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Die Erfindung betrifft eine Entladungslampe mit einem Reflektor und einem Brenner,
wobei der Reflektor zumindest eine reflektierende Kontur und einen hohlen
Reflektorhals aufweist, der Brenner zentrisch im Reflektor angeordnet ist sowie der Reflektor
und der untere Teil des Brenners durch eine mechanische Befestigungseinheit fest
miteinander verbunden sind.
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Bei einer Entladungslampe, die zumindest aus einem Brenner und einem Reflektor
besteht, ist die Lichtqualität von unterschiedlichen Parametern, beispielsweise der
Effizienz des Reflektors, insbesondere jedoch von der Abstimmung zwischen dem
Reflektor und der Lichtquelle, abhängig. Die definierte Positionierung der Lichtquelle ist
dabei von besonderer Bedeutung, um die erforderliche Fokussierung des Lichts auf den
Brennpunkt zu gewährleisten. Im Rahmen einer Massenproduktion von
Entladungslampen ist der Aufwand, der für eine definierte Positionierung der Lichtquelle notwendig
ist, zu minimieren.
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Eine Lichtquelle im Sinne der Erfindung kann beispielsweise ein bekannter Brenner einer
Entladungslampe mit einem Rückführpol sein. Ein solcher Brenner, der beispielsweise in
Frontscheinwerfern von Automobilen einsetzbar ist, besitzt konstruktionsbedingt eine
asymmetrische Form. Werden solche herkömmlichen Entladungslampen beispielsweise
für Anwendungen verwandt, wo möglichst verlustarm Licht emittiert und auf einen
Punkt oder einen definierten Bereich fokussiert wird, ist die Effizienz des Reflektors u. a.
vom Grad der Fokussierung und damit insbesondere von der Genauigkeit der jeweiligen
Positionierung abhängig. Besitzt die Effizienz des Reflektors eine besondere Bedeutung,
beispielsweise für Anwendungen, wo das durch den Reflektor reflektierte Licht in einen
Lichtleiter eingekoppelt wird, ist eine signifikante Beeinträchtigung der Lichtqualität
durch dabei regelmäßig zu verzeichnende Übertragungsverluste festzustellen. Beim
Auskoppeln des Lichtes aus dem Lichtleiter treten nochmals Verluste auf, so dass die
Effizienz des Reflektors in solch einem Lichtleitersystem die Gesamteffizienz des
Systems wesentlich mitbestimmt. Der erreichbare Grad der Fokussierung hat somit
wesentlichen Einfluß auf die Gesamteffizienz des Systems.
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Bei Einsatz eines solchen Lichtleitersystems als Beleuchtungssystem für Automobile, wo
standardisierte Werte für die Lichtqualität regelmäßig erreicht werden müssen, ist eine
sehr genaue und aufwendige Abstimmung der optischen Systemkomponenten
erforderlich. Lichtleitersysteme für Automobile, die zumindest eine Lichtquelle besitzen, die
zumindest eine Entladungslampe mit einem Reflektor und einem Brenner, der auch
asymmetrisch geformt sein kann, umfassen, stehen im Fokus der Entwicklung. Diese
Lichtleitersysteme enthalten u. a. ein System von Lichtleitkabeln und optischen
Elementen, die das Ein- und Auskoppeln des Lichtes in und aus dem Lichtleiter und die
Bereitstellung des Lichts für die gewünschte Anwendung, beispielsweise mittels
Frontscheinwerfer eines Automobils, in bekannter Art und Weise realisieren und
unterstützen.
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Aus der JP 2000149646 ist eine auf einen Brennpunkt abgestimmte Positionierung einer
Lichtquelle zu einem Reflektor und deren Fixierung beschrieben. Der Reflektor besitzt
eine reflektierende Kontur und einen hohlen Reflektorhals. Im hohlen Reflektorhals ist
ein hohler zylindrischer Kragen der Art befestigt, dass das eine Ende mit der
reflektierenden Kontur abschließt und das andere, sich verjüngende Ende aus dem
Reflektorhals ragt. Die Lichtquelle, die ein zylindrisch geformtes unteres Ende besitzt,
wird mit dem unteren Ende durch den zylindrischen Kragen nach außen geführt. Am
schneidenförmigen Ende des Kragens wird diese von diesem nur dort gehalten, wobei
die Lichtquelle regelmäßig in x- und y-Richtung aus der Lampenachse gekippt ist.
