DE19638932A1 - Elektrodenlose Entladungslampe mit einer Neonfüllung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrodenlose Niederdruck-Entladungslampe, die eine Neonfüllung verwen­ det, um so eine Abgabe von rotem Licht zu erzeugen. Insbe­ sondere bezieht sich die Erfindung auf eine Entladungs­ lampe, die für Rücklicht- und Signalzwecke bei Automobilen verwendet werden könnte.

Elektrodenlose Entladungslampen sind Gegenstand von intensiven Entwicklungsbemühungen gewesen aufgrund der be­ kannten Energieeffizienz und der langen Lebensdauer. Diese Entwicklungsbemühungen sind auf die Aufgabe gerichtet gewe­ sen, eine derartige Lampe bei vernünftigen Kosten für den Verbraucher zu erzeugen, und eine Lampe zu schaffen, die Leistungseigenschaften aufweist, die gut innerhalb der Er­ fordernis in bezug auf elektromagnetische Störungen (EMI bzw. elektromagnetische Interferenz) liegen. Beispiele für derartige elektrodenlose Lampen können in den US-Patenten 5 412 280 und 5 412 288 gefunden werden. Es kann gesehen wer­ den, daß diese Lampe eine Niederdruck-Entladungslampe ist, die in der Form von einer Fluoreszenz-Reflektorlampe konfi­ guriert ist und als solche einen Leuchtstoffüberzug auf­ weist, um eine weiße Lichtabgabe für kommerzielle und Haus­ halts-Beleuchtungsanwendungen zu erzeugen. Wegen dieser Charakteristiken der langen Lebensdauer und der Energieef­ fizienz ist eine Entladungslampe für eine Automobil-Anwen­ dung vorgeschlagen worden, wo es notwendig ist, für einen Blinkbetrieb zu sorgen. Obwohl sie jedoch wirksam ist, ein effizientes, langlebiges Beleuchtungsprodukt zu schaffen, würde eine Modifizierung einer derartigen Lampe, um eine rote Lichtabgabe zu liefern, die Verwendung von einem roten Leuchtstoffmaterial erfordern. Es ist unpraktisch, einen roten Leuchtstoff zu schaffen, um die gewünschte Rotlicht­ abgabe zu erzielen, da eine einen roten Leuchtstoff aufwei­ sende elektrodenlose Leuchtstofflampe kleine Wirkungsgrad­ werte bei niedrigen Temperaturen haben würde, und niedrige Temperaturen sind bei Automobilanwendungen ein unvermeidba­ rer Zustand.

Ein Weg, um einen neuen Typ einer roten Rück­ licht/Signallampe für Automobilanwendungen zu schaffen, würde darin bestehen, eine Neonfüllung in Verbindung mit bekannten Lampentypen zu verwenden, wie beispielsweise ei­ ner Elektroden aufweisenden Standard-Entladungslampe. Eine derartige Neonlampe würde eine Verbesserung für Automobil- Beleuchtungsdesigner sein, im Vergleich zu einer Standard- Halogen-, Glühlampe aufgrund der schnelleren Einschaltzei­ ten, die für eine Entladungslampe im Vergleich zu einer Glühlampe erzielt werden könnte. Jedoch besteht ein Pro­ blem, das mit typischen Implementation von Neon in einer Gasentladungslampe entsteht, darin, daß ein System mit kal­ ter Kathode (d. h. ein System, das die Kathoden nicht vor­ heizt für ein einfacheres Starten) hohe Spannungen verwen­ den muß, um einen vernünftigen Wirkungsgrad sicherzustel­ len. In einer Automobil-Anwendung würde es nicht zweckmäßig sein, derartige hohe Spannungen an einer Stelle in der Nähe von Benzin zu benutzen. Zusätzlich ist gemessen worden, daß der Beleuchtungswirkungsgrad (photometrisches Strahlungs­ äquivalent) von einer eine kalte Kathode aufweisende Neon­ lampe in der Größenordnung von etwa drei bis sieben Lumen pro Watt (LPWs) liegt. Wenn eine Neonlampe mit heißer Ka­ thode verwendet werden soll, besteht üblicherweise eine Verkürzung in der Lebensdauer einer derartigen Lampe und auch eine Erhöhung in den Fertigungskosten. Weiterhin ist gemessen worden, daß eine derartige Lichtquelle mit einer eine heiße Kathode aufweisenden Neonentladungslampe nur einen Beleuchtungswirkungsgrad von etwa 15 LPWs erzielen würde. Deshalb würde es vorteilhaft sein, eine Lichtquelle zu schaffen, die die erforderliche Lichtabgabe mit roter Farbe ohne die Kosten und Nachteile von einer entweder eine kalte oder eine heiße Kathode aufweisenden Entladungslam­ penanordnung liefern könnte, und trotzdem auch einen Be­ leuchtungswirkungsgrad von mehr als etwa 20 LPWs erzielen könnte.

