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Die
Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe gemäß des Oberbegriffs
des Patentanspruchs 1 und ein Herstellungsverfahren für eine derartige
Hochdruckentladungslampe.
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I. Stand der Technik
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Eine
derartige Hochdruckentladungslampe ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift
DE 198 34 401 A1 offenbart.
Diese Schrift beschreibt eine Hochdruckentladungslampe für einen
Kraftfahrzeugscheinwerfer, deren Entladungsgefäß auf der Innenseite oder auf
der Außenseite
mit einer lichtdurchlässigen
Mattierung versehen ist. Diese Mattierung erstreckt sich über den
gesamten Umfang des axialsymmetrischen Entladungsgefäßes und über die
gesamte Länge
des Entladungsgefäßabschnittes,
der den zwischen den Elektroden der Lampe angeordneten Entladungsraum
umschließt.
Durch die Mattierung wird das vom Entladungsbogen emittierte Licht gestreut,
so dass ein beispielsweise durch Erschütterungen bedingtes Flackern
des Entladungsbogens von dem optischen System des Scheinwerfers
nicht erfasst und abgebildet wird.
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Diese
nahezu vollständige
Mattierung der Oberfläche
des Entladungsgefäßes hat
den Nachteil, dass aufgrund des erhöhten Streulichtanteils die Lichtausbeute
des Scheinwerfers erheblich reduziert wird.
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II. Darstellung der Erfindung
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine moderne Hochdruckentladungslampe
wie zum Beispiel eine quecksilberfreie Hochdruckentladungslampe bereitzustellen,
die mit optischen Systemen von Fahrzeugscheinwerfern älterer Bauart,
die beispielsweise für
quecksilberhaltige Hochdruckentladungslampen konzipiert waren, kompatibel
ist.
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Insbesondere
soll die Hochdruckentladungslampe den Anforderungen gemäß der Vorschrift
ECE Regel 99 bezüglich
der Breite des Entladungsbogens genügen. Außerdem ist es die Aufgabe der
Erfindung, ein einfaches Herstellungsverfahren für eine derartige Hochdruckentladungslampe
bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 6 gelöst. Besonders vorteilhafte
Ausführungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen
beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe
besitzt einen Lampensockel und ein axialsymmetrisches Entladungsgefäß, in dessen
Entladungsraum eine Metallhalogenide enthaltende ionisierbare Füllung und
Elektroden zur Erzeugung einer Gasentladung angeordnet sind, wobei
das Entladungsgefäß mit einer
lichtdurchlässigen
Mattierung versehen ist, die erfindungsgemäß als partielle Mattierung
des Entladungsgefäßes im Bereich
des Entladungsraumes ausgebildet ist, welche auf einen sich über einen
Teil des Entladungsgefäßumfangs
erstreckenden Abschnitt der Innenseite oder Außenseite des Entladungsgefäßes beschränkt ist,
wobei dieser Abschnitt eine wohldefinierte Lage bezüglich des Lampensockels
aufweist.
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Durch
die obengenannten Merkmale ist gewährleistet, dass die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe
die Vorschrift gemäß der ECE
Regel 99 bezüglich
der Breite des Entladungsbogens erfüllt, ohne dass durch die Mattierung
eine erhebliche Reduktion der Lichtausbeute verursacht wird, wie
bei der Hochdruckentladungslampe gemäß des Standes der Technik.
Besonders vorteilhaft lässt
sich die Erfindung auf Hochdruckentladungslampen anwenden, die einen
im Vergleich zu herkömmlichen Hochdruckentladungslampen
stark kontrahierten Entladungsbogen besitzen, wie zum Beispiel quecksilberfreien
Hochdruckentladungslampen, deren ionisierbare Füllung aus Xenon und Metallhalogeniden besteht.