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Ein Einführen durch den zylindrischen Kragen von außen ist auf Grund der
geometrischen Verhältnisse der Lichtquelle nicht möglich. Das untere Ende der Lichtquelle
wird nachfolgend von einer Positionierungshilfe übernommen und gehalten. Mit der
Positionierungshilfe, die in x-, y- und z-Richtung beweglich ist, erfolgt die gewünschte
Positionierung der Lichtquelle im Reflektor auf der Lampenachse. In dieser Position
wird durch den Einsatz von Laserstrahlen ein Verschweißen des Kragens mit dem
unteren Teil der Lichtquelle realisiert. Auf Grund der beschriebenen geometrischen
Verhältnissen ist bei den üblichen Fertigungs- und Handhabungstoleranzen ein
Verkanten der Lichtquelle, d. h. ein Abweichen von der Lampenachse nicht
auszuschließen, so dass bei sehr hohen Anforderungen an die Präzision der Einkoppelung mit
erhöhtem Aufwand für die Kontrolle und/oder der einher gehenden notwendigen
Aussonderung unbrauchbarer Produkte gerechnet werden muß. Die beschriebene
Verfahrensweise bedarf eines erheblichen Aufwandes in der für solche Erzeugnisse
üblichen Massenproduktion.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Entladungslampe bereitzustellen, die sich
technologisch einfach und kostengünstig herstellen lässt, wobei eine erforderliche
Leuchtqualität durch eine gute Effizienz der Reflektors gewährleistet ist.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass während der Montage der Brenner mit seinem
oberen Teil beginnend durch den Reflektorhals führbar ist und die mechanische
Befestigungseinheit in x-, y- und z-Richtung ein solches Spiel aufweist, dass der Brenner
während der Montage in eine definierte Position zum Reflektor gebracht werden kann.
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Die Erfindung ermöglicht es insbesondere, das Handling bei der Herstellung der
Entladungslampe dadurch effektiv zu gestalten, dass während der Montage der Brenner mit
seinem oberen Teil beginnend durch den Reflektorhals in den Reflektor eingebracht wird.
Damit ist eine aufwendige Übergabe des Brenners von einer Positionierungshilfe zu einer
anderen, wie bei einer Einführung des Brenners mit seinem unteren Teil beginnend
zwingend notwendig, nicht erforderlich. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft den
Umstand, dass das vorhandene Spiel der mechanischen Befestigungseinheit so bemessen
ist, dass der Brenner während der Montage durch Justieren in die gewünschte Position
zum Reflektor gebracht werden kann, so dass eine optimale Fokussierung gewährleistet
wird.
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Entladungslampen im Sinne der Erfindung sind alle bekannten Lampentypen mit einem
Brenner und einem Reflektor. Asymmetrisch geformte Brenner sind insbesondere an sich
bekannte Brenner, die in x-y-Richtung asymmetrisch geformt sind, beispielsweise
Brenner von Entladungslampen mit Rückführpol.
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Der erfindungsgemäße Reflektor besteht dabei aus üblichen Materialien, wie Glas,
Keramik, Metall und/oder Kunststoff.
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Ein Spiel im Sinne der Erfindung ist das Toleranzfeld, welches zwischen einer Öffnung
und einem in diese Öffnung eingeführten Körper besteht, so dass der Körper sich in der
Öffnung bewegen bzw. verschieben läßt.
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In einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Lösung umfasst die
mechanische Befestigungseinheit zumindest folgende Teile:
- - eine Kappe, welche eine Auflagefläche in x-y-Richtung besitzt, die nahezu senkrecht
zur Lampenachse angeordnet und mit dem Reflektor verbunden ist,
- - eine Manschette, welche sich während der Montage nahezu parallel zur Lampenachse
bewegen läßt und mit dem unteren Teil des Brenners fest verbunden ist, und
- - eine Verschiebescheibe, welche während der Montage eine nahezu parallele Bewegung
der Manschette in z-Richtung ermöglicht und sich auf der Auflagefläche der Kappe in x-
und y-Richtung verschieben läßt.
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Dieser Aufbau der mechanischen Befestigungseinheit ermöglicht es, die Positionierung
und Justierung in einfachster Art und Weise zu realisieren. Dabei wird durch
Justierbewegungen in x- und/oder y-Richtung der auf der Auflagefläche der Kappe
aufliegenden Verschiebescheibe eine Zentrierung bzw. Vorzentrierung auf der Lampenachse
erreicht. Durch gleichzeitiges oder nachfolgendes Bewegen der Manschette in der
Verschiebescheibe, welches durch das gewählte Spiel ermöglicht wird, ist eine Justierung in
z-Richtung, d. h. vorzugsweise entlang der Lampenachse, gewährleistet. Die
vorgenannten Bewegungen in x-, y- und z-Richtung werden regelmäßig durch übliche
Positionierungshilfen, beispielsweise Industrieroboter, vorgenommen, wobei das
Positionieren des Brenners in x-, y- und z-Richtung mit Hilfe von vorgegebenen
Referenzpunkten in üblicher Art und Weise erfolgt.
