CN107110455A - 具有热屏蔽元件的灯 - Google Patents

Abstract

一种灯20具有在密封透明容器24内的发光元件22。该容器包括圆柱部段38，其具有平行于发光元件的纵轴F的纵轴L。为了提供适合用于紧凑反射器的灯，热屏蔽元件30、40被布置成屏蔽至少红外光。热屏蔽元件30、40被布置成与发光元件22的纵轴F平行并且具有发光元件22的至少80%的轴向延伸。热屏蔽元件30、40被布置成屏蔽发射到垂直于纵轴F的方向上的红外光，所述方向覆盖在横截面中测量的20°‑120°的周向延伸。

Description

具有热屏蔽元件的灯

技术领域

本发明涉及灯，特别是用在车辆头灯中的灯，并且涉及包括灯的车辆头灯。

背景技术

在现今的市场上，存在用在车辆头灯中的多种不同类型的灯。白炽卤素灯和放电灯二者都包括密封的透明容器内的发光元件。

DE 10 2008 022 144 A1描述了一种用在车辆头灯中的卤素灯。在一个示例中，该灯是在13.2V下具有55W电功率的H7灯。具有在一端处的帽和在另一端处的不透明覆盖物的透明灯容器包括在轴向布置的灯丝周围的圆柱部段。以环状形式围绕圆柱部段的部段设有用于反射红外光以实现更高效率的干涉滤波器。该滤波部段的宽度对应于灯丝的4-6.5mm的长度。该干涉滤波器并未在灯丝周围充分延伸，而是由通过非涂覆部分分隔开的环形段组成。

发明内容

可以被认为是一个目的的是，提供一种尤其适合用于紧凑反射器的灯和车辆头灯。

该目的是通过根据权利要求1的灯并且通过根据权利要求13的车辆头灯解决的。从属权利要求涉及本发明的优选实施例。

发明人已经认识到在越来越多的紧凑反射器中白炽或放电类型的常规灯的潜在问题。尽管近年来车辆头灯的反射器的整体高度为大约80mm，但是可以预想更复杂的反射器设计，例如具有60mm或更小、特别是一直到50mm或更小的反射器尺寸。在这样的更紧凑的反射器内，从该反射器上的白炽或放电类型的发光元件生成的热负荷将是显著的。对于常规灯，这将需要诸如金属或玻璃之类的材料用于可以耐受高温的反射器。

相比之下，当前发明提出利用具有包括热屏蔽元件的灯限制反射器表面的过热。根据本发明，热屏蔽元件可以被布置成限制反射器的某些部分上的热负荷，同时仅最低限度地干扰反射射束。

根据本发明的灯包括布置在例如由透明陶瓷或玻璃、特别是石英玻璃制成的密封的透明容器内的发光元件，比如例如在放电灯的情况下的相对电极之间的电极间隙或者在白炽灯的情况下的灯丝。

透明容器在形状方面可以是整体圆柱形的，但是至少包括圆柱部段。圆柱部段的纵轴（优选地中心纵轴）被布置成与发光元件的纵轴平行，即在白炽灯的情况下与灯丝绕组轴平行并且在放电灯的情况下与电极间隙平行。透明容器的圆柱部段包围发光元件，使得从发光元件发射的光的主要部分通过密封透明容器的圆柱部段被发射。

根据本发明，热屏蔽元件被布置成与发光元件的纵轴平行并且具有发光元件的轴向长度的至少80%的轴向延伸。特别地，优选的是，热屏蔽元件被布置成覆盖发光元件的至少全轴向长度。在一些优选实施例中，热屏蔽元件的轴向延伸为发光元件的轴向长度的80-125% ，进一步优选地90-110%。如结合可替换实施例将变得明显的，热屏蔽元件的轴向延伸也可以大于发光元件的轴向长度。特别地，对于其中热屏蔽元件被固定到灯帽并且在轴向方向上延伸直到发光元件的实施例中，情况将就是这样，并且在一些实施例中甚至直到且超出密封透明容器的尖端。