Durch die partielle Mattierung des Entladungsgefäßes und die wohldefinierte
räumliche
Ausrichtung dieser partiellen Mattierung bezüglich des Lampensockels erfüllen auch
diese Hochdruckentladungslampen die Vorschrift gemäß der ECE
Regel 99 hinsichtlich der Breite des Entladungsbogens, da das von
dem Entladungsbogen emittierte Licht an der partiellen Mattierung des
Entladungsgefäßes gestreut
wird und damit zu einer Verbreiterung des Entladungsbogens in der
Projektion führt.
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Die
partielle Mattierung des Entladungsgefäßes erstreckt sich in vorteilhafter
Weise nur über
einen möglichst
kleinen Teil des Entladungsgefäßumfangs,
um zu gewährleisten,
dass keine zu starke Reduktion der Lichtausbeute aufgrund von Lichtstreuung
auftritt. Vorteilhafterweise erstreckt sich die partielle Mattierung über einen
Bereich von weniger als 35 Prozent des Entladungsgefäßumfangs
und vorzugsweise von weniger als 12 Prozent des Entladungsgefäßumfangs.
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Bei
der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe
handelt es sich vorzugsweise um eine Hochdruckentladungslampe, deren
Entladungsgefäß ein erstes,
sockelnahes Ende und ein zweites, sockelfernes Ende aufweist, aus
dem eine zum Lampensockel zurückgeführte Stromrückleitung
herausgeführt
ist. Versuche haben gezeigt, dass für derartige Hochdruckentladungslampen
gute Resultate im oben genannten Sinn mit einem mattierten Abschnitt des
Entladungsgefäßes erzielt
werden, von dem zumindest ein Teilabschnitt innerhalb eines Winkelbereichs
von 70 Grad bis 200 Grad entlang des Entladungsgefäßumfangs
angeordnet ist, wobei der Winkel in der Querschnittsebene gegenüber der
Verbindungslinie zwischen der Entladungsgefäßachse mit der Stromrückleitung
gemessen wird. Die besten Resultate werden mit einem relativ schmalen
mattierten Abschnitt erreicht, der innerhalb des Winkelbereiches
von 120 Grad bis 160 Grad entlang des Entladungsgefäßumfangs
angeordnet ist oder von dem zumindest ein Teilabschnitt in dem vorgenannten Winkelbereich
angeordnet ist.
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Die
partielle Mattierung des Entladungsgefäßes kann auf der Außenseite
des Entladungsgefäßes durch
Aufrauen mittels Sandstrahlen, durch chemische Ätzprozesse oder mittels anderer
bekannter geeigneter Verfahren hergestellt werden. Besonders vorteilhaft
ist aber einen partielle Mattierung des Entladungsgefäßes auf
seiner Innenseite, die aus einer Ablagerung von Metalloxiden an
der Innenseite des Entladungsgefäßes besteht,
da sich diese partielle Mattierung ohne zusätzliche Kosten und einfache Weise
herstellen lässt.
Die an der Innenseite der Entladungsgefäßwand haf tenden Metalloxide
wirken als Streuzentren für
das von dem Entladungsbogen emittierte Licht.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe
zeichnet sich dadurch aus, dass zum partiellen Mattieren der Innenseite
des Entladungsgefäßes, vor
dem Anbringen des Lampensockels, in dem abgedichteten, mit den Elektroden
und der Metallhalogenide enthaltenden ionisierbaren Füllung versehenen
Entladungsgefäß eine in
horizontale Lage zwischen den Elektroden stattfindende Gasentladung
erzeugt wird und anschließend
die Lage der mittels der Gasentladung erzeugten partiellen Mattierung
beim Anbringen des Lampensockels bezüglich Referenzpunkten des Lampensockels
ausgerichtet wird.
