DE3904947C2 - Hochdruck-Entladungslampe, insbesondere zum Einsatz in einem Autoscheinwerfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Entladungslampe, insbesondere zum Einsatz in einem Autoscheinwerfer, mit einem Kolben aus lichtdurchlässigem Material, der eine Gasfüllung aus Xenon mit einem Betriebsdruck von 20 bis 65 bar und ein Paar Elektroden enthält, deren Spitzen einen Abstand von 1 bis 5 mm aufweisen und mit einer Stromquelle, die mit den Elektroden verbunden ist, wobei die Xenonfüllung bei Anregung durch die Stromquelle einen stark konzentrierten Fleck von Licht hoher Intensität bildet.

Eine Lampe der vorstehenden Art läßt sich der DE-PS 8 89 806 entnehmen. Bei dieser bekannten Lampe bedarf es nach den Ausführungsformen der Fig. 2 und 3, zur Erzeugung sowohl von Fern- als auch Abblendlicht, dreier Elektroden, die drei Lichtbogen bilden, von denen zwei Fernlicht und einer Abblendlicht erzeugen.

Die DE-OS 35 35 407 beschreibt eine Entladungslampe für Photoprojektoren, die neben Quecksilber und Iodiden Argon mit einem Druck von 4·10⁴ Pa enthält.

Die in der CH-PS 331 363 beschriebene Entladungslampe enthält 4,3·10¹⁹ bis 30·10¹⁹ Moleküle Hg/cm³ Rauminhalt des Lampenkolbens sowie Xenon von mehr als 2000 mmHg bis höchstens 11 000 mmHg bei 25°C.

Die Entladungslampe, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht und die im folgenden auch abgekürzt als "Xenon-Lampe" bezeichnet wird, dient insbesondere für Anwendungen zum Vorwärtsleuchten bei einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Automobil, Lastwagen, Bus, Möbelwagen oder Traktor. Insbesondere ermöglicht die Xenon-Lampe 1 eine Verringerung in den Dimensionen des Fahrzeug- oder kraftfahrtechnischen Reflektorgehäuse einer derartigen Lampe, 2 eine Verbesserung in der Divergenz des Lichststrahls, welcher den kraftfahrtechnischen Anwendungen dient, und 3 sorgt sie für die Bedürfnisse der Abblendlicht- und Fernlichtbeleuchtung des Fahrzeugs.

Die Kraftfahrzeug-Konstrukteure sind mit einem flacheren Motorhaubenform-Verlauf von Fahrzeugen befaßt, um deren Aussehen und deren aerodynamisches Verhalten zu verbessern. Einer der primären Faktoren, der bezüglich eines derartigen Absenkens in Betracht gezogen werden muß, besteht in den geforderten Abmessungen der Autoscheinwerfer. Beispielsweise wird vom Autoscheinwerfer gefordert, daß er ein im wesentlichen unverzögertes Licht liefert, welches typischerweise durch einen oder mehrere innerhalb der Autoscheinwerfer eingebaute Wolfram-Glühfäden hervorgebracht wird, um die Abblendlicht- und Fernlichtbeleuchtungen bereitzustellen. Der eine oder mehrere Glühfäden müssen in zumindest bestimmten Dimensionen vorliegen, wie hinsichtlich Ausmaß, Länge und Drahtkaliber von Wolfram, um die Beleuchtungsanforderungen des Automobils zu erfüllen. Diese Fadendimensionen bestimmen die Lichtquelle des Scheinwerfers, welcher seinerseits die Dimensionen des damit verbundenen Reflektors des Scheinwerfers, wie beispielsweise die Größe und Form des Reflektors, bestimmt, um gewünschte Strahlmuster bei ausreichendem Niveau zu schaffen, welche den Beleuchtungserfordernissen des Scheinwerfers dienen. Die Größe und Form des Reflektors sind einschränkende Faktoren bei der Absenkung des Motorhauben-Verlaufs von Fahrzeugen.

Es ist erwünscht, daß eine andere als eine Glühfadenlampe für Autoscheinwerfer, wie beispielsweise eine Lampe vom Entladungstyp, die keinen Faden enthält, vorgesehen wird, so daß die Abmessungen eines damit verbundenen Reflektors verringert werden können, um es den Auto-Konstrukteuren zu ermöglichen, die Absenkung des Motorhaubenform-Verlaufs weiterhin zu verfol­ gen. Es ist ferner erwünscht, daß die Entladungslampe für das unverzögerte Licht für das Automobil sorgt und auch, daß eine einzige derartige Lampe Vorsorge trifft für den Bedarf an Abblendlicht- und Fernlichtbeleuchtung des Auto­ mobils. Weiterhin ist es außer der Entladungslampe, welche den Bedürfnissen des Automobils dient, erwünscht, daß die unverzögerte Lampe Beleuchtungsanwendungen im Haus, im Büro und in anderen kommerziellen und industriellen Ver­ wendungen findet.

Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ei­ ne Entladungslampe der eingangs genannten Art für Beleuchtungsanwendungen zu schaf­ fen, welche besonders für kraftfahrtechnische Anwendungen ge­ eignet ist, die für unverzögertes Licht Vorsorge treffen und für eine Verringerung in den Gesamtabmessungen des damit ver­ bundenen Reflektors eines Autoscheinwerfers. Diese Lampe soll außerdem in der Lage sein, sowohl die Abblend- und Fernlichtbeleuchtungsbedürf­ nisse des Automobils zu erfüllen.

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

Die vorliegende Erfindung ist auf eine verschiedene Beleuch­ tungsanwendungen findende Xenon-Lampe mit physikalischen Abmessungen und Betriebseigenschaften gerichtet, die besonders geeignet ist, um als Lampe für einen Autoscheinwerfer zu dienen.

