DE4319467C2 - Elektrische Entladungslampe für die Verwendung in Kraftfahrzeugscheinwerfern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Entladungslampe für die Verwendung in Kraftfahrzeug-Scheinwerfern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine elektrische Entladungslampe weist eine hohe Leucht­ stärke, eine hohe Effizienz und eine lange Lebensdauer auf. Das Licht, das von einer solchen Lampe emittiert wird, bein­ haltet jedoch ultraviolette Strahlen einer Wellenlänge, die gesundheitsschädlich sind und angrenzende Teile zerstören. Aus diesem Grund, wie bereits in der japanischen Offenlegungsschrift Hei-2-2 53 554 vorgeschlagen und wie in der angeführten Fig. 5 gezeigt, kann ein ZnO- Film, der ultraviolette Strahlen in einem bestimmten Wellen­ längenbereich ausfiltert, auf die Oberfläche eines Kolbens 4, der eine, einen Lichtquellenkörper darstellende Entla­ dungsröhre 2 umgibt, geformt werden, so daß ultraviolette Strahlen in schädlichen Wellenlängenbereichen aus dem Licht, das von der Entladungsröhre 2 emittiert wird, beseitigt werden.

Jedoch beschränken sich diese Vorschläge auf elektrische Entladungslampen, die im Haus verwendet werden, wobei im Ge­ gensatz dazu elektrische Entladungslampen, die als Licht­ quelle von kraftfahrzeugtechnischen Beleuchtungseinrichtungen, wie etwa Scheinwerfer, verwendet werden, harte Umweltbedingungen überstehen können müssen. Insbesondere hat sich das Problem ergeben, daß Lampen, die einen ZnO-Film auf der Oberfläche ihres Glaskolbens geformt haben, nicht harten Betriebsbe­ dingungen gewachsen sind, sowie sie etwa in der Wüste auf­ treten, etc . . Das bedeutet, daß in einer Umgebung, in der Wassertropfen kondensieren und an der Oberfläche eines ultraviolette Strahlen abschirmenden Kolbens haften, wie etwa wenn die Temperatur, Feuchtigkeit oder der atmosphärische Druck sich wiederholt ändern, das Problem auftaucht, daß der ZnO-Film sich von dem Kolben ablöst, wobei der UV-Strahlen-Abschirmeffekt reduziert wird. Es gibt ein weiteres Problem, nämlich daß der Transmissionsfaktor für sichtbares Licht reduziert wird, wenn Feuchtigkeit auf dem Kolben kondensiert, weil der ZnO-Film matt wird, wenn er feucht ist.

Aus der DE 41 12 911 A1 ist bereits eine Entladungslampe für Kraftfahrzeugscheinwerfer der eingangs genannten Art be­ kannt. Hierbei ist zum Zwecke der UV-Strahlenausfilterung auf einem Außenkolben eine ZnO-Schicht aufgetragen.

Ferner ist aus der US-PS 50 21 711 bekannt, die elektrischen Anschlüsse einer Quarzkolbenlampe zunächst mit einer Mo­ lybdän-Grundschicht zu versehen und anschließend eine zu­ sätzliche Oxidationsschutzschicht aus Siliziumkarbid auf die elektrischen Anschlüsse aufzutragen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Entladungs­ lampe für die Verwendung in Kraftfahrzeugscheinwerfern der eingangs genannten Art bereitzustellen, die sowohl sehr gute UV-Filtereigenschaften als auch eine hohe Widerstandsfähig­ keit gegenüber Umwelteinflüssen aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 ge­ löst. Hierzu ist eine Entladungslampe für die Verwendung in Kraftfahrzeugscheinwerfern vorgesehen, die eine Entladungs­ röhre auf einem isolierenden Sockel und einen UV-Strahlen abschirmenden Außenkolben aufweist, wobei ein ZnO-Film auf der Oberfläche des gläsernen Außenkolbens ausgebildet ist und ein SiC-Film auf dem ZnO-Film aufgebracht ist.

Der Kolbenkörper kann aus Glas beschaffen sein, das ultra­ violette Strahlen in einem Wellenbereich, kleiner als 320 nm ausfiltert, während der ZnO-Film ultraviolette Strahlen in einem Bereich von 320 bis 380 nm ausfiltert. Vorzugsweise ist der SiC-Film dünner gefertigt als der ZnO-Film.

