BKS Böller und Blitzknallböller

Nun wird es laut! In diesem Artikel erfahrt ihr alles über BKS-Böller. Wie sind diese lauten Knallkörper aufgebaut? Welche verschiedenen Mischungen gibt es? Wie entsteht eine Explosion? Wie werden pyrotechnische Knallsätze lauter oder leiser und wie gefährlich sind die verschiedenen Mischungen wirklich? All diese Fragen werden hier beantwortet und geben euch einen Einblick in die physikalisch-chemischen Mechanismen der Knallkörper.

Chemische Grundlagen für BKS-Böller

Im Folgenden werden oft die Begriffe “Oxidationsmittel” und “Reduktionsmittel” fallen. Ein Oxidationsmittel gibt einfach gesagt Sauerstoff ab, während ein Reduktionsmittel Sauerstoff aufnehmen oder einem anderen Stoff Sauerstoff entziehen kann. Um es zusammenzufassen:

• 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 hängt von weiteren Faktoren ab, mehr dazu im Abschnitt “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 besteht, während der in BKS Böllern aus Blitzknallsatz (BKS) besteht. Beim Entzünden verhält sich BKS viel aggressiver als das altbekannte 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. Der Schwefel verstärkt die Reaktion.

BKS hingegen besteht aus einem mittelstarken bis sehr starken Oxidationsmittel und einem starken Reduktionsmittel, wie beispielsweise einem unedlen Metall. Die Stärke des Blitzknallsatzes lässt sich durch die Wahl des Oxidationsmittels und des Reduktionsmittels sowie weiterer spannender Faktoren beeinflussen.

Aufbau eines BKS-Böllers

Ein klassischer BKS-Böller ist einfach aufgebaut. Eine Papphülse wird am unteren Ende mit einem Dämmstoff, wie Gips, Plastikstopfen, Pappstopfen oder Ton, verschlossen. Dann wird der eigentliche Knallsatz, der Blitzknallsatz, in die Hülse gefüllt. Um eine stärkere Effektwirkung zu erzielen, wird nicht der gesamte Hohlraum mit Pulver gefüllt, sondern es wird etwas Luft gelassen. Anschließend wird eine Zündschnur oder ein Elektrozünder in die Effektmischung gesteckt. Zum Schluss wird die obere Öffnung entweder mit Gips verschlossen oder mit einem Stopfen mit Loch für die Zündschnur/den Elektrozünder verschlossen. Der Böller ist nun funktionsfähig. Da das Auge bekanntlich mitisst, wird der Böller mit einer sogenannten Banderole versehen. Diese wird mit jeglichen Designelementen gestaltet und enthält die Pflichtangaben, die jeder Hersteller in Deutschland auf den Artikel schreiben muss. Dazu gehören die CE-Zertifizierung, eine Gebrauchsanweisung, der Sicherheitsabstand und die Kategorie, in der der Feuerwerkskörper zugelassen ist. Böller mit Blitzknallsatz sind in Deutschland nur in den Kategorien F3 (Mittelfeuerwerk) und F4 (Großfeuerwerk) und P1 erlaubt.

Wie entsteht eigentlich der “Knall”?

Explosionen und Detonationen verursachen beide dasselbe: Eine Druckwelle mit meist lautem Knall. Aber woher kommt diese Druckwelle und der Knall? Natürlich kommt die Explosion/Detonation aus dem Blitzknallsatz, sonst hätte dieser Teil des Textes keinen Platz gefunden. Aber wie schafft es das Pulver, dass eine Druckwelle entsteht?

Eine Explosion passiert, wenn ein Stoff sein Volumen plötzlich erhöht (Volumenexpansion). Wenn die Expansion extrem schnell erfolgt, spricht man nicht von einer normalen Explosion, sondern von einer Detonation.

Schwarzpulver ist ein Feststoff, der eine Explosion verursacht, wenn es gezündet wird. Beim Zünden wandelt sich Schwarzpulver in viele verschiedene Reaktionsprodukte um. Aus dem vorher pulverförmigen Schwarzpulver entstehen viele Gase und andere feste Stoffe. Die Gase haben ein viel höheres Volumen als das Ausgangsstoff Schwarzpulver. Doch allein dies erzeugt keine Explosion, da die Expansion durch den relativ langsamen Abbrand nicht schnell genug erfolgt. Um die Expansion so schnell wie möglich zu machen, wird das Schwarzpulver in eine Hülse gegeben, die eine gewisse Zeit während des Abbrands standhält. Dadurch entsteht im Inneren der Hülse ein sehr hoher Druck, bis die Hülle dem Druck schließlich nachgibt. Im Gegensatz zu offen gezündetem Schwarzpulver ohne Hülse, bei dem das Volumen stark ansteigt, dies jedoch nicht schnell genug geschieht, sorgt die Hülse dafür, dass zuerst ein hoher Druck im Inneren der Hülse aufgebaut wird und dann schlagartig entweicht.

Je stabiler die Hülse (einschließlich Stopfen an Ober- und Unterseite), desto druckvoller und in der Regel auch lauter ist der Böller.

Bei BKS gestaltet sich das Ganze etwas einfacher. Diese Blitzknallsätze haben von Haus aus eine viel höhere Abbrandgeschwindigkeit. Manche Mischungen sind so stark, dass sie bereits als offen gezündeter Pulverhaufen explodieren. BKS reagiert weniger mit gasförmigen Produkten. Die Explosion wird durch einen weiteren Effekt verstärkt: Innerhalb von Bruchteilen einer Millisekunde wird so viel Energie freigesetzt, dass sich die wenigen gasförmigen Produkte und die normale Luft um den Effektsatz herum stark ausbreiten. Auch hier erfolgt eine schnelle Volumenvergrößerung (Volumenexpansion), die als Explosion wahrgenommen wird.

