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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe für Kraftfahrzeugscheinwerfer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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I. Stand der Technik
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Eine derartige Hochdruckentladungslampe ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift
EP 1 465 237 A2 beschrieben. Diese Schrift offenbart eine Hochdruckentladungslampe für Kraftfahrzeugscheinwerfer mit zwei Gasentladungselektroden, die in einem Abstand von 4,2 mm angeordnet sind, und mit quecksilberfreiem Entladungsmedium, das Xenon mit einem Kaltfülldruck von 1,18 Megapascal und Jodide der Metalle Natrium, Scandium, Zink und Indium beinhaltet.
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II. Darstellung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Hochdruckentladungslampe bereitzustellen, die für den Einsatz in Kraftfahrzeugscheinwerfern mit reduzierten Abmessungen tauglich ist und bzw. oder zusätzliche Beleuchtungsfunktionen des Kraftfahrzeugscheinwerfers, wie beispielsweise ein zusätzliches Fernlicht, ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe besitzt ein gasdicht verschlossenes Entladungsgefäß, in dem Gasentladungselektroden und ein quecksilberfreies Entladungsmedium zur Erzeugung einer Gasentladung eingeschlossen sind, wobei das Entladungsmedium zumindest Xenon mit einem Kaltfülldruck im Bereich von 1,0 Megapascal bis 2,0 Megapascal sowie Jodide der Metalle Natrium und Scandium umfasst. Erfindungsgemäß liegt der Abstand zwischen den Gasentladungselektroden bei einem Wert im Wertebereich von 0,7 mm bis kleiner als 1,8 mm. Mit dem Begriff Abstand wird der geometrische Abstand bezeichnet, sofern keine anderslautenden Angaben gemacht werden. Der Begriff „Kaltfülldruck von Xenon“ bezeichnet den bei einer Temperatur von 22 Grad Celsius gemessenen Fülldruck des Xenons im Entladungsgefäß der Hochdruckentladungslampe.
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Aufgrund des vergleichsweise geringen Abstands zwischen den Gasentladungselektroden wird ein entsprechend kurzer Entladungsbogen gewährleistet, der ermöglicht, dass die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe dem Ideal einer Punktlichtquelle deutlich mehr entspricht als Hochdruckentladungslampen gemäß dem Stand der Technik. Außerdem wird durch den geringen Abstand zwischen den Gasentladungselektroden eine Erhöhung der Leuchtdichte im Entladungsbogen gewährleistet.
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Vorzugsweise liegt der Wert für den Abstand zwischen den Gasentladungselektroden im Wertebereich von 1,0 mm bis kleiner als 1,8 mm und besonders bevorzugt im Wertebereich von 1,1 mm bis kleiner als 1,8 mm, um trotz des verkürzten Entladungsbogens einen möglichst hohen Lichtstrom zu gewährleisten und eine deutliche Reduktion der Brennspannung zu vermeiden
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Das Entladungsmedium der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe weist vorteilhafterweise zusätzlich Zinkjodid mit einem Gewichtsanteil im Bereich von 0,5 Mikrogramm bis 6 Mikrogramm pro 1 mm3 Entladungsgefäßvolumen als weitere Komponente auf, um die Brennspannung der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe zu erhöhen.
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Vorteilhafterweise weist das Entladungsmedium der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe zusätzlich auch Indiumjodid als weitere Komponente mit einem Gewichtsanteil im Bereich von 0,1 Mikrogramm bis 1 Mikrogramm pro 1 mm3 Entladungsgefäßvolumen auf, um den Blaulichtanteil im Spektrum des von der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe emittierten Lichts anzuheben und weißes Licht mit hoher Farbtemperatur zu ermöglichen.
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Das Entladungsgefäß der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe hat vorzugsweise ein Volumen im Wertebereich von 10 mm3 bis 25 mm3 und besonders bevorzugt im Wertebereich von 12 mm3 bis 20 mm3.
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Der optische Abstand der Gasentladungselektroden der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe liegt vorzugsweise bei einem Wert im Bereich von 0,9 mm bis 2,4 mm. Dieser Wertebereich ist vorteilhaft für die Verwirklichung einer zusätzlichen Fernlichtfunktion.
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III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
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1 Eine Seitenansicht einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung
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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 20 Watt. Diese Lampe ist für den Einsatz in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer vorgesehen. Sie besitzt ein zweiseitig abgedichtetes Entladungsgefäß 10 aus Quarzglas mit einem Volumen von 17 mm3, in dem ein Entladungsmedium gasdicht eingeschlossen ist. Das Entladungsgefäß 10 weist einen Entladungsraum 106 und zwei diametral angeordnete, gasdicht verschlossene Enden 101, 102 auf.
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Im Bereich des Entladungsraumes 106 ist die Innenkontur des Entladungsgefäßes 10 kreiszylindrisch und seine Außenkontur ellipsoidförmig ausgebildet. Die beiden Enden 101, 102 des Entladungsgefäßes 10 sind jeweils mittels einer Molybdänfolien-Einschmelzung 103, 104 abgedichtet.
