EP3031071A1

EP3031071A1 - Hochdruckentladungslampe für fahrzeugscheinwerfer

Info

Publication number: EP3031071A1
Application number: EP15702286.4A
Authority: EP
Inventors: Guillaume Wiederhirn
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2035-02-04
Also published as: CN105814661B; CN105814661A; EP3031071B1; DE102014204932A1; KR20160132812A; WO2015139876A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe für Fahrzeugscheinwerfer mit einem gasdicht verschlossenen Entladungsgefäß (10), das einen Entladungsraum (106) besitzt, in dem Elektroden (11, 12) und eine quecksilberfreie Füllung zum Erzeugen einer Gasentladung eingeschlossen sind, wobei die Füllung zumindest Xenon und Halogenide von Natrium, Scandium, Indium und Zink enthält und der Quotient aus dem molaren Anteil von Natrium und dem molaren Anteil von Scandium in dem Halogenidanteil der Füllung einen Wert im Bereich von 2 bis 3 besitzt, wobei die Menge der Halogenide im Entladungsraum (106) einen Wert im Bereich von 8 bis 11 Mikrogramm pro Kubikmillimeter des Entladungsraumvolumens besitzt, der Zinkhalogenidanteil einen Wert im Bereich von 16 bis 25 Gewichtsprozent bezogen auf die gesamte Menge der Halogenide im Entladungsraum (106) besitzt, der Indiumhalogenidanteil einen Wert im Bereich von 1 bis 3 Gewichtsprozent bezogen auf die gesamte Menge der Halogenide im Entladungsraum (106) besitzt, und der Kaltfülldruck von Xenon im Bereich von 1,1 bis 1,5 Megapascal liegt.

Description

HOCHDRUCKENTLADUNGSLAMPE FÜR FAHRZEUGSCHEINWERFER

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe ge^¬ mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

I . Stand der Technik

Eine derartige Hochdruckentladungslampe ist beispielweise in der WO 2011/057903 AI offenbart. Diese Schrift be- schreibt eine Hochdruckentladungslampe für Fahrzeug^¬ scheinwerfer mit einer quecksilberfreien Füllung, die während ihres Betriebs weißes Licht mit einer Farbtempe^¬ ratur von 4500 Kelvin emittiert.

11. Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Hoch- druckentladungslampe bereitzustellen, die während des Be^¬ triebs weißes Licht mit erhöhter Farbtemperatur emittiert bei vergleichbarer Maintenance und vergleichbarem Lichtstrom.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Hochdruck- entladungslampe mit den Merkmalen aus dem Patentanspruch 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfin^¬ dung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe dient als Lichtquelle in Fahrzeugscheinwerfer und besitzt ein gasdicht verschlossenes Entladungsgefäß, das einen Entla^¬ dungsraum aufweist, in dem Elektroden und eine quecksil^¬ berfreie Füllung zum Erzeugen einer Gasentladung eingeschlossen sind. Die Füllung enthält zumindest Xenon und Halogenide von Natrium, Scandium, Zink und Indium, wobei der Quotient aus dem molaren Anteil von Natrium und dem molaren Anteil von Scandium im Halogenidanteil der Fül^¬ lung einen Wert im Bereich von 2 bis 3 besitzt. Erfindungsgemäß ist die Menge der Halogenide im Entladungsraum insgesamt auf einen Wert im Bereich von 8 bis 11 Mikro^¬ gramm pro 1 Kubikmillimeter des Entladungsraumvolumens reduziert und die Gewichtsanteile an Zinkhalogenid und Indiumhalogenid sind im Vergleich zum Stand der Technik deutlich erhöht, so dass der Wert für Zinkhalogenid im Bereich von 16 bis 25 Gewichtsprozent, bevorzugt im Be^¬ reich von 16 bis 23 Gewichtsprozent und besonders bevor^¬ zugt im Bereich von 18 bis 23 Gewichtsprozent und der Wert für Indiumhalogenid im Bereich von 1 bis 3 Gewichts^¬ prozent und bevorzugt im Bereich von 2 bis 3 Gewichtspro- zent liegt, jeweils bezogen auf die gesamte Halogenidmen- ge im Entladungsraum. Zusätzlich liegt erfindungsgemäß der Kaltfülldruck, das heißt, der bei einer Temperatur von 25°C gemessene Druck, von Xenon im Entladungsraum im Wertebereich von 1,1 bis 1,5 Megapascal und bevorzugt im Bereich von 1,1 bis 1,4 Megapascal.