Ein zusätzliches Problem, das aufgrund des Vorhan­ denseins von Elektroden in einer mit Elektroden versehenen Standard-Entladungslampe auftreten würde, ist die Tatsache, daß es für Automobil-Signalzwecke erforderlich ist, das Licht in einem Ein- und Aus-Zustand blinken zu lassen, wie beispielsweise für ein Wende- bzw. Abbiegesignal. Es ist be­ kannt, daß für eine mit Elektroden versehene Entladungs­ lampe die lange Lebensdauer wenigstens teilweise aufgrund eines Zustandes auftritt, wo die Lampe eingeschaltet und für eine wesentliche Zeitperiode eingeschaltet bleibt, und wenn es notwendig ist, eine derartige Lampe in blinkender Weise zu benutzen, eine Elektrodenverschlechterung, übli­ cherweise eine Wolfram-Zerstäubung, auftreten kann. Diese Elektrodenverschlechterung ist ein die Lebensdauer begren­ zender Mechanismus für eine Lampe mit Elektroden. Dement­ sprechend würde es vorteilhaft sein, wenn eine Lichtquelle geschaffen werden könnte, die die lange Lebensdauer und den energetischen Wirkungsgrad von einer Entladungslichtquelle hätte, aber trotzdem in einer Automobil-Anwendung verwendet werden könnte, die eine Signal- und Rücklicht-Leistung er­ fordert.

Gemäß der Erfindung wird ein neues und verbessertes Beleuchtungssystem für Automobil-Anwendungen geschaffen, wobei die Rücklicht- und Signalfunktionen von einer elek­ trodenlosen Entladungslampe ausgeübt werden, die die Erzeu­ gung einer Lichtabgabe mit rotem Licht mit einem Beleuch­ tungswirkungsgrad von mehr als etwa 20 LPWs gestattet und die ferner einen Betrieb einer derartigen Lampe bei einer vernünftigen Betriebsspannung und mit einer Möglichkeit er­ laubt, für einen veränderlichen Bereich von Blinkraten zu sorgen.

