Umformung von Metallplatten zu Kunstobjekten mittes Sprengtechnik.

Im Februar 2017 konnte ich erste Erfahrungen mit der sprengtechnischen Umformung von Metallplatten mit geringen Sprengstoffmengen gewinnen (Dankeschön an Hubert für die Unterstützung!). In diesem Rahmen sind viele Anwendungen denkbar – Stahlplatten können zu Feuerschalen gesprengt werden. Eine kleinere Dimension stellen Obstschalen dar, deren Entstehung im Folgenden beschrieben wird.

Durch Sprengen werden Unikate geschaffen

Das Umformen (auch bildsame Formgebung genannt) stellt ein Fertigungsverfahren dar, bei welchem plastische Werkstoffe (u. a. Metalle) gezielt in eine andere Form gebracht werden. Hier kommen bei der Produktmassenfertigung Verfahren, wie das Tiefziehen z. B. mittels hydraulischer Pressen, zum Einsatz, die eine einheitliche Produktqualität und -Eigenschaft gewährleisten. Das Prinzip des hier eingesetzten „Stempels“ kann auch mit einer durch Sprengstoff erzeugten Druckwelle auf das Material erreicht werden.

 

Über welche Größenordnungen sprechen wir? Die chemische Umsetzung von gewerblichen Sprengstoffen zu Gas erfolgt in kürzester Zeit - im wahrsten Sinne des Wortes - explosionsartig. So beträgt die Detonationsgeschwindigkeit des für die Sprengung von Gebäuden verwendeten Sprengstoff Eurodyn beispielsweise ca. 6300 Meter in der Sekunde (das sind 22 680 km/h – also das 453-fache der erlaubten Geschwindigkeit innerorts). Semtex bringt es auf ca. 7400 m/s (26 600 km/h) und Nitropenta reagiert 1000 m/s schneller, detoniert also mit einer Geschwindigkeit von über 30 000 Stundenkilometern. Schwarzpulver bringt es übrigens „nur“ auf 400 Meter in der Sekunde (das sind immerhin jedoch 1440 km/h). Entsprechend schnell findet die chemische Umsetzung des Sprengstoffs innerhalb weniger Mikrosekunden in Gas statt – aus einem Kilo Sprengstoff entstehen so bei der Sprengung 300 bis 900 Liter Verbrennungsprodukte („Sprengschwaden“).

 

Zur sprengtechnischen Umformung von Metall bestehen mehrere Möglichkeiten, u. a.:

  1. Man legt die Sprengladung direkt auf das Material (wie das dann aussieht, dazu mehr in einem späteren Beitrag)
  2. Die Sprengladung befindet sich im auf Abstand zum Material. Der Abstand wird durch ein Übertragungsmedium, wie z. B. Sand, hergestellt.

Mit der Verwendung eines Puffers zwischen Sprenstoff und umzuformenden Material lässt sich eine punktförmige Explosionsquelle auf eine breitere Fläche verteilen. Weiterhin erfolgt die Druckauswirkung in Form einer Gaußschen Normalverteilung, d. h. der Druck direkt unter einer punktförmigen Ladung ist am stärksten und nimmt, vom Zentrum weggehend, ab.

Wasser oder Sand als Puffer bei der Sprengung?

Verwendung von Wasser (Aggregatszustand: Tütenform) als Medium zur Druckübertragung. Die Fixierung des Sprengstoffs erfolgte mit ein wenig Sand.
Verwendung von Wasser (Aggregatszustand: Tütenform) als Medium zur Druckübertragung. Die Fixierung des Sprengstoffs erfolgte mit ein wenig Sand.

Für das Umformen einer Metallplatte z. B. in eine Obstschale mittels Sprengtechnik wurde die letzte Variante gewählt; als Übertragungs-Medium wählte ich bei der Sprengung einmal Wasser (eingetütet in einen 6-Liter-Gefrierbeutel) und einmal Sand (lose auf der Metallplatte) aufgeschüttet.