Die Xenon-Lampe hat ein Paar Elektroden, angeordnet und getrennt voneinander durch eine dazwischenliegende vorherbe­ stimmte Distanz. Die Xenon-Lampe erzeugt Licht einer ho­ hen Intensität, das auf einen Fleck vor einer ihrer Elektroden gebündelt wird, anstatt daß es zwischen den Elektroden ausge­ breitet bzw. gestreut wird, wie dies bei anderen Entladungs­ lampen der Fall ist. Dieser gebündelte Fleck vom erzeug­ ten Licht der Xenon-Lampen ermöglicht wesentliche Reduk­ tionen in den damit verbundenen Reflektoren für kraftfahrtech­ nische und andere Anwendungen gegenüber der Verwendung von Lampen, wie beispielsweise Glühlampen mit Wolframfäden und andere Ent­ ladungslampen, welche Licht erzeugen, das mitten durch und zwischen ihren getrennten Elektroden gestreut wird.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der gebündelte Fleck so ausgewählt, daß er in einer vorherbestimm­ ten Lage relativ zu einer Reflektoreinrichtung eingestellt ist, um einen gewünschten Beleuchtungsbedarf zu erzeugen, wie beispielsweise Abblend- und Fernlichtmuster für die Automobi­ le von einer einzigen Quelle.

In einer anderen Ausführungsform umfaßt eine Kombination aus Xenon-Lampe und Autoscheinwerfer der vorliegenden Erfindung einen Reflektor, eine Linse und ei­ nen Kolben. Der Reflektor hat einen Ab­ schnitt, an welchen Vorrichtungen angepaßt sind, die fähig sind, mit einer Anregungsquelle eines Automobils verbunden zu werden. Der Reflektor hat auch einen vorherbestimmten Brenn­ punkt, eine erste Stelle für die Anordnung einer Lampe zur Erzeugung einer Abblendlichtbeleuchtung des Scheinwerfers und eine zweite Stelle der Anordnung für eine Lampe, um eine Fernlichtbeleuchtung des Scheinwerfers vorzusehen. Die Linse des Autoscheinwerfers ist an den Frontabschnitt des Re­ flektors angepaßt. Der Kolben ist innerhalb des Reflektors in vorherbestimmter Weise eingestellt, um angenähert in der Nähe des Brennpunkts des Reflektors an­ geordnet zu sein. Der Kolben ent­ hält eine Füllung, bestehend aus einem Xenon-Gas mit einem Fülldruck im Bereich von etwa 4 bar bis etwa 15 bar und einem Betriebsdruck im Bereich von etwa 20 bar bis etwa 65 bar. Der Kolben weist auch ein Elektrodenpaar auf, darin angeord­ net und voneinander um eine vorherbestimmte Distanz getrennt. Der Kolben ist mit den Mitteln ver­ bunden, die an den Abschnitt des Reflektors angepaßt sind, so daß die Anregungsquelle des Automobils fähig ist, an die Elek­ troden angelegt zu werden, wodurch bei einer derartigen Anle­ gung die Xenon-Füllung angeregt wird und eine hochintensive Xenon-Lampe erzeugt, die in hohem Maße bei einem Fleck bei ei­ ner vorherbestimmten Lage vor einer der paarweisen Elektro­ den gebündelt ist, entsprechend der ersten oder zweiten Stel­ lung des Reflektors. Der gebündelte Fleck hat Dimensionen, re­ lativ kleiner als die Trennung zwischen den Elektroden.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht, die ganz allgemein einen Autoscheinwerfer gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert, der seine Xenon-Lampe in einer vertikalen Weise orientiert hat.

Fig. 2 ist eine Draufsicht, die ganz allgemein einen Au­ toscheinwerfer gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert, der seine Xenon-Lampe in einer horizontalen axialen Weise orien­ tiert hat.

Fig. 3 erläutert die Leuchtdichte, wie sie von der Lage einer Xenon-Lampe der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit der Leuchtdichte eines Glühelements, wie es typischerwei­ se für Autoscheinwerfer verwendet wird, abhängt. Die

Fig. 4(A) bzw. 4(B) erläutern eine relative graphi­ sche Darstellung der Kurven gleicher Lichtstärke des Lichts der Xenon-Lampe und die Energieverteilung entlang der Achse der Xenon-Lampe. Die

Fig. 5(A) bzw. 5(B) erläutern einen Vergleich der Lichtstrahl-Divergenz eines Autoscheinwerfer-Systems unter Verwendung einer Glühlichtquelle und der Xenon-Lampe der vorliegenden Erfindung in Reflektoren der gleichen Größe. Die

Fig. 6(A) und 6(B) erläutern vergleichsmäßig die Größe des für die Verwendung einer Glühlichtquelle und der Xenon-Lampe der vorliegenden Erfindung benötigten Re­ flektors, um die gleiche Lichtstrahl-Divergenz zu erzielen. Die

Fig. 7(A) und 7(B) sind entsprechende perspektivi­ sche Ansichten eines rechteckigen Autoscheinwerfers des Stan­ des der Technik und eines rechteckigen Autoscheinwerfers ge­ mäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht, die ganz allgemein einen Auto­ scheinwerfer 10 für ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein Automobil, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung erläutert. Der Autoscheinwerfer 10 umfaßt einen Re­ flektor 12, eine Linse 14 und einen Kol­ ben 16.