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Teile der erfindungsgemäßen Befestigungseinheit können alternativ auch integrale
Bestandteile des Reflektors und/oder des Brenners sein.
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Eine weiterhin bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, dass zumindest in z-
Richtung das Positionieren des Brenners im Betriebszustand der Entladungslampe
erfolgt. Dabei wird die Beleuchtungsstärke, die an einer definierten Position,
insbesondere dort, wo der höchste Grad der Fokussierung gewünscht wird, gemessen. Der
gemessene Wert der Beleuchtungsstärke wird mit einem vorbestimmten Referenzwert
abgeglichen bzw. die Position ermittelt, wo die größte Beleuchtungsstärke ermittelt
werden konnte. In dieser Position erfolgt die Fixierung der Teile der mechanischen
Befestigungseinheit bevorzugt durch Anwendung von Laserstrahlen. Diese Art und
Weise der Ermittlung der optimalen Position des Brenners in z-Richtung ermöglicht eine
weitere Erhöhung der Effizienz der Herstellung der erfindungsgemäßen
Entladungslampe, da durch umfängliche Versuche ermittelt werden konnte, dass Abweichungen von
der optimalen Position in z-Richtung, im Unterschied von Abweichungen in x- und/oder
y-Richtung, die Effizienz des Reflektors signifikant beeinflussen.
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Bevorzugt ist außerdem, dass der untere Teil des Brenners zumindest teilweise aus dem
hohlen Reflektorhalses ragt. Diese Anordnung ermöglicht insbesondere ein einfaches
Handling mit der Positionierungshilfe.
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Nach der Positionierung in der vorgenannten Art und Weise erfolgt das Fixieren dieser
Position durch Verbinden der Teile der mechanischen Befestigungseinheit bevorzugt
durch den an sich bekannten Einsatz von Laserstrahlen. Die Auswahl und der Einsatz der
Laser, wobei insbesondere sog. handelsübliche Industrielaser vorgesehen sind, ist u. a.
abhängig von den zu verbindenden Materialien.
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Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem dadurch gelöst, dass in einem
Lichtleitersystem, welches als Beleuchtungssystem für Automobile dient und zumindest eine
Lichtquelle besitzt, die eine Entladungslampe mit einem Reflektor und einem Brenner
umfasst, eine Entladungslampe gemäß der Ansprüche 1 bis 6 als Lichtquelle verwendet
wird.
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Lichtleitersysteme im Sinne der Erfindung umfassen neben einer Lichtquelle zumindest
ein System von Lichtleitkabeln und optischen Elementen, die das Ein- und Auskoppeln
des Lichtes in und aus dem Lichtleiter und die Bereitstellung des Lichts für die
gewünschte Anwendung, beispielsweise zum Zwecke der Beleuchtung, in bekannter Art
und Weise realisieren und unterstützen.
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Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert
werden. Es zeigen:
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Fig. 1 die Entladungslampe, in einer Seitenansicht in Schnittdarstellung,
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Fig. 2 den Brenner einer Entladungslampe mit einem Rückführpol, in einer
schematischen Darstellung,
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Fig. 3 eine Manschette als Teil einer mechanischen Befestigungseinheit, in der
Draufsicht,
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Fig. 4 den Reflektor einer Entladungslampe, in einer Seitenansicht in
Schnittdarstellung,
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Fig. 5 eine Kappe als Teil einer mechanischen Befestigungseinheit, in einer
Draufsicht (Fig. 5.1) und in der Seitenansicht (Fig. 5.2)
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Fig. 6 eine Verschiebescheibe als Teil einer Befestigungseinheit, in der
Draufsicht (Fig. 6.1) und in der Seitenansicht (Fig. 6.2)
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Die Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Entladungslampe in einer
Seitenansicht in Schnittdarstellung, wobei ein Brenner 2 mit einem Rückführpol 8 in
einem Reflektor 1 zentrisch angeordnet ist. Eine kastenförmige Kappe 5 ist am hohlen
Reflektorhals 4 und an der Verschiebescheibe 7 befestigt. Die Verschiebescheibe 7 ist
mit der Manschette 6 verbunden, die am unteren Teil 2.1 des Brenners 2 angeordnet ist.
Die Festigungseinheit, die eine definierte Positionierung des Brenners 2 im Reflektor 1
gewährleistet, besteht aus der Kappe 5, der Manschette 6 und der Verschiebescheibe 7.
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Die Fig. 2 zeigt die schematische Darstellung eines Brenners 2 mit Rückführpol 8 einer
Entladungslampe, wobei der Brenner 2 mit dem Rückführpol 8 elektrisch leitend in
bekannter Art und Weise verbunden ist. Der Brenner 2 besitzt einen unteren Teil 2.1, der
eine zylindrische Form hat, und einen oberen Teil 2.2, aus dem der Rückführpol 8 ragt.
