Schwarzpulver einst und jetzt
Von Herbert Stutz
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Buchvorschau
Schwarzpulver einst und jetzt - Herbert Stutz
Stutz
1. Einführung
Schwarzpulver ist auch in modernen Zeiten ein reizvolles Thema sowohl unter technischen als auch kulturhistorischen Aspekten. Seine Anfänge verlieren sich im Dunkel der Geschichte. So weit es sich nachvollziehen lässt, entstand es im asiatischen Raum, vermutlich in China oder Indien und verbreitete sich von da aus über den arabischen Raum bis nach Europa.
Seine Einstufung schwankte zwangsläufig je nach Zeit und Standpunkt zwischen Gottesgnade und Teufelswerk, immerhin wurde und blieb es für fast ein Jahrtausend zum alleinigen Treibmittel für Feuerwerke aller Art. Dabei sollte nicht vergessen werden, dass dies nicht nur für kriegerische Zwecke gebraucht wurde, unsere Vorfahren hatten sich über die Jagd damit auch ernährt. Überwiegend vegetarische Ernährungsweisen ergaben sich damals eher zwangsläufig und unfreiwillig.
Mit dem Aufkommen der modernen Chemie und den Nitropulvern wurde es obsolet und fristete ein Nischendasein für spezielle Anwendungen, bis in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts im Zuge der Nostalgiewelle ausgehend von Amerika auch das Schießen mit Vorderladern wiederbelebt wurde. Dabei zeigte sich dann schnell, dass das gesamte Wissen unserer Vorfahren dazu inzwischen weitgehend verlorengegangen war.
2. Zusammensetzung und Eigenschaften von Schwarzpulver
Das heute käufliche Schwarzpulver weist die klassische Zusammensetzung von 75% Salpeter (KNO3), 15% Kohle und 10% Schwefel auf. Zur Schwarzpulverzeit variierten die Zusammensetzungen etwas je nach Verwendungszweck und Zeit. So war z.B. in Österreich (1) die Mischung für Scheibenpulver 80,5/15,5/10, für Gewehrpulver 78,5/14,5/10 sowie für Musketen- und Geschützpulver 76,5/13,5/12,5. In Preußen waren bis zur friderizianischen Zeit die Zusammensetzungen für Musketenpulver 73,6/16,2/10,2, für besonders gutes (extraordinäres) Pulver 78/12,3/9,7 sowie für Pirschpulver 81/12,7/6,3, wobei für Pirschpulver auch der reinere Importsalpeter verwendet wurde. Nach den Befreiungskriegen wurde die Zusammensetzung mit 75/13,5/11,5 angegeben, ab 1831 änderte man dies auf 74/16/10 (2-7).
Der Salpeter ist in diesem Gemisch der Sauerstofflieferant, er hat einen Schmelzpunkt von 334°C und ist nicht hygroskopisch. Die dem Schwarzpulver nachgesagte Feuchtigkeitsempfindlichkeit hat eher historische Gründe, sie war auf Verunreinigungen mit Ca- oder Na-Nitrat zurückzuführen, die beide sehr hygroskopisch sind und in früheren Zeiten herstellungsbedingt als Verunreinigung vorhanden waren (8). Ca-Nitrat stammte dabei aus dem Grubensalpeter (Gewinnung von Salpeter aus Jauche in Erdgruben), das Na-Nitrat aus dem Chilesalpeter. Beide wurden zu Kalium-Nitrat umgewandelt, dabei konnten die Verunreinigungen mitgeschleppt werden. Heute ist dies kein Problem mehr.
Die Kohle ist der Energielieferant, sie wird bei der Umsetzung im wesentlichen zu Kohlenmonoxid (~5%) und Kohlendioxid verbrannt. Sie bestimmt die Qualität des damit hergestellten Pulvers (9, 10). Gewöhnliche Holzkohle, wie sie zum Grillen verwendet wird, ist dafür nicht geeignet. Man erhält damit zwar ein Pulver, das Lärm und Rauch macht, aber keine konstante Leistung liefert (vor allem, weil Hobbypulverfabrikanten das Gemisch nicht im nötigen Maß verdichten können und bei diesen Arbeiten in der Küche Ärger mit den dortigen höheren Autoritäten bekommen).