 

Als Sprengstoff kam der bei der hauptsächlich zur Gebäudesprengung genutzte Sprengstoff Eurodyn ED2000 zum Einsatz, da dieser im Vergleich zu anderen Sprengstoffen, wie Semtex und PETN, sich langsamer umsetzt und zum Umformen von Metallen eher eine „schiebende“ Wirkung gewünscht ist. Mit schneller sich umsetzenden Sprengstoff besteht die Gefahr der Zertrümmerung des Materials (die Gegenüberstellung der Auswirkung von TNT und Eurodyn erfolgt in einem zukünftigen Blog-Beitrag). Ziel ist es ja, die Metallplatte durch Sprengen in einen "chaotischen Konkav-Krater" (Danke an B. R. für diese Bezeichnung meiner Schüssel :-) zu überführen.

 

Mit einem weicheren Untergrund werden beim Sprengen die besten Ergebnisse erzielt

Erstes Ergebnis der Metallumformung (Verwendung von Wasser)
Erstes Ergebnis der Metallumformung (Verwendung von Wasser)

Die Metallplatte lag auf unebenen Erdboden auf (Wiese). Hierauf wurde, wie dargestellt, das Druck-Übertragungs-Medium aufgebracht. Oder weniger hochgestochen formuliert: „Sand im Bio-Maissack-Beudel druffgeworfe“ (auf Kunstoff wurde verzichtet, um bei der Sprengung keine Mikroplastiküberreste zu erzeugen). Auf diesen wurde der Sprengstoff samt elektrischem Sprengzünder gelegt und nochmals eine Schicht Sand zur Reduzierung des Schalls bei der Sprengung aufgebracht.

 

Ähnlich wurde bei der Verwendung von Wasser als Übertragungsmedium verfahren (das Ergebnis ist links dargestellt)

 

Nach einigen Versuchen konnte das perfekte Verhältnis „Materialstärke – Schichtdicke Übertragungsmedium – Sprengstoff“ gefunden werden (genaue Mengen sind "Betriebsgheimnis" und werden hier nicht verraten :-)

Verwendung von Wasser als Druckübertragungsmedium bei der Sprengung. Die Wölbung ist viel zu groß - mit Sand ergibt sich eine harmonischere Verformung. Die Bohrungen sollten ursprünglich zur Aufnahme von Gummipuffern dienen.
Verwendung von Wasser als Druckübertragungsmedium bei der Sprengung. Die Wölbung ist viel zu groß - mit Sand ergibt sich eine harmonischere Verformung. Die Bohrungen sollten ursprünglich zur Aufnahme von Gummipuffern dienen.
Sprengtechnisch bedingte Schmauchspuren sind deutlich erkennbar. Fazit: Wasser eignet sich nicht als Druckübertragungsmedium. Mit Sand lassen sich bessere Ergebnisse erzielen.
Sprengtechnisch bedingte Schmauchspuren sind deutlich erkennbar. Fazit: Wasser eignet sich nicht als Druckübertragungsmedium. Mit Sand lassen sich bessere Ergebnisse erzielen.

Sand als Übertragungsmedium ermöglicht sanftere Formen bei der Sprengung

Erstes vorzeigbares Ergebnis mit Verwendung von Sand als Übertragungsmedium bei der Sprengung. Zukünftige Versionen werden mit kindgerechter abgerundeter Kante angefertigt.
Erstes vorzeigbares Ergebnis mit Verwendung von Sand als Übertragungsmedium bei der Sprengung. Zukünftige Versionen werden mit kindgerechter abgerundeter Kante angefertigt.

Mit Sand entstand folgende Umformung, welche als erstes vorzeigbares Ergebnis nun als Obstschale auf meinen Küchentisch sein weiteres Dasein fristet (Bild rechts).

 

Wäre da noch das Problem, zukünftig Kratzer auf der Oberfläche zu vermeiden, welche bei der Sprengung entstehen. Bei Explosions-drücken von über 300.000 Bar (das ist circa das 150.000-fache des Drucks in einem Pkw-Reifen) kein Wunder. Oder aus anderer Sicht betrachtet: Ein Kilo Eurodyn ED2000 mit einer spezifischen Energie von 1050 kJ entsprechen der Fallmasse eines ca. 100 Tonnen schweren Gewichtes aus einem Meter Höhe. Ob sich durch Verwenden z. B. einer dünnen Gummimatte entsprechend Abhilfe schaffen lässt, muss sich sich bei zukünftigen Versuchen zeigen.

Das folgende Video zeigt die Detonation von Eurodyn in der ersten Zündzeitstufe im Rahmen der Umformung der Metallplatten sowie Semtex, welches einige Millisekunden später gezündet wird.