EP1104540A1 - Zündelement mit einer laserlichtquelle - Google Patents

Zündelement mit einer laserlichtquelle

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EP1104540A1
EP1104540A1 EP99944343A EP99944343A EP1104540A1 EP 1104540 A1 EP1104540 A1 EP 1104540A1 EP 99944343 A EP99944343 A EP 99944343A EP 99944343 A EP99944343 A EP 99944343A EP 1104540 A1 EP1104540 A1 EP 1104540A1
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EP
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laser light
explosive
laser
ignition
ignition element
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EP99944343A
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Heinz Kern
Gerhard Kordel
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Dynamit Nobel AG
Dynamit Nobel GmbH Explosivstoff und Systemtechnik
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Dynamit Nobel AG
Dynamit Nobel GmbH Explosivstoff und Systemtechnik
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10—Initiators therefor
    • F42B3/113—Initiators therefor activated by optical means, e.g. laser, flashlight

Definitions

  • the invention relates to an ignition element with a laser light source according to the preamble of the first claim.
  • Ignition elements are known in which the explosive which triggers the initial ignition is ignited by means of a laser light source.
  • the laser light source is located outside the room that contains the explosive.
  • the laser light is fed to the explosive of the initial ignition either via a light guide or through a through-channel.
  • Laser optics are usually required to couple the laser light into the through-channel in order to focus the laser light on the explosive in the intensity required for ignition.
  • the explosion of the initial detonator ignites the charge of a detonation body, for example a projectile.
  • the detonation body can also contain a charge with an explosive, for the ignition of which the energy of the laser light is sufficient, so that no initial ignition is required.
  • Laser light source supplied to the explosive of the ignition element.
  • a coupling optics is connected between the light guide and the explosive of the ignition element.
  • the laser light source is arranged in such a way that the laser light is directed through an opening in a shield which separates the laser light source from the explosive of the ignition element, and a subsequent insulated tube containing the filter and amplifier optics
  • the known ignition elements have the disadvantage that the light guide with its coupling optics or that of
  • Laser light source upstream filter and amplifier optics are structurally complex.
  • the object of the present invention is to present an ignition element with a laser light source which is simpler and cheaper to manufacture and does not have the disadvantages mentioned above.
  • the laser light source is a laser diode that is only intended for single use.
  • the explosive to be ignited can rest directly on the part of the housing of the laser diode that is permeable to the laser light, the exit surface of the laser light.
  • the manufacture of ignition elements is simplified and becomes cheaper, since no coupling of the laser light through an optical system or a light guide is required. In addition, transmission and coupling losses are avoided.
  • the part of the housing of the laser diode which is permeable to the laser light and which is permeable to the laser light can be coated with a material which improves the absorption of the laser light, in particular the infrared portion. This increases the effect of the laser light.
  • the laser diode can be embedded in the explosive to be ignited, it being expedient if its electrical connections are exposed. With an embedded laser diode, a larger surface area is available for introducing the energy required for ignition.
  • the explosive to be ignited and the laser diode can be surrounded by a common housing.
  • the explosive and the laser diode can be combined as an ignition device in a one-piece component of small dimensions.
  • Versions in which the explosive and the laser diode are combined in a common housing are particularly suitable for gas generators, such as those used in airbags or in belt tensioners.
  • FIG. 1 shows a section through a detonation body, in which the laser diode and the explosive are surrounded by a common housing and form an ignition element provided for initial ignition, and
  • Figure 2 shows a section through a detonation body, in which the laser diode is embedded directly in the explosive to be ignited.
  • FIG. 1 shows an ignition element 1 in a detonation body 2 as a sectional view.
  • the ignition element 1 in the present exemplary embodiment consists of a laser diode 3, which is accommodated in a common housing 5 together with the explosive 4 which triggers the initial ignition.
  • This ignition element 1 is inserted into the housing 6 of the detonation body 2 and extends into its explosive or powder charge 7.
  • the housing 12 of the laser diode 3 is transparent to the laser light 13.
  • the part of the housing part 12 which is permeable to the laser light 13 and which faces the explosive 4 for the initial ignition forms a window 14 in the common housing 5 of the laser diode 3 and the explosive 4.
  • a laser light 13 which is matched to the ignition of the explosive 4 for initial ignition is generated.
  • the laser light 13 emerges from the laser 11 at a certain angle, usually between 20 ° and 30 °, strikes the explosive 4 and ignites it.
  • the energy density of the laser light 13 depends on the design of the laser diode 3 and thus on its output power, on the exit angle of the laser light
  • the ignition behavior of the cargo can be significantly improved if the window
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the invention.
  • the structure of the laser diode does not differ from the laser diode in the exemplary embodiment according to FIG. 1. For this reason, matching components are designated with the same reference numbers.
  • the ignition element 101 in the present exemplary embodiment consists of the laser diode 3, which is inserted directly into the explosive of the charge 107 of the detonation body 102 and is completely surrounded by it, except for the electrical connections 9.
  • the charge 107 does not require initial ignition in the present exemplary embodiment.
  • the energy by the laser light 13 from the laser diode 3 in the Charge 107 is introduced is sufficient to ignite it.
  • the housing 106 of the detonation body 102 encloses both the charge 107 and the ignition element 101.
  • a substance 115 is directly mixed into the explosive of the charge 107, which improves the absorption of the laser light 13, in particular its infrared portion.
  • the ignition elements according to the invention are particularly suitable for installation in gas generators which are used in airbags and belt tensioners.