Der Reflektor 12 hat einen rückwärtigen Abschnitt 18, an wel­ chem ein Stecker 20 mit Stiften 22 und 24 angepaßt ist, was Mittel bereitstellt, um den Autoscheinwerfer mit einer Anre­ gungsquelle, vorzugsweise von einem Automobil, zu verbinden. Die Anregungsquelle ist vorzugsweise eine solche vom Gleich­ strom-Typ.

Der Reflektor 12 hat eine vorherbestimmte Brennweite 26, ge­ messen entlang der Achse 28 des Autoscheinwerfers 10 und ange­ ordnet bei etwa dem Mittelteil der inneren Umhüllung bzw. des Kolbens 16. Der Kolben 16 ist in vorherbestimmter Weise inner­ halb des Reflektors 12 gelegen, derart, daß er angenähert in der Nähe der Brennweite 26 des Reflektors angeordnet ist. Für die in der Fig. 1 erläuterte Ausführungsform ist der Kolben 16 in einer vertikalen und trans­ versalen Weise relativ zu der Achse 28 des Reflektors 12 orien­ tiert, wohingegen die Fig. 2 den Kolben 16 als in einer horizontalen Weise relativ zu und ent­ lang der Achse 28 des Reflektors 12 orientiert erläutert.

Wie weiter unten noch ausgeführt werden wird, besteht einer der Hauptvorteile des inneren Kolbens 16 mit einer Füllung von Xenon-Gas darin, daß sein erzeugtes Licht auf einen rela­ tiv winzigen Fleck vor einer seiner Elektroden (der Kathode) fokussiert und nicht zwischen seinen Elektroden ausgebreitet wird. Die Bündelung des erzeugten Lichts auf diesen winzigen Fleck ermöglicht eine wesentliche Verringerung der Größe und Form des diesbezüglichen Reflektors, welcher den Autoschein­ werfer enthält. Weiterhin bewegt, wie dies beschrieben werden wird, die vorliegende Erfindung dieses gebündelte Licht von einer ersten Lage 30 zu einer zweiten Lage 32, welche in ent­ sprechender Weise der geforderten Anordnung der Lichtquelle entspricht, um eine Abblendlichtbeleuchtung des Scheinwerfers und eine Fernlichtbeleuchtung des Scheinwerfers von der glei­ chen Lampe durch Umkehr der Polung der an die Elektroden an­ gelegten Anregung, vorzusehen.

Der Reflektor 12, der mit dem Kol­ ben 16 zusammenwirkt, hat eine parabolische Form mit einer Brennweite im Bereich von etwa 6 mm bis etwa 35 mm, mit einem bevorzugten Bereich von etwa 8 mm bis etwa 20 mm. Die Linse 14 ist an den Frontabschnitt des Reflektors 12 angepaßt. Die Linse 14 ist aus transparentem Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glas und Kunststoff. Der transparente Teil hat eine vorzugsweise mit Prismenteilen ausgestattete Stirnfläche.

Die erste Lage 30 des Reflektors 12 entsprechend der Bünde­ lung der Lampe für die Abblendlichtbeleuchtung wird bei einer Entfernung im Bereich von etwa 8 mm bis etwa 20 mm, ent­ lang der Achse von dem rückwärtigen Abschnitt und aufwärts davon, durch einen Betrag im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 5 mm, gemessen. Weiterhin wird die zweite Lage 32 des Reflek­ tors 12 entsprechend der Bündelung der Lichtquelle für die Fernlichtbeleuchtung bei einer Distanz im Bereich von etwa 8 mm bis etwa 20 mm, gemessen entlang der Achse 28 und davon herunter, durch einen Betrag von etwa 0 mm bis etwa 5 mm, ge­ messen.

Der Kolben 16 hat ein Paar Elektro­ den 34 und 36, angeordnet an gegenüberliegenden Enden dersel­ ben an ihren Halsteilen und getrennt voneinander durch eine vorherbestimmte Distanz im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 5 mm. Der Kolben 16 ist mit dem rückwärtigen Abschnitt des Reflektors 12 mittels relativ star­ ker Zuleitungen 38 und 40 verbunden, von denen jeweils ein Ende mit den Elektroden 34 bzw. 36 und deren anderes Ende mit den Stiften 22 bzw. 24 verbunden ist. Die Elektroden 34 und 36 sind stabähnliche Teile, gebildet aus einem Material, vor­ zugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend Wolfram und Wolf­ ram mit 1 bis 3% Thorium. Die stabähnlichen Elektroden 34 und 36 haben jede einen Spitzen-Teil an einem Ende, welche um ei­ nen Betrag im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 5 mm voneinander versetzt sind. Weiterhin hat jede Elektrode 34 und 36 einen ab­ geflachten Teil (nicht gezeigt) für das Anpassen und das ent­ sprechende Verbinden mit den Folienteilen 42 und 44, einge­ schmolzen in den Halsteilen bei einer Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung, anwendbar auf einen Kolben 16 aus Quarz. Jedes der Folienteile 42 und 44 ist elektrisch mit deren entsprechenden Zuleitungen 38 und 40 ver­ bunden. Für eine andere Ausführungsform bezüglich eines Kolbens 16 können die Elektroden 34 und 36 stabähnliche Teile sein, vorzugsweise an Molybdän-Zuleitungen geschweißt, welche direkt in das Glas eingeschmolzen sein können, wodurch die Notwendigkeit der Folienteile 42 und 44 eliminiert wird.