在周向延伸中，根据本发明的热屏蔽元件被布置成屏蔽从发光元件发射到选择的径向方向上、即垂直于发光元件的纵轴的方向上的光，以便覆盖20-120°、优选地60-110°、进一步优选地80-100°的周向延伸。对于热屏蔽元件，特别优选的是被布置成覆盖90°的周向延伸。周向延伸可以在横截面中测量，其中角腿从发光元件的中心纵轴延伸。

根据本发明的热屏蔽元件例如通过反射或散射对屏蔽从发光元件发射的至少红外光是有效的。因此，（如从发光元件的中心看到的）发射到热屏蔽元件之后的方向上的红外光的量大大减少。如果灯被布置在反射器内以使得因而屏蔽的方向对应于关于热负荷的最关键的方向（即向上的方向），则热屏蔽元件明显缓解了反射器上的过度的热负荷的问题。

反射器表面上的热负荷主要起因于热对流和热辐射。在车辆头灯反射器内的灯的通常的水平布置中，来自对流的最高负荷存在于灯上方，特别是发光元件上方。通过提供具有布置成屏蔽上反射器部分的热屏蔽元件的灯，反射器的此部分上的辐射热负荷可以被消除或至少显著减少，以使得反射器内的整体热分布得到改进并且可以减少关于灯上方的热点的问题。

这种减少可以甚至利用覆盖与20°或30°一样窄的周向延伸的热屏蔽元件来实现，特别是在直接向上的方向被屏蔽的情况下。更大的周向覆盖实现了更宽广的屏蔽效应。

根据本发明，热屏蔽元件的尺寸是有限的，以便最小化关于反射的射束的光学效应。特别地，周向延伸被限制于至多120°，优选地至多100°，进一步优选地至多90°。从发光元件发射到其他方向上的光未被热屏蔽元件改变，以使得所发射的光的相当一部分保持未受干扰。

根据本发明的车辆头灯包括如上文所述的在反射器中布置的灯。反射器可以由具有反射涂层的塑性材料制成。于是，灯可以被水平地布置在反射器内，被取向成使得热屏蔽元件被布置在发光元件上方，从而屏蔽到向上的方向上的红外光发射。

根据本发明的灯和车辆头灯允许避免反射器内的热问题。特别地，热屏蔽元件使得使用塑性材料用于反射器、甚至用于更高电功率的灯以及用于更紧凑的反射器成为可能。

根据本发明的一个优选实施例，一种热屏蔽元件可以被提供为布置在透明容器上的涂层。因而，透明容器的屏蔽部段可以被实现，有效地阻挡或至少明显减弱红外辐射到由该屏蔽部段阻挡的方向上的发射。优选地，涂层仅限于在轴向和周向方向上具有上述指定延伸的屏蔽部段，以使得在周向延伸的剩余部分上没有红外滤波器或镜涂层，例如使得圆柱部分以其他方式未被涂覆。

涂层可以是镜涂层，全反射红外光和可见范围中的光二者。可替换地，涂层可以是红外滤波器涂层，在反射红外光的同时允许可见范围中的光的透射。

在镜涂层的情况下，所有光谱范围中的红外辐射可以被有效阻挡。在红外滤波器涂层的可替换情况下，涂层将在实践中具有波长选择性反射率，允许可见范围中的光的至少最大部分通过涂层被透射，同时红外光的至少最大部分将被反射。例如，红外滤波器涂层可以被提供为应用在彼此顶部上多个涂层，形成干涉滤波器。例如，干涉滤波器可以由选择的厚度的SiO₂和Nb₂O₅的后续层形成，以实现具有期望的光谱选择性的干涉滤波器。

在一个优选实施例中，灯是白炽类型的，特别地优选为卤素灯。该灯因而可以包括作为发光元件的灯丝。该灯丝可以缠绕在纵向灯丝轴周围。

从灯帽延伸的至少第一和第二保持线可以被提供以保持灯丝。第一保持线缆可以平行于灯丝在距其一定距离处延伸。由于特别地在反射器类型的车辆头灯中反射器内的灯的通常取向伴随灯丝正上方的第一保持线，因此优选的是在如此取向的灯中使热屏蔽元件对称地布置在灯丝上方。因此，热屏蔽元件可以以与竖直平面对称（即与通过灯丝轴和平行于其延伸的第一保持线而限定的轴向对称平面对称）的布置在灯中被提供。

