-
Die
Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
I. Stand
der Technik
-
In
der europäischen
Patentschrift
EP 0 991 107 Blist
auf Seite 4, in den Zeilen 12 bis 26 der Spalte 6 eine einseitig
gesockelte Hochdruckentladungslampe für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer
beschrieben, die ein von einem gläsernen Außenkolben umgebenes Entladungsgefäß besitzt,
wobei der Außenkolben
mit einer lichtdurchlässigen,
elektrisch leitfähigen
Schicht versehen ist, die sich über
den gesamten Entladungsraum der Lampe erstreckt. Diese Schicht ist
mit dem schaltungsinternen Massebezugspotential des Betriebsgerätes der
Hochdruckentladungslampe verbunden, um die elektromagnetische Verträglichkeit
der Lampe zu verbessern.
-
II. Darstellung
der Erfindung
-
Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Hochdruckentladungslampe, insbesondere
eine quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe
für Fahrzeugscheinwerfer
mit verbesserter Zündwilligkeit
bereitzustellen.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausführungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
-
Die
erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe
besitzt ein zweiseitig abgedichtetes Entladungsgefäß, eine
im Entladungsraum des Entladungsgefäßes eingeschlossene ionisierbare
Füllung und
sich in den Entladungsraum erstreckende Elektroden zum Erzeugen
einer Gasentladung, wobei das Entladungsgefäß eine elektrisch leitfähige Beschichtung
aufweist, die als Zündhilfe
ausgebildet ist und zumindest in dem Grenzbereich zwischen dem Entladungsraum
und einem ersten abgedichteten Ende des Entladungsgefäßes angeordnet
ist. Diese Beschichtung bildet mit der aus dem ersten abgedichteten
Ende herausragenden und in den Entladungsraum hineinragenden ersten
Elektrode der Hochdruckentladungslampe einen Kondensator, wobei
das dazwischen liegende Quarzglas des Entladungsgefäßes und
das Füllgas
im Entladungsraum das Dielektrikum dieses Kondensators bilden. Dadurch
wird, insbesondere mittels der hochfrequenten Anteile des Zündimpulses,
im Entladungsraum eine dielektrisch behinderte Entladung zwischen
der ersten Elektrode und der Beschichtung generiert. Diese dielektrisch behinderte
Entladung erzeugt im Entladungsraum eine ausreichende Anzahl von
freien Ladungsträgern,
um den elektrischen Durchbruch zwischen den beiden Elektroden der
Hochdruckentladungslampe zu ermöglichen
bzw. die dafür
erforderliche Zündspannung
deutlich zu reduzieren. Die Erfindung eignet sich daher besonders
gut für
quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen, die aufgrund
des fehlenden Quecksilbers eine erhöhte Zündspannung aufweisen.
-
Vorteilhafterweise
ist die als Zündhilfe
ausgebildete Beschichtung zusätzlich
auch im Grenzbereich zwischen dem Entladungsraum und dem zweiten
abgedichteten Ende des Entladungsgefäßes angeordnet. In der 4 ist
für mehrere
Hochdruckentladungslampen ohne Zündhilfsbeschichtung
und für Hochdruckentladungslampen
mit Zündhilfsbeschichtung
mit fünf
unterschiedlichen Geometrien die mittlere Durchbruchsspannung der
Entladungsstrecke in der Hochdruckentladungslampe dargestellt. Der
Auswertung gemäß 4 lagen
für jede
der fünf
Beschichtungsgeometrien jeweils mehrere Hochdruckentladungslampen
zugrunde, über
die ein Mittelwert für
die Durchbruchsspannung gebildet wurde. Die mittlere Durchbruchsspannung
für Hochdruckentladungslampen
ohne Zündhilfsbeschichtung
(Balken 1 in 4) beträgt ca. 28,1 kV, während bei
Hochdruckentladungslampen mit einer Beschichtung (Balken 2 in 4),
die in dem Grenzbereich zwischen dem Entladungsraum und dem ersten
abgedichteten Ende des Entladungsgefäßes und zusätzlich auch im Grenzbereich
zwischen dem Entladungsraum und dem zweiten abgedichteten Ende des
Entladungsgefäßes angeordnet
ist, die mittlere Durchbruchsspannung auf ca. 23,4 kV reduziert
ist.
