wichtig, dass die Hülse möglichst lange standhält. Unser Blitzknallsatz kann zusätzlich dadurch punkten, dass dieser unter anderem ein Metall wie Aluminium oder Magnesium besitzt. Metalle sind gute Wärmeleiter, wodurch diese Kettenreaktion nochmal verschnellert wird.

Verwendete Mischungen in Blitzknall-Böllern

Es gibt viele Mischungen, die Verwendung finden. Doch eine wird besonders oft verwendet:
Die 70/30 Kaliumperchlorat/Aluminium Mischung. Die Mischung besteht also aus einem starken Oxidationsmittel und einem starken Reduktionsmittel. Das macht die Mischung sehr kraftvoll. Blitzknallsätze sind IMMER empfindlich, daher ist ständige Vorsicht geboten. Das trifft vor allem auf die Produktion zu. Die 70/30 Mischung ist verhältnismäßig gut zu händeln, was diese Mischung besonders attraktiv macht. Zudem sind die einzelnen Komponenten kostengünstig.
Es gibt weitere Formeln auf Nitratbasis, diese sind weniger empfindlich gegenüber mechanischer Beanspruchung (Reibung, Schlag, etc.), dafür jedoch weniger kraftvoll, empfindlicher gegen Feuchtigkeit und verklumpen schneller.
Außerhalb des Profibereichs von Herstellungsstätten ist die Mischung aus Kaliumnitrat + Magnesium + Schwefel weit verbreitet. Hier haben wir ein Mittelstarkes Oxidationsmittel, ein starkes Reduktionsmittel und Schwefel zur Steigerung der Reaktionsgeschwindigkeit. Obwohl Magnesium ein noch stärkeres Reduktionsmittel ist als Aluminium, ist dieser Blitzknallsatz merklich „schwächer“ als die 70/30 Mischung. (Trotzdem viel stärker als Schwarzpulver).
Veraltete Mischungen beinhalten Kaliumpermanganat, ein violettes Pulver mit ausgeprägter Kristallstruktur, das ganz früher ebenfalls zum Baden benutzt wurde. Das Oxidationsmittel ist leicht instabil, was die damit hergestellten pyrotechnischen Mischungen unberechenbar und äußerst sensibel auf äußere Einflüsse wie Wärme, elektrostatische Aufladung, Reibung und sonstige mechanische Beanspruchung macht. Übrigens sind alle Blitzknallsätze sehr empfindlich gegenüber jedem gerade genannten Punkt.

Bevor Kaliumperchlorat (KClO4) zum Einsatz kam, wurde Kaliumchlorat (KClO3) verwendet. Dieses ist jedoch aufgrund von viel zu hoher Empfindlichkeit ersetzt worden.

