Zwei Jahrzehnte unabhängige Forschung
Forschung & Innovation
Speer Pyrotechnik ist nicht nur Dienstleister, sondern auch Forschungslabor. Seit 1998 arbeiten wir an den physikalischen Grundlagen der Feuerwerksballistik – von der Abdriftmechanik über die Falsifikation des Magnus-Modells bis zur Entwicklung neuartiger Hochleistungstreibmittel, die weltweit Normen beeinflusst haben.
Forschungschronik
Der Weg von der Unfallanalyse zur Weltnorm
Auftrag des VDBF
Nach einem schweren Unfall in Dortmund beauftragt der Verband Deutscher Berufsfeuerwerker (VDBF) eine systematische Untersuchung der Abdrift von Feuerwerkskalibern. Ausgangspunkt ist eine einfache, aber bisher ungelöste Frage: Warum driften blindgängerische Feuerwerkskörper weit vom Abschussort ab, und welche Mechanismen steuern diese Abweichung?
Sicherheitsforschung VDBFErstpublikation im Journal of Pyrotechnics
Nach fünf Jahren Messkampagnen erscheint die Grundlagenstudie im Journal of Pyrotechnics, Sommer 2003. Die Arbeit dokumentiert erstmals präzise Abdriftweiten in Abhängigkeit von Kaliber, Treibladung und meteorologischen Bedingungen. Die empirischen Daten bilden die Grundlage für neue Sicherheitsabstände.
Die Ergebnisse fließen direkt in die Normgebung ein: zunächst in die deutsche Vorschrift, dann in die europäische EN 16261 (CEN/TC 212) und schließlich in den US-amerikanischen NFPA 1123 Code – eine dreistufige Wirkungskette von Aachen in die Welt.
JoP 2003 EN 16261 NFPA 112320 Jahre Theorie: Warum driften Feuerwerkskörper wirklich?
Die Messdaten widersprechen dem Lehrbuch. Das Magnus-Modell, das rotierende Projektile als Ursache der Abdrift identifiziert, kann die beobachteten Muster nicht erklären. Speer entwickelt einen alternativen mechanistischen Ansatz und validiert ihn über zwei Jahrzehnte durch Freilandversuche, Hochgeschwindigkeitskamera und schließlich Kamera-in-Hülse-Experimente.
Theorieentwicklung ExperimentalphysikGemeinsame Tests mit der BAM
Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM, Berlin) führt parallel eigene Treibladungsversuche durch. Die Speer-Treibmittel HPP A, HPP B und HPP C werden in BAM-Versuchsreihen mit 100-mm-Zylinderkalibern eingesetzt und instrumentell vermessen – Radar-Doppler, Videogrammetrie, Drucksensorik. Die Ergebnisse bestätigen die theoretischen Vorhersagen eindrucksvoll.
BAM Radar-Doppler Zylinderkalibern16. Internationales Feuerwerks-Symposium – Omagari, Japan
Marc Speer präsentiert High Performance Propellants vor dem Weltforum der Feuerwerksforschung. Das Paper beschreibt das axiomatische Designsystem für moderne Treibmittel, Leistungsmessungen (v₀ bis 250 m/s), Emissionsreduktionen und die Verträglichkeit mit kommerziellen Zylinderkalibern. Im selben Band veröffentlicht die BAM ihre unabhängige Studie zur Tumbling-Mechanik – beide Arbeiten verweisen aufeinander.
ISF 16 Omagari Hochleistungstreibmittel17. Internationales Feuerwerks-Symposium – Puerto Vallarta, Mexiko
Gemeinsam mit Gabor Tasnadi (TÜV InterCert, Budapest) und Dietrich Eckhardt (PyroKnowHow, Berlin) erscheint die Folgestudie Ballistic and Safety Advantages of Modern Propellants in Fireworks. An 75-mm-Rundkalibern wird die Abdrift statistisch signifikant gemessen: 64 ausgewertete Blindgänger, 95 % aller Einschläge innerhalb eines Radius von 45 m. Alle geltenden europäischen und US-amerikanischen Sicherheitsabstände werden eingehalten.
ISF 17 Puerto Vallarta RundkalibernZwei Modelle im Vergleich
Das Magnus-Problem – und seine Lösung
Magnus-Effekt als Abdriftursache
Die klassische Lehrmeinung: Rotierende sphärische Feuerwerkskörper erzeugen durch den Magnus-Effekt einen konstanten seitlichen Auftrieb, der die Abdrift erklärt. Numerische Modelle der BAM basierten auf diesem Ansatz.
Das Problem: Am Scheitelpunkt (Apex) bleibt die Rotationsachse im Raum erhalten – doch die Anströmungsrichtung kehrt um. Der Magnus-Beitrag während des Aufstiegs wird im Abstieg exakt kompensiert. Netto-Drift: null. Kameramessungen in der Hülse bestätigen dies unmittelbar.
Mündungsballistischer Lateralimpuls
Die eigentliche Ursache der Abdrift liegt in der Mündungsphase: Schwarzpulver verbrennt langsam; der größte Teil der Treibladung verbrennt erst, wenn die Hülse den Lauf bereits verlassen hat. Der asymmetrisch expandierende Mündungsgasstrahl überträgt einen seitlichen Impuls – eine systematische und reproduzierbare Ablenkung.
Konsequenz: Wer die Abdrift reduziert, muss den Mündungsdruckanteil minimieren – durch vollständige Verbrennung innerhalb des Laufs. Genau das leisten moderne Hochleistungstreibmittel.
Entwicklung
Hochleistungstreibmittel: Vier Axiome, zwei Generationen
Schwarzpulver erzeugt nur etwa 3 % der Leistung moderner Treibmittel. Zur kontrollierten Entwicklung pyrotechnisch tauglicher Alternativen formulierten wir ein axiomatisches Anforderungsprofil:
- Chemisch definierte Zusammensetzung für skalierbare, kontinuierliche Produktion ohne Chargenschwankungen.
- Herstellung ohne gefährliche mechanische Einwirkungen: kein Mahlen, kein Pressen, keine Reibung.
- Maximale Unempfindlichkeit gegenüber äußeren Reizen bei zuverlässiger Initialzündung durch Flamme oder Brückenanzünder.
- Zündübertragung auf pyrotechnische Nachbarsätze mindestens gleichwertig mit Schwarzpulver.
Auf dieser Basis entstanden zwei Treibmittelgenerationen: Pulver#6 (modifiziertes Schwarzpulver mit nanoskaligen Katalysatoren, BAMO/NMMO-Binder) und Pulver#8 (Nitrocellulose-basiert, UN 1.3C, raucharm, geruchsfrei, CO₂-neutral durch pflanzliche Cellulose).
Messergebnisse
Abdriftreduktion – gemessene Fakten
Die Überlegenheit moderner Treibmittel zeigt sich am deutlichsten in der Abdrift blindgängerischer Feuerwerkskörper – dem sicherheitskritischsten Parameter beim Feuerwerk.
Alle Messwerte wurden unter den jeweils geltenden deutschen, europäischen (EN 16261) und US-amerikanischen (NFPA 1123) Sicherheitsvorschriften verifiziert. Moderne Treibmittel erfüllen sämtliche Abstände; bei großkalibrigen Zylindern übertreffen die Sicherheitsmargen die Anforderungen erheblich.
Wissenschaftliche Publikationen
Peer-reviewed – weltweit zitiert
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Abdrift und Zündung bei pyrotechnischen Feuerwerkskörper
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High Performance Propellants
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Ballistic and Safety Advantages of Modern Propellants in Fireworks