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Versuche
haben gezeigt, dass durch das oben beschriebene erfindungsgemäße Herstellungsverfahren,
insbesondere durch das Erzeugen einer in horizontaler Lage zwischen
den Elektroden brennenden Gasentladung, aus einem Teil der Metallhalogenide
der ionisierbaren Füllung
und dem in dem Entladungsgefäß als Verunreinigung
vorhandenem Sauerstoff Metalloxide gebildet werden, die sich an
der Innenseite des Entladungsgefäßes, und
zwar an der oberen Hälfte
der Innenseite des Entladungsgefäßes, ablagern
und daran haften. Diese Ablagerung von Metalloxiden bewirkt eine
lichtdurchlässige
partielle Mattierung der Innenseite des Entladungsgefäßes, da
die Metalloxide als Streuzentren für das von dem Entladungsbogen
emittierte Licht wirken. Entsprechend des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
wird das Entladungsgefäß beim Anbringen des
Lampensockels bezüglich
des Lampensockels derart ausgerichtet, dass diese partielle Mattierung des
Entladungsgefäßes eine
wohldefinierte Lage bezüglich
Referenzpunkten des Lampensockels einnimmt.
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Bei
erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampen,
deren Entladungsgefäß ein erstes,
sockelnahes Ende und ein zweites, sockelfernes Ende, aus dem eine
zum Lampensockel zurückgeführte Stromrückleitung
herausragt, aufweist, wird beim Anbringen des Lampensockels das
Entladungsgefäß gegenüber dem
Lampensockel und der Stromrückleitung
derart ausgerichtet wird, dass zumindest ein Teil der durch die
Gasentladung erzeugten Mattierung innerhalb des Winkelbereichs von
70 Grad bis 200 Grad, vorzugsweise innerhalb des Winkelbereichs von
120 Grad bis 160 Grad, entlang des Entladungsgefäßumfangs angeordnet ist, wobei
der Winkel in einer Querschnittsebene senkrecht zur Entladungsgefäßachse gegenüber der
Verbindungslinie zwischen der Entladungsgefäßachse und der Stromrückleitung gemessen
wird. Die Position der Stromrückleitung am
Lampensockel bzw. die vorgenannte fiktive Verbindungslinie dienen
hier als Referenz für
die Ausrichtung des mattierten Abschnitts. Vorzugsweise wird zum
Optimieren der Position der Mattierung beim Anbringen des Lampensockels
das Entladungsgefäß schrittweise
um einen vorgegebenen Winkel um seine Längsachse gedreht und nach jeder Drehung
wird in der jeweils erreichten Position eine Messung der Breite
des Entladungsbogens durchgeführt.
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III. Beschreibung des
bevorzugten Ausführunsgbeispiels
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es
zeigen:
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1 Einen
Querschnitt durch das Entladungsgefäß und den Außenkolben
der Hochdruckentladungslampe gemäß des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
in einer Ebene senkrecht zur Längsachse
des Entladungsgefäßes bei
Draufsicht auf das sockelferne Ende des Entladungsgefäßes, wie
in 2 dargestellt
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2 Eine
schematische Seitenansicht der Hochdruckentladungslampe gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels
zur Illustration der Blickrichtung bei der Darstellung in 1
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3 Eine
Seitenansicht der Hochdruckentladungslampe gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Bei
dem in 3 abgebildeten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung handelt es sich um eine quecksilberfreie Hochdruckentladungslampe
für einen
Kraftfahrzeugscheinwerfer. Diese Hochdruckentladungslampe besitzt
ein zweiseitig abgedichtetes axialsymmetrisches Entladungsgefäß 30 aus
Quarzglas mit einem ersten, sockelnahen Ende 302 und einem
zweiten, sockelfernen Ende 301. In dem Entla dungsraum 300 des
Entladungsgefäßes 30 ist
eine ionisierbare Füllung
gasdicht eingeschlossen. Die ionisierbare Füllung besteht aus Xenon und Metallhalogeniden,
insbesondere Natriumjodid, Scandiumjodid, Zinkjodid und Indiumjodid.
Die beiden Enden 301, 302 des Entladungsgefäßes 30 sind jeweils
mittels einer Molybdänfolien-Einschmelzung 303, 304 abgedichtet.
