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Dokumentenidentifikation EP1104540 15.05.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 1104540
Titel ZÜNDELEMENT MIT EINER LASERLICHTQUELLE
Anmelder Dynamit Nobel GmbH Explosivstoff- und Systemtechnik, 53840 Troisdorf, DE
Erfinder KERN, Heinz, D-90768 Fürth, DE;
KORDEL, Gerhard, D-90455 Nürnberg, DE
DE-Aktenzeichen 59904975
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 07.08.1999
EP-Aktenzeichen 999443435
WO-Anmeldetag 07.08.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/EP99/05719
WO-Veröffentlichungsnummer 0000011428
WO-Veröffentlichungsdatum 02.03.2000
EP-Offenlegungsdatum 06.06.2001
EP date of grant 09.04.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.05.2003
IPC-Hauptklasse F42B 3/113

Beschreibung[de]

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 Zündeiements 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.

Aus der US-PS 5,660,413 ist ein Zündelement für einen Airbag bekannt. Der Explosivstoff ist von der Laserdiode durch einen Spalt und eine sich daran anschließende bikonkave Glasdichtung getrennt.

Aus der DE 38 38 896 A1 ist ein mit einer Speicherschicht versehenes laserinitiierbares Zünd-/Anzündelement bekannt. Es besitzt ein Fenster, durch das das Laserlicht zu dem Explosivstoff gelangen kann. Das Fenster ist mit einer lichtabsorbierenden Speicherschicht belegt, durch die die Laserimpulse in zeitlich gedehnte Wärmeimpulse umgewandelt werden.

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 einstückigen 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 Gurtstraffern 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 Bezugsziffem 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 Gurtstraffern Verwendung finden.


Anspruch[de]
  1. Zündelement (1) mit einer Laserlichtquelle (3) zur Zündung des Explosivstoffs (4, 107) in einem Detonationskörper (2) wobei die Laserlichtquelle eine Laserdiode (3) ist, dadurch gekennzeichnet, 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.
Anspruch[en]
  1. Ignition element (1) having a laser light source (3) for igniting the explosive (4, 107) in a detonation body (2), the laser light source being a laser diode (3), characterised in that the explosive (4, 107) to be ignited is arranged directly on the portion (12) of the housing (8) of the laser diode (3) that is permeable to the laser light (13).
  2. Ignition element according to claim 1,characterised in that the portion (12) of the housing (8) of the laser diode (3) that is permeable to the laser light (13) is coated with a substance (15) which improves the absorption of the laser light (13), in particular the infrared portion.
  3. Ignition element according to claim 1,characterised in that a substance (115) which improves the absorption of the laser light (13), in particular the infrared portion, is added to the explosive (107) to be ignited by means of the laser light (13).
  4. Ignition element according to one of claims 1 to 3,characterised in that the explosive (4, 107) and the laser diode (3) are surrounded by a common housing (5, 106).
  5. Ignition element according to one of claims 1 to 4,characterised in that the laser diode (3) is embedded in the explosive (107).
  6. Ignition element according to one of claims 1 to 5,characterised in that it is used in gas generators which are used, in particular, in air-bags and belt tighteners.
Anspruch[fr]
  1. Elément d'amorçage comportant une source de lumière laser pour amorcer la matière explosive dans un détonateur, caractérisé en ce que la source de lumière laser est une diode laser (3), et en ce que la matière explosive (4, 107) à amorcer est disposée directement sur la partie (12) perméable à la lumière laser (13) du corps (8) de la diode laser (3).
  2. Elément d'amorçage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie (12) perméable à la lumière laser (13) du corps (8) de la diode laser (3) est garnie d'une substance (15) améliorant l'absorption de la lumière laser (13), en particulier de la fraction infrarouge.
  3. Elément d'amorçage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à la matière explosive (107) à amorcer est mélangée une substance (115) améliorant l'absorption de la lumière laser (13), en particulier de la fraction infrarouge.
  4. Elément d'amorçage selon une des revendications 1 à 3,caractérisé en ce que la matière explosive (4, 107) et la diode laser (3) sont entourées d'un boîtier (5, 106) commun.
  5. Elément d'amorçage selon une des revendications 1 à 4,caractérisé en ce que la diode laser (3) est noyée dans la matière explosive (107).
  6. Elément d'amorçage selon une des revendications 1 à 5,caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre dans des générateurs de gaz, qui sont utilisés notamment dans des coussins gonflables et des prétensionneurs de ceinture.






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