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Description

Zündelement mit einer Laserlichtquelle
Die Erfindung betrifft ein Zündelement mit einer Laserlichtquelle entsprechend dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Es sind Zündelemente bekannt, bei denen der die Initialzündung auslösende Explosivstoff mittels einer Laserlichtquelle gezündet wird. Die Laserlichtquelle ist außerhalb des Raumes angeordnet, der den Explosivstoff enthält. Das Laserlicht wird entweder über einen Lichtleiter oder über einen Durchgangskanal dem Explosivstoff der Initialzündung zugeleitet. Zur Einkopplung des Laserlichtes in den Durchgangskanal ist in der Regel eine Laseroptik erforderlich, um das Laserlicht in der zur Zündung erforderlichen Intensität auf den Explosivstoff zu fokussieren. Die Explosion des Initialzünders zündet die Ladung eines Detonationskörpers, beispielsweise eines Geschosses. Der Detonationskörper kann aber auch eine Ladung mit einem Explosivstoff enthalten, zu dessen Zündung bereits die Energie des Laserlichts genügt, so daß keine Initialzündung erforderlich ist.
Aus der US-PS 3,362,329 sind zwei Ausführungen eines Zündelements bekannt. Bei der ersten Ausführung wird das Laserlicht mittels eines Lichtleiters von der
Laserlichtquelle dem Explosivstoff des Zündelements zugeführt. Dabei ist zwischen dem Lichtleiter und dem Explosivstoff des Zündelements eine Einkoppeloptik geschaltet. Entsprechend der zweiten Ausführung ist die Laserlichtquelle so angeordnet, daß das Laserlicht durch eine Öffnung in einem Schild, der die Laserlichtquelle von dem Explosivstoff des Zündelements trennt, und ein daran anschließendes, die Filter- und Verstärkeroptik enthaltendes isoliertes Rohr auf den
Explosivstoff des Zündelements geleitet wird. Die bekannten Zündelemente weisen den Nachteil auf, daß die Lichtleiter mit ihrer Einkoppeloptik oder die der
Laserlichtquelle vorzuschaltende Filter- und Verstärkeroptik konstruktiv aufwendig sind. Außerdem entstehen bei der Übertragung des Laserlichts mittels optischer
Einrichtungen oder Lichtleiter Übertragungs- und Kopplungsverluste. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zündelement mit einer Laserlichtquelle vorzustellen, das einfacher und billiger herzustellen ist und die oben erwähnten Nachteile nicht aufweist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beansprucht.
Durch die fortschreitende Miniaturisierung und kostengünstige Herstellung elektronischer Bauteile ist es möglich, Laserlichtquellen in einer Größe und dabei trotzdem mit einer Strahlungsintensität herzustellen, daß sie gemäß der Erfindung ohne Lichtleiter oder Filter- und Verstärkeroptik Explosivstoffe zünden können. Die Laserlichtquelle ist eine Laserdiode, die nur noch für einen einmaligen Einsatz bestimmt ist. Der zu zündende Explosivstoff kann dabei unmittelbar auf dem für das Laserlicht durchlässigen Teil des Gehäuses der Laserdiode, der Austrittsfläche des Laserlichts, aufliegen. Die Herstellung von Zündelementen vereinfacht und verbilligt sich, da keine Einkopplung des Laserlichts durch eine Optik oder einen Lichtleiter erforderlich ist. Außerdem werden Übertragungs- und Kopplungsverluste vermieden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der dem zu zündenden Explosivstoff zugewandte, für das Laserlicht durchlässige Teil des Gehäuses der Laserdiode mit einem Stoff belegt sein, der die Absorption des Laserlichts, insbesondere des Infrarotanteils, verbessert. Dadurch wird die Wirkung des Laserlichts verstärkt. Kohlenstoff oder schwarze Metalloxide, wie beispielsweise Kupfer-, Eisen- und Manganoxide, absorbieren das Infrarotlicht besonders gut.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung können die die Absorption des
Laserlichts verbessernden Stoffe dem zu zündenden Explosivstoff selbst beigemischt sein. Voraussetzung ist, daß durch die Beimischung die zweckbestimmte Wirkung des Explosivstoffs nicht beeinträchtigt wird. Durch die Beimischung erübrigt sich ein gesonderter Arbeitsgang, um die Laserdiode mit dem Absorptionsstoff zu belegen.