In den Entladungsraum 300 ragen zwei diametral entlang
der Längsachse
des Entladungsgefäßes 30 angeordnete
Elektroden 31, 32 hinein, zwischen denen sich
während
des Lampenbetriebs der für
die Lichtemission verantwortliche Entladungsbogen 39 ausbildet.
Die Elektroden 31, 32 sind jeweils über eine
der Molybdänfolien-Einschmelzungen 303, 304 und über die
sockelferne Stromzuführung 33 sowie
die Stromrückleitung 38 bzw. über die
sockelseitige Stromzuführung 34 elektrisch
leitend mit einem elektrischen Anschluss 2 des Lampensockels 1 verbunden.
Das Entladungsgefäß 30 ist
von einem gläsernen
Außenkolben 36 umhüllt. Der
Außenkolben 36 besitzt
einen im Lampensockel 1 verankerten Fortsatz 361.
Das Entladungsgefäß 30 weist
sockelseitig eine rohrartige Verlängerung 305 aus Quarzglas
auf, in der die sockelseitige Stromzuführung verläuft, die ihrerseits mit einem
als axial angeordneter Kontaktpin ausgebildeten elektrischen Anschluss
(nicht abgebildet) des Lampensockels verbunden ist.
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Die
Außenkontur
des Entladungsgefäßes 30 entspricht
im Bereich des Entladtungsraumes 300 der Form eines Rotationsellipsoids.
Die Innenkontur des Entladungsgefäßes 30 ist im Bereich
des Entladungsraumes 300 kreiszylindrisch ausgebildet.
Die Innenseite des Entladungsgefäßes 30 ist
im Bereich des Entladungsraumes 300 partiell mit einer
lichtdurchlässigen
Mattierung 37 versehen. In 3 ist dieser
Sachverhalt schematisch dargestellt. Die Mattierung 37 besteht
aus an der Innenseite des Entladungsgefäßes 30 haftenden Metalloxiden.
Insbesondere handelt es sich um Oxide der in der ionisierbaren Füllung vorkommenden
Metalle Natrium, Scandium, Zink und Indium. Die Mattierung 37 erstreckt
sich in Längsrichtung über einen
Teil der Länge
des Entladungsbogens 39 und ist etwa mittig zwischen den beiden
Elektroden 31, 32 angeordnet. Die Ausdehnung der
Mattierung 37 entlang des Umfangs des Entladungsgefäßes 30 beträgt ungefähr 30 bis
40 Grad, das heißt,
die Mattierung 37 erstreckt sich über ungefähr 8 bis 11 Prozent des Entladungsgefäßumfangs.
Die räumliche
Lage der Mattierung 37 ist gegenüber dem Lampensockel 1 justiert.
In den 1 und 2 sind Details zur Ausrichtung
der Mattierung 37 bezüglich
des Lampensockels 1 und der Stromrückleitung 38 schematisch
dargestellt.
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Wie
in dem senkrecht zur Längsachse
des Entladungsgefäßes 30 ausgerichteten
Querschnitt der 1 schematisch gezeigt, wird
die (fiktive) Verbindungslinie zwischen der in der Längsachse
des Entladungsgefäßes 30 verlaufenden
Elektrode 31 und dem Stromrückleiter 38 als Referenz
für die
Justage der Mattierung 37 verwendet. Die Mattierung 37 ist
innerhalb eines Winkelbereiches von ungefähr 120 Grad bis 160 Grad entlang
des Umfangs des Entladungsgefäßes 30 im
Bereich des Entladungsraumes 300 auf der Innenseite des
Entladungsgefäßes angeordnet.
Dabei wird der Winkel α gegenüber der
vorgenannten Verbindungslinie zwischen der Elektrode 31 und
dem Stromrückleiter 38 gemessen. Der
Winkel α wird
bei der Blickrichtung gemäß der Darstellung
der 2, das heißt,
mit Blick auf das sockelferne zweite Ende 301 des Entladungsgefäßes 30,
im Uhrzeigersinn gegen die vorgenannte, in 1 abgebildete
Verbindungslinie zwischen Elektrode 31 und Stromrückleitung 38 gemessen.