Der Kolben 16 ist ein länglicher Kör­ per mit einer Gesamtlänge im Bereich von etwa 15 mm bis etwa 40 mm, Halsteilen mit einem Durchmesser im Bereich von etwa 2 mm bis etwa 5 mm und einem zentralen Teil von kolbenartiger Form mit einem Mittelteil mit einem Durchmesser im Bereich von etwa 6 mm bis etwa 10 mm. Der Kolben 16 ist größenmäßig kleiner durch die Wattleistung und die physikalischen Abmessungen relativ zu den bekannten Xe­ non-Lampen des Standes der Technik. Der Kolben 16 hat eine zu beschreibende Xenon-Füllung und hat typische Wattleistungsbewertungen von 50 Watt oder weniger, wohingegen die bekannten Xenon-Lampen des Standes der Technik typische Wattleistungsbewertungen von 75 Watt oder darüber aufweisen. Typische Xenon-Lampen des Standes der Technik ha­ ben einen Durchmesser von 12 mm oder mehr und eine Gesamt­ länge von 80 mm, wohingegen der Kolben 16 der vorliegenden Erfindung einen Durchmesser von 10 mm oder darunter und eine Gesamtlänge von 35 mm oder weni­ ger aufweist.

Der Kolben 16 ist ein spitzenloser Typ, der von den bekannten Xenon-Lampen des Standes der Tech­ nik verschieden ist, welche an ihrem zentralen oder kolbenför­ migen Abschnitt einen während ihrer Herstellung erzeugten verformten Teil besitzen, indem sie ein Entlüftungsrohr aufwei­ sen, welches für die Zuführung eines Füllgases in den kolbenför­ migen Abschnitt verwendet wird und zur Entfernung aus den be­ kannten Lampen des Standes der Technik zugespitzt oder abge­ trennt wird. Der spitzenlose innere Kolben 16 der vorliegenden Erfindung, der an seinem kolbenförmigen Abschnitt keinen ver­ formten Teil aufweist, ist in jeder beliebigen Art von opti­ schem System, wie beispielsweise dem Autoscheinwerfer 10, vor­ teilhaft. Wie nachstehend beschrieben werden wird, erzeugt der innere Kolben 16 mit der Xenon-Füllung einen hochintensiven gebündelten Lichtfleck, von welchem der größte Teil der von der Lampe 16 erzeugten Strahlung ausgeht. Der spitzenlose in­ nere Kolben 16, der auf seinem kolbenförmigen Abschnitt keine defekte Oberfläche aufweist, deformiert die von dem gebündel­ ten Fleck ausgehende Strahlung nicht und erlaubt es diesem un­ verzerrten Licht durch den Reflektor 12 in brauchbares Direkt­ licht für ein optisches System, wie ein Autoscheinwerfer 10 reflektiert zu werden.

Der innere Kolben 16 enthält ein Xenon-Gas und hat zwei ver­ schiedene Drucke, wobei der erste Druck ein Fülldruck bei Raumtemperatur im Bereich von etwa 4 bar bis etwa 15 bar, und der zweite Druck ein relativ hoher Betriebs­ druck von etwa 20 bar bis etwa 65 bar ist. Die Xenon-Lichtquelle 16 ermöglicht den Autoscheinwerfer 10 der vorliegenden Erfindung mit verschiedenartigen Vorteilen gegen­ über dem Autoscheinwerfer des Standes der Technik, der als Lichtquelle einen Glühfaden aufweist. Diese Vorteile können zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben werden. Fig. 3 erläutert eine erste Kurve 50 bezüglich der Xenon-Lampe der vorliegenden Erfindung und eine zweite Kurve 52 be­ züglich zu einem Wolframfaden, wie er typischerweise als Licht­ quelle für einen Autoscheinwerfer verwendet wird. In Fig. 3 zeigt die Abszisse eine Distanz (mm), gemessen entlang den Lichtquellen bezüglich zu den Kurven 50 und 52, und die Ordi­ nate die relative Leuchtdichte, welche den Lumen-Betrag pro Einheitsfläche angibt. Die Länge des Fadens der Lichtquelle beträgt angenähert 5 mm, wohingegen die Länge der Xenon-Lampe quelle angenähert 1 mm beträgt.

Die Kurve 52 hat sinusförmige Form mit einer relativen Leucht­ dichte von weniger als etwa 0,05, die entlang des gesamten Fadens 52 auftritt, wohingegen die Kurve 50 peakförmig ist, wobei die höchste Spitze bei angenähert 1 mm entlang der Licht­ quelle 16 liegt und einen Wert für die relative Leuchtdichte von nahe 0,9 aufweist. Ein Vergleich der Kurven 50 und 52 zeigt, daß die Xenon-Lampe der vorliegenden Erfindung einen wesentlich höheren Betrag an Leuchtdichte liefert und daß eine derartige Leuchtdichte auf eine relativ kleine Di­ stanz, wie beispielsweise 1 mm, begrenzt ist. Die gebündelte Lichtverteilung der Xenon-Lampe 16 kann ferner unter Bezug auf die Fig. 4(A) und 4(B) beschrieben werden.

Die Fig. 4(A) und 4(B) sind untereinander insofern zusam­ menhängend, als die Fig. 4(A) eine Kurve gleicher Lichtstär­ ke des von der Xenon-Lampe zwischen ihren Elektroden 34 und 36 erzeugten Lichts, und die Fig. 4(B) die Energieverteilung ent­ lang der Achse zwischen den Elektroden 34 und 36 der Xenon-Lam­ pe erläutert. Die Elektrode 34 ist die Kathode der Lampe und die Elektrode 36 ist die Anode der Lampe. Diese festgelegte Orientierung der Elektroden ist für Gleichstrom-Betrieb der Xenon-Lampe anwendbar, jedoch ist beim Wechselstrom-Betrieb der Lampe die Orientierung der Elektroden während jeder Halb­ periode der angelegten Wechselstromanregung umgekehrt.