Weiterhin kann die Laserdiode in dem zu zündenden Explosivstoff eingebettet sein, wobei es zweckmäßig ist, wenn ihre elektrischen Anschlüsse freiliegen. Bei einer eingebetteten Laserdiode steht zur Einleitung der zur Zündung erforderlichen Energie eine größere Oberfläche zur Verfügung.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können der zu zündende Explosivstoff und die Laserdiode von einem gemeinsamen Gehäuse umgeben sein. Dadurch können, insbesondere bei Initialzündern, der Explosivstoff und die Laserdiode als Zündvorrichtung in einem einstückigeπ Bauteil kleiner Abmessung zusammengefaßt werden.
Ausführungen, bei der der Explosivstoff und die Laserdiode in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefaßt sind, eignen sich insbesondere für Gasgeneratoren, wie sie beispielsweise in Airbags oder in Gurtstraffem eingesetzt werden.
Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch einen Detonationskörper, bei dem die Laserdiode und der Explosivstoff von einem gemeinsamen Gehäuse umgeben sind und ein zur Initialzündung vorgesehenes Zündelement bilden, und
Figur 2 einen Schnitt durch einen Detonationskörper, bei dem die Laserdiode in den zu zündenden Explosivstoff direkt eingebettet ist.
Figur 1 zeigt ein Zündelement 1 in einem Detonationskörper 2 als Schnittbild. Das Zündelement 1 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer Laserdiode 3, die zusammen mit dem die Initialzündung auslösenden Explosivstoff 4 in einem gemeinsamen Gehäuse 5 untergebracht ist. Dieses Zündelement 1 ist in das Gehäuse 6 des Detonationskörpers 2 eingesetzt und reicht in dessen Spreng- oder Pulverladung 7. Aus dem Gehäuse 8 der Laserdiode 3 ragen die Anschlüsse 9 zur Stromversorgung des Steuerchips 10 der Laserdiode 3. Im Bereich des Lasers 11 ist das Gehäuse 12 der Laserdiode 3 für das Laserlicht 13 durchlässig. Der dem Explosivstoff 4 für die Initialzündung zugewandte Teil des für das Laserlicht 13 durchlässige Gehäuseteil 12 bildet ein Fenster 14 in dem gemeinsamen Gehäuse 5 von Laserdiode 3 und Explosivstoff 4.
Es wird ein auf die Zündung des Explosivstoffs 4 zur Initialzündung abgestimmtes Laserlicht 13 erzeugt. Das Laserlicht 13 tritt unter einem bestimmten Winkel, in der Regel zwischen 20° und 30°, aus dem Laser 11 aus, trifft auf den Explosivstoff 4 und zündet ihn. Die Energiedichte des Laserlichts 13 ist abhängig von der Bauart der Laserdiode 3 und damit ihrer Ausgangsleistung, vom Austrittswinkel des Laserlichts
13 und dem Abstand zwischen dem Laser 11 und dem Explosivstoff 4.
Das Zündverhalten der Ladung kann wesentlich verbessert werden, wenn das Fenster
14 der Laserdiode 3 mit einem Stoff 15 belegt ist, der die Absorption des Laserlichts 13, insbesondere des Infrarotanteils, verbessert.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich die Laserdiode in ihrem Aufbau nicht von der Laserdiode im Ausführungsbeispiel nach Figur 1. Aus diesem Grund sind übereinstimmende Bauteile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
Das Zündelement 101 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus der Laserdiode 3, die direkt in den Explosivstoff der Ladung 107 des Detonationskörpers 102 eingesetzt ist und von ihm, bis auf die elektrischen Anschlüsse 9, vollständig umgeben ist. Die Ladung 107 benötigt im vorliegenden Ausführungsbeispiel keine Initialzündung. Die Energie, die durch das Laserlicht 13 von der Laserdiode 3 in die Ladung 107 eingebracht wird, reicht zu deren Zündung aus. Das Gehäuse 106 des Detonationskörpers 102 umschließt sowohl die Ladung 107 als auch das Zündelement 101. Dem Explosivstoff der Ladung 107 ist ein Stoff 115 direkt zugemischt, der die Absorption des Laserlichts 13, insbesondere seines Infrarotanteils, verbessert.
Aufgrund ihres einfachen Aufbaus und der geringen Größe eigenen sich die erfindungsgemäßen Zündelemente insbesondere zum Einbau in Gasgeneratoren, die in Airbags und Gurtstraffem Verwendung finden.

