DE102007043165A1

DE102007043165A1 - Hochdruckentladungslampe und Fahrzeugscheinwerfer mit Hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE102007043165A1
Application number: DE200710043165
Authority: DE
Inventors: Frank Dr. Werner
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2007-09-11
Filing date: 2007-09-11
Publication date: 2009-03-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe mit einem gasdicht verschlossenen Entladungsgefäß (10), in dem Elektroden (11, 12) und eine ionisierbare Füllung zur Erzeugung einer Gasentladung eingeschlossen sind, wobei die ionisierbare Füllung als quecksilberfreie Füllung ausgebildet ist, die Xenon und Halogenide von Zink und einem oder mehreren weiteren Metallen umfasst, wobei der Anteil von Zinkhalogenid in der ionisierbaren Füllung kleiner oder gleich 6 Mikrogramm und vorzugsweise sogar kleiner oder gleich 4 Mikrogramm pro 1 Kubikmillimeter des Entladungsgefäßvolumens ist und der Kaltfülldruck von Xenon im Entladungsgefäß (10) größer oder gleich 1,3 Megapascal beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe mit einer quecksilberfreien ionisierbaren Füllung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und einen Fahrzeugscheinwerfer mit einer derartigen Hochdruckentladungslampe.
I. Stand der Technik
Eine derartige Hochdruckentladungslampe ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift EP 1 465 237 A2 beschrieben. Die quecksilberfreie, ionisierbare Füllung der in der EP 1 465 237 A2 offenbarten Hochdruckentladungslampe beinhaltet Zinkjodid und Indiumjodid, wobei das Gewichtsverhältnis von Zinkjodid und Indiumjodid 12,5 beträgt. Der Kaltfülldruck des Xenon beträgt 1,18 Megapascal und das Entladungsgefäß weist ein Volumen von 24 mm³ auf. Die Hochdruckentladungslampe dient als Lichtquelle in einem Fahrzeugscheinwerfer.
II. Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße quecksilberfreie Hochdruckentladungslampe mit einem möglichst hohen Lichtstrom und einer Brennspannung, deren Wert möglichst nahe an den Wert der Brennspannung von konventionellen, quecksilberhaltigen Hochdruckentladungslampen herankommt, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausfüh rungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe besitzt ein gasdicht verschlossenes Entladungsgefäß, in dem Elektroden und eine ionisierbare Füllung zur Erzeugung einer Gasentladung eingeschlossen sind, wobei die ionisierbare Füllung als quecksilberfreie Füllung ausgebildet ist, die Xenon und Halogenide von Zink und einem oder mehreren weiteren Metallen umfasst. Der Anteil von Zinkhalogenid in der ionisierbaren Füllung ist kleiner oder gleich 6 Mikrogramm und vorzugsweise sogar kleiner oder gleich 4 Mikrogramm pro 1 Kubikmillimeter des Entladungsgefäßvolumens und der Kaltfülldruck (gemessen bei 22 Grad Celsius) des Xenon ist größer oder gleich 1,3 Megapascal. Das Zinkhalogenid bzw. das Zink dient zusammen mit dem Edelgas Xenon zur Einstellung der Brennspannung der Hochdruckentladungslampe. Der Anteil des Zinkhalogenids und auch der Kaltfülldruck des Xenons werden dabei so eingestellt, dass der Wert der Brennspannung der quecksilberfreien Hochdruckentladungslampe so weit wie möglich an den Wert der Brennspannung der konventionellen, quecksilberhaltigen Hochdruckentladungslampe herankommt, um die gleichen Schaltungskonzepte wie bei dem Vorschaltgerät der herkömmlichen Hochdruckentladungslampe auch für das Vorschaltgerät der quecksilberfreien Hochdruckentladungslampe verwenden zu können. Aus der Darstellung des Diagramms