Aufgrund der vorgenannten Merkmale emittiert die erfin^¬ dungsgemäße Hochdruckentladungslampe während ihres Be^¬ triebs weißes Licht mit einer gegenüber der Hochdruckent^¬ ladungslampe gemäß dem Stand der Technik um ca. 300 Kel- vin auf ca. 4800 Kelvin erhöhten Farbtemperatur, während der von ihr erzeugte Lichtstrom und ihre Maintenance ver^¬ gleichbar zur Hochdruckentladungslampe gemäß dem Stand der Technik sind.

Außerdem hat die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslam- pe die Vorteile, dass durch den vergleichsweise hohen Indiumhalogenidanteil ihre Anlaufphase verkürzt wird und durch den vergleichsweise geringen Kaltfülldruck von Xenon die Stabilität des Entladungsbogens gegenüber mecha^¬ nischen Schwingungen erhöht wird sowie durch die ver- gleichsweise geringe Halogenidmenge im Entladungsraum ei^¬ ne homogenere Abbildung des Entladungsbogens im Fahrzeug^¬ scheinwerfer ermöglicht wird, weil die Abschattung oder Verzerrung durch nicht verdampfte Füllungskomponenten geringer ist. Der Begriff Anlaufphase bezeichnet die Be- triebsphase der Hochdruckentladungslampe, die unmittelbar nach Zündung der Gasentladung beginnt und mit dem Erreichen eines stationären Betriebszustands der Hochdruckent^¬ ladungslampe endet. Während der Anlaufphase verdampfen die Halogenide im Entladungsraum.

Ferner hat die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe eine ähnliche Brennspannung wie die Hochdruckentladungs^¬ lampe gemäß dem Stand der Technik, weil der durch die hö^¬ heren Zink- und Indiumhalogenidanteile verursachte An^¬ stieg der Brennspannung durch den reduzierten Kaltfülldruck von Xenon bei der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe kompensiert wird. Der Begriff Brennspannung bezeichnet die elektrische Spannung, die sich nach dem Erreichen eines stationären Betriebszustands der Hochdruckentladungslampe zwischen den Elektroden bzw. über dem Entladungsbogen ausbildet. Sie entspricht der Be^¬ triebsspannung der Hochdruckentladungslampe.

Vorteilhafterweise sind die Halogenide im Entladungsraum der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe als Jodide ausgebildet. Jodide haben gegenüber anderen Halogeniden den Vorteil, dass sie chemisch weniger aggressiv sind und keine chemische Reaktion mit dem Material des Entladungs^¬ gefäßes verursachen.

Vorzugsweise werden in der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe die Halogenide Natriumj odid, Scandium- jodid und Zinkjodid sowie Indiumjodid verwendet. Die Sum^¬ me der Anteile der vorgenannten Jodide ergibt vorzugswei^¬ se die gesamte Menge der Halogenide im Entladungsraum der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe. Es hat sich gezeigt, dass die vorgenannten Jodide vollkommen ausrei- chend sind, um weißes Licht zu erzeugen, das den gesetz^¬ lichen Anforderungen genügt, die an eine als Lichtquelle im Fahrzeugscheinwerfer einsetzbare Hochdruckentladungs^¬ lampe gestellt werden.

Vorzugsweise besitzt die Füllung der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe einen Anteil von Natriumhaloge- nid mit einem Wert im Bereich von 30 bis 40 Gewichtspro^¬ zent und einen Anteil von Scandiumhalogenid mit einem Wert im Bereich von 35 bis 45 Gewichtsprozent, jeweils bezogen auf die gesamte Menge der Halogenide im Entla- dungsraum.

