DE102006038216A1

DE102006038216A1 - Beleuchtungseinrichtung für Kraftfahrzeuge mit mindestens einer Glühlampe

Info

Publication number: DE102006038216A1
Application number: DE102006038216A
Authority: DE
Inventors: Robert Kempin
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2006-08-16
Filing date: 2006-08-16
Publication date: 2008-02-21

Abstract

Es wird eine Beleuchtungseinrichtung für Kraftfahrzeuge mit mindestens einer Glühlampe beschrieben, welche über eine Stromversorgungsleitung mit einer Spannungsquelle verbunden ist, wobei in der Stromversorgungsleitung ein Vorwiderstand zur Reduktion des Spannungsabfalls über der Glühlampe angeordnet ist. Dabei wird der Vorwiderstand von zwei oder mehr parallel geschalteten Widerstandsdrähten gebildet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Beleuchtungseinrichtung, insbesondere auf Scheinwerfer oder Leuchten für Kraftfahrzeuge, wobei die Beleuchtungseinrichtung mindestens eine Glühlampe umfasst, welche über eine Stromversorgungsleitung mit einer Spannungsquelle verbunden ist.
Aufgrund der beschränkten Lebensdauer von Glühlampen sind in gewissen Zeitabständen Glühlampenwechsel erforderlich. Insbesondere bei Nutzkraftfahrzeugen sind aufgrund der hohen Betriebsstunden bei eingeschalteter Beleuchtungseinrichtung häufige Glühlampenwechsel erforderlich, womit Kosten für die Glühlampen und die Montage verbunden sind.
Maßnahmen zur Verlängerung der Lebensdauer von Glühlampen erbringen somit insbesondere im Nutzkraftfahrzeugbereich nennenswerte Kosteneinsparungen.
Aus der DE 102 26 793 A1 ist es beispielsweise bekannt, die Glühlampe einer Kraftfahrzeug-Beleuchtungseinrichtung im Pulsbetrieb mit einer Spannung zu beaufschlagen, wobei der Effektivwert der Spannung über eine Pulsweitenmodulation eingestellt wird. Auf diese Weise soll unabhängig von Schwankungen der Versorgungsspannung des Kraftfahrzeugbordnetzes sichergestellt werden, dass die Glühlampe immer mit ihrer Nennspannung betrieben wird, so dass die Lebensdauer beeinträchtigende Überspannungen vermieden werden. Ein pulsweitenmodulierter Betrieb von Glühlampen erfordert jedoch eine vergleichsweise aufwendige Ansteuerelektronik.
Ferner ist es aus der DE 8703 904 bekannt, in der Stromversorgungsleitung der Glühlampe einen Vorwiderstand zur Reduktion des Spannungsabfalls über der Glühlampe anzuordnen. Dadurch wird ein Betrieb der Glühlampe mit einer gegenüber der Nennspannung reduzierten Spannung realisiert (Unterspannungsbetrieb), der zu einer Lebensdauerverlängerung der Glühlampe führt. Dabei bewirkt bereits eine Reduzie rung der Spannung gegenüber der Nennspannung von nur 5% eine Verdoppelung der Lebensdauer. Gemäß DE 8703 904 ist der Vorwiderstand im Sockel der Glühlampe selbst untergebracht.
Bei Scheinwerfern für Nutzfahrzeuge ist es darüber hinaus bekannt, für die Glühlampe des Abblendlichtes in der Stromversorgungsleitung einen Vorwiderstand in Form eines Widerstandsdrahtes anzuordnen. Dabei sind jedoch unerwartete Probleme aufgetreten, die sogar zu einer Zerstörung von Scheinwerfern durch Brand geführt haben. Es ist zwar bekannt, dass es insbesondere kurz vor Ende der Glühlampen-Lebensdauer (Bruch des Glühfadens = offener Kontakt) auch zu einem Kurzschluß kommen kann, da der Glühfaden aufgrund des dann verringerten Glühfaden-Durchmessers verstärkt schaukelt bzw. schwingt, so daß der Glühfaden mit einem der Zuleitungsdrähte in Kontakt kommen kann, wodurch der Glühfaden dann elektrisch kurz geschlossen wird. Dieses Phänomen ist in der DE 689 27 622 T2 beschrieben. Aufgrund des dann fließenden sehr hohen Stroms führt dies in kürzester Zeit zur Auslösung der in der Stromversorgungsleitung angeordneten Sicherung, wodurch ein weiterer Stromfluß unterbunden wird. In dieser kurzen Zeit ist die thermische Belastung des Widerstandsdrahtes trotz des hohen Stroms nicht kritisch. Bisher unbekannt war jedoch, dass es neben dem kurzgeschlossenen Glühfaden, der einen sehr hohen, die Sicherung auslösenden Strom bewirkt, noch einen weiteren Zustand gibt, der sich als teilweise Kurzschluß beschreiben läßt. Dabei verursacht der teilweise Kurzschluß zwar einen deutlich erhöhten Strom, der jedoch unterhalb der Auslöseschwelle der Sicherung liegt. Dieser deutlich erhöhte Strom führt nun aufgrund der ohmschen Verlustleistung zu einer gefährlichen Überhitzung des Widerstandsdrahtes, die dann zu einer thermischen Zerstörung des Scheinwerfers führen kann.