在一个优选实施例中，灯丝被选择成使得灯具有在至少60W、例如在13.2V下60-75W的范围内的标称功率。特别地，在这个与现今已知的汽车灯（包括H7）相比增加的操作功率处，可能发生关于增加的热负荷的问题，使得根据本发明的热屏蔽元件全部都是更有效的。

尽管根据本发明的一个实施例，热屏蔽元件可以被提供为透明容器上的涂层，但是根据可替换的实施例，该热屏蔽元件还可以被提供为金属屏蔽物。金属屏蔽物优选地可以布置在距透明容器的圆柱部段一定距离处。进一步优选地，金属屏蔽物可以固定到灯，使得在灯被安装的情况下它自动放置在反射器内。金属屏蔽物（特别地优选为金属片）有效阻挡可见范围中和红外范围中的光。金属屏蔽物可以优选地布置成覆盖灯丝的轴向长度并且可以在距透明容器例如0.5-5mm的距离处提供。屏蔽物也可以有利地影响对流。优选地，因而，不仅通过阻挡红外辐射而且通过在向上的方向上分散对流，减少了反射器的临界部分上所得的热负荷。

在一个优选实施例中，金属屏蔽物可以被固定到灯的帽，平行于圆柱部段的纵轴延伸。

如果热屏蔽元件对可见范围中的光是反射性的，则它优选地具有有效避免车辆头灯中形成的反射射束中的炫光的形状。在圆柱形容器上的涂层的情况下，反射表面将是圆柱形的和凹形的，该涂层可以是全反射镜涂层或也对可见范围中的光是至少部分地反射性的红外滤波器涂层。在作为热屏蔽元件提供的、至少部分反射性的金属屏蔽物的情况下，其内表面优选地也是凹形的，特别优选地是部分圆柱形形状。如果发光元件的创建的镜像的位置被定位在实际发光元件与热屏蔽元件之间，则产生炫光的镜像可以被避免。如果具有对应形状的热屏蔽元件的灯（其中热屏蔽元件在发光元件上方）被放置在车辆头灯的反射器内，则镜像在实际发光元件上方显现。在此情况下，在热屏蔽元件处反射的光将不会导致炫光。

热屏蔽元件的对应形状可以通过其部分圆柱形形状实现，其圆柱轴被布置成与发光元件相比更靠近热屏蔽元件。

根据本发明的车辆头灯包括由塑性材料制成的反射器。由于热屏蔽元件的缘故，反射器可以是特别紧凑的，使得从发光元件到反射器表面、特别是到其临界顶部的距离可以小到30mm或更小、或者甚至小到25mm或更小。该距离可以在垂直于容器的圆柱部分的纵轴的横截面平面内测量。该横截面平面可以布置在发光元件的中心内。

根据本发明的另外的优选实施例，车辆头灯包括由热塑材料制成的反射器。由于短循环时间且一般地不需要二次处理以及优秀的表面质量、重量节省和设计自由度，这样的热塑材料具有显著的处理优势。特别地，非晶态HT热塑材料是优选的，比如PC-HT、PEI、PSU和PES。尤其在紧凑反射器中，通过根据本发明的热屏蔽元件，使得这样的具有针对例如高达180℃ (PSU)、195℃ (PC-HT)或高达210℃ (PEI, PES)的温度的长期稳定性的热塑材料的使用成为可能。

本发明的这些和其他方面根据下文描述的实施例将是明显的并且将参照这些实施例进行阐述。

附图说明

图1在象征性侧视图中示出具有布置在反射器内的灯的汽车头灯；

图2示出灯的第一实施例的纵向截面视图；

图3示出图2的灯的横截面视图，其中该截面沿着图2中的A...A取得；

图4示出灯的第二实施例的纵向截面视图；

图5示出图4的灯的横截面视图，其中该截面沿着B...B取得；

图6示出灯的第三实施例的纵向截面视图；

图7示出图6的灯的顶视图。

具体实施方式

图1示出反射器类型的车辆头灯10的象征性表示，其包括安装在反射器12内的灯20。灯20是具有透明玻璃灯泡24内作为发光元件的灯丝22的卤素白炽灯。灯20包括仅象征性地示出的、安装在反射器12的安装位置14内的灯帽26。