III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 Eine perspektivische Ansicht einer Hochdruckent- ladungslampe gemäß dem bevorzugten Ausführungs^¬ beispiel der Erfindung Figur 2 Eine schematische Darstellung des Außenkolbens und des Entladungsgefäßes der in Figur 1 abge^¬ bildeten Hochdruckentladungslampe

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine quecksilberfreie Halogen- Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit einer elektri^¬ schen Leistungsaufnahme von nominal 35 Watt. Diese Lampe ist für den Einsatz in einem Fahrzeugfrontscheinwerfer vorgesehen. Sie besitzt ein zweiseitig abgedichtetes Ent- ladungsgefäß 10 aus Quarzglas mit einem Volumen des Ent^¬ ladungsraums 106 von 22,5 mm³, in dem Elektroden 11, 12 und eine Füllung zum Erzeugen einer Gasentladung gasdicht eingeschlossen sind. Im Bereich des Entladungsraumes 106 ist die Außenkontur des Entladungsgefäßes 10 ellipsoidförmig ausgebildet und seine Innenkontur ist im Bereich zwischen den Elektroden 11, 12 kreiszylindrisch ausgebildet (Fig. 2).

In der Mitte des Entladungsraumes 106 beträgt der Innen^¬ durchmesser des Entladungsgefäßes 2,55 mm und sein Außen^¬ durchmesser beträgt dort 6,3 mm. Die beiden Enden 101, 102 des Entladungsgefäßes 10 sind jeweils mittels einer im Quarzglas des Entladungsgefäßes 10 eingeschmolzenen Molybdänfolie 103, 104 abgedichtet. Die Molybdänfolien 103, 104 besitzen jeweils eine Länge von 6,5 mm, eine Breite von 2 mm und eine Dicke von 25 ym. Im Innenraum des Entladungsgefäßes 10 befinden sich zwei Elektroden 11, 12, zwischen denen sich während des Lampenbetriebes der für die Lichtemission verantwortliche Entladungsbogen ausbildet. Die Elektroden 11, 12 bestehen aus Wolfram. Ihre Dicke bzw. ihr Durchmesser beträgt 0,33 mm. Die Län- ge der Elektroden 11, 12 beträgt jeweils 7,5 mm. Der optische bzw. optisch wirksame Abstand zwischen den Elekt^¬ roden 11, 12 beträgt ca. 4,1 mm. Die Elektroden 11, 12 sind jeweils über eine der im Quarzglas des Entladungsge- fäßes eingeschmolzene Molybdänfolie 103, 104 und die so^¬ ckelferne Stromzuführung 13 sowie die Stromrückführung 17 bzw. über die sockelseitige Stromzuführung 14 elektrisch leitend mit einem elektrischen Anschluss des Lampenso^¬ ckels 15 verbunden. Das Entladungsgefäß 10 wird von einem gläsernen Außenkolben 16 umhüllt, der mit den Enden 101, 102 des Entladungsgefäßes 10 verschmolzen ist. Der Außen^¬ kolben 16 bzw. die vom Außenkolben 16 und dem Entladungsgefäß 10 gebildete Baueinheit wird mittels einer Metall^¬ klammer 20 und eines Metallrings 21, der durch Schweißla- sehen 22 mit der Metallklammer 20 verbunden ist, am Lampensockel 15 fixiert. Das Entladungsgefäß 10 weist so- ckelseitig eine rohrartige Verlängerung 105 aus Quarzglas auf, in der die sockelseitige Stromzuführung 14 verläuft. Die Stromzuführungen 14, 17 sind elektrisch leitend mit einer im Innenraum des Lampensockels 15 angeordneten Zündvorrichtung (nicht abgebildet) verbunden, die zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe dient. Der Lampensockel 15 besteht im Wesentlichen aus Kunststoff und ist von einem metallischen Gehäuse umge- ben, um die elektromagnetische Abschirmung der Zündvorrichtung zu verbessern. Am Lampensockel 15 ist ein Stecker 23 zur elektrischen Verbindung der Hochdruckentladungslampe mit einem Betriebsgerät angeordnet.