Erfindungsgemäß wird eine elektrodenlose Nieder­ druck-Entladungslampe geschaffen, die eine Lichtabgabe mit rotem Licht erzeugen kann und die einen Lampenmantel bzw. -kolben mit einer Füllung von Neongas darin aufweist. Ein Ferrit-Spulenteil ist in einer Lage relativ zu dem Lampen­ kolben so angeordnet, daß der Lampenmantel wenigstens einen Teil des Ferrit-Spulenteils im wesentlichen umgibt. Eine Vorschaltanordnung ist mit dem Ferrit-Spulenteil verbunden und hat die Funktion, aus einer üblichen Eingangsquelle ein Betriebssignal zu erzeugen. Das Arbeitssignal ist durch das Ferrit-Spulenteil mit der Neongasfüllung gekoppelt, um so die Neongasfüllung in einen Entladungszustand zu treiben, wodurch die Abgabe von rotem Licht erzeugt wird.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ent­ hält die Vorschaltanordnung ein Kondensatorteil, das zusam­ men mit dem Ferrit-Spulenteil eine abgestimmte Schaltungs­ anordnung bildet zur Lieferung des Arbeitssignals an die Gasfüllung, die in dem Lampenmantel enthalten ist. Die ab­ gestimmte Schaltungsanordnung erzeugt das Arbeitssignal in der Form von einem hochfrequenten, sinusförmigen Signal, das durch Verändern der Dauer der Ein- und Aus-Abschnitte des Arbeitssignals veränderliche Blinkraten der Lichtabgabe erzeugen kann. Auf diese Weise kann die Lichtabgabe der Gasentladungslampe gemäß der Erfindung strukturiert werden, um so zusätzliche Information an andere Fahrer zu übermit­ teln, beispielsweise könnte eine schnell blinkende Lichtab­ gabe eine harte Bremsung oder einen Notstopp anzeigen, wo­ gegen eine langsamere Blinkrate einen normalen Abbiegesi­ gnalbetrieb anzeigen könnte.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeich­ nung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Seitenan­ sicht von einer elektrodenlosen Entladungslampe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die elektrodenlose Entladungslampe gemäß Fig. 1.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist eine elektro­ denlose Niederdruck-Entladungslampe, die in der Lage ist, eine Lichtabgabe mit rotem Licht für Automobil-Anwendungen zu erzeugen, allgemein mit der Bezugszahl 10 bezeichnet und enthält einen Lampenmantel 12, in dem eine Neongasfüllung 14 enthalten ist. Der Lampenmantel 12 umgibt ein Ferrit- Spulenteil 16, das einen mittleren Kernabschnitt 18 und eine darauf angeordnete Wicklung 20 aufweist. Lediglich für Befestigungszwecke ist eine Abdeckung 22 um die Anordnung aus Lampenmantel 12 und Spule 16 herum angeordnet. Die Ab­ deckung 22 ist aus einem lichtdurchlässigen Material herge­ stellt, wenigstens an dem vorderen Abschnitt davon, d. h. an dem Abschnitt, der von der Vorschaltanordnung 24 weggerich­ tet ist, die nachfolgend mit weiteren Einzelheiten be­ schrieben wird. Ein reflektierender Überzug 26 kann auf einen Teil des Lampenmantels 12 aufgebracht sein, um so das abgegebene Licht in Richtung auf den vorderen Abschnitt der Abdeckung 22 zu richten.

Die Vorschaltanordnung, die allgemein mit 24 be­ zeichnet ist, hat die Funktion, Eingangsleistung, die in diesem Fall als eine Gleichspannungsquelle 28 gezeigt ist, wobei als Beispiel eine Automobil-Anwendung beschrieben wird, zu empfangen und diese Eingangsleistung in ein Ar­ beitssignal umzuwandeln, das durch das Ferrit-Spulenteil 16 mit der Füllung 14 gekoppelt wird, die in dem Lampenmantel 12 enthalten ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Eingangsleistung jede geeignete Anordnung einschließlich einer Wechselspannungsquelle sein könnte. Für eine detail­ lierte Beschreibung des Aufbaues der Vorschaltanordnung 24 wird auf das US-Patent 5 406 177 für Louis R. Nerone vom 11. April 1995 verwiesen, das durch diese Bezugnahme in die vorliegende Offenbarung eingeschlossen wird. Ein Wandlerab­ schnitt (nicht gezeigt) der dort beschriebenen Vorschaltan­ ordnung speist eine abgestimmte Schaltungsanordnung, die aus dem Ferrit-Spulenteil 16 und einem Resonanzkondensator­ teil 30 besteht. Die abgestimmte Schaltungsanordnung hat die Funktion, das Betriebssignal in die Füllung 14 einzu­ führen, die in dem Lampenmantel 12 enthalten ist, und um dadurch die Füllung in einen Entladungszustand zu treiben, so daß die eine rote Farbe aufweisende Lichtabgabe erzeugt wird. Im allgemeinen wird die Entladung, die in Fig. 1 bei 32 gezeigt ist, die Form von einem Toroid annehmen; als solche wird die Form des Lampenmantels 12 üblicherweise der Form der Entladung folgen, und deshalb ist in diesem Fall der Lampenmantel 12 ebenfalls toroidförmig, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist das Ferrit-Spulenteil 16 im wesentlichen an der Mitte einer Öffnung 32 angeordnet, die in dem Lampenmantel 12 gebildet ist.