反射器12包括具有内反射器表面16的反射器主体。反射器主体12由热塑材料制成，比如PSU、PC-HT、PEI或PES。从灯20的发光元件22发射的光在反射器表面16处被反射以形成光照射束B，以便照射车辆的前面。

在灯20的操作中，由发光元件22生成热量。例如，灯20的优选实施例被设置成在13.2V的电压下操作时具有69W的电功率。电功率的相对大比例未被转换成光，而是生成通过对流、传导（通过灯帽26）和辐射而在反射器内消散的热量，即红外光的发射。

本发明特别地针对在发光元件22与反射器表面16之间具有相对小距离的紧凑头灯。临界距离在图1中被示出为d，在垂直于灯20的纵轴L的平面中的发射元件22的光中心正上方被测量。在紧凑反射器中，距离d可以小到30mm或更小，对于非常紧凑的反射器甚至小到25mm或更小。

特别地，由于除了红外辐射之外的对流的缘故，反射器12的顶部18上的热负荷可能是严重的，该对流从发光元件22向上导向。

尽管反射器12可以由能够甚至长时间忍受高温的材料（比如金属、玻璃或热凝物，特别是BMC）制成，但是热塑材料因为更轻的重量并且提供处理优势和出众的表面质量而是优选的。然而，它们的长期温度耐受性是有限的，从而特别是在非常紧凑的反射器中产生潜在的问题。

热屏蔽元件30被提供以将从发光元件22发射的红外光反射到反射器的顶部18的方向上，以便减少到反射器的这个最临界的部分上的热负荷。

在下文中，将详细描述要在这样的反射器中使用的灯的实施例。一般地，灯可以以例如根据新提出的卤素类型H18（单个灯丝灯）或H19（双灯丝灯）的尺度使用。

图2示出具有以象征性示出的灯帽26和燃烧器28的灯20的第一实施例。灯丝通过从灯帽26延伸的保持线32、34被保持在灯泡24中，该保持线包括第一、较长保持线32和第二、较短保持线34。第一保持线32的端部平行于灯丝22延伸。在如图2中所示的水平位置（其是在车辆头灯内操作期间的通常位置）中，第一保持线32被布置在灯丝22的正上方，如从图3中的横截面视图也可见。

灯泡24包括安装到灯帽26的狭缩（pinch）部分36、围绕灯丝32的中心圆柱部分38以及在顶部的不透明覆盖物42。中心纵轴L被定义为圆柱部分38的中心。

在以小偏移示出的实施例中，灯丝22在灯泡24内的纵向方向上取向，即其纵轴F布置成与灯20的纵轴L平行。

灯20包括灯泡24的圆柱部分38的屏蔽部分30作为热屏蔽元件，其中应用了红外滤波器涂层40。红外滤波器涂层可以优选地由形成干涉滤波器的多个层构成，例如仔细选择的层厚度的Nb₂O₅ 和SiO₂的连贯层以实现期望的光谱滤波器响应。红外滤波器层40强烈地反射红外光，特别是开始于100nm的波长的红外光。可见范围中的光将被透射通过红外滤波器涂层40，尽管不可避免地其中小部分仍将被反射，因为在实践中干涉滤波器的光谱响应将不是理想的带阻滤波器仅针对红外范围中的光的光谱响应。

根据热学和光学考虑选择滤波器部分30的尺寸和定位。为了实现减少反射器12的顶部18上的热负荷的期望热效应，红外滤波器部分被布置在灯丝22上方以将来自灯丝22的红外光反射到临界顶部18的方向上。另一方面，屏蔽部分30的尺寸和位置被选择以最小化关于所得的射束B的光学效应。

在所示出示例中，屏蔽部分30是局部圆柱形形状的，以直边为边界。在轴向方向上，屏蔽部分30的长度等于灯丝22的长度。屏蔽部分30被布置成平行于灯丝22以覆盖其全轴向长度。

