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EP 1 104 540 B1 |
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EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Hinweis auf die Patenterteilung: |
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09.04.2003 Patentblatt 2003/15 |
(22) |
Anmeldetag: 07.08.1999 |
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Internationale Patentklassifikation (IPC)7: F42B 3/113 |
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Internationale Anmeldenummer: |
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PCT/EP9905/719 |
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Internationale Veröffentlichungsnummer: |
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WO 0001/1428 (02.03.2000 Gazette 2000/09) |
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ZÜNDELEMENT MIT EINER LASERLICHTQUELLE
IGNITION ELEMENT WITH A LASER LIGHT SOURCE
ELEMENT D'AMOR AGE COMPORTANT UNE SOURCE DE LUMIERE LASER
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE |
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Priorität: |
20.08.1998 DE 19837839
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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06.06.2001 Patentblatt 2001/23 |
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Patentinhaber: Dynamit Nobel GmbH Explosivstoff- und Systemtechnik |
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53840 Troisdorf (DE) |
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Erfinder: |
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- KERN, Heinz
D-90768 Fürth (DE)
- KORDEL, Gerhard
D-90455 Nürnberg (DE)
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(74) |
Vertreter: Uppena, Franz, Dr. |
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Dynamit Nobel Aktiengesellschaft,
Patente, Marken & Lizenzen 53839 Troisdorf 53839 Troisdorf (DE) |
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Entgegenhaltungen: :
EP-A- 0 289 184 DE-A- 3 838 896 US-A- 5 212 339
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DE-A- 3 542 447 GB-A- 2 267 330 US-A- 5 660 413
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Zündelement mit einer Laserlichtquelle entsprechend dem
Oberbegriff des ersten Anspruchs.
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] 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.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale des ersten
Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen
beansprucht.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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.
[0014] Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.
[0015] 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.
[0016] 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.
[0017] 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.
[0018] 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.
[0019] 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.
[0020] 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.
[0021] 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.
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.
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.
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.