DE19837839A1 - Zündelement mit einer Laserlichtquelle - Google Patents
Zündelement mit einer LaserlichtquelleInfo
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Abstract
Bei Zündelementen, bei denen die zur Zündung der Ladung erforderliche Energie mittels einer Laserlichtquelle erzeugt wird, erfolgt die Einkopplung des Laserlichtes entweder mittels eines Lichtleiters oder über eine Laseroptik, mit der das Laserlicht in der zur Zündung erforderlichen Intensität auf die Ladung fokussiert wird. Bei der Übertragung des Laserlichtes mittels optischer Einrichtungen oder Lichtleiter entstehen Übertragungsverluste und Kopplungsverluste. Außerdem sind die bekannten Zündvorrichtungen konstruktiv aufwendig. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, daß die Laserlichtquelle eine Laserdiode (3) ist und daß der zu zündende Explosivstoff (4) unmittelbar auf dem für das Laserlicht (13) durchlässigen Teil (12) des Gehäuses (8) der Laserdiode (3) angeordnet ist.
Description
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 dem 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 Obertragungs- 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:
Fig. 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
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Detonationskörper, bei dem die
Laserdiode in den zu zündenden Explosivstoff direkt eingebettet ist.
Fig. 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.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel unterscheidet sich die Laserdiode in ihrem Aufbau nicht von
der Laserdiode im Ausführungsbeispiel nach Fig. 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 Gurtstraffern Verwendung finden.
Claims (6)
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.
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