Aus dem Licht, das von der Entladungsröhre emittiert wird, werden ultraviolette Strahlen einer Wellenlänge kleiner als 320 nm ausgefiltert, wenn das emittierte Licht den Kolben­ körper passiert, während ultraviolette Strahlen in einem Wellenlängenbereich von 320 bis 380 nm ausgefiltert werden, wenn das emittierte Licht durch den ZnO-Film transmittiert wird. Weiter, werden ultraviolette Strahlen in dem Wellen­ längenbereich von 320 bis 380 nm bis zu einem gewissen Grad ausgefiltert, wenn das Licht durch den SiC-Film transmit­ tiert wird, obwohl das Filterverhältnis hier kleiner ist als bei dem Zno-Film.

Der SiC-Film, der den ZnO-Film überdeckt, wird nicht durch Wasser erodiert und reagiert nicht mit Wasser, wodurch der Zno-Film vor direktem Kontakt mit Wassertropfen, die an dem Ultraviolettstrahlen-abschirmenden Kolben haften, bewahrt wird. Die Gefahr, daß der ZnO-Film durch Kontakt mit Wasser von dem Kolben abgelöst wird, wird gebannt, ebenso wie das Mattwerdend des ZnO-Film infolge von Reaktion mit Wasser.

Da der SiC-Film einen geringeren Brechungsindex als der Zno- Film hat und vorzugsweise dünner als der Zno-Film ist, ist der Reflexionsverlust sehr gering, so daß der Trans­ missionsfaktor für sichtbares Licht hoch ist.

Fig. 1 ist eine teilweise aufgerissene perspektivische Darstellung einer elektrischen Entladungslampe, die als Lichtquelle eines kraftfahrzeugtechnischen Scheinwerfers verwendet wird, die gemäß einem be­ vorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung aufgebaut ist;

Fig. 2 ist ein Längsschnitt derselben elektrischen Entla­ dungslampe;

Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Änderung der Strahlungs­ menge von ultravioletten Strahlen zeigt, die wäh­ rend Kochtests, die an UV-abschirmenden Kolben durchgeführt wurden, gemessen wurde;

Fig. 4 ist ein Teilschnitt eines UV-abschirmenden Kol­ bens, und

Fig. 5 ist ein Schnitt einer konventionellen elektrischen Entladungslampe.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 und 2 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 1 eine teilweise aufge­ rissene perspektivische Darstellung ist, die eine elektri­ sche Entladungslampenvorrichtung darstellt, und Fig. 2 ist ein Längsschnitt derselben elektrischen Entladungslampenvor­ richtung.

In diesen Zeichnungen ist die elektrische Entladungslampen­ vorrichtung im wesentlichen aus folgenden Komponenten zusam­ mengesetzt: Eine Entladungsröhre 10, die ein elektrischer Entladungslampenkörper ist, ein isolierender Sockel 20, der ein Lampenhalter ist, der aus synthetischen Kunstharz ge­ formt ist, eine metallische Leiterhalterung 30, die den Sockel 20 durchdringt, und so als eine elektrische Leitung funktioniert und den vorderen Endbereich der Entladungsröhre 10 haltert, ein hohler Verbindungsbereich 21, der auf der Vorderseite des Sockels 20 an­ geordnet ist, um den hinteren Endbereich der Entladungsröhre 10 zu haltern, und ein UV-abschirmender Kolben 50, der an der Vorderseite des Sockels 20 befestigt ist und die Entla­ dungsröhre 10 und die Leiterhalterung 30 umgibt.