Für Schwarzpulver benötigt man speziell hergestellte Kohlen, im allgemeinen aus Weichhölzern (wegen derer lockeren Zellstruktur und gleichmäßigen Zellwänden) wie Faulbaum, Weißerle, Weide, Hasel und ähnliche, die in speziellen Öfen (Retorten) unter Luftabschluss bei niedrigen Temperaturen, etwa um 270-350°C, hergestellt werden. Die Temperatur muss dabei sehr sorgfältig kontrolliert werden, da der Kohlenstoffgehalt und die Verbrennungseigenschaften sehr empfindlich von der Verkokungstemperatur abhängen.
Bei niedrigen Temperaturen erhält man die sog. Rotkohle mit einem Kohlenstoffgehalt von 60-70%, sie ist sehr porös und verbrennt deshalb sehr schnell. Bei der Verbrennung liefert sie einen höheren Anteil an Wasserdampf, sie wurde deshalb für das sog. Nassbrandpulver eingesetzt. Dadurch wurden die Pulverrückstände weich gehalten. Sie sieht etwas rötlich-bräunlich aus, das daraus hergestellte Pulver wurde deshalb in Österreich auch als Braunpulver bezeichnet. Nach (11) wies eine typische Pulverkohle einen C-Gehalt von 68,4% auf, demnach dürfte es damals bei sehr niedrigen Temperaturen, etwa um 250°C, hergestellt worden sein (12).
Nach einer anderen Quelle (13) soll Nassbrandpulver mit einem höheren Schwefelanteil hergestellt worden sein. Das bei der Verbrennung mit entstehende Kaliumsulfid (∼5%) ist sehr hygroskopisch, zieht aus der Luft schnell Feuchtigkeit an und soll so die Pulverrückstände weichhalten. Bei höheren Temperaturen erhält man die sog. Schwarzkohle mit Kohlenstoffgehalten um 75-82%, die besten Pulverqualitäten erhält man mit Kohlenstoffgehalten um 78-80%. Nassbrandpulver werden heute nicht mehr hergestellt.
In Preußen wurde für Militärpulver Haselholzkohle, für Pirschpulver Faulbaumholzkohle (preußisch: Schießbeere) verwendet, in Österreich solche aus Weißerle, für Scheibenpulver ebenfalls Faulbaum- oder Hundsbeerkohle. Schweizer Schwarzpulver wird ebenfalls aus Faulbaumkohle hergestellt, Böllerpulver aus Erlenkohle (14), WANO-Pulver aus Erlenholzkohle.
Der Schwefel bildet gelbliche, hornartige Kristalle, die bereits bei 113°C schmelzen. Er dient in der Mischung einmal dazu, als Klebstoff die Kohle und den Salpeter miteinander zu verbinden, damit das Pulver nicht auseinanderfällt. Bei der Herstellung und Trocknung des Pulvers treten Temperaturen auf, die ausreichen, den zerkleinerten Schwefel zu erweichen und alles miteinander zu verbinden. Seine Hauptaufgabe ist jedoch, die Entflammbarkeit zu verbessern.
Schwefelfreies Pulver kann man zwar prinzipiell herstellen, dessen Entzündungsverhalten ist aber sehr schlecht, so dass man bei Steinschlosswaffen ständig Fehlzündungen erhält (12). In früheren Untersuchungen (15, 16) wurde es als für das (Steinschloss)Gewehr untauglich, für Kanonen aber als brauchbar befunden, wobei dessen Leistung dann stark ladungsabhängig war. So brachte es im Probiermörser etwa 60%, im grossen 9"-Mörser aber bereits 75% der Leistung des normalen Pulvers.
Bei der Pulverherstellung werden die Komponenten zunächst vorgemahlen, vermischt und in sog. Kollergängen (Mühlen) gemahlen und auf eine Dichte von etwa 1,5 g/cm³ vorverdichtet. Da diese Masse dann noch eine sehr inhomogene Verdichtung aufweist, wird sie anschließend wieder mehlfein zerkleinert und in hydraulischen Pressen auf ihre endgültige Dichte gepresst.
Die Dichte liegt dann um etwa 1,75 g/cm³, sie ist neben der Qualität der Kohle für die Leistung entscheidend. Nach Greener (17) bewirkt eine Schwankung der Dichte um 0,05 g/cm³ eine v0-Änderung um etwa 15 m/sec. Solche Dichteunterschiede dürften (neben der verwendeten Kohle) auch die wesentlichsten Ursachen für die bekannten Qualitätsunterschiede der diversen Hersteller sein.