Die Gesamtlichtverteilung der Fig. 4(A) wird durch ein re­ lativ symmetrisches Profil 54 wiedergegeben, welches darin eingeschlossen ein intensiveres Lichtquellenprofil 56 ent­ hält, mit einem Ausläufer 58, der sich gegen die Anode 36 hin erstreckt. Der stärkste Teil der Lichtverteilung 56 wird durch eine Lichtbündelung oder einen Lichtfleck 60 gezeigt, welcher der Lage des Peakteils 62 der Xenon-Lichtkurve 50, gezeigt in Fig. 4(B), entspricht.

Die Kurve 50 von Fig. 4(B) ist ähnlich derjenigen von Fig. 3, mit der Ausnahme, daß Fig. 4(B) frei von der Kurve 52 der Faden-Lichtquelle ist und die Kurve 50 zeigt, die sich in dem 0,0 bis 1,4 mm-Bereich der Entfernung entlang der Xenon-Lampe 16 ausgebreitet hat. Aus der Fig. 4(B) sollte zu erse­ hen sein, daß der Peakteil 62 der Lampe 16 angenähert zwischen 0,8 bis 1,0 entlang der Distanz der Lampe auf­ tritt, was auch dem Fleck 60 der Fig. 4(A) entspricht. Eine derartige Bündelung der Lampe hat wesentliche Vorteile bezüglich der Herabsetzung der Abmessungen eines Autoschein­ werfers und kann ferner unter Bezugnahme auf die Fig. 5(A) und 5(B) beschrieben werden.

Die Fig. 5(A) und 5(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-Lampe 16 der vorliegenden Erfindung enthält. Die Fig. 5(A) zeigt die Lampe 116, eingezeichnet in Form eines Pfeils, die ihren Mittelteil am Brennpunkt 26 entlang der Achse 28 des Reflektors 12 angeord­ net hat, wohingegen die Fig. 5(B) die Xenon-Lampe 16 in Form eines Pfeils zeigt, mit dem Mittelteil am Brennpunkt 26 entlang der Achse 28 des Reflektors 12 angeordnet, welcher die gleichen Abmessungen wie in Fig. 5(A) hat. Die Glühlicht­ quelle 116 kann eine Länge, wie beispielsweise 5 mm, wie un­ ter Bezug auf Fig. 2 diskutiert, aufweisen, wohingegen die Xenon-Lampe 16 eine Länge von angenähert 1 mm aufweist, diskutiert unter Bezug auf die Fig. 3, 4(A) und 4(B).

Der Glühfaden 116 liefert beim Aktivieren eine Vielzahl von reflektierten Lichtstrahlen, die um einen Betrag divergieren, der proportional zu der Größe der Lampe 116 ist und durch den Winkel R_A dargestellt ist. In ähnlicher Weise lie­ fert die Xenon-Lampe 16 eine Vielzahl von Lichtstrah­ len, die voneinander um einen Winkel R_B divergieren.

In der Fig. 5(A) wird der Streuungswinkel des Fadens 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 vom Fa­ den 116. Für die oben angegebenen Werte für den Faden 116 (5 mm) und den Reflektor 12 (Brennweite 25 mm) beträgt dieser Winkel R_A 11,3°.

Die Fig. 5(B) zeigt Lichtstrahlen 16 _A und 16 _B, welche den mit Bezug auf Fig. 5(A) beschriebenen Lichtstrahlen 116 _A und 116 _B ähnlich sind. Der Streuungswinkel R_B, erzeugt durch die von der Xenon-Lichtquelle 16 emittierten Lichtstrahlen, für die früher angegebenen Werte für die Lampe 16 (1 mm) und den Re­ flektor 12 (Brennweite 25 mm) beträgt 2,26°. Der Streuungswin­ kel R_B ist angenähert fünfmal kleiner als der Streuungswinkel R_A. Der Gesamteffekt eines derartigen, durch die Xenon-Lampe 16 erzeugten Lichts besteht darin, daß ein gewünsch­ tes Strahlmuster, entwickelt durch den Autoscheinwerfer 10 der vorliegenden Erfindung und gerichtet auf eine Landstraße eine geringere 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-Lichtquelle 16 im Verhältnis zu einer Glühlichtquelle 116 verringert den Effekt der Verschleierung der Sicht durch Nebel, Regen und Schnee und liefert hierdurch mehr brauchba­ res Direktlicht für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen.

Ein weiterer durch die relativ geringe Größe der Xenon-Lampe 16 erzielter Vorteil ist die Verringerung der erforder­ lichen Größe des Reflektors des Autoscheinwerfers und kann un­ ter Bezugnahme auf die Fig. 6(A) und 6(B) beschrieben wer­ den. Die Fig. 6(A) bzw. 6(B) sind den Fig. 5(A) und 5(B) ähnlich und verwenden, wo anwendbar, ähnliche Bezugsziffern. Die Fig. 6(A) und 6(B) sind insofern verschieden, als die Brennweite 26 um einen Faktor von zwei (2) bezüglich der Brenn­ weite 26, entsprechend gezeigt in den Fig. 5(A) und 5(B), reduziert ist. Ferner wurde der Reflektor 12 der Fig. 6(A) und 6(B) in der Höhe um einen Faktor von etwa 2/3 bezüglich demjenigen der 5(A) und 5(B) reduziert.

