专利名称:烟花装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种烟花装置，尤其涉及一种烟花星体(stars)被电力/电子光效应装置代替的烟花装置。
本发明还涉及一种用于烟花的光效应装置、包括烟花装置的烟花系统和烟花火箭。
背景技术：
烟火技术是许多世纪以来传统回归的领域。即使技术的发展已经易于产生更感人、更精确、安全以及在某种程度上说更环保的烟花，但其基本原理与早期的相同。传统烟花，尤其是空中烟花，包含烟火射弹，该射弹通过称作上升装药的第一装药发射入空中，在空中通过称作助推装药的第二装药爆炸。当助推装药爆破时，许多通常描述为烟花星体的烟火光效应装置，通常点燃且分散。这些烟花星体提供了光和颜色，通常产生吸引人的动态图案，形成烟花表演的高潮。使所述两装药点火的时序传统上通过第一导火索和第二导火索控制，所述第一导火索提供从点燃导火索到使上升装药点燃所需的时间延迟，第二导火索提供从点燃上升装药直到点燃助推装药的时间延迟。在更大更新型的烟花中，第一导火索已经部分被电子点火装置代替。
烟火光效应装置(星体)的作用是在有限的时间内形成可能具有特殊效果的给定颜色、颜色组成和颜色顺序的较亮的光。通常这种星体包括玻璃或比如铅或钢的金属内芯，外加一层或多层化学物质，这些化学物质在燃烧时形成所需的颜色和效果，且在外侧形成点燃层，有利于在点燃助推装药时点燃所述星体。
在已知的烟花中，星形发光的产生是基于化学物质的燃烧。这种烟花具有许多缺点。其中，这种烟花在使用中带来火灾危险，因为落下来的星体高温燃烧，可能使地面上的物体或者在它们下落到地面的过程中使遇到的物体点燃。在生产、存储、运输以及发射和使用前的操作过程中，所述星体还构成爆炸和失火的危险。
而且，当点燃助推装药时，还存在着不一定点燃全部星体的危险。这导致没有点燃的星体落到地面上，这些物体构成今后失火和爆炸的危险，且在儿童手中时尤其危险。这些未引爆的残余物还带来环境污染，因为这些星体中的化学物质在其他方面可能有毒或者对环境有害。正确点燃的星体也对地面上的区域产生污染，因为这些星体的芯可能含有未燃烧的有害物质，尤其是当芯含有铅时。
在星体的燃烧过程中，排放到空气中的排放物带来其他的问题。在燃烧过程中产生的烟不仅对环境有害，而且不利于烟花的视觉效果。烟的形成导致烟花的光效应和附近其他烟花的光效应变得暗淡、模糊。
降低传统烟花的视觉效果的另一因素如下在助推装药点燃之后，每一个燃烧的星体沿一路径运动进入空中。运动和空气阻力导致所述星体冷却，尤其是星体的位于前面面对气流的那一部分。因为星体发出的光需要高温，所以冷却过程具有减弱光的作用，以及因此降低烟花的视觉效果的作用。
上述包括火灾和对环境有害的因素已经导致在许多地方禁止烟花的使用，包括市中心。
而且，传统烟花占用较大的空间，因此需要较高的运输和存储成本。
现有烟花星体的最后的问题是在生产星体的过程中在工作环境中处理化学物质时的危险。
近年来，在涉及电子光源，尤其是发光二极管(也称作光二极管或LED)的技术上有了显著的进展。由于这一进展，现在已生产出比以前的光密度更高的发光二极管。而且，发光二极管可具有较小的尺寸，且有较高的效率。因此发光二极管不断地应用到新的领域。虽然以前发光二极管用于低级的发光指示器和显示单元，但它们现在用于对可见度和强度有严格要求的新领域，例如作为交通灯、警报灯和交通工具的刹车灯。
由于上述烟花中传统烟花星体的许多缺点，所以需要提供一种不被所述缺点妨碍，同时有效且有吸引力，以及生产成本低廉的烟花、烟花装置(射弹)和光效应装置(星体)。
以前已有克服某些上述缺点的已知解决方案。
US-A-5,917,146提出通过一种新的、低烟化学成分的烟花星体，减轻妨碍观看从而妨碍烟花视觉效果的发烟问题。
US-A-5,339,741描述了减少环境排放物的烟花，且还提供了烟花星体的精确点火和分散。在这种情况下，上升装药被基于压缩空气的发射装置代替，且射弹的助推装药由电子延迟代替传统导火索的电子点火装置控制。从而在发射过程中减少影响环境的噪音排放物，以及在点燃助推装药时实现适合于射弹高度的高精确度。然而，从射弹分散的烟花星体是传统的烟花类型。
