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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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I. Stand der Technik
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Eine derartige Hochdruckentladungslampe ist beispielweise in der
WO 2011/057903 A1 offenbart. Diese Schrift beschreibt eine Hochdruckentladungslampe für Fahrzeugscheinwerfer mit einer quecksilberfreien Füllung, die während ihres Betriebs weißes Licht mit einer Farbtemperatur von 4500 Kelvin emittiert.
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II. Darstellung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Hochdruckentladungslampe bereitzustellen, die während des Betriebs weißes Licht mit erhöhter Farbtemperatur emittiert bei vergleichbarer Maintenance und vergleichbarem Lichtstrom.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Hochdruckentladungslampe mit den Merkmalen aus dem Patentanspruch 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe dient als Lichtquelle in Fahrzeugscheinwerfer und besitzt ein gasdicht verschlossenes Entladungsgefäß, das einen Entladungsraum aufweist, in dem Elektroden und eine quecksilberfreie Füllung zum Erzeugen einer Gasentladung eingeschlossen sind. Die Füllung enthält zumindest Xenon und Halogenide von Natrium, Scandium, Zink und Indium, wobei der Quotient aus dem molaren Anteil von Natrium und dem molaren Anteil von Scandium im Halogenidanteil der Füllung einen Wert im Bereich von 2 bis 3 besitzt. Erfindungsgemäß ist die Menge der Halogenide im Entladungsraum insgesamt auf einen Wert im Bereich von 8 bis 11 Mikrogramm pro 1 Kubikmillimeter des Entladungsraumvolumens reduziert und die Gewichtsanteile an Zinkhalogenid und Indiumhalogenid sind im Vergleich zum Stand der Technik deutlich erhöht, so dass der Wert für Zinkhalogenid im Bereich von 16 bis 25 Gewichtsprozent, bevorzugt im Bereich von 16 bis 23 Gewichtsprozent und besonders bevorzugt im Bereich von 18 bis 23 Gewichtsprozent und der Wert für Indiumhalogenid im Bereich von 1 bis 3 Gewichtsprozent und bevorzugt im Bereich von 2 bis 3 Gewichtsprozent liegt, jeweils bezogen auf die gesamte Halogenidmenge im Entladungsraum. Zusätzlich liegt erfindungsgemäß der Kaltfülldruck, das heißt, der bei einer Temperatur von 25°C gemessene Druck, von Xenon im Entladungsraum im Wertebereich von 1,1 bis 1,5 Megapascal und bevorzugt im Bereich von 1,1 bis 1,4 Megapascal.
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Aufgrund der vorgenannten Merkmale emittiert die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe während ihres Betriebs weißes Licht mit einer gegenüber der Hochdruckentladungslampe gemäß dem Stand der Technik um ca. 300 Kelvin auf ca. 4800 Kelvin erhöhten Farbtemperatur, während der von ihr erzeugte Lichtstrom und ihre Maintenance vergleichbar zur Hochdruckentladungslampe gemäß dem Stand der Technik sind.
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Außerdem hat die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe die Vorteile, dass durch den vergleichsweise hohen Indiumhalogenidanteil ihre Anlaufphase verkürzt wird und durch den vergleichsweise geringen Kaltfülldruck von Xenon die Stabilität des Entladungsbogens gegenüber mechanischen Schwingungen erhöht wird sowie durch die vergleichsweise geringe Halogenidmenge im Entladungsraum eine homogenere Abbildung des Entladungsbogens im Fahrzeugscheinwerfer ermöglicht wird, weil die Abschattung oder Verzerrung durch nicht verdampfte Füllungskomponenten geringer ist. Der Begriff Anlaufphase bezeichnet die Betriebsphase der Hochdruckentladungslampe, die unmittelbar nach Zündung der Gasentladung beginnt und mit dem Erreichen eines stationären Betriebszustands der Hochdruckentladungslampe endet. Während der Anlaufphase verdampfen die Halogenide im Entladungsraum.
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Ferner hat die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe eine ähnliche Brennspannung wie die Hochdruckentladungslampe gemäß dem Stand der Technik, weil der durch die höheren Zink- und Indiumhalogenidanteile verursachte Anstieg der Brennspannung durch den reduzierten Kaltfülldruck von Xenon bei der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe kompensiert wird. Der Begriff Brennspannung bezeichnet die elektrische Spannung, die sich nach dem Erreichen eines stationären Betriebszustands der Hochdruckentladungslampe zwischen den Elektroden bzw. über dem Entladungsbogen ausbildet. Sie entspricht der Betriebsspannung der Hochdruckentladungslampe.