-
Vorzugsweise
erstreckt sich die Beschichtung in dem Grenzbereich bzw. in den
Grenzbereichen über
den gesamten Umfang des Entladungsgefäßes. Der Grenzbereich zwischen
dem Entladungsraum und dem abgedichteten ersten Ende des Entladungsgefäßes bzw.
die Grenzbereiche zwischen dem Entladungsraum und den abgedichteten
Enden des Entladungsgefäßes werden
vorzugsweise jeweils von einer ringförmig das Entladungsgefäß umlaufenden
Nut gebildet. Dadurch ergibt sich ein besonders geringer Abstand
zwischen der Zündhilfsbeschichtung
und der jeweiligen Elektrode der Hochdruckentladungslampe und damit
eine besonders gute kapazitive Kopplung zwischen der Beschichtung und
der entsprechenden Elektrode.
-
Vorteilhafterweise
ist die Beschichtung zusätzlich
auf einem Oberflächenabschnitt
des ersten abgedichteten Endes des Entladungsgefäßes angebracht. Dadurch lässt sich
die erforderliche Hochspannung zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe
weiter vermindern. Gemäß dem Balken
3 in 4 beträgt
die mittlere Durchbruchsspannung für Hochdruckentladungslampen
mit einer Zündhilfsbeschichtung,
die sich über
einen Abschnitt der Oberfläche
des ersten abgedichteten Endes und die beiden Grenzbereiche zwischen
dem Entladungsraum und den abgedichteten Enden erstreckt nur ca.
20,6 kV.
-
Gemäß den beiden
besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen
der Erfindung ist die Zündhilfsbeschichtung
auch auf einen Oberflächenabschnitt
des den Entladungsraum umschließenden Teils
des Entladungsgefäßes ausgeweitet,
so dass sich die Zündhilfsbeschichtung
vorzugsweise auf einen Oberflächenabschnitt
des ersten abgedichteten Endes und des den Entladungsraum umschließenden Teil
des Entladungsgefäßes sowie
auf die beiden Grenzbereiche zwischen dem Entladungsraum und den
abgedichteten Enden des Entladungsgefäßes erstreckt. Die Zündhilfsbeschichtung
bildet gemäß der beiden
bevorzugten Ausführungsbeispiele
einen Streifen, der auf der Oberfläche des ersten abgedichteten
Endes und des vorgenannten, den Entladungsraum umschließenden Teils
des Entladungsgefäßes verläuft. Die
Balken 4 und 5 in der 4 zeigen, dass dadurch die mittlere
Durchbruchsspannung der Hochdruckentladungslampen auf einen Wert
von ca. 18,8 kV bzw. 19,3 kV redu ziert wird. Das zum Balken 4 der 4 gehörende Ausführungsbeispiel
mit der geringsten mittleren Durchbruchsspannung unterscheidet sich
von dem zum Balken 5 der 4 gehörenden Ausführungsbeispiel durch eine Beschichtung,
die im Bereich des Entladungsraums als vergleichsweise schmaler
Streifen auf der Entladungsgefäßoberfläche ausgebildet
ist, während
bei dem zum Balken 5 der 4 gehörenden Ausführungsbeispiel die Beschichtung
im Bereich des Entladungsgefäßes als
breiter Streifen ausgebildet ist. Überraschenderweise besitzen
Hochdruckentladungslampen mit einer Zündhilfsbeschichtung, die sich über beide
abgedichtete Enden des Entladungsgefäßes erstreckt und spiegelsymmetrisch
bezüglich der
durch den Entladungsgefäßmittelpunkt
und senkrecht zur Längsachse
des Entladungsgefäßes angeordneten
Ebene ausgebildet ist, eine geringfügig höhere mittlere Durchbruchsspannung
als die beiden bevorzugten unsymmetrischen Zündhilfsbeschichtung, die nur
auf das erste abgedichtete Ende, aber nicht auf das zweite abgedichtete
Ende des Entladungsgefäßes erstreckt
ist. Gemäß dem Balken
6 der 4 beträgt
die mittlere Durchbruchsspannung für Hochdruckentladungslampen
mit der vorgenannten symmetrischen Zündhilfsbeschichtung, die auf
den beiden vorgenannten Grenzbereichen, den Oberflächen von
beiden abgedichteten Enden und einem Oberflächenabschnitt des den Entladungsraum
umschließenden
Teil des Entladungsgefäßes angeordnet
ist, ca. 20 kV.
-
Vorzugsweise
handelt es sich bei dem vorgenannten ersten abgedichteten Ende des
Entladungsgefäßes um dasjenige
Ende, dessen Stromzuführung
und Elektrode mit den zum Zünden
der Gasentladung in Hochdruckentladungslampe erforderlichen Hochspannungsimpulsen
beaufschlagt wird. Dadurch wird die oben erwähnte dielektrisch behinderte Entladung
zwischen der aus dem ersten abgedichteten Ende herausragenden Elektrode
bzw. Stromzuführung
und der Zündhilfsbeschichtung
erzeugt.