Verwendete Mischungen in Blitzknall-Böllern

Es gibt viele Mischungen, die verwendet werden, aber eine wird besonders häufig verwendet: Die 70/30 Kaliumperchlorat/Aluminium Mischung. Diese Mischung besteht aus einem starken Oxidationsmittel und einem starken Reduktionsmittel, was sie sehr kraftvoll macht. Blitzknallsätze sind IMMER empfindlich, daher ist ständige Vorsicht geboten. Diese Mischung ist vergleichsweise einfach zu handhaben und daher besonders attraktiv. Zudem sind die einzelnen Komponenten kostengünstig.

Es gibt weitere Formeln auf Nitratbasis, die weniger empfindlich gegenüber mechanischer Belastung sind, dafür jedoch weniger kraftvoll, empfindlicher gegen Feuchtigkeit sind und schneller verklumpen. Außerhalb des Profibereichs werden häufig Mischungen aus Kaliumnitrat + Magnesium + Schwefel verwendet. 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 (dennoch viel stärker als Schwarzpulver).

Veraltete Mischungen enthalten Kaliumpermanganat, ein violettes Pulver mit ausgeprägter Kristallstruktur, das früher ebenfalls für Badezwecke verwendet wurde. Die Oxidationsmittel in diesen Mischungen sind leicht instabil, wodurch die hergestellten pyrotechnischen Mischungen unberechenbar und äußerst empfindlich auf äußere Einflüsse wie Wärme, elektrostatische Aufladung, Reibung und mechanische Belastungen sind. Alle Blitzknallsätze sind sehr empfindlich gegenüber den genannten Punkten.

Bevor Kaliumperchlorat (KClO4) zum Einsatz kam, wurde Kaliumchlorat (KClO3) verwendet. Dieses wurde jedoch aufgrund seiner zu hohen Empfindlichkeit ersetzt.

Was bestimmt die Stärke von Blitzknallsätzen

Die Stärke von Blitzknallsätzen wird von verschiedenen Faktoren bestimmt:

1. Wahl des Oxidations- und Reduktionsmittels. Hier sind einige Beispiele:

   • 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, das auch in Raketenbrennstoffen verwendet wird
   • Starke Reduktionsmittel: Aluminium, Magnesium

2. Zusätze, die den beiden Hauptbestandteilen hinzugefügt werden können. Ein einfaches Beispiel ist Schwefel, wie bei der zuvor beschriebenen Mischung von Kaliumnitrat + Magnesium + Schwefel. Schwefel senkt die Entzündungstemperatur (Aktivierungsenergie) und erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit.

3. Die Partikelgröße der Chemikalien bestimmt die Reaktions- und Abbrandgeschwindigkeit. Durch feinere Partikel wird die Gesamtoberfläche der Teilchen erhöht, was zu schnelleren chemischen Reaktionen führt.

4. Die stöchiometrische Zusammensetzung der Mischung. Das richtige Mischungsverhältnis der Komponenten beeinflusst die Reaktionsgeschwindigkeit. Eine zu hohe oder zu niedrige Zugabe einer Komponente verringert die Reaktionsgeschwindigkeit. Die stöchiometrisch korrekte Mischung wird durch die Reaktionsgleichung bestimmt, deren Gewichtsanteil mithilfe der molaren Massen der Stoffe ermittelt wird.

5. Die Festigkeit der Hülse beeinflusst den Druck und die Hitze im Inneren des Böllers. Je fester und stabiler die Hülse ist, desto schneller und stärker reagiert der Blitzknallsatz, und desto lauter wird der Knall.

Gefahren im Umgang mit Blitzknallsätzen

Wie bereits erwähnt, sind Blitzknallsätze empfindlich gegenüber elektrostatischer Aufladung, Hitze, Stößen und jeglicher mechanischer Belastung. Das gilt für die meisten pyrotechnischen Sätze, aber bei BKS ist Vorsicht besonders wichtig. Wenn das Pulver in einem Böller verpackt ist, ist es etwas unempfindlicher, da die Hülse Stöße abdämpft und direkten Kontakt mit dem BKS verhindert.

Rechtliches zu BKS und BKS-Böllern

Feuerwerkskörper mit Blitzknallsatz sind in der EU in der Kategorie F2 (Kleinfeuerwerk, das typische Silvesterfeuerwerk, das jeder an Silvester legal erwerben und verwenden kann) erlaubt. Die Zerleger von Bombetten in Feuerwerksbatterien, Bombenrohren, Raketen usw. enthalten BKS. Bodenknallkörper mit BKS sind EU-weit ebenfalls in der Kategorie F2 erlaubt, jedoch können einzelne Länder ihre eigenen Beschränkungen festlegen. In Deutschland sind Bodenknallkörper/Böller mit BKS nicht erlaubt. Sie sind lediglich in den Kategorien F3 (Mittelfeuerwerk) und F4 (Großfeuerwerk) zu finden. Es gibt jedoch eine Ausnahme in Deutschland: die Kategorie P1. Artikel in dieser Kategorie sind an einen bestimmten Zweck gebunden, der in der Regel auf der Verpackung angegeben ist, z.B. “Signalmunition oder Einsatzübung”. Bodenknallkörper der Kategorie P1 werden nicht als “Böller”, sondern meistens als “Schallerzeuger” bezeichnet und zugelassen. In der Kategorie F3 sind 10 g Blitzknallsatz auf Nitratbasis pro Böller erlaubt, während die Menge pro Böller auf 5 g begrenzt ist, wenn Perchlorat verwendet wird. In der Kategorie F4 gibt es keine Mengenbeschränkungen für Effektsätze, und Bodensaluts im Kilogrammbereich sind möglich und werden tatsächlich verwendet.