Die Fig. 6(A) zeigt, daß der Wolfram-Glühfaden 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. 6(A) und 6(B) bildet und früher gegebenen Werten des Fadens 116 (5 mm Länge), die Streulicht in einem Strahl­ muster von einem ausreichenden Betrag bilden würden, das den Bedürfnissen der Kraftfahrzeugtechnologie nicht genügen würde. Umgekehrt zeigt Fig. 6(B) die Xenon-Lampe 16 von etwa 1 mm Länge, erzeugend Lichtstrahlen 16 _A und 16 _B, worin Strahl 16 _B einen Streuungswinkel R_D mit einem Wert von etwa 4,5° bil­ det, 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-Lampe 16 von kleinerer Größe erlaubt einen An­ stieg in dem Sammlungswirkungsgrad des Reflektors 12 durch eine Reduktion seiner Brennweite und einer geringfügig klei­ neren Reduktion in seinen Gesamtdimensionen. Der Gesamteffekt besteht darin, daß die Xenon-Lampe sowohl die Abnahme der Größe des Reflektors und die Verbesserung des Sammlungs­ wirkungsgrads des Reflektors um ausreichende Beträge ermög­ licht, um es dem Automobil-Konstrukteur zu ermöglichen, den Motorhaubenform-Verlauf zu senken, wie dies in der Einlei­ tung diskutiert wurde. Es ist ins Auge gefaßt, daß die prak­ tische Durchführung der vorliegenden Erfindung eine Reduk­ tion des Reflektors eines Autoscheinwerfers um einen Faktor von 4/5 gegenüber einem früheren Autoscheinwerfer unter Ver­ wendung eines typischen Glühfadens ermöglicht, so daß der Motor­ haubenform-Verlauf des Automobils entsprechend gesenkt werden kann.

Die Gesamtreduktion der Dimensionen des Reflektors und dadurch der entsprechenden Dimensionen des Autoscheinwerfers können unter Bezugnahme auf die Fig. 7(A) und 7(B) erläutert wer­ den. Die Fig. 7(A) ist eine perspektivische Ansicht, welche einen rechteckigen Autoscheinwerfer des Standes der Technik erläutert, der einen Glühfaden verwendet und ähnliche Elemen­ te des Autoscheinwerfers 10 der Fig. 1 und 2 aufweist, mit entsprechenden Bezugsziffern, die um die Zahl 100 erhöht wur­ den. Die Fig. 7(B) ist eine perspektivische Ansicht, 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 Technik um einen Fak­ tor von etwa 80% reduziert sind, in Übereinstimmung mit der oben gegebenen Beschreibung der Lampe 10. Aus einem Vergleich zwischen der Fig. 7(A) der Lampe 110 des Standes der Technik und Fig. 7(B) kann man leicht ersehen, daß es die Praxis der vorliegenden Erfindung den Automobil-Konstrukteuren möglich macht, den Motorhaubenform-Verlauf des Automobils mit den Mitteln in Form der Xenon-Lampe 16 wesentlich abzusenken.

Ein Hauptvorteil der Xenon-Lampe 16 besteht darin, daß das erzeugte Licht auf den relativ kleinen Fleck 60, der bezüg­ lich der Fig. 4(A) diskutiert wurde, gebündelt wird und den damit in bezug stehenden Peakteil 62 von Fig. 4(B) aufweist. Wie man aus Fig. 4(A) ersehen kann, ist dieser gebündelte Fleck 60 vor der Kathode 34 lokalisiert und nicht zwischen den Elektroden 34 und 36 ausgebreitet, derart, wie dies bei an­ deren Entladungslampen erfolgt. Dieser gebündelte Fleck des erzeugten Lichts der Xenon-Lampe 16 ermöglicht wesentliche Verkleinerungen in den zugehörigen Reflektoren für kraftfahr­ technische Anwendungen gegenüber Lampen, wie Wolframfä­ den, welche Licht entlang ihres Glühfadens erzeugen oder an­ deren Entladungseinrichtungen, welche Licht ausgebreitet über und zwischen ihren getrennten Elektroden erzeugen. Dieser ge­ bündelte Fleck kann vorteilhafterweise Anwendung in einem Au­ toscheinwerfer finden, in welchem die Position des Flecks bei einer vorbestimmten Lage relativ zu einer Reflektoreinrich­ tung ausgewählt ist, um einen gewünschten Beleuchtungsbedarf, wie zum Beispiel Abblend- oder Fernlicht-Muster für das Auto­ mobil, bereitzustellen.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Xenon-Lampe der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit, die Lage des hellen Flecks 60, gelegen vor der Kathode 34, gezeigt in Fig. 4(A) und in den Fig. 1 und 2, zu steuern und zu verwenden. Au­ toscheinwerfer können typischerweise zwei verschiedene Strah­ lenbündel benötigen, eines für Fernlichtbeleuchtung und eines für Abblendlicht-Beleuchtung. Durch Auswählen der Distanz des Lichtbogenspalts zwischen den Elektroden 34 und 36 und an­ schließendem Orientieren der Lage des hochintensiven Flecks 60 bei der früher diskutierten ersten Lage 30 des Reflektors 12, gezeigt in Fig. 1, ist der hochintensive Fleck 60 bei der Aktivierung der Xenon-Lampe 16 bei einer gewünschten er­ sten Lage derart, um die Abblendlicht-Beleuchtung des Auto­ scheinwerfers 10 zu ermöglichen. Weiterhin wirkt durch Umkehr der Polung de an die Elektroden, beispielsweise durch einen Gleichstrom, angelegten Anregung die Elektrode 36 als Katho­ de und die Elektrode 34 als Anode, so daß der hochintensive Fleck dann bei der zweiten Lage 32 des Reflektors liegt, um so für die Fernlichtbeleuchtung der Autolampe zu sorgen.