in 2 geht aber hervor, dass der Gewichtsanteil des Zinkhalogenids, das als Ersatz für Quecksilber verwendet wird, nicht beliebig erhöht werden kann, um die Brennspannung der quecksilberfreien Hochdruckentladungs lampe auf den Wert der Brennspannung der herkömmlichen, quecksilberhaltigen Hochdruckentladungslampe anzuheben. Insbesondere sinkt bei einem Anteil des Zinkhalonids von mehr als 4 bzw. 6 Mikrogramm pro 1 Kubikmillimeter des Entladungsgefäßvolumens der von der Hochdruckentladungslampe generierte Lichtstrom unter den Wert von 2750 Lumen bzw. 2350 Lumen, der gemäß der Norm ECE Regel 99 als Mindestwert für den Lichtstrom von Fahrzeugscheinwerferlampen des Typs S bzw. des Typs R vorgeschrieben ist. Der vergleichsweise hohe Kaltfülldruck des Xenons trägt sowohl zur Anhebung der Brennspannung der quecksilberfreien Hochdruckentladungslampe bei als auch zur Sofortlichtemission der Hochdruckentladungslampe, unmittelbar nach dem Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe.
Der Kaltfülldruck von Xenon liegt aus dem vorgenannten Grund vorzugsweise im Bereich von 1,3 Megapascal bis 1,8 Megapascal. Das Xenon besitzt ein nahezu kontinuierliches Emissionsspektrum im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts, so dass bereits unmittelbar nach dem Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe weißes Licht emittiert wird, das zu Beginn hauptsächlich von der Entladung im Xenongas stammt.
Der Anteil des Zinkhalogenids in der ionisierbaren Füllung liegt vorzugsweise im Bereich von 0,88 Mikrogramm bis 4 Mikrogramm pro 1 Kubikmillimeter des Entladungsgefäßvolumens, um die Brennspannung und den Lichtstrom der quecksilberfreien Hochdruckentladungslampe einzustellen. Da sowohl das Xenongas als auch das Zinkhalogenid einen Beitrag zur Brennspannung der quecksilberfreien Hoch druckentladungslampe leisten, kann beispielsweise mittels einer Erhöhung des Kaltfüllpartialdrucks des Xenons die Auswirkung einer Reduktion des Zinkhalogenidanteils auf die Brennspannung der quecksilberfreien Hochdruckentladungslampe kompensiert werden, um einen hohen Lichtstrom und eine ausreichend hohe Brennspannung zu erzielen.
In der 2 ist der Zusammenhang zwischen dem Zinkhalogenidanteil bzw. Zinkjodidanteil und dem Lichtstrom der quecksilberfreien Hochdruckentladungslampe gemäß dem unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel dargestellt. Daraus geht hervor, dass der von der Hochdruckentladungslampe generierte Lichtstrom bei einem Anteil von 4 bzw. 6 Mikrogramm pro 1 Kubikmillimeter Entladungsgefäßvolumen auf den Wert von 2750 (S-Lampe) bzw. 2350 Lumen (R-Lampe) sinkt, der die untere Grenze für den zulässigen Lichtstrom bei einer Fahrzeugscheinwerferlampe bildet. Die Hochdruckentladungslampe des Typs S (S-Lampe) ist in 1 abgebildet und als bevorzugtes Ausführungsbeispiel nachstehend näher beschrieben. Die Hochdruckentladungslampe des Typs R (R-Lampe) besitzt zusätzlich zu den Eigenschaften der S-Lampe noch eine optische Blende in Form einer lichtundurchlässigen Beschichtung auf einem Teil der Außenkolbenoberfläche, welche die Lichtabstrahlung auf bestimmte Raumwinkel beschränkt.
III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 Eine Seitenansicht einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung
2 Ein Diagramm zur Abhängigkeit des von der Hochdruckentladungslampe generierten Lichtstroms von dem Anteil an Zinkjodid in der ionisierbaren Füllung