在周向方向上，如特别地从图3可见，屏蔽部分30的延伸在可以由与水平方向所成的角度α1、α2定义的角范围上延伸。优选地，该布置是对称的，使得α1等于α2。已经利用总共90°的周向延伸（即其中α1、α2二者都等于45°）实现了一种明显的屏蔽效应。

对于如图1中所示的反射器类型的车辆头灯10，从灯丝22发射到反射器12的上部区域18中的光的部分被用来照射车辆前面的区块，进一步远离光学临界截止边缘。因而，对于反射器类型的头灯，对称地在灯丝22上方的屏蔽部分30的所描述的对称布置已经证明，仅在所得的射束B的非临界部分中引入光学效应。由于屏蔽部分30的有限延伸，所述光学效应因而是可容忍的，因为从灯丝22发射到屏蔽部分30之外的方向上的光可以在没有诸如颜色改变或局部反射之类的光学效应的情况下传播，其不可避免地存在于红外滤波器涂层40处。

在滤波器涂层40处被反射的可见范围中的光的某部分形成图3中以虚线所示的灯丝22的镜像。由于滤波器涂层40被应用在圆柱部分38上，因此它形成在中心纵轴L周围弯曲的凹形、部分反射表面。灯丝22被布置在纵轴L下方，使得如所示那样，镜像将位于实际的灯丝22与滤波器涂层40之间。如果镜像在此区块被创建，则在头灯10的所得射束B中将不存在炫光。

图4示出灯50的第二实施例。在许多部分，根据第二实施例的灯50对应于根据第一实施例的灯20。同样的部分将由同样的参考数字标示。在下文中，仅将进一步解释实施例之间的差异。

在根据第二实施例的灯50中，金属屏蔽物52被作为热屏蔽元件而提供。金属屏蔽物52被提供为薄片金属条，如从图4、图5可见，其被固定到灯帽26并且在灯50的纵向方向上延伸。金属屏蔽物52被布置成与燃烧器28的圆柱部分38平行。

金属屏蔽物52在灯50的中心纵轴L周围是弯曲的，如图5中所示。屏蔽物52被布置在距灯泡24例如1-2mm的小距离处。

如同根据第一实施例的灯中的红外滤波器涂层40，屏蔽物52被布置在灯丝52上方以屏蔽反射器12的顶部18。金属片52的表面是反射的，使得可见范围中和红外范围中的光被反射。反射器12的顶部18因此被屏蔽红外辐射。进一步地，布置在距灯泡24某距离处的屏蔽物52还部分地阻挡加热的空气从灯泡直接向上的对流。

在周向方向上，如图5中所示的金属屏蔽物52以与第一实施例相同的方式在α1、α2的角范围上延伸，即优选地在90°的总体角范围上对称地延伸。

在轴向方向上，屏蔽物52从灯帽26延伸直到如图4中所示的邻近灯丝22的远端的位置，从而覆盖灯丝22的整个轴向长度。

由于屏蔽物52是部分圆柱形形状的，在灯50的中心纵轴L周围凹形弯曲的，因此灯丝22的镜像在中心纵轴L上方形成，如图5中虚线所示。因而，避免了炫光。

图6、图7示出对应于上面描述的第二实施例的灯60的第三实施例。在下文中，仅将进一步解释差异。

在灯60中，提供了金属屏蔽物62，其在轴向方向上延伸超出灯丝22并且甚至超出灯容器36的远端。如图6、图7中所示，屏蔽物62包括在灯容器36的尖端周围弯曲的前部64。因而，屏蔽物62的前部也充当炫光屏蔽物，其屏蔽从灯丝22发射到将不会撞击车辆头灯的反射器12的方向上的光。

根据此实施例的延伸的、较大屏蔽物62甚至更有效地分散热量，特别是在轴向方向上。

在侧视图中，沿着中心纵轴L看去，屏蔽物62的前部64可以例如是圆形、方形或另外的角形状。

应当注意，上述实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计出许多可替换实施例。例如，取代如所描述的干涉滤波器涂层的是，可以使用不同类型的红外滤波器涂层。作为另外的可替换方案，取代红外滤波器涂层的是，也可以使用镜涂层。