-
Die
Erfindung ist vorteilhaft anwendbar bei Hochdruckentladungslampen,
die zum Betrieb in horizontaler Lage, mit in einer horizontalen
Ebene angeordneten Elektroden vorgesehen sind, wie zum Beispiel
bei Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen für Fahrzeugscheinwerfer.
In diesem Fall ist der mit der Zündhilfsbe schichtung
versehene Oberflächenabschnitt
des den Entladungsraum umschließenden
Teils des Entladungsgefäßes unterhalb der
Elektroden angeordnet. Die Beschichtung reflektiert dadurch einen
Teil der von der Entladung generierten Infrarotstrahlung in den
Entladungsraum zurück
und sorgt somit für
eine selektive Erwärmung der
kälteren,
unterhalb der Elektroden liegenden Bereiche des Entladungsgefäßes, in
denen sich die für die
Lichterzeugung verwendeten Metallhalogenide sammeln. Dadurch kann
die Effizienz der Lampe gesteigert werden, ohne die heißen, oberhalb
der Elektroden liegenden Bereiche des Entladungsgefäßes ebenfalls
zu erwärmen.
Außerdem
reduziert das Aufbringen der Beschichtung nur auf der kälteren Unterseite
des Entladungsgefäßes die
thermische Belastung der Beschichtung, so dass entsprechend geringere
Anforderungen an die thermische Belastbarkeit der Beschichtungsmaterialien
gestellt werden können.
-
Die
Zündhilfsbeschichtung
der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampen
ist vorzugsweise lichtdurchlässig
ausgebildet, um eine möglichst geringe
Lichtabsorption und hohe Lichtausbeute zu gewährleisten.
-
Vorzugsweise
ist die aus dem ersten abgedichteten Ende des Entladungsgefäßes herausgeführte Stromzuführung mit
mindestens einer in dem ersten abgedichteten Ende eingebetteten
Molybdänfolie
verbunden und die mindestens eine Molybdänfolie ist derart orientiert,
dass eine ihrer beiden Seiten der auf dem Oberflächenabschnitt des ersten abgedichteten
Endes angeordneten Beschichtung zugewandt ist. Dadurch wird eine
kapazitive Kopplung zwischen der vorgenannten Molybdänfolie und
der auf dem ersten abgedichteten Ende aufgebrachten Zündhilfsbeschichtung
erreicht.
-
III. Beschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
-
Nachstehend
wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 Eine
Seitenansicht des Entladungsgefäßes der
in 3 abgebildeten Hochdruckentladungslampe gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
-
2 Eine
Seitenansicht des Entladungsgefäßes der
in 3 abgebildeten Hochdruckentladungslampe gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
in einer gegenüber
der 1 um einen Winkel von 90 Grad um die Längsachse
des Entladungsgefäßes gedrehten
Ansicht (Unterseite entsprechend der Einbaulage)
-
3 Eine
Seitenansicht der Hochdruckentladungslampe gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung
-
4 Einen
Vergleich der mittleren Durchbruchsspannung für Hochdruckentladungslampen ohne
Zündhilfsbeschichtung
und mit unterschiedlich ausgebildeten Zündhilfsbeschichtungen
-
Bei
dem in 3 schematisch dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung handelt es sich um eine quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe
mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von ungefähr 35 Watt. Diese
Lampe ist für
den Einsatz in einem Fahrzeugscheinwerfer vorgesehen. Sie besitzt
ein zweiseitig abgedichtetes Entladungsgefäß 10 aus Quarzglas mit
einem Volumen von 24 mm3, in dem eine ionisierbare
Füllung,
bestehend aus Xenon und Halogeniden der Metalle Natrium, Scandium,
Zink und Indium, gasdicht eingeschlossen ist. Im Bereich des Entladungsraumes 106 ist
die Innenkontur des Entladungsgefäßes 10 kreiszylindrisch
und seine Außenkontur
ellipsoidförmig
ausgebildet. Der Innendurchmesser des Entladungsraumes 106 beträgt 2,6 mm und
sein Außendurchmesser
beträgt
6,3 mm. Die beiden Enden 101, 102 des Entladungsgefäßes 10 sind
jeweils mittels einer Molybdänfolien-Einschmelzung 103, 104 abgedichtet.