Beim Betrieb jeder Lichtquelle als ein Rücklicht, einem Signallicht für eine Automobil-Anwendung, ist es not­ wendig, für ein Blinken des Lichtes zu sorgen, um dadurch eine Richtungsänderung bzw. ein Abbiegen anzuzeigen. Wei­ terhin ist es notwendig, für zwei unterschiedliche Lichtin­ tensitätspegel zu sorgen, wobei der eine lediglich anzeigt, daß die Rücklichter eingeschaltet sind, und der andere einen Bremszustand anzeigt. Somit muß für eine gewisse Steuerung im Betrieb der Lichtquelle 10 gemäß der Erfindung gesorgt werden. Um den Betrieb der Lichtquelle 10 gemäß der Erfindung zu steuern, wird eine Form einer Pulsbreitenmodu­ lation vorgeschlagen, wobei eine Kurve von einem hochfre­ quenten sinusförmigen Signal, das selektiv in den Ein- und Aus-Zustand gesteuert wird, verwendet wird, um die Füllung 16 in den Entladungszustand über die abgestimmte Schal­ tungsanordnung zu bringen, die aus dem Resonanzkondensator 30 und der Ferritspule 16 besteht. Diese Modulationsform wird erreicht durch Verwendung einer Blinksteueranordnung 34, die im wesentlichen für einen Stoß des hochfrequenten sinusförmigen Signals während eines Einschaltzustandes lie­ fert, das durch Steuerung der Dauer des Einschaltzustandes die Intensität der Lichtabgabe nach unten bis auf einen sehr kleinen Wert steuern kann, d. h. bis zu einer Lichtab­ gabe von im wesentlichen Null, wenn dies gewünscht wird. Auf diese Weise kann die Unterscheidung zwischen dem norma­ len Rücklichtbetrieb und dem Bremslichtbetrieb erzielt wer­ den zusätzlich zu dem Betrieb, die Lichtabgabe in einer blinkenden Weise auszuschalten und dann wieder einzuschal­ ten, um einen Wende- bzw. Abbiegevorgang anzuzeigen.

Bei der Verwendung der Stoßsteuerung des Betriebs der Lichtquelle 10 für Rücklicht- und Abbiegesignalzustände ist es auch möglich, die Stoßsteuerung zur Übermittlung an­ derer Information an in der Nähe befindliche Fahrer zu steuern. Beispielsweise könnte durch Anzeige eines schnell blinkenden Zustandes der Lichtquelle 10 der Fahrer für eine Anzeige von einem harten Bremszustand sorgen, wie er in ei­ ner Notsituation auftreten könnte. Die Blinksteueranordnung 34 kann dafür sorgen, daß für eine extrem schnelle und kraftvolle Bremsanwendung der schnelle Blinkzustand ange­ zeigt werden kann. Ein derartiger Betrieb würde mit einer üblichen Glühlampe, wie beispielsweise eine Halogenlampe, nicht möglich sein aufgrund der Unfähigkeit, für eine schnelle Änderung in den Ein- und Aus-Zuständen einer der­ artigen Lichtquelle zu sorgen. Darüber hinaus ist die Lichtabgabe einer Halogenlampe durch die Batteriespannung des Autos, die an die Lampe angelegt wird, und durch die Nennleistung der Lampe begrenzt. Ein Pulsieren der Halogen­ lampe würde lediglich die durchschnittliche Lichtabgabe verkleinern. Für die elektrodenlose Neon-Entladungslicht­ quelle der vorliegenden Erfindung kann jedoch die durch­ schnittliche Nennleistung beibehalten werden, wogegen die Spitzenleistung dann erhöht werden kann. Betrachtet man eine elektrodenlose Neon-Entladungslichtquelle und eine Ha­ logenlampe, die für eine gleiche Lichtabgabe bei einem kon­ stanten Leistungspegel ausgelegt sind, so würde die elek­ trodenlose Neon-Entladungslampe bei einem Tastverhältnis von 50% die zweifache Lichtabgabe von einer Halogenlampe liefern, und bei einem Tastverhältnis von 10% würde die Spitzenabgabe 10mal höher sein für die elektrodenlose Neon-Entladungslampe.

