Raketenbonbons lassen sich in drei Hauptgruppen von Bestandteilen unterteilen: Brennstoffe, Oxidationsmittel und Zusatzstoffe. Der Treibstoff ist die Substanz, die verbrennt und schnell expandierende Gase freisetzt, die beim Austritt aus der Düse für Schub sorgen. Das Oxidationsmittel liefert Sauerstoff, der für den Verbrennungsprozess benötigt wird. Bei den Additiven kann es sich um Katalysatoren handeln, die die Verbrennung beschleunigen oder effizienter machen. Einige Zusatzstoffe sind jedoch eher ästhetischer Natur und können beim Start Funken und Flammen erzeugen oder Rauch hinzufügen, um die Verfolgung der Rakete in der Luft zu erleichtern.
BrennstoffeBearbeiten
Viele verschiedene Zuckerarten können als Brennstoff für Raketenbonbons verwendet werden, darunter Glukose, Fruktose und Saccharose; Saccharose ist jedoch am häufigsten. Sorbit, ein Zuckeralkohol, der häufig als Süßungsmittel in Lebensmitteln verwendet wird, ergibt ein weniger sprödes Treibmittel mit einer langsameren Abbrandgeschwindigkeit. Dadurch verringert sich das Risiko, dass die Treibstoffkörner platzen. Zucker mit doppelt gebundenem Sauerstoff, wie Fruktose und Glukose, sind thermisch weniger stabil und neigen bei Überhitzung zum Karamellisieren, haben aber einen niedrigeren Schmelzpunkt, was die Zubereitung erleichtert. Zucker, die nur Alkoholgruppen enthalten, wie Sorbit, neigen viel weniger zu dieser Zersetzung. Einige andere häufig verwendete Zucker sind Erythrit, Xylit, Lactit, Maltit oder Mannit.
OxidationsmittelBearbeiten
Das bei der Herstellung von Zuckermotoren am häufigsten verwendete Oxidationsmittel ist Kaliumnitrat (KNO3). Es können aber auch andere Oxidationsmittel wie Natrium- und Calciumnitrat sowie Mischungen aus Natrium- und Kaliumnitrat verwendet werden. KNO3 kann als granulierter „Stumpfentferner“ in Geschäften für Gartenbedarf erworben werden. Andere, seltener verwendete Oxidationsmittel sind Ammonium und Kaliumperchlorat.
Bei der Verwendung von Kaliumnitrat müssen zwei wichtige Fragen in Bezug auf das Oxidationsmittel geklärt werden. Der wichtigste Punkt ist die Reinheit des Materials. Wenn ein gekauftes Material nicht zufriedenstellend funktioniert, kann es notwendig sein, das KNO3 umzukristallisieren. Der zweite wichtige Punkt in Bezug auf den Oxidationsmittelanteil eines Treibstoffs ist seine Partikelgröße. Die meisten Hersteller von Treibmitteln ziehen es vor, ihr KNO3 auf eine kleine Partikelgröße zu mahlen, z. B. 100 mesh (etwa 150 μm) oder kleiner. Dies kann mit einer Kaffeemühle geschehen. Steinmühlen können auch verwendet werden, um ein feinkörniges, gut gemischtes Pulver zu mahlen.
ZusatzstoffeBearbeiten
Zusatzstoffe werden Raketentreibstoffen oft zugesetzt, um ihre Brenneigenschaften zu verändern. Solche Zusatzstoffe können verwendet werden, um die Brenngeschwindigkeit des Treibstoffs zu erhöhen oder zu verringern. Einige werden verwendet, um die Farbe der Flamme oder des Rauchs zu verändern. Sie können auch verwendet werden, um eine bestimmte physikalische Eigenschaft des Treibstoffs selbst zu verändern, z. B. Weichmacher oder Tenside, um das Gießen der Formulierung zu erleichtern. Es gibt viele Arten von Versuchsadditiven; die hier aufgeführten sind nur die am häufigsten verwendeten.
Metalloxide haben sich als geeignet erwiesen, die Verbrennungsgeschwindigkeit von Zuckertreibmitteln zu erhöhen. Es hat sich gezeigt, dass solche Zusätze bei einem Anteil von 1 bis 5 % am besten funktionieren. Am häufigsten werden Eisenoxide verwendet. Rotes Eisenoxid wird am häufigsten verwendet, da es etwas einfacher zu beschaffen ist als die gelben, braunen oder schwarzen Versionen. Braunes Eisenoxid weist ungewöhnliche Eigenschaften zur Beschleunigung der Verbrennungsgeschwindigkeit unter Druck auf.
Kohlenstoff in Form von Holzkohle, Ruß, Graphit usw. kann und wird manchmal als Brennstoff in Zuckerformulierungen verwendet. Meistens wird jedoch eine kleine Menge Kohlenstoff als Trübungsmittel verwendet, das eine sichtbare Rauchfahne erzeugt. Der Kohlenstoff wirkt als Wärmesenke und hält einen Teil der Verbrennungswärme im Treibstoff, anstatt sie schnell an das Motorgehäuse abzugeben.
Wenn metallische Brennstoffe wie Aluminium oder Magnesium in einer Zuckerformulierung verwendet werden, besteht die Gefahr, dass Spuren von Säuren im Oxidationsmittel enthalten sind. Saure Stoffe können leicht mit dem Metall reagieren und dabei Wasserstoff und Hitze erzeugen, eine gefährliche Kombination. Der Zusatz von schwachen Basen hilft, diese sauren Stoffe zu neutralisieren, wodurch die Gefahr stark verringert wird.
Titanmetallflocken oder -schwämme (mit einer Größe von etwa 20 Mesh) werden Zuckerformulierungen oft in Mengen von 5 bis 10 % zugesetzt, um beim Abheben eine funkensprühende Flamme und Rauch zu erzeugen.
Tenside werden verwendet, um die Schmelzviskosität von Zuckertreibmitteln zu verringern. Zum Beispiel hilft Propylenglykol, die Schmelzviskosität von Treibmitteln auf Saccharosebasis zu verringern.
FormulierungenBearbeiten
Eine typische Zuckertreibstoffformulierung wird normalerweise in einem Verhältnis von 13:7 Oxidationsmittel zu Treibstoff (Gewichtsverhältnis) hergestellt. Diese Formulierung ist jedoch leicht brennstoffreich und kann um bis zu 10 % variiert werden. Es gibt viele verschiedene mögliche Rezepturen, die einen Flug in der Amateurrakete ermöglichen.