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Vorteilhafterweise sind die Halogenide im Entladungsraum der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe als Jodide ausgebildet. Jodide haben gegenüber anderen Halogeniden den Vorteil, dass sie chemisch weniger aggressiv sind und keine chemische Reaktion mit dem Material des Entladungsgefäßes verursachen.
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Vorzugsweise werden in der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe die Halogenide Natriumjodid, Scandiumjodid und Zinkjodid sowie Indiumjodid verwendet. Die Summe der Anteile der vorgenannten Jodide ergibt vorzugsweise die gesamte Menge der Halogenide im Entladungsraum der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe. Es hat sich gezeigt, dass die vorgenannten Jodide vollkommen ausreichend sind, um weißes Licht zu erzeugen, das den gesetzlichen Anforderungen genügt, die an eine als Lichtquelle im Fahrzeugscheinwerfer einsetzbare Hochdruckentladungslampe gestellt werden.
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Vorzugsweise besitzt die Füllung der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe einen Anteil von Natriumhalogenid mit einem Wert im Bereich von 30 bis 40 Gewichtsprozent und einen Anteil von Scandiumhalogenid mit einem Wert im Bereich von 35 bis 45 Gewichtsprozent, jeweils bezogen auf die gesamte Menge der Halogenide im Entladungsraum.
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III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 Eine perspektivische Ansicht einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
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2 Eine schematische Darstellung des Außenkolbens und des Entladungsgefäßes der in 1 abgebildeten Hochdruckentladungslampe
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Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine quecksilberfreie Halogen- Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von nominal 35 Watt. Diese Lampe ist für den Einsatz in einem Fahrzeugfrontscheinwerfer vorgesehen. Sie besitzt ein zweiseitig abgedichtetes Entladungsgefäß 10 aus Quarzglas mit einem Volumen des Ent- ladungsraums 106 von 22,5 mm3, in dem Elektroden 11, 12 und eine Füllung zum Erzeugen einer Gasentladung gasdicht eingeschlossen sind. Im Bereich des Entladungsraumes 106 ist die Außenkontur des Entladungsgefäßes 10 ellipsoidförmig ausgebildet und seine Innenkontur ist im Bereich zwischen den Elektroden 11, 12 kreiszylindrisch ausgebildet (2).
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In der Mitte des Entladungsraumes 106 beträgt der Innendurchmesser des Entladungsgefäßes 2,55 mm und sein Außendurchmesser beträgt dort 6,3 mm. Die beiden Enden 101, 102 des Entladungsgefäßes 10 sind jeweils mittels einer im Quarzglas des Entladungsgefäßes 10 eingeschmolzenen Molybdänfolie 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 0,33 mm. Die Länge der Elektroden 11, 12 beträgt jeweils 7,5 mm. Der optische bzw. optisch wirksame Abstand zwischen den Elektroden 11, 12 beträgt ca. 4,1 mm. Die Elektroden 11, 12 sind jeweils über eine der im Quarzglas des Entladungsgefäßes eingeschmolzene Molybdänfolie 103, 104 und die sockelferne Stromzuführung 13 sowie die Stromrückführung 17 bzw. über die sockelseitige Stromzuführung 14 elektrisch leitend mit einem elektrischen Anschluss des Lampensockels 15 verbunden. Das Entladungsgefäß 10 wird von einem gläsernen Außenkolben 16 umhüllt, der mit den Enden 101, 102 des Entladungsgefäßes 10 verschmolzen ist. Der Außenkolben 16 bzw. die vom Außenkolben 16 und dem Entladungsgefäß 10 gebildete Baueinheit wird mittels einer Metallklammer 20 und eines Metallrings 21, der durch Schweißlaschen 22 mit der Metallklammer 20 verbunden ist, am Lampensockel 15 fixiert. Das Entladungsgefäß 10 weist sockelseitig eine rohrartige Verlängerung 105 aus Quarzglas auf, in der die sockelseitige Stromzuführung 14 verläuft. Die Stromzuführungen 14, 17 sind elektrisch leitend mit einer im Innenraum des Lampensockels 15 angeordneten Zündvorrichtung (nicht abgebildet) verbunden, die zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe dient. Der Lampensockel 15 besteht im Wesentlichen aus Kunststoff und ist von einem metallischen Gehäuse umgeben, um die elektromagnetische Abschirmung der Zündvorrichtung zu verbessern. Am Lampensockel 15 ist ein Stecker 23 zur elektrischen Verbindung der Hochdruckentladungslampe mit einem Betriebsgerät angeordnet.