Es sind jedoch noch weitere Ausführungsbeispiele möglich. Beispielsweise würde es möglich sein, andere Füll­ gase als Neon zu verwenden, um verschiedene andere Farbab­ gaben zu erzielen. Weiterhin kann eine Halogenlampe an der Mitte von der Ferrit-Spule vorgesehen sein, um so als eine unterstützungs-Lichtquelle zu sorgen. Weiterhin könnte ein dielektrischer dünner Film für den reflektierenden Überzug verwendet werden, um die Richtbarkeit zu verbessern, ohne die Entladung von der Ferrit-Spule abzuschirmen. Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß die Lichtquelle gemäß der Er­ findung nicht auf Automobil-Anwendungen beschränkt ist, sondern auf andere Beleuchtungs-Anwendungen angewendet wer­ den könnte, wobei zusätzlich zu einem Betrieb mit langer Lebensdauer und einer hohen Energieausnutzung das Erforder­ nis besteht, für einen blinkenden Betrieb zu sorgen. Bei­ spielsweise könnte die Lichtquelle gemäß der Erfindung für blinkende Beleuchtungen von Rettungsfahrzeugen, Flughafen- Bakenbeleuchtung und auch für Schulbusses benutzt werden.

Claims (6)

1. Elektrodenlose Niederdruck-Entladungslampe mit einer eine rote Farbe aufweisenden Lichtabgabe, gekennzeichnet durch:
einen Lampenmantel (12),
ein Neon-Füllgas (14), das in dem Lampenmantel (12) enthalten ist,
ein Ferrit-Spulenteil (16), das relativ zu dem Lam­ penmantel so angeordnet ist, daß der Lampenmantel das Fer­ rit-Spulenteil im wesentlichen umgibt, und
eine Vorschaltanordnung (24), die mit dem Ferrit- Spulenteil gekoppelt ist und die Eingangsleistung empfängt und daraus ein Arbeitssignal erzeugt, das, wenn es durch das Ferrit-Spulenteil mit der Neon-Gasfüllung gekoppelt ist, die Neonfüllung in einen Entladungszustand treibt und die eine rote Farbe aufweisende Lichtabgabe erzeugt.

2. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein reflektierender Überzug (26) auf ei­ nem Teil des Lampenmantels (12) angeordnet ist und die eine rote Farbe aufweisende Lichtabgabe in einer speziellen Richtung richtet.

3. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Lampenmantel (12) toroidförmig ist und das Ferrit-Spulenteil (16) in einem zentralen Öffnungs­ abschnitt davon angeordnet ist.

4. Rücklicht- und Signal-Beleuchtungseinrich­ tung für Automobil-Anwendungen, gekennzeichnet durch:
eine elektrodenlose Entladungslampe (10) mit einem Lampenmantel (12), der eine Neon-Gasfüllung (14) enthält,
ein Ferrit-Spulenteil (16), das wenigstens teil­ weise in einer Öffnung angeordnet ist, die in dem Lampen­ mantel ausgebildet ist,
eine Vorschaltanordnung (24), die mit dem Ferrit- Spulenteil (16) gekoppelt ist und die Eingangsleistung emp­ fängt und daraus ein Arbeitssignal erzeugt, das, wenn es mit der Neon-Gasfüllung durch das Ferrit-Spulenteil gekop­ pelt ist, die Neon-Gasfüllung in einen Entladungszustand treibt, wodurch die eine rote Farbe aufweisende Lichtabgabe erzeugt wird,
wobei die Vorschaltanordnung (24) ein Kondensator­ teil (30) aufweist, das zusammen mit dem Ferrit-Spulenteil (16) das Arbeitssignal erzeugt, wobei die Kondensator- und Ferrit-Spulenteile so abgestimmt sind, daß sie das Arbeits­ signal als ein hochfrequentes, sinusförmiges Signal lie­ fern, und
wobei das hochfrequente, sinusförmige Arbeitssignal selektiv ein- und ausgeschaltet wird und für eine blinkende Lichtabgabe sorgt.

5. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dauer der Ein- und Ausschalt­ zustände des Arbeitssignals relativ zueinander einstellbar sind, um für einen unterschied in der Blinkrate zu sorgen.

6. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß durch die Einstellung der Ein- und Ausschaltzustände des Arbeitssignals eine Not-Blinkrate erzeugbar ist, die eine höhere Blinkrate hat als eine Blinkrate, die einem normalen Zustand entspricht.