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Im Innenraum des Entladungsgefäßes 10 befinden sich zwei Gasentladungselektroden 11, 12, zwischen denen sich während des Lampenbetriebes der für die Lichtemission verantwortliche Entladungsbogen ausbildet. Die Gasentladungselektroden 11, 12 bestehen aus Wolfram oder mit Thorium bzw. Thoriumoxid dotiertem Wolfram. Der Abstand zwischen den Gasentladungselektroden 11, 12 beträgt 1,5 mm und ihr optischer Abstand beträgt 2,0 mm. Der Begriff „optischer Abstand“ bezeichnet den Abstand zwischen den Gasentladungselektroden 11, 12, der nach der Abbildung der entladungsseitigen Enden der Gasentladungselektroden 11, 12 durch die Gefäßwand des Entladungsraums 106 im Fahrzeugscheinwerfer wirksam ist. Die vorgenannte Gefäßwand wirkt als optische Linse, so dass der optische Abstand der Gasentladungselektroden 11, 12 größer als ihr tatsächlicher bzw. geometrischer Abstand ist. Der optische Abstand wird durch den Abstand der Gasentladungselektroden 11, 12, den Brechungsindex des Entladungsgefäßmaterials und die Form der Entladungsgefäßwand im Bereich des Entladungsraums 106 bestimmt. Der Deutlichkeit halber sei an dieser Stelle erwähnt, dass in der vorliegenden Patentanmeldung der Begriff „Abstand der Gasentladungselektroden“ immer den geometrischen Abstand zwischen der Gasentladungselektroden bezeichnet und nicht den optischen Abstand der Gasentladungselektroden, wenn keine weitere Angabe gemacht wird.
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Die Gasentladungselektroden
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. Die Gasentladungselektroden
11,
12 können optional jeweils mit einer Elektrodenschaftwendel (nicht abgebildet) gemäß den Offenlegungsschriften
WO 2010/043490 A1 oder
WO 2006/058513 A1 versehen sein, um das Risiko des Auftretens von Rissen im Entladungsgefäß zu minimieren.
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Das Entladungsgefäß 10 wird von einem gläsernen Außenkolben 16 umhüllt. Das Entladungsgefäß 10 weist sockelseitig eine rohrartige Verlängerung 105 aus Quarzglas auf, in der die sockelseitige Stromzuführung 14 verläuft.
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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 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 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.
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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
EP 0 700 579 B1 offenbart.
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Das in dem Entladungsgefäß
10 eingeschlossene Entladungsmedium besteht aus Xenon mit einem Kaltfülldruck, das heißt einem bei einer Temperatur von 22°C gemessenen Fülldruck, von 1,75 Megapascal, sowie aus Jodiden der Metalle Natrium, Scandium, Zink und Indium. Die Gewichtsanteile der vorgenannten Metalljodide im Entladungsmedium sind, jeweils bezogen auf 1 mm
3 des Entladungsgefäßvolumens, nachstehend in der Einheit Mikrogramm (µg) pro Kubikmillimeter (mm
3) aufgeführt.
| Natriumjodid: | 5,4 µg/mm3 |
| Scandiumjodid: | 6,1 µg/mm3 |
| Zinkjodid: | 3,2 µg/mm3 |
| Indiumjodid: | 0,4 µg/mm3 |
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Die Farbtemperatur des von der Halogenmetalldampf-Hochdruckentladungslampe emittierten Lichts liegt bei 4500 Kelvin.
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Die erfindungsgemäße Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe wird unmittelbar nach der Zündung der Gasentladung im Entladungsgefäß mit dem zwei- 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 bestimmt werden. Erst nachdem 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 20 Watt und über der Lebensdauer mit einer Brennspannung von ca. 20–60 Volt betrieben wird. Der Begriff Brennspannung bezeichnet demzufolge die Betriebsspannung der Hochdruckentladungslampe im quasistationären Betrieb. Sie entspricht dem Spannungsabfall über dem Entladungsbogen der Hochdruckentladungslampe im quasistationären Betrieb.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben näher erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beispielsweise können die Gewichtsanteile der Komponenten des Entladungsmediums in den oben genannten Grenzen variiert werden, um die Farbtemperatur des von der Hochdruckentladungslampe emittierten Lichts oder die Brennspannung zu verändern. Ebenso kann auch der Xenon-Kaltfülldruck in den oben genannten Grenzen variiert werden. Die Erfindung kann außerdem auch auf Hochdruckentladungslampen mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von nominal 25 Watt angewandt werden. Die Erfindung kann außerdem auch auf Hochdruckentladungslampen mit variabler Leistung im Bereich von zum Beispiel nominal 10 Watt bis 35 Watt angewandt werden. Weiterhin kann die Erfindung auch auf Hochdruckentladungslampen angewandt werden, die mit zwei oder mehr unterschiedlichen diskreten Leistungsstufen, beispielsweise mit 15 W und 25 W, betreibbar ist.
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Ferner kann im Sockel der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe eine Zündvorrichtung, beispielsweise eine Impulszündvorrichtung, zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe oder zusätzlich zur Zündvorrichtung auch eine vollständige Betriebsvorrichtung zum Betreiben der Hochdruckentladungslampe angeordnet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1465237 A2 [0002]
- WO 2010/043490 A1 [0017]
- WO 2006/058513 A1 [0017]
- EP 1632985 A1 [0019]
- EP 0700579 B1 [0020]