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von 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 22,5 mm³, in dem eine ionisierbare Füllung 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 6,5 mm. Die beiden Enden 101, 102 des Entladungsgefäßes 10 sind jeweils mittels einer Molybdänfolien-Einschmelzung 103, 104 abgedichtet. Die Molybdänfolien 103, 104 besitzen jeweils eine Länge von 6,5 mm, eine Breite von 2 mm und eine Dicke von 25 μm. 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. Die Länge der Elektroden 11, 12 beträgt jeweils 7,5 mm. Der Ab stand zwischen den Elektroden 11, 12 beträgt 4,1 mm. Die Elektroden 11, 12 sind jeweils über eine der Molybdänfolien-Einschmelzungen 103, 104 und über die sockelferne Stromzuführung 13 und die Stromrückführung 17 bzw. über die sockelseitige Stromzuführung 14 elektrisch leitend mit einem elektrischen Anschluss des im wesentlichen aus Kunststoff bestehenden Lampensockels 15 verbunden. Der Überlapp zwischen der Elektrode 11 und der mit ihr verbundenen Molybdänfolie 103 beträgt 1,3 mm ± 0,15 mm. Der geringste Abstand der Molybdänfolie 103 zu dem in den Innenraum des Entladungsgefäßes 10 hineinragenden Ende der Elektrode 11 beträgt 6,2 mm ± 0,15 mm. Das heißt, der Abstand der Molybdänfolie 103 zu dem sich während des Lampenbetriebs in dem Entladungsgefäß 10 ausbildenden Entladungsbogen beträgt 6,2 mm ± 0,15 mm. Eine analoge Aussage gilt auch für die Molybdänfolie 104 und die Elektrode 12. Details hierzu sind in der WO 2005/112074 offenbart. 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 der abgedichteten Enden 101, 102 des Entladungsgefäßes 10. Die Beschichtung 107 ist auf der Außenseite des Entladungsgefäßes 10 angebracht und erstreckt sich über ca. 5 Prozent bis 10 Prozent des Umfangs des Entladungsgefäßes 10. Die Beschichtung 107 kann sich aber auch über 50 Prozent des Umfangs des Entladungsgefäßes 10 oder sogar über mehr als 50 Prozent des Umfangs des Entladungsgefäßes 10 erstrecken. Eine derartig breite Ausführung der Beschichtung 107 hat den Vorteil, dass sie die Effizienz der Hochdruckentladungslampe steigert, da sie einen Teil der von der Entladung erzeugten Infrarotstrahlung in das Entladungsgefäß zurückreflektiert und dadurch für eine selektive Erwärmung der kälteren, während des Lampenbetriebs unterhalb der Elektroden liegenden Bereiche des Entladungsgefäßes 10 sorgt, in denen sich die Metallhalogenide der ionisierbaren Füllung sammeln. Die Beschichtung 107 besteht aus dotiertem Zinnoxid, beispielsweise aus mit Fluor oder Antimon dotiertem Zinnoxid oder beispielsweise aus mit Bor und beziehungsweise oder Lithium dotiertem Zinnoxid. 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 30 und des Außenkolbens 16 verläuft. Details dieser, als Zündhilfe wirkenden Beschichtung 107 sind in der EP 1 632 985 A1 beschrieben. Der Außenkolben 16 besteht aus Quarzglas, das mit Ultraviolettstrahlen absorbierenden Stoffen dotiert ist, wie zum Beispiel Ceroxid und Titanoxid. Geeignete Glaszusammensetzungen für das Außenkolbenglas sind in der EP 0 700 579 B1 offenbart.
Die in dem Entladungsgefäß eingeschlossene ionisierbare Füllung enthält Xenon mit einem Kaltfülldruck, das heißt einem bei einer Raumtemperatur von 22°C gemessenen Fülldruck, von 1,6 Megapascal, 0,23 mg Natriumjodid, 0,165 mg Scandiumjodid, 0,05 mg Zinkjodid und 0,001 mg Indiumjodid. Die Brennspannung der Lampe beträgt ca. 43 Volt. Ihre Farbtemperatur liegt geringfügig oberhalb von 4000 Kelvin. Rechnet man die Jodidkomponenten der Füllung auf 1 mm³ des Entladungsgefäßvolumens um, so ergeben sich folgende Werte in Mikrogramm (μg) pro Kubikmillimeter (mm³):