以前还已知含有发光二极管、能源和控制/感应装置形式的电子光源的飞行或下落物体。
US-A-5,425,542描述了一种飞镖形式的飞行射弹，该射弹含有一或多个发光二极管、电池和由飞镖尖端和本体之间的相对移动启动的开关装置。
US-A-5,725,445描述了一种含有发光二极管、闪光电路和运动传感器的球体。
上述两份出版物没有在烟花领域的应用，且在原理上与本发明明显不同。
US5,102,131涉及用于夜间玩耍的自明发光玩具球，该球可以是膨胀的或自支持的，且由各种表面上为普通外观的具有便携式电子发光组件或化学发光灯的球构成，其中内有烟花。该玩具球还包括用于固定球内的照明装置的装置，使其重心与球和开关装置的重心一致。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种不被前面所述缺点妨碍的烟花装置。
本发明的第二目的是提供一种不被所述缺点妨碍的用于烟花中的光效应装置。
本发明的第三和第四目的是提供一种不被所述缺点妨碍的烟花系统和烟花火箭。
这些目的通过下述独立权利要求
中明显给出的特征实现。
其他的优点通过从属权利要求
中明显给出的特征实现。
现在将通过优选实施例，参照附图，以及某些可能的变体和替代例的描述详细描述本发明。
图1a-1b示出了具有传统的烟花星体的烟花装置的结构。
图2a-2b示出了具有根据本发明的电子光效应装置的烟花装置的结构。
具体实施方式
在图1a中，示出了根据现有技术，烟花装置或者更准确地说烟花射弹是如何构成的。射弹1包括助推装药2、导火索3和许多烟花星体4。当使用时，射弹1通过上升装药(未示出)发射入空中。如果烟花是火箭类型的，上升装药可以安装在烟花中且相伴，或者上升装药可以安装在地面的发射装置中。在两种情况下，在发射过程中导火索3点燃，在一段由导火索的燃烧时间决定的时间之后，点燃助推装药2。这种点火导致所有星体4点燃，且它们在落到地面之前以一定的排出速度和方向分散。
图1b是传统的烟花星体的结构原理图。星体4包括玻璃或金属例如铅或铁制成的芯5。除了纯生产考虑之外，芯的任务是给星体足够的质量，使其在助推装药点燃时获得较大的动能，实现所需的排出速度，且防止由于空气阻力而过快地停止运动。该芯被一层或多层烟花化学物质覆盖，例如通过粘结剂保持在一起的颗粒6的形式，其中化学物质在点燃和燃烧过程中提供特定的光和颜色效果。在外侧，设有点燃层7，从而有利于在助推装药2引爆时星体的点燃。
图2a示出了根据本发明的烟花射弹形式的烟花装置11。然而，在这种情况下，烟火星体4被根据本发明的电子光效应装置或电子星体14所代替。该星体14安装在驱动装置12附近，该驱动装置优选的是由爆炸材料比如黑火药制成的助推装药，且装有导火索形式的点燃装置。驱动装置12的目的是驱动星体14离开。或者驱动装置12可以是非爆炸装置，其中存储另一种形式的势能，例如加压空气的形式，用于驱动星体离开。
在一优选实施例中，烟花装置11以正常的方式通过未示出的安装在发射装置中的上升装药发射入空中。当上升装药引爆时，导火索13点燃。从而导火索13提供时间延迟，结果导火索的燃烧时间决定引爆助推装药12的时间。这一引爆导致星体14在落到地面之前以一定的排出速度和方向分散。星体14没有象烟火星体那样点燃，但它们通过装在每一星体14内的控制或感应装置，由随后将描述的其他装置激活。在助推装药12周围的星体14的位置和单个星体的质量和外部形状可以有助于决定每一星体的排出速度、方向和可能的转动。这些因素可以有助于烟花表演的整体表现。
代替将上升装药安装在发射装置中的情况，烟花可以包括一火箭，其中上升装药安装在一部分中，尤其是在伴随着烟花装置11的壳体中。
在另一替代例中，烟花可以仅有助推装药，而没有上升装药。
代替使用爆炸/烟火上升装药，其他已知的装置可用于在助推装药12爆炸之前，将射弹11发射到一定高度。一种可能性是用安装在发射装置中的压缩空气装置代替上升装药，这可以从US-A-5,339,741中得知。在这种情况下，点火装置13将不是导火索形式，而是电点火装置，该装置最好是电子延迟的，且最好通过气动发射启动。