Die Entladungsröhre 10 umfaßt abgeklemmte Dichtbereiche 13a und 13b, von denen jeder einen rechtwinkligen Durchschnitt aufweist, und die an entgegengesetzten Endbereichen einer eingeschlossenen Glaskugel 12, die eine elliptische Form aufweist, und einen elektrischen Entladungsraum darstellt, angebracht sind, und in die weiter zylindrische verlängerte Bereiche 14a und 14b geformt sind, die nicht klemmgedichtet sind. Zuerst werden ein Inertgas, Quecksilber und ein Me­ tallhalogenid in die Glaskugel 12 eingeschlossen. Entladungs­ elektroden 15a und 15b, die aus Wolfram gefertigt sind, wer­ den einander gegenüber in dem Entladungsbereich der einge­ schlossenen Glaskugel 12 vorgesehen, und die Entladungselek­ troden 15a und 15b werden mit Molybdänplättchen 16a und 16b verbunden, die in den abgeklemmten Dichtbereichen 13a und 13b luftdicht eingeschlossen sind. Leitungsdrähte 18a und 18b, die jeweils mit den Molybdänplättchen 16a und 16b ver­ bunden sind, werden von den abgeklemmten Dichtbereichen 13a und 13b nach außen durch die verlängerten Bereiche 14a und 14b geführt. Der verlängerte Bereich 14a auf der Vorderend­ seite wird durch ein Metallband 32, das an die Leiterhalte­ rung 30 punktgeschweißt ist, gehalten, während der Leitungs­ draht 18a an das Metallband 32 punktgeschweißt ist. Die Lei­ terhalterung 30 ist an einen Verbindungsanschluß 23, der auf der Rückseite des Sockels 20 vorgesehen ist, plasmage­ schweißt. Auf der anderen Seite, ist der verlängerte Berei­ che 14b auf der Rückendseite in Eingriff mit dem hohlen Ver­ bindungsbereich 21, der an der Vorderseite des Sockels 20 ausgebildet ist, und der Leitungsdraht 18b ist an einen Ver­ bindungsanschluß 24 plasmageschweißt, der auf der Rückseite des isolierenden Sockels 20 durch Eingießen fixiert ist. So weist die Entladungsröhre 10 eine Struktur auf, worin ihr Vorderendbereich, der durch eine einzige Metalleiterhalterung 30 gehalten wird, über und vor dem isolierenden Sockel vorsteht, und ihr Rückendbereich durch den hohlen Verbindungsbereich 21 gehalten wird, der auf der Vorderseite des Sockels 20 ausgebildet ist.

Der isolierende Sockel 20 ist beispielsweise aus syntheti­ schem Harz gebildet und ein Paar Verbindungsanschlüsse 23 und 24 sind in einer zylindrischen Wand 22, die an deren Rückseite gebildet ist, vorgesehen, um so ein Verbindungselement zu schaffen. Eine Unterteilung 22a, die quer zur zylindrischen Wand 22 liegt, ist zwischen den Verbindungsanschlüssen 23 und 24 an­ gebracht, so daß eine gute Isolation zwischen den Anschlüs­ sen 23 und 24 gewährleistet ist. Hochspannungsleitungen C₁ und C₂, die von einem Lichtkreis herkommen (nicht darge­ stellt), sind mit den Verbindungsanschlüssen 23 und 24 ver­ bunden. Eine Verbindungsabdeckung 25 ist durch Ultraschall­ schweißen in die zylindrische Verbindungswand 22 integriert, so daß diese Teile nicht mehr voneinander gelöst werden kön­ nen.

Die Leiterhalterung 30, die sich vor dem isolierenden Sockel 20 erstreckt, ist mit einem isolierenden Zylinder 34 be­ deckt, der aus Keramik gebildet ist, so daß keine elektri­ sche Entladung zwischen den jeweiligen elektrischen Lei­ tungen auf den Seiten der Verbindungsanschlüsse 23 und 24 entstehen kann. Die Leiterhalterung wird zuerst in den iso­ lierenden Zylinder 34 eingeführt, und die Leitungshalterung 30 und der isolierende Zylinder 34 werden einteilig durch nichtorganisches Klebematerial oder Aufeinanderschieben mit­ einander verbunden. Der isolierende Zylinder 34, der ein­ stückig mit der Leitungshalterung 30 ist, wird auch ein­ stückig mit dem isolierenden Sockel 20 durch Eingießen ver­ bunden, so daß der hintere Endbereich des Zylinders 34 durch die Rückseite des Sockels 22 dringt, und die Leitungshalte­ rung 30 auch durch den Zylinder 34 dringt. Auf der Vorder­ seite des Sockels 20 ist eine keramische Scheibe 40 an den Sockel 20 durch Eingießen angebracht, um den UV-abschirmen­ den Kolben 50 zu fixieren und zu halten. Das bedeutet, daß die keramische Scheibe 40 eine konische trapezförmige Form aufweist, um so ein Ablösen zu verhindern, wenn die hintere Umfangskante in den Sockel 20 eingeführt und eingeformt wird. Löcher 42 und 44 sind in der Keramikscheibe 40 ausge­ bildet, wobei die Entladungsröhre 10 und der isolierende Zy­ linder 34 vorne durch die Löcher 42 und 44 dringen. Bezugs­ zeichen 36 bezeichnet eine keramische Röhre, die die Hinter­ seite des Leitungsdrahts 18b bedeckt, um so sicherzustellen, daß die Isolation zwischen dem Leitungsdraht 18b und der Leitungshalterung 30 gegeben ist.