Claims

Patentansprüche
1. Zündelement mit einer Laserlichtquelle zur Zündung des Explosivstoffs in einem Detonationskörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserlichtquelle eine Laserdiode (3) ist und daß der zu zündende Explosivstoff (4, 107) unmittelbar auf dem für das Laserlicht (13) durchlässigen Teil (12) des
Gehäuses (8) der Laserdiode (3) angeordnet ist.
2. Zündelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der für das Laserlicht (13) durchlässige Teil (12) des Gehäuses (8) der Laserdiode (3) mit einem die Absorption des Laserlichts (13), insbesondere des Infrarotanteils, verbessernden Stoff (15) belegt ist.
3. Zündelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß dem mittels des Laserlichts (13) zu zündende Explosivstoff (107) ein die Absorption des Laserlichts (13), insbesondere des Infrarotanteils, verbessernder Stoff (115) zugemischt ist.
4. Zündelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Explosivstoff (4, 107) und die Laserdiode (3) von einem gemeinsamen Gehäuse (5, 106) umgeben sind.
5. Zündelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdiode (3) in dem Explosivstoff (107) eingebettet ist.
6. Zündelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es in Gasgeneratoren eingesetzt wird, die insbesondere in Airbags und Gurtstraffern Verwendung finden.
EP99944343A 1998-08-20 1999-08-07 Zündelement mit einer laserlichtquelle Expired - Lifetime EP1104540B1 (de)

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