图2b是根据本发明的电子光效应装置或烟花星体的主要结构的示意图。星体14包括许多电力/电子光源15、能量存储装置16和控制装置17。
电力/电子光源15最好是高强度发光二极管。现有各种类型的可提供高强度的和任意颜色的光的发光二极管。例如，发光二极管可以是AlInGaP型(铝铟镓磷化物)。其他类型有AlGaS和GaN发光二极管。选择适当类型的发光二极管，或者其他可能适合的电力/电力光源是本领域的技术人员判定的事情。
星体14包含至少一个光源15，但最好装有大量的光源15，以便可以从多个角度清楚地看到星体14。例如，该星体可装有六个发光二极管，每一二极管安装在使其发光主轴垂直和相反的方向上。星体14还可以包含不同颜色的光源15，在全部方向为同样的颜色或者仅在某些方向上为特定的颜色。发光二极管15可以是能发射多种颜色的类型。发光二极管15可以具有立体角区域形式的发射区域，在此区域发出特别高强度的光。所述立体角的范围可以是在选择每一星体14必须提供的发光二极管15数目时考虑的因素。
如果光源15包含发光二极管，那么它们还应当包含一些必需的电阻，用于限制通过的电流。当使用用于烟花目的的发光二极管时，当可靠性和耐久性是重要的考虑因素时，不必象其他的为了发光二极管超载的危险而必须形成的那样提供同样的容限。当它们用于烟花时，通过二极管的电流可能远超过其标称值，从而产生更大的光强度。发光二极管通常应当仅在约多达30秒的时间内发光，通常是1-3秒，且其寿命不必超过这一运行时间。根据消耗的能量总量、实现的强度和所需的操作时间，找到最佳的过载值，是本领域技术人员判定的事情。
能量存储装置16可以足量放出电能，以足够长时间的电力供应给星体14。大多数能量必须供应给光源15，但能量存储装置16还必须供应给可能含有感应装置18的控制装置17以电流和电压。在一优选实施例中，能量存储装置16是微型电池形式的电化学存储元件，例如锂电池。微型电池最好是可以集成在半导体芯片中制造的类型。该能量存储装置16可以是一次性电池或可充电电池，例如电容器形式。在这种情况下，能量存储装置16还必须配备充电装置。在这种情况下，在烟花星体出现电能需求之前必须充电。充电必须通过感应进行，其中在发射之前整个烟花装置安装在变化的电磁场中，而给所有能量存储装置16充电。或者在发射或助推装药引爆过程中的动能可用于给能量存储装置16充电。
在其可想到的最简单的形式中，控制装置17是一在适当时间连接能量存储装置16和光源15的开关装置。
在一优选实施例中，控制装置17包含一或多个用于检测外部事件的感应装置18，这些感应装置将启动或无效一或多个星体中的光源15。在这种情况下，控制装置17还包括控制各发光二极管的电子电路，其中控制装置受感应装置18的影响。这种控制装置最好这样布置，即响应于助推装药12的引爆点燃至少某些光源15。
在更复杂的形式中，控制装置17包括一或多个感应装置18；数字处理器单元，该处理器单元还包括用于感应装置18的输入电路、用于控制光源15的驱动电路和具有程序的存储器，所述程序能使控制装置17根据特定的顺序单独或成组控制光源15，从而产生比如闪光和变色的效果。含有感应装置18的控制装置17优选地集成在一片半导体芯片上。
如上所述感应装置18的目的是检测外部事件，这些事件将导致星体14内光源15的启动或无效。这些外部事件主要包括助推装药12的引爆，通常随后是星体14的点燃。在一优选实施例中，感应装置18包括光学检测器，在助推装药12引爆时检测闪光。或者，感应装置18可以是温度传感器，检测由于助推装药12引爆而导致的温度升高。感应装置18可以是压力、运动或加速度传感器，而可以检测助推装药的引爆或伴随烟花射弹11到达其最大高度时的物理因素。另一替代例是感应装置18包含接收器，该接收器对编码或解码的电磁波信号敏感，例如从地面上的发射器发出的无线电波，或者具有特定特性的光波(可见光、红外或紫外光)。在这种情况下，可以从地面上实现烟花效果的重要且绝对精确的控制，这在具有特定时间或外部事件的烟花同步化方面尤其有益，例如在舞台上。感应装置18还可以包括上述几种情况的组合。