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Der der Stromrückführung
17 zugewandte Oberflächenbereich des Entladungsgefäßes
10 ist mit einer lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Beschichtung
107 versehen, die als Zündhilfe dient. 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 Beschichtung
107 sind in der
EP 1 632 985 A1 beschrieben. Der Außenkolben
16 besteht aus Quarzglas, das mit Ultraviolette Strahlung absorbierenden Stoffen dotiert ist, wie zum Beispiel Ceroxid und Titanoxid. Geeignete Glaszusammensetzungen für das Außenkolbenglas sind in der
WO 94/28576 A1 und in der
WO 2012/072398 A1 offenbart.
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Die in dem Entladungsgefäß eingeschlossene Füllung besteht aus Xenon mit einem Kaltfülldruck, das heißt einem bei einer Temperatur von 25°C gemessenen Fülldruck, von 1,3 Megapascal, und den Jodiden von Natrium, Scandium, Zink und Indium. Die Brennspannung der Lampe beträgt ca. 42 Volt. Ihre Farbtemperatur liegt bei ca. 4800 Kelvin. Die Gesamtmenge der Halogenide bzw. Jodide der Metalle Natrium, Scandium, Zink und Indium in der Füllung beträgt 220 µg entsprechend 9,78 µg/mm
3, das heißt 9,78 Mikrogramm pro 1 Kubikmillimeter Entladungsraumvolumen, wobei die Gewichtsanteile der Jodide der Metalle Natrium-, Scandium, Zink und Indium bezogen auf die gesamte Menge der Halogenide wie folgt lauten:
| Natriumjodid (NaI): | 35,75 Gewichtsprozent, entsprechend |
| | einer Füllmenge von 3,50 µg/mm3 |
| Scandiumjodid (ScI3): | 40,4 Gewichtsprozent, entsprechend |
| | einer Füllmenge von 3,95 µg/mm3 |
| Zinkjodid (ZnI2): | 21,2 Gewichtsprozent, entsprechend |
| | einer Füllmenge von 2,07 µg/mm3 |
| Indiumjodid (InI): | 2,65 Gewichtsprozent, entsprechend |
| | einer Füllmenge von 0,26 µg/mm3 |
Aus den oben genannten Anteilen von Natriumjodid und Scandiumjodid ergeben sich für die Anteile von Natrium und Scandium die Werte 12,0 µg und 9,4 µg in der Füllung. Die vorgenannten Anteile von Natrium und Scandium ent- sprechen 0,52 10
–3 Mol Natrium und 0,21 10
–3 Mol Scandium in der Füllung. Der Quotient der molaren Anteile von Natrium und Scandium besitzt daher einen Wert von 2,5 und das Molverhältnis von Natrium zu Scandium in der Füllung ist daher 2,5:1. Die Füllung der Hochdruckentladungslampe enthält außer den vorgenannten Bestandteilen keine weiteren Komponenten, sodass die Summe der Gewichtsanteile von Natriumjodid, Scandiumjodid, Zinkjodid und Indiumjodid die gesamte Menge, das heißt 100 Gewichtsprozent, der Halogenide im Entladungsraum
106 ergibt.
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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 Metallhalogenide 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 und dem Elektrodenabstand 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 42 Volt betrieben wird. Der Begriff Brennspannung bezeichnet demzufolge die Betriebsspannung der Hochdruckentladungslampe im quasistationären Betrieb.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben näher erläuterte Ausführungsbeispiel. Beispielsweise kann der Lampensockel derart ausgebildet sein, dass er in seinem Innenraum zusätzlich zur Zündvorrichtung auch Komponenten der Betriebsvorrichtung oder sogar die komplette Betriebsvorrichtung für die Hochdruckentladungslampe enthält. Alternativ kann der Lampensockel auch ohne Zündvorrichtung ausgebildet sein und die Zündvorrichtung außerhalb des Lampensockels als Bestandteil eines externen Betriebsgeräts der Hochdruckentladungslampe ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011/057903 A1 [0002]
- EP 1632985 A1 [0017]
- WO 94/28576 A1 [0017]
- WO 2012/072398 A1 [0017]