Die Xenon-Lampe 16 kann auch vorteilhafterweise durch Strom­ unterbrecher-Betätigungsschaltung betrieben werden, wie sie in der DE-OS 38 07 719 offenbart ist, in welcher weitere Einzelheiten des Betriebs beschrieben werden. Die Stromunterbrecher-Betätigungsschaltung steuert den Nut­ zungsfaktor ihres beschriebenen Stromunterbrecherschalters, um einen vorherbestimmten Leistungspegel in der Xenon-Lampe 16 der vorliegenden Erfindung aufrechtzuerhalten. Wie aus der DE-OS 38 07 719 zu ersehen ist, wird die Systemleistungsfähigkeit des Betriebs einer Entladungs­ lampe, wie beispielsweise der Xenon-Lampe 16, vermittels ei­ ner Stromunterbrechung als eine Verbesserung von mehr als 50% gegenüber den Verfahren des Standes der Technik zum Betrieb von Gasentladungseinrichtungen angesehen.

Für kraftfahrtechnische Anwendungen ist es erwünscht, daß die Elektroden 34 und 36 der Xenon-Lampe 16 fähig sind, ei­ nen relativ hohen Strom zu leiten, wodurch ein Zustand ge­ schaffen wird, in welchem der Spannungsabfall über die Lampe 16 etwa 15 Volt beträgt, wobei der größte Teil dieser Span­ nung an den Elektroden auftritt. Dieser Elektrodenabfall wird in der vorliegenden Erfindung bevorzugterweise durch die Ver­ wendung eines mit Thoriumdioxid dotierten Wolfram-Materials für beide Elektroden 34 und 36 verringert. Die Anwesenheit des auf das Wolfram placierten Thoriumdioxid-Materials er­ niedrigt die Austrittsarbeit der Elektroden und daher deren Spannungsabfall im Vergleich zu Elektroden, die aus reinem Wolfram hergestellt sind.

Symmetrische Elektroden, d. h. daß beide Elektroden im wesent­ lichen die gleichen Dimensionen aufweisen und abwechselnd als Kathoden und Anoden wirken, können eingesetzt werden, wenn sowohl das Fern- und das Abblendlicht durch Umkehren der Po­ lung der an die Lampe angelegten Gleichstromspannung zu er­ zeugen sind. Symmetrische Elektroden haben Vorteile gegenüber Xenon-Lampen des Standes der Technik insofern, als diese Ein­ richtungen des Standes der Technik gewöhnlich von einer Gleich­ stromquelle betrieben werden und eine Kathodenelektrode auf­ weisen, die gegenüber ihrer Anodenelektrode, welche zur Wär­ meableitung dient, klein ist. Die symmetrischen Elektroden der vorliegenden Erfindung sind nicht auf Gleichstrombetrieb beschränkt, sondern sie können entweder für Gleichstrom- oder Wechselstrom-Anwendungen eingesetzt werden und infolge der niedrigen Wattleistungsbewertung der Xenon-Lampe 16 gegen­ über den Xenon-Lampen des Standes der Technik ist die Kathode der vorliegenden Erfindung kleiner als frühere Kathoden- oder Anodenelektroden.

Für Anwendungen der Xenon-Lampe 16 der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer Wechselstromanregung für die Elektro­ den 34 und 36 wird die gebündelte Lichtquelle 60 abwechselnd zwischen den Lagen 30 und 32 des Reflektors positioniert, so daß das durch den Reflektor entwickelte Licht zusammengesetzt kombiniert sein wird, um die gewünschte Beleuchtung für kraft­ fahrtechnische Anwendungen zu ermöglichen. Ein weiterer Vor­ teil der mit sowohl Wechselstrom- und Gleichstrom-Anregung betriebenen Xenon-Lampe bezieht sich auf die unverzüglich eintretende Helligkeit der Lampe 16 und die Lichtqualität, welche diese liefert. Die Xenon-Lampe mit den Parametern, wie weiter oben diskutiert, liefert eine Farbtemperatur im Bereich von etwa 6000 K, das heißt, im blau-weißen sichtbaren Spektrum und erzeugt einen Eindruck von hoher Helligkeit. Diese Farb­ temperatur wird ferner vorteilhafterweise dadurch erzielt, daß 90% des Farbtemperaturbereichs innerhalb eines Zeitraums von etwa 1 Sekunde erreicht wird, gemessen von dem Anlegen der Anregung an die Elektroden, was Ionisierung des Xenon-Bestand­ teils innerhalb der Lampe 16 initiiert. Die Xenon-Lampe ist ferner vorteilhaft insofern, als die Lampe beim kurzzeitigen Aus- und anschließendem Einschalten im wesentlichen keine Veränderung ihres Lichtausgangs zeigt. Das Sofortlicht und die Wiedereinschaltmerkmale der Xenon-Lampe sind besonders für kraftfahrtechnische Anwendungen geeignet und verdoppeln im wesentlichen die Eigenschaften einer Wolfram-Glühlicht­ quelle der früheren Autoscheinwerfer.

Es sollte nun einzusehen sein, daß die Praxis der vorliegen­ den Erfindung eine Xenon-Lampe von relativ geringer Größe schafft, welche ein gewünschtes Strahlmuster der Auto­ scheinwerfer liefert, während sie gleichzeitig wesentliche Verringerungen in der Gesamtgröße des betreffenden Reflektors erlaubt. Die geringe Größe der Xenon-Lampe verbessert auch den Sammlungswirkungsgrad des Reflektors selbst, was zu der Verringerung in der benötigten Größe des Reflektors bei­ trägt. Die Symmetrie des durch die Xenon-Lampe entwic­ kelten Lichts macht es möglich, einen größeren Bruchteil des Reflektors zur Schaffung eines gewünschten Strahlmusters für kraftfahrtechnische Anwendungen zu verwenden. Weiterhin be­ trägt die Farbtemperatur des durch die Xenon-Lampe er­ zeugten Lichts etwa 6000 K, was in dem blau-weißen Spektrum der elektromagnetischen Energie liegt und dem Auge den Ein­ druck einer sehr hellen Lichtquelle vermittelt. Das bezüglich der Xenon-Lichtquelle vorhandene Spektrum ist kontinuierlich und liefert eine gute Farbwiedergabe.

