DE4010286C1 - Safety device for explosives esp. pyrotechnics - uses laser directed onto explosive to detonate material by cavitation bubbles at liq. layer-explosive sepn. face - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für Sprengstoffe und pyrotechnische Stoffe, die einem Laser zugeordnet sind, dessen auf den Sprengstoff bzw. pyrotechnischen Stoff gerichtete Lichtenergie eine darauf angeordnete Flüssigkeitsschicht durchsetzt, die derart beschaffen ist, daß beim Auftreffen der Lichtenergie Kavitationsblasen an der Trennfläche Flüssigkeit-Sprengstoff/pyrotechnischer Stoff entstehen, die anschließend kollabieren, wobei schnelle Flüssigkeitsstrahlen entstehen, die zusätzlich zu dem hohen Expansionsschock hohe mechanische Kräfte und Temperaturen in den Sprengstoff bzw. pyrotechnischen Stoff einleiten und ihn dadurch zünden bzw. anzünden.

Zur Zündung, d. h. zur Auslösung einer Detonation in einem Sprengstoff, ist es erforderlich, eine Schockwelle an einer bestimmten Stelle zu erzeugen, die ausreicht, um darin eine Detonation auszulösen. Um eine solche Stoßwelle durch Lichtenergie zu erzeugen, muß diese räumlich und zeitlich konzentriert werden. Dafür eignet sich insbesondere ein Laser im Pulsbetrieb.

Zur reproduzierbaren Einleitung eines Abbrandvorganges muß eine ausreichende Menge des pyrotechnischen Stoffs, z. B. eines Treibsatzes oder einer Treibladung, auf eine kritische Temperatur gebracht werden. Auch hierfür eignet sich ein Laser im Pulsbetrieb.

Die Verwendung von Lichtenergie, die mit Hilfe von Lasern erzeugt und zur Zündung von Sprengstoffen sowie zur Anzündung von pyrotechnischen Stoffen auf diese gerichtet wird, bietet den Vorteil einer Unempfindlichkeit der Lichtenergie gegenüber elektromagnetischen Einflüssen, der Möglichkeit einer direkten Zündung von Sekundärsprengstoffen, ohne daß dazu Primärsprengstoffe verwendet werden müssen, sowie die Möglichkeit des Verzichts auf elektrische Zünder bei der Anzündung von pyrotechnischen Stoffen bei Einfachheit und Zuverlässigkeit im Aufbau und im Betrieb.

Bisher waren allerdings energiereiche Laser erforderlich, um die notwendige mechanische und thermische Energie zu erzeugen, mit denen Sprengstoffe gezündet und pyrotechnische Stoffe angezündet werden konnten. Um ein ungewolltes Zünden bzw. Anzünden zu verhindern, sind ferner Sicherheitseinrichtungen erforderlich, die auch bei versehentlichem Auslösen eines Lasers dafür sorgen, daß ein Zünd- bzw. Anzündvorgang nur dann ausgelöst wird, wenn sich die Sicherheitseinrichtung in einer Scharfstellung befindet.

In der DE-A 40 17 287 ist ein Verfahren zur Zündung eines Sprengstoffes bzw. die Anzündung eines pyrotechnischen Stoffes beschrieben, mit einem Laser geringer Leistung, z. B. einem Diodenlaser, wobei auf der Oberfläche des Sprengstoffs bzw. pyrotechnischen Stoffs eine Flüssigkeitsschicht angeordnet ist, welche vom Laserstrahl durchsetzt wird und in der beim Auftreffen der Lichtenergie Kavitationsblasen an der Trennfläche Flüssigkeit-Sprengstoff/pyrotechnischer Stoff entstehen, die anschließend kollabieren, wobei schnelle Flüssigkeitsstrahlen entstehen, die zusätzlich zu dem hohen Expansionsschock hohe mechanische Kräfte und Temperaturen in den Sprengstoff bzw. den pyrotechnischen Stoff einleiten und diesen dadurch zünden bzw. anzünden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sicherheitseinrichtung für Sprengstoffe und pyrotechnische Stoffe zu schaffen, die einem Laser niedriger Ausgangsleistung zugeordnet sind, und die mit einer derartigen Flüssigkeitsschicht versehen sind, wobei die Sicherheitseinrichtung einfach im Aufbau, billig in der Herstellung und zuverlässig im Betrieb ist.

Ausgehend von einer Sicherheitseinrichtung der eingangs näher genannten Art wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß die Flüssigkeitsschicht von ihrer die Zündung bzw. Anzündung ermöglichenden scharfen Stellung auf der Oberfläche des Sprengstoffs bzw. des pyrotechnischen Stoffs an der Auftreffstelle der Lichtenergie in eine die Zündung verhindernde sichere Stelle außerhalb der Auftreffstelle umschaltbar ist.

Die Flüssigkeit kann verschiebbar in einem Kapillarrohr angeordnet sein, das mit einer Pump- und Sauganordnung verbunden ist oder aber in einer transparenten Kammer angeordnet sein, die in einer sich drehenden Halterung befestigt ist.