Der der Stromrückführung 17 zugewandte Oberflächenbereich des Entladungsgefäßes 10 ist mit einer lichtdurchlässi- gen, elektrisch leitfähigen Beschichtung 107 versehen, die als Zündhilfe dient. Die Beschichtung 107 besteht aus dotiertem Zinnoxid, beispielsweise aus mit Fluor oder An^¬ timon dotiertem Zinnoxid oder beispielsweise aus mit Bor und beziehungsweise oder Lithium dotiertem Zinnoxid. Die^¬ se Hochdruckentladungslampe wird in horizontaler Lage be^¬ trieben, das heißt, mit in einer horizontalen Ebene angeordneten Elektroden 11, 12, wobei die Lampe derart ausge^¬ richtet ist, dass die Stromrückführung 17 unterhalb des Entladungsgefäßes 30 und des Außenkolbens 16 verläuft. Details dieser Beschichtung 107 sind in der EP 1 632 985 AI beschrieben. Der Außenkolben 16 besteht aus Quarzglas, das mit Ultraviolette Strahlung absorbie^¬ renden Stoffen dotiert ist, wie zum Beispiel Ceroxid und Titanoxid. Geeignete Glaszusammensetzungen für das Außen- kolbenglas sind in der WO 94/28576 AI und in der WO 2012/072398 AI offenbart.

Die in dem Entladungsgefäß eingeschlossene Füllung be^¬ steht aus Xenon mit einem Kaltfülldruck, das heißt einem bei einer Temperatur von 25°C gemessenen Fülldruck, von 1,3 Megapascal, und den Jodiden von Natrium, Scandium, Zink und Indium. Die Brennspannung der Lampe beträgt ca. 42 Volt. Ihre Farbtemperatur liegt bei ca. 4800 Kelvin. Die Gesamtmenge der Halogenide bzw. Jodide der Metalle Natrium, Scandium, Zink und Indium in der Füllung beträgt 220 yg entsprechend 9,78 yg/mm³, das heißt 9,78 Mikro^¬ gramm pro 1 Kubikmillimeter Entladungsraumvolumen, wobei die Gewichtsanteile der Jodide der Metalle Natrium-, Scandium, Zink und Indium bezogen auf die gesamte Menge der Halogenide wie folgt lauten: Natriumjodid (Nal): 35,75 Gewichtsprozent, entsprechend einer Füllmenge von 3,50 yg/mm³ Scandiumj odid (SCI3) : 40,4 Gewichtsprozent, entsprechend einer Füllmenge von 3, 95 yg/mm³ Zinkjodid (Znl₂) : 21,2 Gewichtsprozent, entsprechend einer Füllmenge von 2,07 yg/mm³ Indiumjodid (Inl): 2,65 Gewichtsprozent, entsprechend einer Füllmenge von 0,26 yg/mm³

Aus den oben genannten Anteilen von Natriumjodid und Scandiumj odid ergeben sich für die Anteile von Natrium und Scandium die Werte 12,0 yg und 9,4 yg in der Füllung. Die vorgenannten Anteile von Natrium und Scandium entsprechen 0,52 10^"3 Mol Natrium und 0,21 10^"3 Mol Scandium in der Füllung. Der Quotient der molaren Anteile von Nat- rium und Scandium besitzt daher einen Wert von 2,5 und das Molverhältnis von Natrium zu Scandium in der Füllung ist daher 2,5:1. Die Füllung der Hochdruckentladungslampe enthält außer den vorgenannten Bestandteilen keine weiteren Komponenten, sodass die Summe der Gewichtsanteile von Natriumjodid, Scandiumj odid, Zinkjodid und Indiumjodid die gesamte Menge, das heißt 100 Gewichtsprozent, der Ha^¬ logenide im Entladungsraum 106 ergibt.