Im Innenraum des Entladungsgefäßes 10 befinden
sich zwei Elektroden 11, 12, zwischen denen sich
während
des Lampenbetriebes der für
die Lichtemission verantwortliche Entladungsbogen ausbildet. Die
Elektroden 11, 12 bestehen aus Wolfram. Ihre Dicke
bzw. ihr Durchmesser beträgt
0,30 mm. Der Abstand zwischen den Elektroden 11, 12 beträgt 4,2 mm.
Die Elektroden 11, 12 sind jeweils über eine
der Molybdänfolien-Einschmelzungen 103, 104 und über den
sockelfernen Stromzuführungsdraht 13 und
die Stromrückführung 17 bzw. über den
sockelseitigen Stromzu führungsdraht 14 elektrisch
leitend mit einem elektrischen Anschluss des im wesentlichen aus
Kunststoff bestehenden Lampensockels 15 verbunden. Das
Entladungsgefäß 10 wird
von einem gläsernen
Außenkolben 16 umhüllt. Der
Außenkolben 16 besitzt
einen im Sockel 15 verankerten Fortsatz 161. Das
Entladungsgefäß 10 weist
sockelseitig eine rohrartige Verlängerung 105 aus Quarzglas
auf, in der die sockelseitige Stromzuführung 14 verläuft.
-
Der
der Stromrückführung 17 zugewandte Oberflächenbereich
des Entladungsgefäßes 10 ist mit
einer lichtdurchlässigen,
elektrisch leitfähigen
Beschichtung 107 versehen. Diese Beschichtung 107 erstreckt
sich in Längsrichtung
der Lampe über
die gesamte Länge
des Entladungsraumes 106 und über einen Teil, ca. 50 Prozent,
der Länge
des sockelseitigen, abgedichteten Endes 102 des Entladungsgefäßes 10.
Die Beschichtung 107 ist auf der Außenseite des Entladungsgefäßes 10 angebracht
und erstreckt sich beispielsweise über ca. 5 Prozent bis 50 Prozent des
Umfangs des Entladungsgefäßes 10.
Sie ist im Bereich des Entladungsraumes 106 und im Bereich des
sockelseitigen abgedichteten Endes 102 als Streifen ausgebildet.
Im Grenzbereich 109 zwischen dem sockelseitigen abgedichteten
Ende 102 und dem Entladungsraum 106 sowie im Grenzbereich 108 zwischen
dem sockelfernen abgedichteten Ende 101 und dem Entladungsraum 106 ist
die Beschichtung 107 jeweils als Ring ausgebildet, der
das Entladungsgefäß 10 umschließt. Die
Grenzbereiche werden von einer ringförmigen, das Entladungsgefäß 10 umlaufenden
Nut 108, 109, einer so genannten Einrollung, gebildet,
in der bzw. in denen das Entladungsgefäß 10 den geringsten
Durchmesser aufweist und somit ein besonders geringer Abstand zwischen
der Zündhilfsbeschichtung 107 und
der entsprechenden Elektrode 11 bzw. 12 besteht.
Die Beschichtung 107 besteht aus dotiertem Zinnoxid, beispielsweise
aus mit Fluor oder Antimon dotiertem Zinnoxid. Die Schichtdicke
der Zündhilfsbeschichtung 107 ist
vorzugsweise so gewählt,
dass der Widerstand der Zündhilfsbeschichtung 107 gemessen zwischen
zwei beliebigen, in einem Abstand von 1 cm auf der Zündhilfsbeschichtung 107 angeordneten Punkten
im Größenordnungsbereich
von ca. 104 Ohm liegt. Die mittlere Durchbruchsspannung
der Entladungsstrecke der Hoch druckentladungslampe mit der in den 1 bis 3 dargestellten
Zündhilfsbeschichtung 107 beträgt ca. 19,3
kV, entsprechend dem Balken 5 in 4.
-
Der
Zwischenraum zwischen dem Außenkolben 16 und
dem Entladungsgefäß 10 ist
vorzugsweise mit einem Inertgas mit einem Kaltfülldruck im Bereich von 5 kPa
bis 150 kPa gefüllt,
dem eine geringe Menge Sauerstoff beigemischt ist. Die Sauerstoffmenge
ist so eingestellt, dass einerseits eine Diffusion von Sauerstoff
aus der Zinnoxidschicht 107 verhindert wird und andererseits
keine Oxidation der Dotierstoffe in der Zinnoxidbeschichtung 107 verursacht wird.