Die Xenon-Lampe 16 der vorliegenden Erfindung weist auch eine zu erwartende relativ lange Lebensdauer, wie beispielsweise 2000 Stunden, auf, was seinerseits einem Mangel hinsichtlich des Bedarfs an Autoscheinwerfern mit einer längeren zu erwar­ tenden Lebensdauer abhilft.

Obwohl die oben gegebene Beschreibung der Xenon-Lampe sich auf die Anwendung bei einem Kraftfahrzeug bezog, ist es vorge­ sehen, daß die Praxis dieser Erfindung in gleicher Weise auf andere verschiedene Beleuchtungsanwendungen anwendbar ist. Ein signifikantes Merkmal der Lampe der vorliegenden Erfin­ dung besteht darin, daß unverzögertes Licht durch die Xenon- Lampe 16 erzeugt wird, die gegenüber den Xenon-Lampen des Standes der Technik kleine Abmessungen aufweist. Die verrin­ gerten Abmessungen der Xenon-Lampe 16 erlauben ihre Verwen­ dung in Einrichtungen, wie beispielsweise in Wiedergabe-Ein­ richtungen, welche eine Xenon-Lampe verwenden und zum ent­ sprechenden Verringern der diesbezüglichen Montage- und Fokus­ sieranordnungen. Das Merkmal der Schaffung von unverzüglichem Licht durch die relativ kleine Lichtquelle der erfindungsge­ mäßen Lampe erlaubt es, sie in vorteilhafter Weise in verschiedenen Beleuchtungsanwendungen, im Haus, Büro und an­ deren verschiedenen kommerziellen und industriellen Umgebun­ gen einzusetzen.

Claims (9)

1. Hochdruck-Entladungslampe, insbesondere zum Einsatz in einem Autoscheinwerfer, mit einem Kolben aus lichtdurchlässigem Material, der eine Gasfüllung aus Xenon mit einem Betriebsdruck von 20 bis 65 bar und ein Paar von Elektroden enthält, deren Spitzen einen Abstand von 1 bis 5 mm aufweisen, und mit einer Stromquelle, die mit den Elektroden verbunden ist, wobei die Xenonfüllung bei Anregung durch die Stromquelle einen stark konzentrierten Fleck von Licht hoher Intensität bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle Gleichstrom liefert und die Abmessungen des Lichtflecks (30, 32) geringer sind als der Elektrodenabstand, wobei der Lichtfleck (30) an einer ersten Stelle nahe der Kathode (34) gebildet ist, und durch Umschalten der Polarität zwischen den Elektroden der Lichtfleck (32) zu einer zweiten Stelle nahe der anderen Elektrode (36) bewegt wird.

2. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenteile der Elektroden (34, 36) quer zur axialen Richtung der Elektroden gegeneinander versetzt sind.

3. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben ein langgestreckter Körper mit einer Gesamtlänge von 15 bis 40 mm ist, gegenüberliegende Halsteile mit einem Durchmesser von 2 bis 5 mm und einen erweiterten kolbenförmigen Mittelteil mit einem Außendurchmesser von 6 bis 10 mm aufweist.

4. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1, 2 oder 3 in Kombination mit einem Autoscheinwerfer, der einen Reflektor vorbestimmter Brennweite und vorbestimmten Brennpunktes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (16) sich an einer Stelle innerhalb des Reflektors (12) nahe des Brennpunktes (26) befindet.

5. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (16) innerhalb des Reflektors (12) derart angeordnet ist, daß sich die Elektroden (34, 36) im wesentlichen senkrecht zur Reflektorzone (28) erstrecken und die Elektroden-Spitzenteile gegeneinander versetzt sind.

6. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (16) innerhalb des Reflektors (12) derart angeordnet ist, daß sich die Elektroden (34, 36) im wesentlichen parallel zur Reflektorachse (28) erstrecken und die Elektroden-Spitzenteile gegeneinander versetzt sind.

7. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (12) eine Rotationsparabel mit einer Brennweite im Bereich von 8 bis 20 mm umfaßt, die erste Stelle des Lichtflecks (30) bei einem Abstand im Bereich von 8 bis 20 mm liegt, gemessen längs der Achse (28) des Reflektors (12) von einem rückwärtigen Abschnitt aus und nach oben davon um einen Betrag von 1 bis 8 mm versetzt ist und die genannte zweite Stelle des Lichtflecks (32), bei einem Abstand im Bereich von 8 bis 20 mm liegt, gemessen längs der Achse (28) des Reflektors (12) von dem genannten rückwärtigen Abschnitt aus und nach unten davon um einen Betrag im Bereich von 0 bis 5 mm versetzt ist.

8. Hochdruck-Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannung 12 bis 20 Volt und die Farbtemperatur etwa 6000 Kelvin betragen, wobei zumindestens 90% der Farbtemperatur innerhalb etwa einer Sekunde erreicht wird, gemessen vom Anlegen der Spannung an die Elektroden (34, 36).

9. Hochdruck-Entladungslampe nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Konzentrierung des Lichtflecks hoher Intensität der Streuwinkel der reflektierten Lichtstrahlen kleiner als 5° beträgt.