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Fig. 3 zeigt in der Draufsicht eine Manschette 6 als Teil einer mechanischen
Befestigungseinheit vor deren Montage. Die Manschette umschließt in Einbaulage
zumindest einen Bereich des unteren Teils 2.1 des Brenners 2 und ist mit diesem kraft-
und/oder formschlüssig verbunden, so dass keine Relativbewegung zwischen diesen
beiden Teilen möglich ist.
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In Fig. 4 zeigt den Reflektor einer Entladungslampe mit einem Rückführpol (z. B. eine
Xenon-Leuchte) für ein Lichtleitersystem für die Frontbeleuchtung eines Automobils in
der Seitenansicht. Der Reflektor 1 besteht hier aus einem Borosilikatglas und besitzt eine
reflektierende Kontur 3 und einen hohlen Reflektorhals 4. Die Lampenachse verläuft in
z-Richtung, des dreidimensionalen Koordinatensystems. An der Außenseite des
Reflektorhalses 4 sind Aussparungen 9 angeordnet, in die die federnden Rastnasen 10
der Kappe 5 fest einrasten.
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Die mechanische Befestigungseinheit insgesamt fixiert den Brenner 2 in einer definierten
Position, die eine optimale Leuchtstärke und Fokussierung des reflektierten Lichtes auf
den außerhalb des Reflektors 1 liegenden Brennpunkt gewährleistet. An diesem
Brennpunkt wird das reflektierte Licht in ein an sich bekanntes Lichtleitkabel, beispielsweise
ein Glasfaserkabel, in üblicher Art und Weise eingekoppelt.
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Ein metallisches Stanz-Biege-Teil einer Kappe als Teil einer mechanischen
Befestigungseinheit ist in einer Draufsicht im Zustand vor dem Biegen (Fig. 5.1) und in der
Seitenansicht (Fig. 5.2) dargestellt. Die Kappe 5 ist ein metallisches Stanz-Biege-Teil und
nach dem Biegen in seiner Form dem zu umschließenden Reflektorhals 4 weitgehend
angepasst. Es besitzt eine Auflagefläche oder zumindest mehrere Auflagepunkte, die in
einer Ebene in x- und y-Richtung auf einem Höhenniveau angeordnet sind. In dieser
Ebene befindet sich eine Öffnung durch welche in der Einbaulage der Brenner 2 sowie
die dann am unteren Teil 2.1 angeordneten Manschette mit Spiel geführt werden. In
Einbaulage ist die Kappe 5 mit seiner Auflagefläche nahezu senkrecht zur Lampenachse
angeordnet und mit dem Reflektorhals 4 durch das Verrasten der Rastnasen 10 in den
Aussparungen 9 verbunden.
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Fig. 6 zeigt eine Verschiebescheibe als Teil einer mechanischen Befestigungseinheit in
der Draufsicht (Fig. 6.1) und in der Seitenansicht (Fig. 6.2). Die metallische
Verschiebescheibe 7 besitzt - in der Einbaulage in x- und y-Richtung angeordnet und auf
der Kappe 5 aufliegend - eine plane Platte mit zwei Öffnungen. Die eine Öffnung, die in
ihrer Form der Form der Manschette 6 angepasst ist, ermöglicht mit Spiel den Durchtritt
der am unteren Teil 2.1 angeordneten Manschette 6. Bei diesem Durchtritt oder bei
Bewegungen des Brenners in z-Richtung, insbesondere während des Justierens, wird die
Manschette mit Spiel durch die Führungshilfen geführt. Die vier Führungshilfen sind mit
der Platte fest verbunden, wobei jeweils zwei sich gegenüberstehend angeordnet sind.
Die andere Öffnung dient der Durchführung des Rückführpoles und ist diesbezüglich
bemessen.
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Die industrielle Montage der erfindungsgemäßen Reflektorlampe erfolgt üblicherweise in
folgenden Schritten. In einem vorbestimmten Bereich des unteren Teiles des Brenners
wird die Manschette fixiert und die Verschiebescheibe auf die Manschette aufgeschoben.
Am Reflektorhals wird die Kappe, beispielsweise durch Verrasten, befestigt. Unter
Zuhilfenahme einer Positionierhilfe wird durch die eine Öffnung der Kappe, mit dem
oberen Teil des Brenners beginnend, der Brenner in den hohlen Reflektorhals eingeführt.
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Nachfolgend erfolgt das Justieren oder das genaue Positionieren des Brenners in Bezug
auf den Reflektor. Unter Beibehaltung der gewünschten Position wird anschließend eine
Fixierung, beispielsweise durch Laserstrahlen, realisiert.