Hierzu genügen
bereits wenige ppm Sauerstoffgehalt, beispielsweise 100 ppm Sauerstoffgehalt (Gewichtsanteil)
in dem Füllgas
des Außenkolbens. Bei
dem Inertgas handelt es sich vorzugsweise um Stickstoff oder um
ein Edelgas oder ein Edelgasgemisch oder ein Stickstoff-Edelgasgemisch.
-
Diese
Hochdruckentladungslampe wird in horizontaler Lage betrieben, das
heißt,
mit in einer horizontalen Ebene angeordneten Elektroden 11, 12, wobei
die Lampe derart ausgerichtet ist, dass die Stromrückführung 17 unterhalb
des Entladungsgefäßes 10 und
des Außenkolbens 16 verläuft. Die
zum Zünden
der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe erforderlichen
Hochspannungsimpulse werden der sockelseitigen Elektrode 12 über die Stromzuführung 14 zugeführt, da
die sockelseitige Stromzuführung 14 vollständig von
den Lampengefäßen 10, 16 und
dem Sockel 15 umgeben ist und somit eine ausgezeichnete
elektrische Isolation der Hochspannung führenden Teile der Hochdruckentladungslampe
gewährleistet
ist. Die vorgenannten Hochspannungsimpulse werden beispielsweise
mittels einer Impulszündvorrichtung
generiert, deren Komponenten im Lampensockel 15 angeordnet
sein können.
-
Die
Erfindung beschränkt
sich nicht auf das oben näher
erläuterte
Ausführungsbeispiel.
Beispielsweise kann bei der oben näher beschriebenen Zündhilfsbeschichtung 107 im
Bereich des Entladungsraums 106 die Breite des streifenartigen
Abschnitts der Beschichtung 107 reduziert werden, so dass
die Beschichtung 107 im Bereich des Entladungsraums 106 eine
deutlich geringere Breite als der auf dem sockelseitigen Ende 102 angeordnete Abschnitt
der Beschichtung 107 aufweist. Dadurch kann die Durchbruchsspannung
der Entladungsstrecke der Hochdruckentladungslampe gemäß dem Balken 4 der 4 auf
ca. 18,8 kV gesenkt werden. Außerdem
kann sich die Zündhilfsbeschichtung 107 im
Bereich des sockelseitigen abgedichteten Endes 102 oder
bzw. und im Bereich des Entladungsraums 106 über den
gesamten Umfang des Entladungsgefäßes 10 erstrecken.
Ferner kann aber auch das in den 1 und 2 abgebildete
Entladungsgefäß 10 mit
der Zündhilfsbeschichtung 107 derart
in dem Lampensockel 15 montiert werden, dass das mit der Zündhilfsbeschichtung 107 versehene
abgedichtete Ende 102 als sockelfernes Ende und das unbeschichtete
abgedichtete Ende 101 des Entladungsgefäßes 10 als sockelseitiges
Ende der Hochdruckentladungslampe ausgebildet ist. Mit anderen Worten formuliert,
die Zündhilfsbeschichtung 107 kann
statt auf dem sockelseitigen Ende 102 auch auf dem sockelfernen
Ende 101 des Entladungsgefäßes 10 der Hochdruckentladungslampe
angeordnet sein. Die Zündhilfsbeschichtung 107 kann
sich aber auch auf beide abgedichteten Enden 101, 102 des
Entladungsgefäßes 10 erstrecken.
-
Statt
des oben genannten Materials kann die Beschichtung 107 auch
aus einem anderen lichtdurchlässigen,
elektrisch leitfähigen
Material bestehen. Beispielsweise kann sie als so genannte ITO-Schicht,
das heißt,
eine Indium-Zinn-Oxid-Schicht, ausgebildet sein. Die ITO-Schicht
kann beispielsweise 90 Gewichtsprozent Indiumoxid und 10 Gewichtsprozent
Zinnoxid aufweisen. Außerdem
kann die Beschichtung 107 beispielsweise mit geeigneten
Mitteln elektrisch an eine Zündvorrichtung
gekoppelt sein, um über
die Beschichtung 107 die Hochdruckentladungslampe mit Spannungsimpulsen
zum Zünden
der Gasentladung in dem Entladungsraum 106 zu beaufschlagen. Die
Erfindung kann ferner auch auf die konventionellen quecksilberhaltigen
Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen angewandt werden,
um die oben beschriebenen Vorteile zu erzielen.
-
Zum
Zünden
der Gasentladung in der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe
kann statt einer Impulszündvorrichtung
auch eine Zündvorrichtung
verwendet werden, welche die zum Zünden der Gasentladung erforderliche
Hochspannung mittels der Methode der Resonanzüberhöhung erzeugt.