Was bestimmt die Stärke von Blitzknallsätzen

    1. Wahl des Oxidations- und Reduktionsmittels. Im Folgenden werden einige Beispiele genannt:
      Mittelstarke Oxidationsmittel: Kaliumnitrat KNO3, Bariumnitrat Ba(NO3)2
      Starke Oxidationsmittel: Kaliumperchlorat KClO4, Natriumperchlorat NaClO4
      Starke bis extrem starke Oxidationsmittel: Kaliumchlorat KClO3, Kaliumpermanganat KMnO4 Extrem starke Oxidationsmittel: Ammoniumperchlorat NH3ClO4, dieses findet ebenfalls Verwendung in Raketentreibstoffen!
      Starke Reduktionsmittel: Aluminium, Magnesium
    2. Neben der Wahl von Oxidations- und Reduktionsmittel (ja, die Begriffe kommen einem mittlerweile zum Hals heraus), können den beiden Bestandteilen verschiedene Zusätze hinzugemischt werden.
      Das einfachste Beispiel ist Schwefel, so wie es bereits bei der vorhin beschriebenen Kaliumnitrat + Magnesium + Schwefel Mischung gemacht wird. Der Schwefel bewirkt eine niedrigere Entzündungstemperatur (im Fachjargon: Absenkung der Aktivierungsenergie) und eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit.
    3. Wie bei allen pyrotechnischen Sätzen – und weiteren chemischen Reaktionen – bestimmt die Partikelgröße der Chemikalien die Reaktions-/Abbrandgeschwindigkeit, da durch feinere Partikel die Gesamtoberfläche der Teilchen erhöht wird. Hört sich komisch an, kleinere Teilchen = höhere Oberfläche?
      Dazu ein Beispiel: Wir stellen uns eine Orange vor. Diese ist nun perfekt rund und hat damit eine kugelförmige Mantelfläche. Schneiden wir diese nun genau mittig von oben nach unten durch, haben wir zwei Hälften. Die runde Mantelfläche hat sich im Flächeninhalt nicht verändert, rechnen wir die Flächen der beiden Halbkugeln zusammen, haben wir eine genauso große Mantelfläche, wie vor dem Durchteilen. Wir haben allerdings pro Halbkugel eine zusätzliche Fläche gewonnen, nämlich jeweils einen Kreis aus Fruchtfleisch. Somit haben wir durch das bloße durchteilen der Orange die Gesamtoberfläche der zuvor unberührten Orange vergrößert. Nach diesem Prinzip funktioniert die Oberflächenvergrößerung bei Chemikalien. Da größere Oberflächen dazu führen, dass chemische Reaktionen schneller erfolgen, gilt somit: Je feiner das Pulver, desto heftiger die Reaktion. (Auch hierfür ein alltägliches Beispiel: Brauseblock vs Brausepulver, was wird im Wasser schneller zersetzt/aufgelöst?)
    4. Jetzt wird es noch ein wenig chemischer: Die Stöcheometrie der Mischung. Und was soll das jetzt wieder sein? Ganz einfach: Das richtige Mischungsverhältnis.
      Gibt man von einer Komponente der Mischung zu viel oder zu wenig hinzu, wird die Reaktionsgeschwindigkeit verringert. Um die stöcheometrisch korrekte Mischung zweier (oder mehrerer) Komponenten herauszufinden, wird die Reaktionsgleichung, nach der das Verbrennen von unserem jeweiligen Knallsatz abläuft, ermittelt – das erweist sich bei Pyrotechnischen Sätzen mit 3 oder mehr Komponenten als beinahe unmöglich – und dann anhand der sogenannten „molaren Massen“ der Stoffe der Gewichtsanteil der Chemikalie in einer Mischung bestimmt. Hört sich kompliziert an, wer sich allerdings für das chemische Rechnen interessiert, kann sich dies innerhalb weniger Tage aneignen. Reaktionsgleichungen von dermaßen hochenergetischen Reaktionen aufzustellen, ist praktisch unmöglich. Daher heißt es in der Praxis: Testen, bis das Mischungsverhältnis mit dem besten Ergebnis gefunden ist.
    5. Wieder zurück zu den Basics: Die Verdämmung des Pulvers. Je fester und stabiler die Hülle, desto mehr Druck und Hitze baut sich im Böller auf, desto schneller und stärker Reagiert der Blitzknallsatz, desto lauter wird der Knall.
      Hier lohnt es sich, nochmal den Teil „Funktionsweise – wie entsteht der „Knall“?“ durchzulesen, da dieser mit Sicherheit von der ein oder anderen Person übersprungen wurde

Gefahren im Umgang mit Blitzknallsätzen

Wir haben es vorhin bereits angerissen, jedoch muss es nochmal in aller Deutlichkeit gesagt werden. Blitzknallsätze sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Aufladung, Hitze, ist schlagempfindlich und empfindlich gegen jegliche mechanische Belastung. Das gilt für die meisten pyrotechnischen Sätze, bei BKS ist das aber besonders ernst zu nehmen.
Ein wenig können wir die Sorge nehmen, ist der Pulver in einem Böller verpackt, ist es ein stück weit unempfindlicher, da die Hülse Stöße abdämpft und vor direktem Kontakt mit dem BKS schützt.

Rechtliches zu BKS und BKS-Böllern

Feuerwerkskörper mit Blitzknallsatz sind in der Kategorie F2 (Kleinfeuerwerk, dies ist das typische Silvesterfeuerwerk, dass für jedermann an Silvester legal zu erwerben und zu verwenden ist) in der EU erlaubt. Die Zerleger von Bombetten in Feuerwerksbatterien, Bombenrohren, Raketen etc. beinhalten BKS.
Bodenknallkörper mit BKS sind in der Kategorie F2 EU-weit ebenfalls erlaubt, jedoch steht es jedem Land zu, seine eigenen Beschränkungen festzulegen. So sind in Deutschland keine Bodenknallkörper/Böller mit BKS erlaubt. Diese sind lediglich in den Kategorien F3 (Mittelfeuerwerk) und F4 (Großfeuerwerk) zu finden. Neben den „F“-Kategorien gibt es dann doch eine Kategorie, in der deutschlandweit Bodenknallkörper mit BKS für jedermann ab 18 zu erwerben und auch unter dem Jahr zu verwenden ist: Die Kategorie P1. Artikel in dieser Kategorie sind an einen vorgegebenen Zweck gebunden. Dieser ist meist auf der Verpackung beschrieben, beispielsweise „Signalmunition oder Einsatzübung“. Zudem werden Bodenknallkörper der Kategorie P1 nicht als „Böller“, sondern meistens als „Schallerzeuger“ betitelt und zugelassen. In der Kategorie F3 sind 10 g Blitzknallsatz auf Nitratbasis pro Böller erlaubt, möchte man einen Satz mit Perchlorat haben ist die Menge pro Böller auf 5 g limitiert.
In der Kategorie F4 gibt es keine Mengenbeschränkungen pro Effektsatz, Bodensaluts im Kilogrammbereich sind denkbar und finden in der Praxis tatsächlich ab und an Verwendung.

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