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Hochdruckentladungslampe zur Verwendung in Kraftfahr-
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zeugscheinwerfern Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe
zur Verwendung in Kraftfahrzeugscheinwerfern mit einem ein Puffergas und Metallhalogenide
enthaltenden Entladungsgefäß, in das zwei mit Stromzuführungen verbundene Elektroden
gasdicht eingeschmolzen sind.
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Der Einsatz von Entladungslampen in Scheinwerfer von Kraftfahrzeugen
wurde aufgrund ihrer gegenüber Glühlampen wesentlich verbesserten Lichtausbeute
erst in letzter Zeit vorgeschlagen. Dabei wurden die Erfahrungen von den niederwattigen
Metallhalogenidentladungslampe fiir Allgemeinbeleuchtung auf den neuen Anwendungsbereich
übertragen. Was jedoch bei den Entladungslampen zum Zwecke der Allgemeinbeleuchtung
gefordert und vorteilhaft angewendet wird, stellt sich bei den Kraftfahrzeugentladungslampen
nachteilig heraus: die endliche Ausdehnung des Entladungsbogens, dessen Länge durch
den Elektrodenabstand bestimmt wird, ist im Reflektor eines Kraftfahrzeugscheinwerfers
nicht exakt justierbar.
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Bei der Kraftfahrzeugbeleuchtung sind bestimmte Forderungen hinsichtlich
der Beleuchtungsstärke bei der nutzbaren Ausleuchtung und der unerwünschten Blendung
einzuhalten. So ist z.B. im Achsenkreuz des europäischen Meßschirms bei eingeschaltetem
Abblendlicht im Punkt 75 R, dem für die Reichweite des Scheinwerfers
maßgeblichen
Meßpunkt, eine Beleuchtungsstärke von mindestens 12 Lux vorgeschrieben. Nur ein
halbes Grad von diesem Meßpunkt entfernt verläuft die Hell-Dunkel-Grenze, jenseits
derer die sog. Zone III der Blendung liegt, in der die Beleuchtungsstärke nur höchstens
0,7 Lux betragen darf. Eine scharfe Abgrenzung der Hell-Dunkel-Grenze wird bei Kraftfahrzeugglühlampen
durch die Abdeckkappe erreicht. Diese kann aber nur dann in dem gewünschten Maß
wirksam werden, wenn die eigentliche Lichtquelle, im Fall der Entladungslampe der
Lichtbogen, eine genau definierte Positionierung innerhalb des Scheinwerferreflektors
erfährt. Ideal wäre deshalb eine punktförmige Lichtquelle. Aufgrund der gegebenen
Bogenlänge von ca. 4 bis 5 mm ist eine herkömmliche Entladungslampe innerhalb des
Reflektors somit nicht optimal positionierbar.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Hochdruckentladungslampe zur Verwendung
in Kraftfahrzeugscheinwerfern derart zu gestalten, daß eine präzise Fokussierung
innerhalb des Scheinwerferreflektors ermöglicht wird und trotzdem die Mindestanforderungen
für die Ausleuchtung auf dem Achsenkreuz des europäischen Meßschirms erfüllt werden.
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Die Hochdruckentladungslampe zur Verwendung in Kraftfahrzeugscheinwerfern
mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Merkmalen ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektroden zur Entfaltung einer asymmetrischen Leuchtdichteverteilung des
Entladungsbogens beim Betrieb der Lampe einen unterschiedlichen Temperaturgradienten
aufweisen.
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Hierdurch hat man die Möglichkeit, die heißere der
beiden
Elektroden, also die Elektrode mit der höheren Lichtemission, in dem gewünschten
Punkt innerhalb des Scheinwerferreflektors anzuordnen und deren emittiertes Licht
auf den Punkt mit der größtmöglichen gewünschten Lichtstärke des europäischen Meßschirms
zu richten. Die kältere, dunklere Elektrode wird in einen Punkt des Reflektors gelegt,
der zur Ausleuchtung der bestrahlten Fläche weniger beiträgt. Auf diese Weise kommt
man dem Idealziel einer punktförmigen Lichtquelle sehr viel näher, wodurch sich
die Qualität der auszuleuchtenden Fläche gegenüber den bisher bekannten Kraftfahrzeugscheinwerfern
deutlich verbessert. Im Vergleich zu den bislang besten Halogenglühlampen wird eine
höhere Lichtstärke in den Meßpunkten 75 R und 50 R und damit eine größere Reichweite
des Scheinwerfers erzielt. Dagegen machen sich Störquellen in der für die Blendung
maßgeblichen Zone III weniger stark bemerkbar.
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Der unterschiedliche Temperaturgradient für die Elektroden kann auf
verschiedene Weise erreicht werden. So weisen in einer ersten Ausführungsform die
zwei Elektroden eine unterschiedliche Masse auf.
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Hierbei ist bei gleicher Länge der Elektroden vorzugsweise deren Durchmesser
unterschiedlich stark ausgebildet. Es reicht auch schon aus, wenn auf die Stifte
der Elektroden Wendeln mit unterschiedlichem Durchmesser aufgezogen sind. Auch eine
Kombination einer Stiftelektrode mit einer Wendelelektrode führt zu dem gleichen
gewünschten Effekt. Bei Elektroden mit unterschiedlicher Masse bietet sich auch
ein Betrieb der Entladungslampe mit Gleichspannung oder einen Gleichstromanteil
aufweisender Wechselspannung an. Ebenso können die sonst gleichen Elektroden mit
Stromzu-
führungen verbunden sein, die einen unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten
aufweisen.
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Hierfür können entweder unterschiedliche Materialien oder Stromzuführungen
mit unterschiedlichem Querschnitt bzw. auch eine Kombination beider Möglichkeiten
verwendet werden. Des weiteren können die zwei Elektroden des Entladungsgefäßes
eine unterschiedliche Emittierfähigkeit aufweisen, indem diese mit jeweils einem
anderen Emitter oder unterschiedlich intensiv mit dem gleichen Emitter versehen
wurden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Entladungsgefäß benachbart
einer Elektrode als Paraboloid ausgebildet.
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Außerdem oder zusätzlich kann der parabolische Teil des Entladungsgefäßes
mit einer sichtbare Strahlung transmittierenden und IR-Strahlung reflektierenden
Beschichtung versehen sein. Die Wärmestrahlung wird durch diese Schicht auf die
Elektrode zurückgeworfen und heizt diese zusätzlich auf. Die hier vorgeschlagenen
Maßnahmen sind sowohl für einseitig wie auch für zweiseitig gequetschte Entladungsgefäße
anwendbar. Zur Verstärkung der gewünschten asymmetrischen Leuchtdichteverteilung
des Entladungsbogens können auch beliebige Kombinationen dieser Maßnahmen angewendet
werden, wodurch die erzielbaren Ergebnisse weit zu verbessern sind. Für die Herstellung
solcher Lampen sind keine neuen Technologien erforderlich, so daß deren Fabrikation
auf den vorhandenen Maschinen erfolgen kann.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der zehn schematisch dargestellten
Figuren näher erläutert: Figur 1 zeigt ein zweiseitig gequetschtes Entladungsgefäß
mit einen unterschiedlichen Durchmesser
aufweisenden Elektroden
und parabolischer Gefäßform Figur 2 zeigt die Lampe der Figur 1 in der Perspektive
Figur 3 zeigt ein einseitig gequetschtes Entladungsgefäß mit einen unterschiedlichen
Durchmesser aufweisenden Elektroden und parabolischer Gefäßform Figur 4 zeigt die
Unteransicht des Entladungsgefäßes der Figur 3 Figur 5 zeigt den Verlauf der Beschichtung
des Entladungsgefäßes der Figur 3 in der Ansicht X Figur 6 zeigt ein Isostilbdiagramm
eines zweiseitig gequetschten Entladungsgefäßes Figur 7 zeigt ein Isostilbdiagramm
eines einseitig gequetschten Entladungsgefäßes Figur 8 zeigt eine in einen Scheinwerfer
eingebaute Lampe mit einem zweiseitig gequetschten Entladungsgefäß Figur 9 zeigt
eine in einen Scheinwerfer eingebaute Lampe mit einem einseitig gequetschen Entladungsgefäß
Figur 10 zeigt ein Isoluxdiagramm einer erfindungsgemäßen Lampe auf dem Achsenkreuz
des europäischen Meßschirms.
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In den Figuren 1 und 2 ist eine zweiendige Hochdruckentladungslampe
1 dargestellt, wie sie zur Verwendung in Kraftfahrzeugscheinwerfern geeignet ist.
Das Entladungsgefäß (Quarz) ist an den sich gegenüberliegenden Enden mit jeweils
einer Quetschung 3, 4 abgedichtet. Die äußeren Stromzuführungen 5, 6 sind mit den
innerhalb des Entladungsgefäßes 2 angeordneten Elektroden 7, 8 (Wolfram) in bekannter
Weise mittels Dichtungsfolien 9, 10 (Molybdän) elektrisch verbunden.
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Die Elektrode 7 weist aufgrund ihres gegenüber der Elektrode 8 verringerten
Durchmessers eine geringere Masse auf und erwärmt sich deshalb auch höher. In einem
praktischen Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser der Elektrode 7 etwa 0,15 mm
und der der Elektrode 8 etwa im Bereich 0,3 mm bis 0,4 mm; der Elektrodenabstand
liegt im Bereich 3 mm bis 5 mm. Das Entladungsgefäß 2 ist benachbart der Elektrode
7 mit verringertem Durchmesser als Paraboloid 11 ausgebildet. Das Volumen des Entladungsgefäßes
2 beträgt etwa 3 0,1 cm . Das Entladungsgefäß 2 enthält Jodide von Natrium, Thallium
und Zinn sowie als Puffergas ein Edelgas, vorzugsweise Xenon, mit mindestens 100
mbar.
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Die Lampe brennt mit einer Farbtemperatur von ca. 3.500 K und emittiert
einen Lichtstrom von ca. 2000 lm. Anstelle der bei herkömmlichen Kraftfahrzeugglühlampen
üblicherweise verwendeten Abdeckkappe (für den Effekt des asymmetrischen Abblendlichts)
ist das Entladungsgefäß 2 an bestimmten Teilen seiner Oberfläche mit einer entsprechenden,
die sichtbare Strahlung absorbierenden Beschichtung 12 versehen, die zum Beispiel
aus einer Mischung von Carbonyleisenpulver und Kobaltoxid, gelöst in Butanol, besteht.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in den Figuren 3 bis 5 dargestellt.
Hier handelt es sich um eine Hochdruckentladungslampe 13, deren Entladungsgefäß
14 eine seitliche Quetschung 15 aufweist, in der die zwei Hakenelektroden 16, 17
mittels der Dichtungsfolien 18, 19 mit den beiden äußeren Stromzuführungen 20, 21
elektrisch verbunden sind. Wie im vorangegangenen Beispiel weisen die Elektroden
16, 17 einen unterschiedlichen Durchmesser auf, wobei der der dünneren Elektrode
16 zugewandte Teil des Entladungsgefäßes 14 ebenfalls als Paraboloid 22 ausgebildet
ist. Des weiteren ist ein Teil des Entladungsgefäßes 14 -- ähnlich wie bei der zweiseitig
gequetschten Lampe 1 - mit einer sichtbare Strahlung absorbierenden Beschichtung
23 versehen. Im Gegensatz dazu weist diese Beschichtung 23 am Scheitelpunkt des
Paraboloids 22 einen bis etwas über die Längsachse hochgezogenen Teil 24 auf, der
der Optimierung des aus dem Scheinwerfer (nicht dargestellt) reflektierenden Lichtes
dient. Die Geometrie der Elektroden 16, 17 und des Entladungsgefäßes entspricht
der vom vorherigen Ausführungsbeispiel.
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In den Figuren 6 und 7 sind an den Lampen 1, 13 der zuvor beschriebenen
Beispiele in einem Isostilbdiagramm die Linien gleicher Leuchtdichte dargestellt.
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In der Figur 6 sind rechts und links die Elektroden 7, 8 der Lampe
1 aus den Figuren 1 und 2 angedeutet, zwischen denen sich der Entladungsbogen erstreckt.
Der Elektrodenabstand beträgt etwa 4,5 mm. Analog hierzu zeigt die Figur 7 die Hakenelektroden
16, 17 der Lampe 13 aus den Figuren 3 bis 5. Wie deutlich erkennbar, entsteht jeweils
unmittelbar vor den Elektroden 7 und 16 mit verringertem Durchmesser beider Lampen
eine
gegenüber der zugehörigen dickeren Elektrode 8 und 17 erhöhte
Leuchtdichte.
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Der Einbau der Hochdruckentladungslampe 1 bzw. 13 in einen Kraftfahrzeugscheinwerfer
25, 25' erfolgt auf konventionelle Weise, wie in den Figuren 8 und 9 dargestellt
ist. Dabei ist die Lampe 1, 13 so montiert, daß deren Bereich der größten Leuchtdichte
innerhalb des Lichtbogens (Figuren 6 und 7) im Brennpunkt des Reflektors 26, 27
angeordnet ist. Der sichtbare Strahlung durchlässige Teil des Entladungsgefäßes
(Figuren 1, 2 und 3) ist hierbei dem oberen Teil des Reflektors 26, 27 sowie dessen
Scheitelpunkt zugewandt, wodurch der gewünschte asymmetrische Abblendeffekt erzielt
wird. Der Reflektor 26, 27 ist weiterhin auf bekannte Weise an seiner Lichtaustrittsöffnung
mit einer Streuscheibe 28 verschlossen. In der Figur 8 ist eine zweiseitig gequetschte
Lampe 1 entsprechend den Figuren 1 und 2, die zuvor mit einem Sockel 29 versehen
wurde, durch eine im Scheitelpunkt des Reflektors 26 vorgesehene Öffnung in diesen
eingeführt. Bei der Figur 9 ist dagegen eine einseitig gequetschte Lampe 13 entsprechend
der Figur 3 verwendet, die durch eine im oberen Bereich des Reflektors 27 angeordnete
Öffnung 30 in diesen hineinragt. Der elektrische Anschluß an eine Versorgungsspannung
erfolgt über das Sockelstiftpaar 31. Die Hochdruckentladungslampe 1, 13 wird mit
einer Brennspannung von ca. 80 bis 100 V betrieben, wobei sich bei einem Lampenstrom
von ca. 400 bis 600 mA eine Lampenleistung von ca. 30 bis maximal 45 W einstellt.
Als Betriebsfrequenz hat sich ein Bereich von ca. 9 bis 10 kHz als vorteilhaft erwiesen.
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Ein Beispiel der Ausleuchtung einer in einen Kraftfahrzeugscheinwerfer
eingebauten erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe 1, 13 ist im Achsenkreuz
des europäischen Meßschirms in Figur 10 wiedergegeben. Wie dem Diagramm zu entnehmen
ist, werden in dem der größten Reichweite entsprechenden Punkt 75 R etwa 40 Lux
gemessen, was mehr als das Dreifache der geforderten Lichtstärke ist. Für die Blendung
in der Zone III beträgt die Lichtstärke nur etwa 0,5 Lux, so daß auch hier die Werte
ca. 30 % unterhalb der zulässigen Höchstgrenze liegen.
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