Der UV-abschirmende Kolben 50 weist einen Aufbau auf, wobei die Oberfläche des zylindrischen Glaskolbenkörpers, der auf seiner Oberseite geschlossen ist, mit einem Zno-Film 52 beschichtet ist, der die Funktion hat, UV-Strahlen in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich aus­ zufiltern, wobei der ZnO-Film 52 weiter mit einem SiC-Film 54 bedeckt ist, der die Funktion aufweist UV-Strahlen in ei­ nem vorbestimmten Wellenbereich auszufiltern, obwohl das Filterverhältnis kleiner ist als das des ZnO-Films 52. Der Fußendbereich an der offenen Seite des Kolben 50 ist in eine ringförmige Fuge 46, die in die keramische Scheibe 40 ge­ formt ist, mit einem nichtorganischen Klebematerial geklebt und fixiert, um so die Leitungshalterung 30 und die Entla­ dungsröhre 10 zu umgeben.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Änderung der Strahlungs­ menge der UV-Strahlen zeigt, die unter Verwendung von Koch­ tests gemessen wurde, die an einem UV-abschirmenden Kolben, der gemäß der vorliegenden Erfindung beschaffen ist, durch­ geführt wurden. Wie von diesem Diagramm hervorgeht, ist die Menge an UV-Strahlung in dem Fall kleiner, wenn ein SiC-Film auf einen ZnO-Film geformt ist, als in dem Fall, wenn nur ein Zno-Film ausgebildet ist. D. h., daß es möglich ist ei­ nen starken UV-Strahlen Filtereffekt zu erhalten, wenn man einen SiC-Film auf den Zno-Film aufbringt.

In vorteilhafter Weise ist die Dicke des ZnO-Films 52, der auf der Oberfläche des Kolbenkörpers 51 ausgebildet ist in einem Bereich von 0,5 bis 2 µm. Das bedeutet, daß der Effekt UV-Strahlen auszufiltern verschlechtert wird, wenn die Dicke 0,5 µm nicht überschreitet, während andererseits der ZnO- Film dazu neigt sich, bedingt durch thermischen Streß zu lö­ sen, wenn die Dicke größer als 2 µm ist. Demgemäß ist ein Bereich von 0,5 bis 2 µm vorteilhaft.

Der SiC-Film 54, der über dem Zno-Film 52 angebracht ist, erodiert nicht, wenn er Wasser ausgesetzt wird, und der SiC- Film 54 ist eng mit dem ZnO-Film verbunden, um eine Ablösung von demselben zu vermeiden. Es besteht jedoch die Gefahr, daß der SiC-Film 54 durch Wasser erodiert, wenn er zu dünn ist, und es ist deswegen notwendig die Dicke des SiC größer als 0,3 µm zu machen. Andererseits, besteht die Gefahr, daß der SiC-Film 54 sich durch thermischen Streß in derselben Art und Weise, wie im Fall des ZnO-Films 52 ablöst, wenn seine Dicke größer als 0,8 µm beträgt, und es besteht auch die Gefahr einer Ablösung bedingt durch Zersetzung durch Lö­ sungsmittel (organische Stoffe). Folglich ist ein Bereich von 0,3 bis 0,8 µm vorteilhaft.

Weiter, um zu vermeiden, daß sich der ZnO-Film 52 oder der SiC-Film 54 durch thermischen Streß lösen, ist durch Experi­ mente bestätigt worden, daß der Krümmungsradius R des oberen Kuppenbereichs des UV-Strahlen-abschirmenden Kolbens größer als 5 mm sein sollte. Weiter sollte der Brechungsindex des SiC-Films kleiner als der des ZnO-Films sein, und der SiC- Film transparenter und dünner als der ZnO-Film sein, so daß der Reflexionsverlust gering ist und der Transmissions­ faktor für sichtbares Licht deshalb verbessert wird.

Bezugszeichen 26 stellt einen ringförmigen Ausrichtring dar, der an dem Umfangskantenbereich des Sockels 20 angebracht ist.