Natriumjodid: 10,2 μg/mm³

Scandiumjodid: 7,3 μg/mm³

Zinkjodid: 2,2 μg/mm³

Indiumjodid: 0,044 μg/mm³
Der Farbwiedergabeindex der Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe beträgt 65 und ihre Lichtausbeute beträgt 90 lm/W. Die Wandbelastung beträgt ca. 80 W/cm².
Die erfindungsgemäße Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe wird unmittelbar nach der Zündung der Gasentladung im Entladungsgefäß mit dem drei- bis fünffachen ihrer Nennleistung bzw. ihres Nennstroms betrieben, um ein schnelles Verdampfen der Metallhalogenide in der ionisierbaren Füllung zu gewährleisten. Unmittelbar nach dem Zünden der Gasentladung wird diese fast ausschließlich vom Xenon getragen, da nur das Xenon zu diesem Zeitpunkt gasförmig im Entladungsgefäß vorliegt. Die Hochdruckentladungslampe arbeitet zu diesem Zeitpunkt und während der so genannten Anlaufphase, während der die Me tallhalogenide der ionisierbaren Füllung in die Dampfphase übergehen, daher wie eine Xenon-Höchstdruckentladungslampe, bei der sowohl die Lichtemission als auch die elektrische Eigenschaften der Entladung, insbesondere der Spannungsabfall über der Entladungsstrecke, allein vom Xenon bestimmt werden. Erst wenn die oben genannten Jodide der ionisierbaren Füllung verdampft sind und diese an der Entladung teilnehmen, ist ein quasistationärer Betriebszustand der Lampe erreicht, in dem die Lampe mit ihrer Nennleistung von 35 Watt und einer Brennspannung von 43 Volt betrieben wird. Der Begriff Brennspannung bezeichnet demzufolge die Betriebsspannung der Hochdruckentladungslampe im quasistationären Betrieb.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1465237 A2 [0002, 0002]
- WO 2005/112074 [0012]
- EP 1632985 A1 [0013]
- EP 0700579 B1 [0013]

Claims

Hochdruckentladungslampe mit einem gasdicht verschlossenen Entladungsgefäß (10), in dem Elektroden (11, 12) und eine ionisierbare Füllung zur Erzeugung einer Gasentladung eingeschlossen sind, wobei die ionisierbare Füllung als quecksilberfreie Füllung ausgebildet ist, die Xenon und Halogenide von Zink und einem oder mehreren weiteren Metallen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Zinkhalogenid in der ionisierbaren Füllung kleiner oder gleich 6 Mikrogramm (μg) pro 1 Kubikmillimeter (mm³) des Entladungsgefäßvolumens ist und der Kaltfülldruck von Xenon im Entladungsgefäß (10) größer oder gleich 1,3 Megapascal beträgt.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, wobei der Anteil von Zinkhalogenid in der ionisierbaren Füllung kleiner oder gleich 4 Mikrogramm pro 1 Kubikmillimeter des Entladungsgefäßvolumens ist
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Anteil von Zinkhalogenid größer oder gleich 0,88 μg pro 1 mm³ des Entladungsgefäßvolumens beträgt.
Hochdruckentladungslampe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kaltfülldruck von Xenon im Bereich von 1,3 Megapascal bis 1,8 Megapascal liegt.
Hochdruckentladungslampe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei die weiteren Metalle Natrium und Scandium umfassen.
Hochdruckentladungslampe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei die weiteren Metalle Indium umfassen.
Fahrzeugscheinwerfer mit einer Hochdruckentladungslampe gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6.