Von Schweizer Pulver und WANO PP wurden die Schüttgewichte (Raumgewichte einer losen Schüttung nach Klopfen) ermittelt. Bei PP beträgt das Schüttgewicht 1,02 g/cm³, CH1 und CH2 weisen mit 1,08 g/cm³ beide identische Schüttgewichte auf. Demnach sind vom Volumen einer Pulversäule im Lauf etwa 60% vom Pulver ausgefüllt, der Rest ist Luft.
Zur Beziehung zwischen Zusammensetzung und Leistung gibt es eine Untersuchung von Bretscher (12), bei der mittels Geschwindigkeitsmessungen an Eigenlaboraten die Leistung des Pulvers als Geschossenergie pro Gramm Pulver charakterisiert wurde (Enfield .58, Pflasterkugel 17,3 g, 2,0 g Pulver). Die Ergebnisse sind in der Abb. 2.1. wiedergegeben. Zur besseren Darstellung wurden die Mengen jeweils auf 100 Teile Salpeter umgerechnet.
Abb. 2.1. Zusammensetzung und Leistung von Schwarzpulver
Aus der Abb. 2.1. wird deutlich, dass es einen Plateaubereich etwa zwischen 10 und 27 Teilen Kohle (entsprechend ∼10-20%) sowie von 3-12 Teilen (∼3-10%) Schwefel gibt, in dem sich die Pulverleistung nur wenig ändert. Dies erklärt die Vielfalt der beschriebenen Rezepturen im Lauf der Zeit.
Von den im Handel befindlichen Pulvern sind nach DWJ- und Firmenangaben folgende Korngrößen bekannt:
Böllerpulver von Dynamit Nobel besteht aus 70% Kaliumsalpeter, 18% Kohle und 12% Schwefel, es weist eine Dichte von 1,45-1,55 g/cm³ auf.
Österreichisches Gewehrpulver M81 bestand aus Weißerlenholzkohle, es wies eine Dichte von 1,50 g/cm³ und eine Körnung von 0,57-1,5 mm auf.
Das preußische Gewehrpulver M/71 wies eine Zusammensetzung von 76/15/9 Salpeter/Kohle/Schwefel auf. Es hatte eine höhere Dichte und gleichmäßigere Kornform als die früheren Pulver, die unbefriedigende ballistische Eigenschaften ergaben.
Von Jagdschwarzpulver Nr. 1 von Dynamit Nobel sind folgende Spezifikationen bekannt:
(Dies ist eine Pulverprüfung, bei der ein kleiner Probiermörser durch ein aufgelegtes Gewicht verschlossen wird. Das Gewicht wird durch eine gezündete Pulverladung hochgeschossen und die Höhe gemessen. Die Steighöhe ist ein Maß für die Pulverkraft)
Schwarzpulver ist schlagempfindlich. Die Schlagempfindlichkeit ist jedoch bedeutend geringer als die von Nitropulver. So benötigt Schwarzpulver mit einem Fallgewicht von 2 kg zur Zündung eine Fallhöhe von 60-70 cm, Nitropulver zündet dagegen bereits ab ca. 20-30 cm Fallhöhe. Die Schlagempfindlichkeit nimmt mit abnehmender Korngröße und bei Zusätzen von Fremdstoffen wie Sand oder Salzen zu.
Im Gegensatz zu Angaben mancher neuerer amerikanischer Bücher ist Schwarzpulver jedoch nicht reibempfindlich (18, 19). Reibversuche zwischen Stahlplatten (die nicht miteinander in Kontakt waren) und Lasten bis 500 kg ergaben keine Zündung, auch nicht in Gegenwart von Sand. Im Gegensatz dazu zünden Sprengstoffe wie RDX (Hexogen : Cyclotrimethylentrinitramin) oder Nitropenta (Pentaerythrittetranitrat) bereits unter viel milderen Bedingungen.
Durch elektrostatische Funken kann Schwarzpulver nicht entzündet werden (18). Im Internet gibt es dazu auch recht eindrucksvolle und perfekt inszenierte Videos
(www.muzzleloaders.com/ctml_experiments/sparks/sparls.html)
Die Lagerfähigkeit von Schwarzpulver ist praktisch unbegrenzt, sofern dabei Feuchtigkeit ferngehalten wird.