Ein Vorwärts/Rückwärts-Positioniervorsprung 26a, der einen Bezugsbereich bildet, um einen Kolben in die Vor­ wärts/Rückwärtsrichtung zu positionieren (z. B. eine Rich­ tung parallel zu der optischen Achse des Reflektors), ist in Kontakt mit dem Umfangskantenbereich eines Kolbeneinsetz­ lochs (nicht gezeigt) eines Reflektors auf der Vorderseite des Ausrichtrings 26. Eine Nut 26b ist in einem Bereich der äußeren Umfangskante des Ausrichtrings 26 angebracht, die in einen gewölbten Eingriffsbereich auf der Seite des Kolben­ einsetzlochs des Reflektors einrastet, um den Umfang des Kolbens zu positionieren. Der Ausrichtring 26 und der Sockel 20 stoßen an einem Metallring 27 aneinander, wobei die Auflageoberflächen der Ringe 26 und 20 einteilig mit dem Me­ tallring 27 mittels Hochfrequenz-induzierter Hitze ver­ schweißt sind. So wird die hintere Endseite des Leitungs­ drahts 18b an den Verbindungsanschluß 27 geschweißt und die vordere Endseite des Leitungsdrahts 18b wird an das Metall­ band 32 geschweißt, und dann wird das Metallband 32 an die Leiterhalterung 30 geschweißt, um so die Entladungsröhre 10 an dem Sockel 20 zu befestigen. Danach wird bei Leuchten der Entladungsröhre, der Ausrichtungsring 26 bewegt und axial und umfangsmäßig ausgerichtet, um das Positionsverhältnis des Ausrichtungsrings 26 in bezug auf die Elektroden 15a und 15b zu optimieren, wonach der Ausrichtungsring 26 an dem Sockel 20 mittels HF-induzierter Wärme geschweißt wird. (Diese Anpassung wird Justierung genannt.)

Wie aus der vorherigen Beschreibung hervorgeht, können mit der elektrischen Entladungslampenvorrichtung, die eine Lichtquelle eines kraftfahrzeugtechnischen Beleuchtungsin­ struments bildet, gemäß der vorliegenden Erfindung ultra­ violette Strahlen in einem Wellenlängenbereich, der gesund­ heitsschädlich ist oder benachbarte Teile zerstört, ausgefil­ tert werden, das Licht, das von der Entladungsröhre emittiert wird, jedoch durch den UV-abschirmenden Kolben transmittiert wer­ den. Demzufolge wird die Sicherheit und Beständigkeit des Beleuchtungsinstruments sichergestellt.

Weiter kann der ZnO-Film niemals direkt in Kontakt mit Was­ sertropfen kommen, die an dem UV-abschirmenden Kolben haf­ ten, da der ZnO-Film, der auf der Oberfläche des UV-Strah­ len-abschirmenden Kolbens gebildet ist mit einer SiC-Schicht bedeckt ist, die nicht durch Wasser erodiert. Demzufolge sind Probleme wie etwa, daß der ZnO-Film durch Wasser erodiert und sich abschält oder das der ZnO-Film durch den Wasserkontakt matt wird, ausgeräumt. Aus diesem Grund ist die Zuverlässigkeit und Beständigkeit des Beleuchtungsin­ struments sichergestellt und eine stabile Lichtmenge kann über eine lange Zeit erzeugt werden.

Claims (7)

1. Entladungslampe für die Verwendung in Kraftfahrzeug- Scheinwerfern, mit einer Entladungsröhre auf einem isolie­ renden Sockel und mit einem UV-Strahlen abschirmenden Außen­ kolben, wobei ein ZnO-Film auf der Oberfläche des gläsernen Außenkolbens ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein SiC-Film (54) auf dem ZnO-Film (52) aufgebracht ist.

2. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gläserne Außenkolben (50) UV-Strahlen in einem Wel­ lenlängenbereich kleiner als 320 nm ausfiltert, und daß der ZnO-Film (52) UV-Strahlen in einem Bereich von 320 bis 380 nm ausfiltert.

3. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der SiC-Film (54) dünner ist als der ZnO-Film (52).

4. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Zno-Films (52) in einem Bereich von 0,5 bis 2 µm liegt.

5. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des SiC-Films (54) in einem Bereich von 0,3 bis 0,8 µm liegt.

6. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius des oberen Kuppelbereichs des Außen­ kolbens (50) größer als 5 mm ist.

7. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex des SiC-Films (54) kleiner ist als der Brechungsindex des ZnO-Films (52).