Kernkompetenz »Explosivstofftechnik«

Auf Basis jahrzehntelanger Erfahrung decken wir als einziges deutsches Forschungsinstitut die gesamte Systemkette vom Rohprodukt bis zum Prototyp bei der Entwicklung von »Treib- und Explosivstoffen« ab. Wir unterstützen sowohl das Verteidigungsministerium als auch die Industrie und öffentliche Einrichtungen bei der Bearbeitung aktueller Fragestellungen in den Themenfeldern innere und äußere Sicherheit.

Synthese von energetischen Materialien
© Fraunhofer ICT | Mona Rothweiler
Synthese von energetischen Materialien

Das Fraunhofer ICT nutzt die Kompetenzen seiner Mitarbeiter*innen zur Erforschung und Entwicklung verbesserter chemischer Energieträger und Wirksysteme für die Bundeswehr und trägt damit zur Sicherung der Analyse- und Bewertungsfähigkeit des Bundesministeriums der Verteidigung BMVg bei. Darüber hinaus werden aktuelle Fragestellungen in den Themenfeldern äußere und innere Sicherheit bearbeitet. Im Zentrum der Forschungsarbeiten stehen die Entwicklung, Synthese, Charakterisierung, Formulierung und Herstellung von Komponenten für Raketentreibstoffe, Rohrwaffentreibmittel, Sprengstoffe, Pyrotechnika sowie neue Zünd- und Anzündsysteme. Das Fraunhofer ICT deckt dabei als einziges deutsches Forschungsinstitut die gesamte Systemkette vom Rohprodukt bis zum Systemprototyp ab. Ergänzt wird das Portfolio durch Sicherheits- und Schutzsysteme auf Basis von Gasgeneratoren, Brandschutzbeschichtungen, Filtermaterialien und pyrotechnischen Täuschkörpern, die in ihren spektralen Emissionen denen eines realen Triebwerks angenähert werden, um einer Differenzierung durch spektral auflösende Suchköpfe zu entgehen.

Bei der Entwicklung von Treib- und Explosivstoffsystemen werden Leistung, Empfindlichkeit, Handhabungssicherheit, Funktionalität und Umweltverträglichkeit auf Anwendungsprofile und individuelle Zielsetzungen abgestimmt und optimiert. Hierzu werden Komponenten in den Laboren des Fraunhofer ICT synthetisiert und modifiziert, neue Bindersysteme und Rezepturen entwickelt und die energetischen Produkte in den Technika des Instituts hergestellt. In der Innenballistik und Detonik werden Umsetzungsverhalten, Empfindlichkeit und Leistungsdaten der Produkte im Labor, im Sprengbunker oder auf dem Freigelände bis in den Kilogrammmaßstab charakterisiert. Zudem steht moderne Simulationssoftware zur Verfügung, mit deren Hilfe die Leistung und Sicherheit neuer energetischer Materialien bis ins System hinein analysiert und bewertet werden kann. Aktuelle Forschungsthemen sind zum Beispiel umweltverträgliche, signaturarme Raketenhochleistungstreibstoffe für militärische und zivile Anwendungen, geschäumte Treibladungsformkörper, unempfindliche Hochleistungssprengstoffe, Geltreibstoffe, die geregelte Schubphasen von Raketen ermöglichen, Sensoren in Raketenmotoren, die ein zerstörungsfreies Monitoring des Alterungszustands des Treibstoffs erlauben sowie Untersuchungen zur Kompatibilität, Stabilität und Prognose des Alterungsverhaltens neuer energetischer Substanzen.

Eine weitere Kompetenz ist die Detektion von Explosivstoffen auch in geringsten Mengen mit Hilfe spezieller Sensorkonzepte, beispielsweise auf Basis molekularer Adsorber. Am Fraunhofer ICT werden sogenannte Terroristensprengstoffe hergestellt, bezüglich ihrer Handhabbarkeit und Detektierbarkeit bewertet und für Tests den Sicherheitsbehörden bereitgestellt. Die Arbeiten reichen bis hin zur Erstellung von Konzepten für das Auffinden illegaler Sprengstofffabriken, der Auslegung von zivilen oder militärischen Sicherheitsbereichen und Kontrollpunkten sowie der standardisierten Bewertung von Detektionssystemen im internationalen Umfeld wie sie beispielsweise bei Sicherheitskontrollen an Flughäfen verwendet werden. Parallel dazu steht die Entwicklung von Schutzsystemen gegen terroristische Aktionen im Mittelpunkt ergänzender Aktivitäten.

Abgasstrahl von ADN-Treibstoffen
© Fraunhofer ICT
Abgasstrahl von ADN-Treibstoffen

Verbünde und Allianzen

Im Bereich der Explosivstofftechnik und Sicherheitsforschung ist das Fraunhofer ICT Teil des Fraunhofer-Verbunds Verteidigungs- und Sicherheitsforschung VVS, in dem sich sieben Institute und drei Gastinstitute zusammengeschlossen haben, um ihre Kompetenzen zu bündeln und Forschungsaktivitäten zu koordinieren und umzusetzen. Das Fraunhofer ICT ist außerdem Mitglied der Fraunhofer-Allianz Space, einem Zusammenschluss von 15 Fraunhofer-Instituten, die im Bereich Raumfahrttechnologie angewandte Forschung betreiben.

Zudem ist das Institut mit seiner Explosivstoffkompetenz in zahlreiche nationale und internationale Projektvorhaben (BMVg, EDA, NATO, EU, BMBF, BMI, BMWi) aktiv eingebunden. Hinzu kommen Kooperationen im Rahmen bilateraler Forschungsabkommen des BMVg. Im Auftrag der Bundespolizei bringt das Institut als Testcenter für Explosivstoffdetektionssysteme sein Know-how in die internationalen Gremien zur Verbesserung der Luftsicherheit ein.