Selbst dann, wenn man die Sicherungen mit ihrer Stromauslöseschwelle standardmäßig so wählt, dass diese auch in den Fällen eines teilweisen Kurzschlusses den Stromfluß unterbrechen, so verbleibt ein Restrisiko, da man nicht ausschließen kann, dass später nicht richtig dimensionierte Sicherungen eingesetzt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine zuverlässige und sichere Beleuchtungseinrichtung für Kraftfahrzeuge mit mindestens einer Glühlampe zu schaffen, obwohl diese in der Stromversorgungsleitung einen Vorwiderstand zur Reduktion des Spannungsabfalls über der Glühlampe aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die sich daran anschließenden abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird der Vorwiderstand von zwei oder mehr parallel geschalteten Widerstandsdrähten gebildet, deren Gesamtwiderstand in Abhängigkeit der Glühlampen-Nennspannung, der Höhe der Versorgungsspannung/Spannungsquelle sowie der gewünschten Spannungsreduzierung gewählt wird. Die thermische Verlustleistung verteilt sich dann auf mehrere Widerstandsdrähte, so dass der einzelne Widerstandsdraht nicht mehr so stark erhitzt wird.
Um eine möglichst gleichmäßige Aufteilung der thermischen Verlustleistung auf die parallel geschalteten Widerstandsdrähte zu gewährleisten, sind diese vorzugsweise gleich groß, bestehen aus demselben Material, weisen denselben Querschnitt auf und sind gleich lang. Mit anderen Worten wird statt eines Widerstandsdrahtes mit der Länge l eine Parallelschaltung von N Widerstandsdrähte verwendet, die jeweils eine Länge von N·l aufweisen. Diese N Widerstandsdrähte weise eine N-fach größere Wärmekapazität auf. Außerdem ist die für die Wärmeabfuhr über Konvektion und Strahlung wichtige Oberfläche auf diese Art und Weise entscheidend vergrößert.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine Schaltungsanordung für eine Glühlampenbeleuchtungseinrichtung mit nur einem Widerstandsdraht gemäß dem Stand der Technik,
2 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit drei parallelgeschalte ten Widerstandsdrähten in der Stromversorgungsleitung für die Glühlam pe,
3 einen Zwischenstecker, auf den die parallelgeschalteten Widerstandsdrähte gewickelt sind,
4 eine schematische Darstellung eines Scheinwerfergehäuses, an dem ein weiteres Gehäuse angeordnet ist, in dem die Widerstandsdraht-Parallelschaltung untergebracht ist.
1 zeigt eine Schaltungsanordung gemäß dem Stand der Technik wie sie beispielsweise für die Glühlampe (L) des Abblendlichtes im Scheinwerfer eines Nutzkraftfahrzeuges eingesetzt wird. Dabei ist in der Stromversorgungsleitung, über die die Glühlampe (L) mit der Spannungsquelle (UB) verbunden ist, ein einziger Widerstandsdraht mit der Länge l, dem Querschnitt A und aus einem Material mit dem spezifischen Widerstand ρ angeordnet, so dass der Widerstandsdraht einen Widerstand R = l(ρ/A) aufweist. Zum Ein- und Ausschalten ist in der Stromversorgungsleitung ein Schalter (S) angeordnet. Zur Unterbrechung des Stroms (I) im Kurzschlußfall ist außerdem eine Sicherung (SI) vorgesehen. Bei einem Nutzkraftfahrzeug mit einer Bordnetzversorgungsspannung von 24V und Verwendung von handelsüblichen Halogenglühlampen für das Abblendlicht wird mit einem Widerstandsdraht, der einen Widerstand von ca. 0,5Ω aufweist, eine zur Lebensdauerverlängerung ausreichende Reduzierung der Spannung an der Glühlampe erreicht. Ein Widerstandswert von 0,5Ω läßt sich beispielsweise mit einem