Nach der Montage der Hochdruckentladungslampe in dem Frontscheinwerfer
eines Kraftfahrzeugs ist das Entladungsgefäß 30 horizontal ausgerichtet,
so dass der Stromrückleiter 38 unterhalb
des Entladungsgefäßes 30 verläuft, wie
in 2 schematisch dargestellt ist. Die Mattierung 37 befindet
sich dadurch dann auf der rechten Seite des Entladungsgefäßes 30,
das heißt, die
Mattierung zeigt im eingebauten Zustand der Hochdruckentladungslampe
zur rechten Fahrzeugseite.
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Zur
Herstellung der Mattierung 37 wird das mit den Elektroden 31, 32 und
der ionisierbaren Füllung
versehene Entladungsgefäß 30 abgedichtet
und horizontal ausgerichtet. Anschließend wird zwischen den Elektroden 31, 32 für die Dauer
von wenigen Sekunden eine Gasentladung in der ionisierbaren Füllung erzeugt.
Der dabei entstehende, horizontal angeordnete Entladungsbogen 39 ist
aufgrund der Konvektion sichelartig gekrümmt. Der im Entladungsgefäß 30 als
Verunreinigung vorhandene Sauerstoff bindet währenddessen einen Teil der
in Form von Metallhalogeniden in das Entladungsgefäße 30 eingebrachten
Metalle der ionisierbaren Füllung
zu Metalloxiden, die sich bedingt durch die Konvektion an der oberen
Innenseite des Entladungsgefäßes 30 ablagern
und dort an der Wand des Entladungsgefäßes 30 haften.
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Nach
Beendigung dieses sogenannten Einbrennprozesses wird der Außenkolben 36 in
bekannter Weise an dem Entladungsgefäß 30 fixiert und anschließend werden
die beiden Lampengefäße 30, 36 mit
dem Lampensockel 1 versehen. Beim Anbringen des Lampensockels 1 werden
die Lampengefäße 30, 36 um
die Längsachse
des Entladungsgefäßes 30 bzw.
die Längsachse
des Außenkolbens 36 gedreht bis
die Mattierung 37, die optimale Position bezüglich der
Stromrückleitung 38 besitzt.
In dieser optimierten Lage werden die Lampengefäße 30, 36 in
bekannter Weise in dem Lampensockel 1 verankert. Zur Optimierung
der Position der Mattierung 37 wird die Breite des Entladungsbogens 39 gemäß der Messvorschrift
der ECE Regel 99 für
unterschiedliche Ausrichtungen des Entladungsgefäßes 30 in Bezug auf den
Lampensockel 1 bzw. der Stromrückleitung 38 gemessen.
Dazu wird das Entladungsgefäß 30 in
der Sockelmaschine schrittweise um 10 Grad um seine Längsachse
gedreht und die Breite des Entladungsbogens gemäß der Vorschrift ECE Regel
99 für
die unterschiedlichen Drehwinkel bestimmt. Bei dieser Optimierung
ergibt sich die oben beschriebene Ausrichtung der Mattierung 37 gegenüber dem
Lampensockel 1 und der Stromrückleitung 38.
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Die
gemäß der Vorschrift
ECE Regel 99 bestimmte Breite des Entladungsbogens 39 besitzt
mit der partiellen Mattierung 37 des Entladungsgefäßes 30 einen
Wert von 1,19 mm. Ohne die partielle Mattierung 37 des
Entladungsgefäßes 30 führt die
Messung der Breite des Entladungsbogens nach der Vorschrift ECE
Regel 99 zu einem Wert von 0,79 mm.
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Die
Erfindung beschränkt
sich nicht auf das oben näher
erläuterte
Ausführungsbeispiel.
Anstelle der oben näher
beschriebenen partiellen Innenmattierung des Entladungsgefäßes kann
beispielsweise auch eine partielle Mattierung der Außenseite
des Entladungsgefäßes durchgeführt werden.