Mit der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung wird also der Vorteil erzielt, daß durch ein gezieltes Aufbringen und Entfernen der Flüssigkeitsschicht auf der Auftreffstelle der Lichtenergie auf der Oberfläche des Sprengstoffs bzw. des pyrotechnischen Stoffs der Kavitationseffekt ein- und ausgeschaltet werden kann, wodurch auf besonders einfache Art und Weise der scharfe und der sichere Zustand der Sicherheitseinrichtung herstellbar ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 einen Sprengstoff mit Sicherheitseinrichtung in der Scharfstellung und

Fig. 2 einen Sprengstoff mit Sicherheitseinrichtung in Sicherstellung.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Sprengstoff bezeichnet, auf dem ein von einem Laser, z.B. einem Diodenlaser geringer Leistung, stammender Lichtstrahl 3 trifft. Mit 2 ist eine Flüssigkeitsschicht bezeichnet, die an der Auftreffstelle des Lichtstrahls 3 auf der Oberfläche des Sprengstoffs 1 angeordnet ist und in der der Lichtstrahl an der Trennfläche 5 zwischen Sprengstoff 1 und Flüssigkeitsschicht 2 eine oder mehrere Kavitationsblasen 4 erzeugt. Die Kavitationsblase 4 kollabiert anschließend, wodurch zusätzlich zu dem primären Expansionsschock schnelle Flüssigkeitsstrahlen 7 entstehen, die eine hohe mechanische und thermische Energie in Richtung des Pfeiles 6 in den Sprengstoff 1 einkoppeln, wodurch die mit 9 angedeutete Zündung ausgelöst wird.

Anstelle eines Sprengstoffs 1 kann ebenso gut ein pyrotechnischer Stoff verwendet werden, bei gleichem Aufbau der Flüssigkeitsschicht, die vom Lichtstrahl 3 durchsetzt wird. In diesem Fall dient die thermische Energie in der Größenordnung von 5000 bis 7000°K zum Anzünden des pyrotechnischen Stoffes 1.

Als Flüssigkeit für die Schicht 2 eignen sich leicht siedende Kohlenwasserstoffe, wie Wasser-Salz-Lösungen und Wasser-Öl-Emulsionen mit niedrigen Dampfdrucken; die Schichtdicke der Flüssigkeit an der Auftreffstelle der Lichtenergie beträgt vorzugsweise 0,5 bis 5 mm. Zwischen dem nicht dargestellten Laser und der Flüssigkeitsschicht kann ein Lichtwellenleiter angeordnet sein.

Die Verwendung der Flüssigkeitsschicht 2, in welcher die Kavitationsblasen 4 durch die einfallende Lichtenergie ausgelöst werden, ermöglicht eine Zündung eines Sprengstoffs bzw. die Anzündung eines pyrotechnischen Stoffs mit Hilfe eines Lasers, dessen Energie im Normalfall nicht ausreichen würde, diese Zünd- bzw. Anzündvorgänge durchzuführen. Erst durch die schnellen Flüssigkeitsstrahlen beim Kollabieren der Kavitationsblasen wird die nötige mechanische und thermische Energie in den nachfolgenden Stoff eingekoppelt.

Um nun zu verhindern, daß beim versehentlichen Auslösen eines Lasers auf den ihm zugeordneten Stoff ein Zünd- bzw. Anzündvorgang ausgelöst wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Flüssigkeitsschicht 2 von der Stelle entfernt werden kann, an der sie im Wege des auftreffenden Lichtstrahls 3 den Zünd- bzw. Anzündvorgang ermöglicht, in eine Stellung außerhalb der Auftreffstelle, wie es in Fig. 2 angedeutet ist. Hierbei kann der auftreffende Lichtstrahl 3 aufgrund seiner geringen Energie und ohne die Verstärkung durch die bei dem Kollabieren der Kavitationsblasen auftretenden Flüssigkeitsstrahlen keine Zündung bzw. Anzündung des Stoffes 1 bewirken.

Die Flüssigkeit 2 kann dabei in einem Kapillarrohr angeordnet sein, das mit einer Pump- und Sauganordnung verbunden ist, wodurch die geringe, dem Durchmesser des Lichtstrahls 3 angepaßte Flüssigkeitsschicht schnell und problemlos hin und her bewegt werden kann. Die Flüssigkeit 2 kann aber auch in einer transparenten Kammer angeordnet sein, die entlang des Umfangs einer Drehscheibe angeordnet ist, welche mittels eines geeigneten Antriebs die Kammer 3 einmal in den Strahlengang des Lichtstrahls 3 und einmal aus diesem Strahlengang verschwenkt.

Claims (4)

1. Sicherheitseinrichtung für Sprengstoffe bzw. pyrotechnische Stoffe, die einem Laser zugeordnet ist, dessen auf den Sprengstoff bzw. pyrotechnischen Stoff gerichtete Lichtenergie eine darauf angeordnete Flüssigkeitsschicht durchsetzt, die derart beschaffen ist, daß beim Auftreffen der Lichtenergie Kavitationsblasen an der Trennfläche Flüssigkeit-Sprengstoffschicht/pyrotechnischer Stoff entstehen, die anschließend kollabieren, wobei schnelle Flüssigkeitsstrahlen entstehen, die zusätzlich zu dem hohen Expansionsschock hohe mechanische Kräfte und Temperaturen in den Sprengstoff bzw. pyrotechnischen Stoff einleiten und ihn dadurch zünden bzw. anzünden, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsschicht von ihrer die Zündung bzw. Anzündung ermöglichenden scharfen Stellung auf der Oberfläche des Sprengstoffs bzw. des pyrotechnischen Stoffs an der Auftreffstelle der Lichtenergie in eine die Zündung bzw. Anzündung verhindernde sichere Stellung außerhalb der Auftreffstellung umschaltbar ist.

2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit verschiebbar ist.

3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in einem Kapillarrohr angeordnet ist, das mit einer Pump- und Sauganordnung verbunden ist.

4. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in einer transparenten Kammer angeordnet ist, die in einer sich drehenden Halterung befestigt ist.