Konstantandraht, der eine Länge von 50 cm und mit einen Querschnitt von 0,5 mm aufweist, darstellen. Die Verwendung eines derartigen Widerstandsdrahts wäre – wie Untersuchungen gezeigt haben – in Verbindung mit einer 5 Ampere Sicherung statt einer 10 Ampere-Sicherung ungefährlich, da die thermische Belastung eines derart dimensionierten Widerstandsdrahtes unterhalb von 5 Ampere unkritisch ist. Im Bereich eines teilweisen Kurzschlußes, wo eine 10 Ampere Sicherung nicht auslöst, der Widerstandsdraht jedoch übermäßig erhitzt wird, würde die 5 Ampere Sicherung den Stromfluß unterbrechen. Problematisch ist jedoch, dass die Verwendung einer entsprechende 5 Ampere Sicherung nicht immer gewährleistet ist.
Die Lösung dieses Problems besteht nun in der Verwendung von mehreren parallel geschalteten Widerstandsdrähten. In der Ausführungsform gemäß 2 werden 3 Widerstandsdrähte parallel geschaltet, die aus demselben Material bestehen und denselben Querschnitt aufweisen wie der vorstehend in Verbindung mit der 1 beschriebene Widerstandsdraht. Allerdings ist die Länge der parallel geschalteten Widerstandsdrähte im Unterschied zum singulären Widerstandsdraht gemäß 1 dreimal so groß, so dass der Widerstand der parallel geschalteten Widerstände jeweils R' = 3 l(ρ/A) beträgt. Der Gesamtwiderstand der Widerstandsparallelschaltung hat jedoch wieder den Wert R = l(ρ/A). Die thermische Verlustleistung verteilt sich dann gleichmäßig auf die Widerstandsdrähte, so dass der einzelne Widerstandsdraht nicht mehr so stark erhitzt wird. Außerdem weisen die 3 Widerstandsdrähte eine 3-fach größere Wärmekapazität auf und zudem wird die für die Wärmeabfuhr über Konvektion und Strahlung wichtige Oberfläche auf diese Art und Weise entscheidend vergrößert.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die parallelgeschalteten Widerstandsdrähte auf einen gemeinsamen Träger gewickelt. Auf diese Weise wird eine einfach zu handhabende und kompakte Bauform realisiert. Die thermische Belastung eines Vorwiderstandsdrahtes ließe sich auch reduzieren, indem der Querschnitt A und korrespondierend dazu die Länge l vergrößert wird. Allerdings hätte man dann nicht mehr einen Draht, den man wickeln könnte, sondern ein schlecht verformbares Gebilde.
In einer Ausführungsform (siehe 3) ist in der Stromversorgungsleitung für die Glühlampe eine Steckverbindung bestehend bestehend aus Stecker und Gegenstecker angeordnet ist, wobei in der eigentlichen Steckverbindung ein Zwischensteckverbindungselement (Zwischenstecker) vorgesehen ist, das die parallelgeschalteten Widerstandsdrähte umfasst. 3 zeigt einen – z.B. am Scheinwerfergehäuse – angebrachten Standard-Stecker, in den normalerweise ein Standard-Gegenstecker (Buchse) zur elektrischen Versorgung der Lichtquellen in dem Scheinwerfer eingesteckt wird. Erfindungsgemäß ist nun das die parallel geschalteten Widerstandsdrähte umfassende Zwischensteckverbindungselement (Zwischenstecker) vorgesehen, das einen zur Standard-Steckverbindung komplementären Stecker und Gegenstecker (Buchse) aufweist. Am Kraftfahrzeug ist weiter keine Änderung erforderlich, um die Widerstandsdraht-Parallelschaltung zu integrieren. In die Standard-Steckverbindung ist lediglich der Zwischenstecker einzusetzen. Dabei ist der Zwischenstecker dann besonders einfach zu handhaben, wenn die Widerstandsdrähte auf den Zwischenstecker selbst, vorzugsweise auf einen mit dem Zwischenstecker fest verbundenen Träger, gewickelt sind.
In einer weiteren Ausführungsform (siehe 4) ist am Scheinwerfergehäuse ein weiteres Gehäuse zur Aufnahme der Widerstandsdraht-Parallelschaltung angeordnet. Dabei ist die Stromversorgungsleitung über den ohnehin vorhandenen Stecker über eine Verbindungsleitung mit der im Gehäuse angeordneten Widerstands-Parallelschaltung verbunden. Diese Verbindungsleitung kann außerhalb des Scheinwerfergehäuses oder auch innerhalb (siehe gestrichelte Linie) des Scheinwerfergehäuses angeordnet sein.