为了实现足够紧凑的结构，而使本发明在实际中应用，将所有星体部件放在一块板或一片芯片19上是有利的。采用现代电子生产技术，可以制造含有上述所需部件的烟花星体14，而实现适当的质量和体积。光源15、能量存储装置16和控制装置17以及可能的感应装置18可以放在同一块半导体芯片19上，从而使烟花星体14的生产成本降低到成本效能合算、富有竞争性的水平。因此，实际上还可以将适当数目的这些部件14与助推装药12组装在一起，从而可以形成有效的射弹结构，即根据本发明的烟花装置11。
在一优选实施例中，光效应装置14装有玻璃或塑料的封装20。该封装20将用作防止来自助推装药12引爆时的应力的保护装置，并具有一定形状的外壳，所述形状能使星体在自由下落时具有所需的空气动力特性或者控制特性。该封装20可以设计成使星体下落的更快或更慢，或者如果需要可以使其旋转。
用作射弹的烟花装置12与装有上升装置例如上升装药的发射装置一起代表了根据本发明的烟花系统。
安装在一单元例如壳体内的烟花装置12与上升装置一起代表了根据本发明的烟花火箭。
没有上升装药的烟花装置12代表了根据本发明的地面烟花。在这种情况下上升装药从地面高度引爆，且最好从安装地面烟花的所谓的坑道引爆。当助推装药引爆时，星体14将被基本上直接向上地驱离，从而形成明亮的、下落的星体构成的喷泉。
采用根据本发明的烟花装置12、光效应装置14、烟花系统或烟花火箭，可以消除许多传统烟花的现有缺点。在使用过程中显著降低失火和发烟的危险，且因此可以用于完全不同于以前的环境中，在市中心区，甚至在室内。因此，本发明明显具有涉及剧院、影片和音乐表演舞台技术的应用领域。
除了驱动装置12不是爆炸性的助推装药之外，根据本发明，该烟花配备有非爆炸性的上升装药，可以获得完全无爆炸的烟花，该烟花可以在其他烟花将是灾难性的场所，例如室内，完全无失火或爆炸危险地使用。
即使在上述描述中已经特别提及使用高强度的发光二极管，比如AlInGaP发光二极管，但其他类型的电力/电子光源、含有不同成分或生产方法的发光二极管、现有的和将来的变体，也都落入本发明的范围内。
权利要求
1.一种光效应装置，包括至少一个电力/电子光源(15)、能量存储装置(16)和用于控制所述光源(15)的控制装置(17)，其特征在于，所述控制装置(17)用于响应烟花中的助推装置(12)的启动。
2.如权利要求
1所述的光效应装置，其特征在于，所述电力/电子光源(15)包括发光二极管。
3.如权利要求
1-2所述的光效应装置，其特征在于，所述能量存储装置(16)包括微型电池。
4.如权利要求
1-3所述的光效应装置，其特征在于，所述控制装置(17)包括一或多个感应装置(18)，所述感应装置用于检测将或可能导致光源(15)启动或无效的外部事件。
5.如权利要求
1-4所述的光效应装置，其特征在于，所述感应装置(18)对光、温度、压力、加速度和无线电波其中的一个或多个因素敏感。
6.如权利要求
1-5所述的光效应装置，其特征在于，所述感应装置，(18)用于检测在烟花中助推装置(12)启动时产生的光、温度或压力。
7.如权利要求
1-6所述的光效应装置，其特征在于，所述控制装置(17)用于产生控制单个光源(15)或成组光源(15)的信号顺序。
8.如权利要求
1-7所述的光效应装置，其特征在于，所述光源(15)、能量存储装置(16)和控制装置(17)设计成在同一个半导体芯片(19)上的部件。
专利摘要
本发明涉及一种烟花装置，该烟花装置包括许多替代传统的烟花星体的光效应装置(14)。每一光效应装置(14)包括电力/电子光源(15)，优选的是高强度发光二极管，能量存储装置(16)和控制装置(17)。本发明还涉及用于这种烟花装置的光效应装置，以及含有所述烟花装置的烟花系统、烟花火箭和地面烟花。
文档编号F42B4/04GKCN1495403SQ03110653
公开日2004年5月12日 申请日期2000年11月16日
发明者雅各布·阿特兰德, 雅各布 阿特兰德 申请人:雅各布·阿特兰德·谢内密公司, 雅各布 阿特兰德 谢内密公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan