DE3904926C2

DE3904926C2 - Beleuchtungssystem, insbesondere zum Einsatz in einem Autoscheinwerfer

Info

Publication number: DE3904926C2
Application number: DE3904926A
Authority: DE
Inventors: Rolf Sverre Bergman; John Martin Davenport; Richard Lowell Hansler
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1988-02-18
Filing date: 1989-02-17
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2009-02-18
Also published as: GB2216334B; NL193231B; GB8903809D0; GB2216334A; JPH0550097B2; DE3904926A1; JPH07169441A; FR2627627A1; FR2627627B1; JP3213181B2; NL8900395A; JPH027347A; CA1301238C; NL193231C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Dieses System schließt eine Entladungslampe ein, die speziell für die Anwendung zum Vorwärtsleuchten bei einem Fahrzeug, wie zum Beispiel einem Automobil, Lastwagen, Bus, Möbelwagen oder Traktor, geeignet ist. Insbesondere ist die Entladungslampe eine Xenon-Metall halogenid-Lampe für einen Fahrzeugscheinwerfer mit sofortiger Lichtleistungsfähigkeit, einer relativ langen Lebensdauer und einer relativ hohen Leistung.

Die DE-OS 35 06 295 beschreibt eine kompakte Hochdruckentladungslampe, die insbesondere für optische Systeme vorgesehen ist, eine relativ kurze Lebensdauer von im Mittel 250 Stunden aufweist und als Grundgas nur Argon enthält. Auch für die Ausführungsform mit Reflektor nach Fig. 3 läßt sich der Gesamtoffenbarung der DE-OS 35 06 295 kein anderer Anwendungszweck als der zur Projektion im Rahmen optischer Systeme entnehmen.

Die US-PS 4 672 270 betrifft eine Metalldampf-Entladungslampe mit einer Zündeinrichtung nach Art eines thermischen Schalters zur Vermeidung des Überhitzens und Beschädigens des Vorschaltgerätes. Eine speziell beschriebene Ausführungsform ist eine Hochdruck-Natriumdampflampe mit einem Keramikrohr. Die Zündung erfolgt durch einen Hochspannungsimpuls.

Die DE-OS 29 30 328 beschreibt eine Miniaturbogenlampe mit einer Edelgasmischung als Zündgas und einer Zündspannung von 300-500 Volt.

DE-OS 33 41 846 beschreibt eine Gasentladdungslampe, die zwar für den Einsatz in Fahrzeugscheinwerfern geeignet sein soll, nicht aber zur augenblicklichen Lichtabgabe über die Xenonanregung in der Lage ist.

Die DE-OS 35 35 407 beschreibt eine Lichtbogenröhre erhöhter Leistungsfähigkeit für eine Hochleistungs-Entladungslampe, doch bezieht sich diese Anmeldung auf Lampen, wie sie in bestimmten Photoprojektoren eingesetzt werden.

Die Fahrzeug-Konstrukteure sind an der Erniedrigung des Motor haubenform-Verlaufs von Fahrzeugen interessiert, um deren Aussehen und ebenso auch deren aerodynamisches Verhalten zu verbessern. Wie in der DE-OS 39 04 947 erörtert wird, ist der Betrag, um den der Motorhaubenform-Verlauf erniedrigt werden kann, durch die Abmessungen des Autoscheinwerfers begrenzt, welcher seinerseits durch die Abmessungen der Lichtquelle begrenzt ist, die typischerweise aus einem Wolframfaden besteht.

Wie in der vorstehend genannten DE-OS offenbart ist, ermöglicht eine Xenon-Entladungs lichtquelle mit Abmessungen, die bezüglich zu einer Wolfram lichtquelle wesentlich verkleinert sind, die Herabsetzung der Gesamtgröße des Reflektors des Autoscheinwerfers, so daß der Motorhaubenform-Verlauf des Kraftwagens durch die Kraft fahrzeug-Konstrukteure wesentlich abgesenkt werden kann. Aus serdem weist die offenbarte Xenon-Entladungslichtquelle eine Sofortstart-Fähigkeit auf, ähnlich einem Wolframfaden, und sie ist deshalb besonders für Anwendungen beim Kraftfahrzeug geeignet.

Wenn auch die Xenon-Lichtquelle ihre gewünschten Funktionen erfüllt, weist sie jedoch einen beträchtlichen Nachteil in sofern auf, als ihre Leistung kleiner ist als diejenige von anderen Typen von Entladungslampen, wie beispielsweise einer Metallhalogenidlampe. Dieser Nachteil ist zum Teil darauf zu rückzuführen, daß die Betriebsspannung der Xenonlampe, wel che Verwendung in Kraftfahrzeuganwendungen findet, relativ niedrig, wie beispielsweise 15 Volt, ist. Dies bewirkt, daß ein großer Teil der von einer derartigen Xenonlampe verbrauch ten Energie durch die Elektroden der Xenonlampe verzehrt wird, anstatt zur Lichtabgabe beizutragen. Ein weiterer Grund für die niedrigere Leistung ist der, daß das Xenon-Spektrum eine relativ große Menge an Infrarotenergie enthält, die keinem brauchbaren Zweck für Kraftfahrzeuganwendungen dient und auch schädlich für das Kunststoffgehäuse der Autoscheinwer fer ist.

Es ist erwünscht, daß eine Entladungslampe, wie beispiels weise eine Metallhalogenidlampe, vorgesehen wird, um den Be dürfnissen von Autoscheinwerfern zu entsprechen. Es ist wei terhin erwünscht, daß die Metallhalogenidlampe eine im we sentlichen sofortige Lichtabgabe ermöglicht, wie die einer Xenonlampe oder einer Wolfram-Glühlichtquelle. Weiterhin wird es zusätzlich dazu, daß die Metallhalogenidlampe den Be dürfnissen des Kraftfahrzeugs entspricht, gewünscht, daß die Metallhalogenidlampe Beleuchtungsanwendungen im Haus, im Büro und für andere kommerzielle und industrielle Verwendungen, findet.

Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beleuchtungssystem der eingangs genannten Art mit einer Halogenid-Entladung für Beleuchtungsanwen dungen zu schaffen, welches besonders geeignet ist, den Bedürf nissen von Automobilen zu entsprechen, indem sie ein im we sentlichen sofortiges Licht ermöglicht. Weiter soll die Metallhalogenid-Entladungslampe relativ kleine Abmes sungen aufweisen, um so eine Verkleinerung bezüglich des Reflektors des Scheinwerfers zu ermöglichen, was seinerseits eine Erniedrigung des Motorhaubenform-Verlaufs erlaubt, wie sie für aerodynamisch konstruierte Automobile erwünscht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

In einer Ausführungsform wird das Beleuchtungssystem in Kombination mit einem Autoscheinwerfer eingesetzt, der einen Reflektor und eine Linse gemäß Anspruch 2 aufweist. Der Reflek tor hat einen Abschnitt, an welchem Vorrichtungen befestigt sind, die mit einer Anregungsquelle eines Automo bils verbunden sein können. Der Reflektor hat auch eine vorher bestimmte Brennweite. Die Linse des Autoscheinwerfers ist an dem Frontabschnitt des Reflektors befestigt. Der Glaskolben der Kraftfahrzeuglampe ist in vorherbestimmter Wei se innerhalb des Reflektors angebracht, derart, daß sie ange nähert in der Nähe der Brennweite des Reflektors liegt. Der Glaskolben enthält eine Füllung aus Xenon bei einem re lativ hohen Druck, eine Menge an Quecksilber und ein Metall halogenid. Der Glaskolben enthält ein Paar von Elektro den, die voneinander durch einen vorherbestimmten Abstand ge trennt sind. Der Glaskolben ist mit den an dem Abschnitt der Autolampe befestigten Mitteln verbunden, so daß die Anre gungsquelle quer über den Elektroden angebracht werden kann, wodurch bei so einer Anwendung die in dem Glaskolben enthaltene Xenon-Füllung zu einer augenblicklichen Lichtabgabe angeregt wird, worauf dann in der Folge das Quecksilber zusammen mit den Metallhalogenid-Bestandteilen verdampft und ionisiert wird. Die Ionisation des Xenons und des Metallhalogenids entwickelt eine hochintensive, hochwirk same Lichtquelle, die zwischen den Elektroden lokalisiert ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Seitenansicht, die ganz allgemein ein Beleuchtungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert, das seine Lichtquelle in einer vertikalen Weise orientiert hat.

Fig. 2 ist eine Draufsicht, die ganz allgemein ein Beleuchtungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert, das seine Lichtquelle in einer horizontalen axialen Weise orientiert hat.

Die Fig. 3(A) bzw. 3(B) erläutern einen Vergleich zwi schen der durch eine fadenförmige Lichtquelle entwickelten Lichtstrahldivergenz und der durch die kleinere Xenon-Metall halogenid-Lichtquelle des Beleuchtungssystems der vorliegenden Erfindung in Reflekto ren der gleichen Größe entwickelte Lichtstrahldivergenz.

Die Fig. 4(A) bzw. 4(B) erläutern einen Vergleich der Wirkung der Verringerung der Größe eines Reflektors auf die Lichtstreuung von einer Glühlichtquelle und von der Xenon- Metallhalogenid-Lichtquelle des Beleuchtungssystems der vorliegenden Erfindung, um die gleiche Lichtstrahldivergenz aufzuweisen.

Die Fig. 5(A) und 5(B) sind entsprechende perspekti vische Ansichten eines rechteckigen Autoscheinwerfers des Standes der Technik und eines rechteckigen Autoscheinwerfers gemäß einer Ausführungsform des Beleuchtungssystems der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 ist eine Seitenansicht, die ganz allgemein einen Au toscheinwerfer 10 in Kombination mit dem Beleuchtungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegen den Erfindung erläutert, der einen Reflektor 12, eine Linse 14 und eine Entladungslampe 16 enthält.

Der Reflektor 12 hat einen rückwärtigen Abschnitt 18 mit dar auf befestigten Mitteln, wie beispielsweise einem Stecker 20 mit Stiften 22 und 24, die mit einer Anre gungsquelle eines Automobils verbunden werden, können.

Der Reflektor 12 hat eine vorherbestimmte Brennweite 26, ver laufend entlang der Achse 28 des Autoscheinwerfers 10. Der Reflektor 12 hat eine parabolische Form mit einer Brennweite im Bereich von etwa 6 mm bis etwa 35 mm, mit einem bevorzug ten Bereich von etwa 8 mm bis etwa 20 mm. Die Linse 14 ist an dem Frontabschnitt des Reflektors 12 angebracht bzw. angepaßt. Die Linse 14 besteht aus einem transparenten Material, ausgewählt aus der Grup pe bestehend aus Glas und Kunststoff. Der transparente Teil hat eine bevorzugterweise aus Prismen-Teilen gebildete Stirn fläche.

Die Entladungslampe 16 ist in vorherbestimmter Weise innerhalb des Reflektors angeordnet, um sich angenähert in der Nähe der Brennweite 26 des Reflektors zu befinden. Für die in Fig. 1 erläuterte Ausführungsform ist die Entladungslampe 16 in einer vertikalen und transversalen Weise relativ zu der Achse 28 des Reflektors 12 orientiert, wohin gegen Fig. 2 die Entladungslampe 16 als in einer horizon talen Weise relativ zu und entlang der Achse 28 des Reflek tors 12 erläutert.

Die Entladungslampe 16 der Fig. 1 und 2 wird als doppel endiger Typ mit einem Elektrodenpaar 30 und 32 erläutert, die an den gegenüberliegenden Enden in den Halsabschnitten des Glaskolbens angeordnet sind und voneinander durch einen vorherbestimmten Abstand im Bereich von etwa 2 mm bis etwa 4 mm getrennt sind. Die Entladungslampe 16 kann auch vom einendigen Typ sein, mit beiden Elektroden an demselben Ende der Lampe angeordnet und voneinander getrennt durch den ge gebenen vorherbestimmten Bereich. Das Elektrodenpaar besteht aus stabartigen Teilen, die aus den Materialien gebildet sind, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, welche bevorzugterwei se Wolfram und Wolfram mit 1 bis 3% Thorium umfaßt. In ei ner Ausführungsform bezüglich eines Glaskolbens aus Quarzmaterial sind die stabartigen Elektroden entsprechend mit Folienteilen 34 und 36, eingeschweißt im gegenüberliegen den Halsteil des Glaskolbens, verbunden. Die Folientei le 34 und 36 sind elektrisch mit relativ dicken inneren Zu leitungen 38 und 40 verbunden, welche ihrerseits entsprechend mit den Stiften 22 und 24 in Verbindung stehen. In einer an deren Ausführungsform mit einem Glaskolben aus einem handelsüblichen Glas können die stabartigen Wolfram-Elektroden mit Molybdän-Zuleitungen verschweißt sein, die direkt in dem Glas eingeschmolzen sein können, wodurch die Notwendig keit der Folienteile 34 und 36 eliminiert wird.

Die Elektroden 30 und 32 sind bevorzugterweise vom "spot mode"-Typ, beschrieben in der US-PS 45 74 219. Die mit einem Zementmaterial beschichteten "spot-mode"- Elektroden, beschrieben in Tabelle 3 der US-PS 45 74 219, ent wickeln Glühemission zur Versorgung der Bedürfnisse eines thermionischen Bogen-Zustands innerhalb der Entladungslampe 16 in einer im wesentlichen unverzüglichen Weise.

Der Glaskolben ist ein länglicher Körper mit einer Gesamtlänge im Bereich von 15 mm bis 40 mm, Hals teilen mit einem Durchmesser im Bereich von 2 mm bis 5 mm und einem kolbenförmigen Teil mit einem Mittelteil mit einem Durchmesser im Bereich von 6 mm bis 15 mm. Der Glaskolben kann vorzugsweise an seiner äußeren Oberfläche einen Überzug 42 aufweisen, der vor zugsweise ein mehrschichtiger infrarotreflektierender Film aus alternierenden Schichten ist, vorzugsweise aus Tantaloxid und Siliciumdioxid oder Titanoxid und Siliciumdioxid. Der mehrschichtige infrarotreflektierende Film verbessert die Lei stung der zu beschreibenden, im Betrieb befindlichen Lampe 16, indem er die durch die Lampenrückseite emittierte Infrarot- Energie gegen den Bogen der Lampe reflektiert, so daß die Bo gentemperatur erhöht und ohne irgendeinen weiteren Anstieg in der Eingangsleistung aus der Anregungsquelle aufrechter halten sein kann. Der infrarotreflektierende Überzug 42 ist auch insofern vorteilhaft, als er gegebenenfalls die Ultra violett-Energie der Lampe 16 absorbiert, die sonst bei Kunst stoff- oder anderen Teilen des Scheinwerfers 10 einen Abbau bewirken könnte. Das Verfahren des Absorbierens der ultra violetten und des Reflektierens der infraroten elektromagne tischen Energie hat den zusätzlichen Vorteil der Erhöhung der Erhitzungsgeschwindigkeit der Lampe 16, was die Verdampfung und Ionisation des Quecksilbers und des Metallhalogenids in nerhalb der Lampe 16 beschleunigt oder erhöht und dadurch die Anwärmzeit der Xenon-Metallhalogenid-Lampe 16 abkürzt, wenn sie mit Xenon-Hochdruck in Betrieb ist.

Die in der Xenon-Metallhalogenid-Lampe 16 enthaltene Füllung besteht aus Xenon, Quecksilber und einem Metallhalogenid. Die Xenon-Füllung hat einen Fülldruck bei Raumtemperatur im Bereich von 2 bar bis 15 bar. Das in der Xenon-Metallhalogenid-Lampe enthaltene Quecksilber liegt in einer Menge im Bereich von 2 bis 15 mg, insbesondere 2 mg bis 10 mg vor. Die Quecksilbermenge ist so gewählt, daß mit einem Kol ben einer bestimmten Größe und einer Entfernung zwischen den Elektroden von einem bestimmten Betrag der Spannungsabfall über die Lampe ein geeigneter Wert und so beschaffen ist, daß die Konvektionsströme innerhalb der Lampe, welche ein Abbie gen des Bogens bewirken, kein übermäßiges Biegen bewirken. Der Betriebsdruck, der das Ergebnis von sowohl dem Xenon und dem Ouecksilber ist, liegt im Bereich von etwa 3 bis 100 bar. Das Metallhalogenid ist eine Mischung einer Menge im Bereich von 2 mg bis 12 mg. Die Mischung besteht aus Halogeniden, ausgewählt aus der in der Tabelle 1 angege benen Gruppe.

Tabelle 1

Natriumiodid
Scandiumiodid
Thalliumiodid
Indiumiodid
Zinniodid
Dysprosiumiodid
Holmiumiodid
Thuliumiodid
Thoriumiodid
Cadmiumiodid
Cäsiumiodid

Eine bevorzugte Wahl der obigen Bestandteile ist eine Mischung von Natrium- und Scandiumiodiden mit einem molaren Verhältnis von etwa 19:1. Die Xenon-Metallhalogenid-Lampe 16 der vor liegenden Erfindung ist besonders geeignet, um als Lichtquel le für Anwendungen zum Vorwärtsleuchten bei einem Kraftfahr zeug zu dienen.

Die anfängliche Anlegung der Anregungsquelle an die Elektro den der Xenon-Metallhalogenid-Lampe bewirkt, daß die Xenon- Füllung ionisiert und sofort Licht erzeugt und anschließend durch weiteres Anlegen der Anregungsquelle die Verdampfung und Ionisation des Quecksilbers zusammen mit dem Metallha logenid erfolgt. Die Menge an unmittelbarem Licht variiert linear mit dem Xenon-Druck innerhalb des Glaskolbens. Der Xenon-Bestandteil im Glaskolben der Xenon-Metallhalogenid-Lampe ist wirksam für die Schaffung von ausreichend unmit telbarem Licht für Kraftfahrzeuganwendungen, wohingegen die Quecksilber- und Metallhalogenid-Bestandteile wirksam sind, um einen im Vergleich zu einer Entladungslampe, die ledig lich Xenon enthält oder einer Wolframfaden-Lampe, langlebi gen Scheinwerfer mit höherer Leistung für kraftfahrzeugtech nische Anwendungen zu schaffen. Die Xenon-Metallhalogenid- Lichtquelle mit einem relativ kurzen Abstand von 3 mm zwi schen den Elektroden ermöglicht ein im wesentlichen sofor tiges Starten mittels des Xenon-Gases, welches einen adäqua ten Lichtausgang für anfängliche kraftfahrzeugtechnische An wendungen liefert. Die Xenon-Metallhalogenid-Lampe wärmt sich innerhalb von 30 Sekunden auf und die Quecksilber- und Metallhalogenid-Ionisation liefert einen Ausgang von hoher Leistung.

Um die Xenon-Metallhalogenid-Lampe in ihrem kalten Zustand zu betreiben, wird dann ein Strom von 5 Ampere bei einer Spannung von 12 Volt zugeführt, so daß sie bei etwa 60 Watt betrieben wird. Wenn das Quecksilber und das Metallhalogenid innerhalb der Lampe ionisieren und verdampfen, steigt die Span nung parallel zur Lampe allmählich auf etwa 40 Volt an und der Strom wird auf angenähert 1 Ampere eingestellt, um so die Lam pe bei angenähert 40 Watt zu betreiben.

Wenn der Xenon-Metallhalogenid-Lampe in einem kalten Zustand Energie zugeführt wird, ist das Quecksilber in der Metallha logenidlampe, ebenso wie die Metallhalogenide, größtenteils kondensiert und die Lampe arbeitet im wesentlichen als Hoch druck-Xenonlampe. Während derartigen Anfangszuständen liegen die Lichtflecke hoher Intensität vor einer der Elektroden, welche eine Region von gemäßigter Helligkeit liefert. Wenn die Xenon-Metallhalogenid-Lampe 16 sich aufwärmt, wird die Xenon-Emission allmählich durch die Quecksilber- und Metall halogenid-Emissionen vermehrt. Wenn die Spannung quer über die Lampe anzusteigen beginnt und wenn der an die Lampe gelie ferte Strom abzufallen beginnt, nimmt der Elektrodenverlust der Metallhalogenidlampe ab und dementsprechend wird bewirkt, daß die Leistungsfähigkeit der Lampe ansteigt.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wurde eine 19:1-molare Mischung von Natrium- und Scandiumiodid zusam men mit einer Quecksilbermenge, die zur Erzeugung der Span nungsabfälle von etwa 30 bis 50 Volt erforderlich sind, und ein 5-bar-Fülldruck von Xenon für die Xenon-Metall halogenid-Lampe angewandt, welche die Abmessungen hatte und erfolgreich betrieben wurde, um die Bedürfnisse des Automo bils zu erfüllen, in welchem sie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingerüstet worden war. Die Aus wahl von anderen Metallhalogeniden sind vorteilhaft und lie fern bestimmte Farben, welche für Kraftfahrzeuganwendungen vorteilhaft sind.

Die Xenon-Metallhalogenid-Lampe der vorliegenden Erfindung liefert durch Verwendung des Xenons unter hohem Druck wäh rend der ersten wenigen Sekunden des Lampenbetriebs Licht in einem ausreichenden Betrag, um den Beleuchtungsbedarf des Kraftfahrzeugs sicherzustellen. Nachdem diese ersten wenigen Sekunden abgelaufen sind, wird die Entladung des Xenons durch die Quecksilber- und Metallhalogenid-Komponenten innerhalb des Glaskolbens vermehrt, wodurch ein hochwirksamer Lichtausgang geliefert wird. Der Autoscheinwerfer 10 in Kombination mit dem Beleuchtungssystem der vor liegenden Erfindung kann den Bedarf der Abblendlicht-Beleuch tung des Automobils sicherstellen, wenn die Xenon-Metallha logenid-Lampe mit einer Spannung und einem Strom von 30 Volt bzw. 1,4 Ampere angeregt ist.

Einer der Vorteile der hochleistungsfähigen Metallhalogenid-Lampen besteht darin, daß sie wegen ihrer relativ kleinen Bogendi mensionen die Reduktion der Dimensionen des Reflektors er laubt, in welchen es zur Bildung eines Autoscheinwerfers ein gebaut ist und dadurch eine Absenkung des Motorhaubenform- Verlaufs des Automobils ermöglicht, wie das weiter oben in der Einleitung diskutiert wurde. Eine derartige Absenkung kann unter Bezugnahme auf die Fig. 3(A) und 3(B) beschrie ben werden.

Die Fig. 3(A) und 3(B) stehen in Wechselbeziehung und zei gen einen Vergleich der Divergenz des Strahls, erzeugt durch einen Scheinwerfer unter Verwendung eines Wolframfadens 116, verglichen mit dem durch einen Scheinwerfer erzeugten Strahl, welcher die kleinere Xenon-Metallhalogenid-Lampe 16 der vorliegenden Erfindung enthält. Fig. 3(A) zeigt die Lichtquelle 116, eingezeichnet in Form eines Pfeils, die ih ren Mittelteil am Brennpunkt 26 entlang der Achse 28 des Re flektors 12 angeordnet hat, wohingegen die Fig. 3(B) die Xenon-Metallhalogenid-Lampe 16 in Form eines Pfeils zeigt, mit dem Mittelteil am Brennpunkt 26 entlang der Achse 28 des Reflektors 12 angeordnet, welcher die glei chen Abmessungen wie die in Fig. 3(A) hat. Die Glühlicht quelle 116 kann eine typische Länge, wie beispielsweise 5 mm, aufweisen, wohingegen die Xenon-Metallhalogenid-Lampe 16 eine Länge von angenähert 3 mm aufweist.

Der Glühfaden 116 liefert beim Aktivieren eine Vielzahl von reflektierten Lichtstrahlen, die um einen Betrag divergie ren, der proportional zu der Größe der Lichtquelle 116 ist und durch den Winkel R_A dargestellt ist. In ähnlicher Weise liefert die Xenon-Metallhalogenid-Lampe 16 eine Viel zahl von Lichtstrahlen, die voneinander um einen Winkel R_B divergieren.

In der Fig. 3(A) wird der Streuungswinkel des Lichts vom Faden 116 durch einen Lichtstrahl 116 _A erläutert, emittiert von dem obersten Teil des Fadens 116, der als Lichtstrahl 116 _B durch den Reflektor 12 aufgefangen und reflektiert wird. Der Winkel zwischen dem Lichtstrahl 116 _B, welcher durch den Brennpunkt 26 geht und der Achse 28, ist der Streuungswinkel R_A des Lichtes von dem Faden 116. Für die oben angegebenen Werte für den Faden 116 (5 mm) und den Reflektor 12 (Brenn weite 25 mm) beträgt dieser Winkel R_A 11,3°.

Die Fig. 3(B) zeigt Lichtstrahlen 16 _A und 16 _B, welche den mit Bezug auf Fig. 3(A) beschriebenen Lichtstrahlen 116 _A und 116 _B ähnlich sind. Der Streuungswinkel R_B, erzeugt durch die von der Xenon-Metallhalogenid-Lampe 16 emittierten Lichtstrahlen, für die früher angegebenen Werte für die Licht quelle 16 (3 mm) und den Reflektor 12 (Brennweite 25 mm), be trägt 6,80°. Der Streuungswinkel R_B ist angenähert drei Fünf tel kleiner als der Streuungswinkel R_A. Der Gesamteffekt ei nes derartigen, durch die Xenon-Metallhalogenid-Lampe 16 erzeugten Lichts besteht darin, daß ein gewünschtes Strahl muster, entwickelt durch den Autoscheinwerfer 10 und gerichtet auf eine Landstraße eine ge ringere Ausbreitung hat und demzufolge dorthin gerichtet sein kann, wo es notwendig ist, die Straße zu beleuchten und mit weniger Licht, wo es nicht erwünscht ist. Die Verringerung dieser Ausbreitung oder des unerwünschten Lichts durch die Xenon-Metallhalogenid-Lampe 16 im Verhältnis zu einer Glühlichtquelle 116 verringert den Effekt der Verschleierung der Sicht durch Nebel, Regen und Schnee und liefert hier durch mehr brauchbares Direktlicht für kraftfahrzeugtechni sche Anwendungen.

Ein weiterer durch die relativ geringe Größe der Xenon-Me tallhalogenid-Lampe 16 erzielter Vorteil ist die Ver ringerung der erforderlichen Größe des Reflektors des Auto scheinwerfers und kann unter Bezugnahme auf die Fig. 4(A) und 4(B) beschrieben werden. Die Fig. 4(A) bzw. 4(B) sind den Fig. 3(A) und 3(B) ähnlich und verwenden, wo anwend bar, ähnliche Bezugsziffern. Die Fig. 4(A) und 4(B) sind insofern verschieden, als die Brennweite 26 um einen Faktor von zwei (2) bezüglich der Brennweite 26, entsprechend ge zeigt in den Fig. 3(A) und 3(B), reduziert ist. Ferner wurde der Reflektor 12 der Fig. 4(A) und 4(B) in der Höhe um einen Faktor von etwa 2/3 bezüglich demjenigen der Fig. 3(A) und 3(B) reduziert.

Die Fig. 4(A) zeigt, daß der Wolframglühfaden 116 Lichtstrah len 116 _A und 116 _B erzeugt, wobei der Strahl 116 _B einen Streu ungswinkel R_C mit einem Wert von etwa 21,8° für den Reflektor der Fig. 4(A) und 4(B) mit einer Brennweite von 12,5 mm bildet und einem früher gegebenen Wert des Fadens 116 (5 mm Länge), die Streulicht in einem Strahlmuster von einem aus reichenden Betrag für einen Autoscheinwerfer bilden würden, das den Bedürfnissen der Kraftfahrzeugtechnologie nicht ge nügen würde. Umgekehrt zeigt Fig. 4(B) die Xenon-Metallha logenid-Lampe 16 von etwa 3 mm Länge, erzeugend Licht strahlen 16 _A und 16 _B, worin der Strahl 16 _B einen Streuwin kel R_D mit einem Wert von etwa 13,5° bildet, welcher ein Strahlmuster erzeugt, das eine begrenzte Menge Streulicht aufweist, derart, daß es mehr als nur die Bedürfnisse der Kraftfahrzeugtechnologie erfüllt. Die Wirkung der Xenon-Me tallhalogenid-Lampe 16 von kleinerer Größe erlaubt ei nen Anstieg in dem Sammlungswirkungsgrad des Reflektors 12 durch eine Reduktion seiner Brennweite und einer geringfü gig kleineren Reduktion in seinen Gesamtdimensionen. Der Ge samteffekt besteht darin, daß die Xenon-Metallhalogenid-Lampe sowohl die Abnahme der Größe des Reflektors und die Verbesserung des Sammlungswirkungsgrads des Reflektors um ausreichende Beträge ermöglicht, um es dem Automobil-Konstruk teur zu ermöglichen, den Motorhaubenformverlauf zu senken, wie dies in der Einleitung diskutiert wurde. Es ist ins Auge gefaßt, daß die praktische Durchführung der vorliegenden Er findung eine Reduktion des Reflektors eines Autoscheinwer fers um einen Faktor von 2/3 gegenüber einem früheren Auto scheinwerfer unter Verwendung eines typischen Glühfadens er möglicht, so daß der Motorhaubenformverlauf des Automobils entsprechend gesenkt werden kann.

Die Gesamtreduktion der Dimensionen des Reflektors und da durch der entsprechenden Dimensionen des Autoscheinwerfers können unter Bezugnahme auf die Fig. 5(A) und 5(B) erläu tert werden. Die Fig. 5(A) ist eine perspektivische Ansicht, welche einen rechteckigen Autoscheinwerfer des Standes der Technik erläutert, der einen Glühfaden verwendet und ähnliche Elemente des Autoscheinwerfers 10 der Fig. 1 und 2 auf weist, mit entsprechenden Bezugsziffern, die um die Zahl 100 erhöht wurden. Die Fig. 5(B) ist eine perspektivische An sicht, welche eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert, die ein rechteckiger Autoscheinwerfer 10 ist, wie er in den Fig. 1 und 2 gezeigt wird, und der Abmessungen aufweist, die gegenüber der Lampe 110 des Standes der Tech nik um einen Faktor von etwa 40% reduziert sind, in Über einstimmung mit der oben gegebenen Beschreibung der Lampe 10. Aus einem Vergleich zwischen der Fig. 5(A) der Lampe 110 des Standes der Technik und der Lampe 10 der vorliegenden Erfin dung von Fig. 5(B) kann man leicht ersehen, daß es die Pra xis der vorliegenden Erfindung den Automobil-Konstrukteuren möglich macht, den Motorhaubenform-Verlauf des Automobils mit den Mitteln in Form der Xenon-Metallhalogenid-Lampe 16 wesentlich abzusenken.

Es ist nun ersichtlich, daß die Praxis der vorliegenden Er findung durch die Xenon-Metallhalogenid-Lampe nicht nur ein sofortiges Licht liefert, um den Beleuchtungsbedürfnissen des Automobils zu dienen, sondern daß sie wegen ihren redu zierten Abmessungen eine Absenkung des Motorhaubenformver laufs der Automobile erlaubt, wodurch sie den aerodynami schen Stilwünschen der Automobil-Konstrukteure entgegenkommt.

Die Xenon-Metallhalogenid-Lampe der vorliegenden Erfindung weist auch eine zu erwartende relativ lange Lebensdauer, wie beispielsweise 5000 Stunden, auf, was seinerseits einem Man gel hinsichtlich des Bedarfs an Autoscheinwerfern mit einer längeren zu erwartenden Lebensdauer abhilft.

Es ist ferner einzusehen, daß der mehrschichtige Infrarot-reflektierende Filmüberzug an der Außenseite des Kolbens der Xe non-Metallhalogenid-Lampe die Leistung der Lampe durch Re flektieren der Infrarotstrahlung zurück zu dem Bogen der Xe non-Metallhalogenid-Lampe erhöht und die unerwünschte Ultra violett-Energie verringert, die sonst für irgendwelche Kunst stoff-Teile in enger Nachbarschaft zu dem Autoscheinwerfer schädlich sein können.

Obwohl die oben gegebene Beschreibung der Xenon-Metallhalo genid-Lampe sich auf die Anwendung bei einem Kraftfahrzeug bezog, ist es vorgesehen, daß die Praxis dieser Erfindung in gleicher Weise auf andere verschiedene Beleuchtungsanwen dungen anwendbar ist. Ein signifikantes Merkmal der Licht quelle der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine we sentliche Menge an momentanem Licht durch das Xenon inner halb der Lichtquelle erzeugt wird, was einen relativ hohen Strom und eine relativ niedrige Spannung erfordert und dann andere Bestandteile, Halogenide und Quecksilber, ionisiert und verdampft werden, was eine Erniedrigung des Stroms und eine Erhöhung der Spannung erlaubt, um so eine hochwirksame Lichtquelle zu erhalten. Die Merkmale des momentanen Lichts und die hohe Leistung der erfindungsgemäßen Lichtquelle er lauben es, daß sie in vorteilhafter Weise im Haus, in Büros und in anderen verschiedenen kommerziellen und industriel len Anwendungen eingesetzt wird.

Claims

1. Beleuchtungssystem, insbesondere zum Einsatz in einem Autoscheinwerfer, mit einer Entladungslampe, die einen Glaskolben aufweist, in dem ein Paar von Elektroden sowie eine Füllung aus Quecksilber, einer Mischung aus Metallhalogeniden und einem Edelgas enthalten ist, und mit einer Anregungsquelle zur Energieversorgung der Entladungslampe, die mit den Elektroden gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Edelgas Xenon mit einem Druck von 2 bis 15 bar bei Raumtemperatur in der Entladungslampe enthalten ist und die Anregungsquelle in der Lage ist, die Entladungslampe mit einem anfänglichen Strom zu versehen, der höher ist als ein nachfolgender Strom zur Aufrechterhaltung des Betriebes der Lampe, wobei der anfängliche Strom ausreicht, das Xenon zur augenblicklichen Lichtabgabe anzuregen und die Anregungsquelle die Lampe weiter mit dem nachfolgenden Strom versorgt, der ausreicht, das Quecksilber und die Metallhalogenide für eine fortgesetzte Lichterzeugung zu ionisieren.

2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 in Kombination mit einem Autoscheinwerfer, der einen Reflektor und eine Linse, die an einen vorderen Abschnitt des Reflektors angepaßt ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungslampe innerhalb des Reflektors nahe dem Brennpunkt des Reflektors angeordnet ist.

3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallhalogenid-Mischung aus Natrium- und Scandiumiodiden mit einem molaren Verhältnis von etwa 19 : 1 besteht.

4. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Kolben der Lichtquelle aus Glas oder Quarz besteht und einen länglichen Körper mit einer Gesamtlänge im Bereich von 15 mm bis 40 mm, gegenüberliegende Halsteile mit einem Durchmesser im Bereich von 2 mm bis 5 mm, einen kolbenförmigen Zentralteil mit einem Mittelteil mit einem Außendurchmesser im Bereich von 6 mm bis 15 mm und einem inneren Durchmesser im Bereich von 4 mm bis 12 mm aufweist.

5. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden stabförmig sind und aus Wolfram oder Wolfram mit 1% bis 3% Thoriumoxid bestehen.

6. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben mit einem mehrschichtigen IR-reflektierenden Film überzogen ist.

7. Beleuchtungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Film aus alternierenden Materialschichten, ausgewählt aus der Gruppe (1) Tantaloxid und Siliciumdioxid und (2) Titanoxid und Siliciumdioxid, besteht.