Claims

Beleuchtungseinrichtung für Kraftfahrzeuge mit mindestens einer Glühlampe (L), welche über eine Stromversorgungsleitung mit einer Spannungsquelle (UB) verbunden ist, wobei in der Stromversorgungsleitung ein Vorwiderstand (R, R') zur Reduktion des Spannungsabfalls über der Glühlampe (L) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorwiderstand (R, R') von zwei oder mehr parallel geschalteten Widerstandsdrähten (R') gebildet wird.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandswerte der parallel geschalteten Widerstandsdrähte (R') gleich groß sind.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel geschalteten Widerstandsdrähte (R') a) aus demselben Material bestehen, b) denselben Querschnitt aufweisen und c) gleich lang sind.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der parallel geschalteten Widerstandsdrähte (R') jeweils der Anzahl der parallel geschalteten Widerstandsdrähte multipliziert mit der Länge eines Widerstandsdrahtes entspricht, dessen Widerstandswert dem Gesamtwiderstand der parallel geschalteten Widerstände (R') entspricht und der aus demselben Material besteht wie die parallel geschalteten Widerstandsdrähte (R') und den selben Querschnitt aufweist wie die parallel geschalteten Widerstandsdrähte.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsdrähte (R') aus Konstantan bestehen.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel geschalteten Widerstandsdrähte (R') auf einen gemeinsamen Träger gewickelt sind.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Stromversorgungsleitung für die Glühlampe (L) eine Steckverbindung bestehend aus einem Stecker und Gegenstecker angeordnet ist, wobei in der eigentlichen Steckverbindung ein Zwischensteckverbindungselement vorgesehen ist, das die parallelgeschalteten Widerstandsdrähte (R') umfasst.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die parallelgeschalteten Widerstandsdrähte (R') auf das Zwischensteckverbindungselement gewickelt sind.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die parallelgeschalteten Widerstandsdrähte (R') auf einen mit dem Zwischensteckverbindungselement fest verbundenen Träger gewickelt sind.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil der Steckverbindung (Stecker oder Gegenstecker/Buchse) an einem Scheinwerfer- oder Leuchtengehäuse angeordnet ist, und das Zwischensteckverbindungselement in dieses erste Teil der Steckverbindung eingesteckt wird.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass außenseitig an einem Scheinwerfer- oder Leuchtengehäuse ein weiteres Gehäuse zur Aufnahme der parallelgeschalteten Widerstandsdrähte vorgesehen ist.