在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应当被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除除了权利要求中所列出的那些之外的其他元件或步骤的存在。元件之前的词语“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的起码事实并不指示这些措施的组合不能用于获益。

Claims (15)

1.灯，具有：

- 发光元件（22），其被布置在密封透明容器（24）内，

- 所述容器（24）至少包括具有平行于所述发光元件（22）的纵轴（F）布置的纵轴（L）的圆柱部段（38），所述容器的所述圆柱部段（38）包围所述发光元件（22），

- 以及热屏蔽元件（30,40,52），其被布置成屏蔽从所述发光元件（22）发射的至少红外光，

- 所述热屏蔽元件（30,40,52）被布置成与所述发光元件（22）的所述纵轴（F）平行并且具有所述发光元件（22）的轴向长度的至少80%的轴向延伸，

- 所述热屏蔽元件（30,40,52）被布置成屏蔽从所述发光元件（22）发射到垂直于所述发光元件（22）的所述纵轴（F）的方向上的红外光，所述方向覆盖在从所述发光元件的所述纵轴（L）的横截面中测量的至少20°且至多120°的周向延伸，并且

- 当所述灯被水平布置在车辆头灯的反射器（12）内时，所述热屏蔽元件（30,40,52）被布置在所述发光元件（22）上方。

2.根据权利要求1的灯，其中

- 所述热屏蔽元件（30）被提供为布置在所述容器（24）上的涂层。

3.根据权利要求2的灯，其中

- 所述涂层（40）是在反射红外光的同时允许可见范围中的光透射的红外滤波器涂层。

4.根据权利要求2的灯，其中

- 所述涂层（40）是镜涂层。

5.根据上述权利要求之一的灯，其中

- 所述热屏蔽元件（30,40,52）被布置成至少覆盖所述发光元件（22）的所述轴向长度。

6.根据上述权利要求之一的灯，其中

- 所述热屏蔽元件（30,40,52）的所述轴向延伸为所述发光元件（22）的轴向长度的80%-125%。

7.根据上述权利要求之一的灯，其中

- 所述发光元件是缠绕在纵向灯丝轴（F）周围的灯丝（22），

- 至少第一和第二保持线（32,34）从灯帽（26）延伸以保持所述灯丝（22），所述第一保持线（32）的至少一部分平行于所述灯丝（22）在距其一定距离处延伸，

- 并且所述热屏蔽元件（30,40,52）与通过所述灯丝轴（F）和所述第一保持线（32）限定的轴向对称平面对称地布置。

8.根据上述权利要求之一的灯，其中

- 所述发光元件是灯丝（22），其被选择成使得所述灯在13.2V的电压下具有至少60W的标称功率。

9.根据上述权利要求之一的灯，其中

- 所述热屏蔽元件（30,40,52）对可见范围中的光是至少部分反射性的，并且

- 所述热屏蔽元件被成形以创建发光元件（22）的镜像，所述镜像位于发光元件（22）与热屏蔽元件（30,40,52）之间。

10.根据上述权利要求之一的灯，其中

- 所述热屏蔽元件（40）由形成干涉滤波器的多个应用在彼此顶部上的涂层构成。

11.根据上述权利要求之一的灯，其中

- 所述热屏蔽元件（52）是布置在距所述圆柱部段（38）一定距离处的金属屏蔽物，所述金属屏蔽物（52）被固定到所述灯。

12.根据权利要求11的灯，其中

- 所述金属屏蔽物（52）被固定到所述灯的帽（26）。

13.车辆头灯，包括：

- 根据上述权利要求之一的灯（20,50），其被布置在反射器（12）内，以及

- 所述反射器（12）由具有反射涂层的塑性材料制成。

14.根据权利要求13的车辆头灯，其中

- 在布置在所述发光元件（22）的中心内的横截面平面内，所述发光元件（22）与所述反射器（12）的顶部（18）之间的距离（d）为30mm或更小。

15.根据权利要求13、14之一的车辆头灯，其中

- 所述塑性材料为热塑材料。