Forschung und Technologie

Wir bieten Forschung in allen Bereichen der Explosivstofftechnik für das Verteidigungsministerium und andere öffentliche Einrichtungen, die verteidigungsbezogene und sicherheitstechnische Industrie sowie die Bereiche Automobil, Luft- und Raumfahrt. Ein Schwerpunkt liegt bei der Entwicklung, Auslegung und Bewertung von energetischen Produkten und Systemen auf der Basis unseres chemischen und physikalischen Know-hows und unserer sicherheitstechnischen Ausstattung. Wir entwickeln maßgeschneiderte Verfahrenstechniken für die sichere Herstellung von Explosivstoffkomponenten, unterstützen bei der Suche nach REAChkonformen Ersatzstoffen und stellen Demonstratoren für die Erprobung neuer energetischer Produkte bereit. Am ICT genutzte bzw. entwickelte softwaregestützte Analyse- und Auslegungswerkzeuge ermöglichen das Screening neuer Treib- und Explosivstoffrezepturen, unter anderem anhand ihrer Leistung, Sicherheit, Erosivität oder Umweltverträglichkeit. Bei Rohrwaffentreibmitteln bzw. der Ballistik umfasst dies auch die Berücksichtigung von Systemaspekten von Waffe und Munition. Wir sind zudem in der Lage, sämtliche Entwicklungsschritte eines pyrotechnischen Gasgenerators für Sicherheitseinrichtungen (zum Beispiel Airbags) anwendungs- und kundenspezifisch zu begleiten und zu bewerten. In unserem Testzentrum für Explosivstoffdetektionssysteme bieten wir Herstellern von Flughafenscannern und Detektionsgeräten Tests mit realen Explosivstoffen und Referenzsubstanzen zur Bewertung und Optimierung ihrer Systeme an. Darüber hinaus werden solche Detektionssysteme in Kooperation mit der Bundespolizei für die Zulassung an europäischen Flughäfen getestet.

Ausstattung

TECHNIKA UND PRÜFSTÄNDE

  • Chemische Technika und Syntheselabore für Explosivstoffe
  • Technika zur Herstellung und Modifikation von Explosivstoffprodukten
  • Sicherheitsboxen und Versuchsgelände für Explosions- und Sicherheitsuntersuchungen
  • Testcenter Explosivstoffdetektion
  • Sprengbunker (bis 2 kg TNT)
  • Sprengkessel (bis 100 g TNT)
  • Prüfstände für Rohrwaffen bis Kaliber 20 mm
  • Gasdruckmesssysteme für 5,56 mm bis 12,7 mm und 20 mm
  • 100 m Schießkanal
  • Abbrandprüfstand für Raketenmotoren und Täuschkörper
  • Strömungsprüfstand zur Untersuchung pyrotechnischer Systeme

APPARATIVE AUSSTATTUNG

  • Pilotanlagen zur Herstellung von Explosivstoffpartikeln
  • Mikroverfahrenstechnische Versuchsstände und Syntheseanlagen
  • Wirbelschicht-Coater
  • Anlage zur Sprühkristallisation
  • Hochdruckanlage zum isostatischen Pressen
  • spezielle Kneter, Mischer, Granulierer und Pressen mit Ex-Schutz

SOFTWARETOOLS

  • Thermocodes für TLP, RFTS, SS, Pyrotechnik, zum Beispiel ICT-Thermodynamik-Code, EKVI-Code, Cheetah 2.0., EXPLO5
  • ICT-Thermodynamik-Datenbank mit über 14.000 Substanzen
  • CFD-Codes, zum Beispiel SPEED, Ansys Fluent, Ansys Autodyn, Ansys-Mechanical,...
  • Innenballistik-Codes zum Beispiel SimIB-0D, FNGun-1D, Ballistisches Analyse und Auswertungstool BAA (ICT), Softwaretool Pulverabbrand (ICT), Softwaretool 3D-Formfunktion (ICT)
  • ICT-BAM zur spektroskopischen Temperaturbestimmung

ANALYTISCHE AUSSTATTUNG UND LABORE

  • Rasterkraftmikroskop, Feldemissionselektronenmikroskop (FESEM) mit variablem Druck sowie energiedispersiver Röntgen- und Nanoanalytik (EDX)
  • Mikro- und Nanocomputertomograph
  • thermoanalytisches Labor, Mikro- und Reaktionskalorimeter, Alterungsprüfstände
  • Labore für mechanische Prüfung und Rheologie
  • Ballistische und optische Vorrichtungen zur Ermittlung von Abbrandgeschwindigkeiten und Temperaturmessung von Flammen
  • Labor für Röntgendiffraktometrie
  • Labore für chromatographische und spektroskopische Analysetechniken (IR- und RAMAN-Mikroskop)
  • On-line-Spektroskopie (UV/VIS/NIR/RAMAN)
  • High-Speed-Kamera- und Spektrometersysteme
  • Ballistische Bomben für alle TLP-Arten inkl. Auswertesoftware
  • Optische und Crawford Bombe für Raketenfesttreibstoffe
  • Blast-Messtechnik, QSP und Temperatur für Bunker, Sprengkessel
  • Manganin-Stoßdrucksonden bis 400 kbar
  • 4 Kanal Photonic Doppler Velocimeter zur transienten Geschwindigkeitsmessung bis 5 km/s
  • Detonationsgeschwindigkeitsmessung
  • Verschiedene sicherheitstechnische Testaufbauten, zum Beispiel Koenen-Test, 21 mm und 50 mm Gap-Test