Die erfindungsgemäße Halogen-Metalldampf-Hochdruckentla^¬ dungslampe wird unmittelbar nach der Zündung der Gasent- ladung im Entladungsgefäß mit dem drei- bis fünffachen ihrer Nennleistung bzw. ihres Nennstroms betrieben, um ein schnelles Verdampfen der Metallhalogenide in der io^¬ nisierbaren Füllung zu gewährleisten. Unmittelbar nach dem Zünden der Gasentladung wird diese fast ausschließ- lieh vom Xenon getragen, da nur das Xenon zu diesem Zeit- punkt gasförmig im Entladungsgefäß vorliegt. Die Hoch^¬ druckentladungslampe arbeitet zu diesem Zeitpunkt und während der so genannten Anlaufphase, während der die Me^¬ tallhalogenide der ionisierbaren Füllung in die Dampfpha- se übergehen, daher wie eine Xenon-Höchstdruckentla- dungslampe, bei der sowohl die Lichtemission als auch die elektrische Eigenschaften der Entladung, insbesondere der Spannungsabfall über der Entladungsstrecke, allein vom Xenon und dem Elektrodenabstand bestimmt werden. Erst wenn die oben genannten Jodide der ionisierbaren Füllung verdampft sind und diese an der Entladung teilnehmen, ist ein quasistationärer Betriebszustand der Lampe erreicht, in dem die Lampe mit ihrer Nennleistung von 35 Watt und einer Brennspannung von 42 Volt betrieben wird. Der Be- griff Brennspannung bezeichnet demzufolge die Betriebs^¬ spannung der Hochdruckentladungslampe im quasistationären Betrieb .

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben näher erläuterte Ausführungsbeispiel. Beispielsweise kann der Lampensockel derart ausgebildet sein, dass er in seinem Innenraum zusätzlich zur Zündvorrichtung auch Komponenten der Betriebsvorrichtung oder sogar die komplette Betriebsvorrichtung für die Hochdruckentladungslampe ent^¬ hält. Alternativ kann der Lampensockel auch ohne Zündvor- richtung ausgebildet sein und die Zündvorrichtung außerhalb des Lampensockels als Bestandteil eines externen Be^¬ triebsgeräts der Hochdruckentladungslampe ausgebildet sein .

Claims

Ansprüche

Hochdruckentladungslampe für Fahrzeugscheinwerfer mit einem gasdicht verschlossenen Entladungsgefäß (10), das einen Entladungsraum (106) besitzt, in dem Elektroden (11, 12) und eine quecksilberfreie Füllung zum Erzeugen einer Gasentladung eingeschlossen sind, wobei die Füllung zumindest Xenon und Halogenide von Natrium, Scandium, Indium und Zink enthält und der Quotient aus dem molaren An^¬ teil von Natrium und dem molaren Anteil von Scandium in dem Halogenidanteil der Füllung einen Wert im Bereich von 2 bis 3 besitzt,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Menge der Halogenide im Entladungsraum (106) einen Wert im Bereich von 8 bis 11 Mikrogramm pro 1 Kubikmillimeter des Entladungsraumvolumens be^¬ sitzt,

der Zinkhalogenidanteil einen Wert im Bereich von 16 bis 25 Gewichtsprozent bezogen auf die gesamte Menge der Halogenide im Entladungsraum (106) be^¬ sitzt,

der Indiumhalogenidanteil einen Wert im Bereich von 1 bis 3 Gewichtsprozent bezogen auf die ge^¬ samte Menge der Halogenide im Entladungsraum (106) besitzt, und

der Kaltfülldruck von Xenon im Bereich von 1,1 bis 1,5 Megapascal liegt.

Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, wobei der Zinkhalogenidanteil einen Wert im Bereich von 16 bis 23 Gewichtsprozent bezogen auf die gesamte Men^¬ ge der Halogenide im Entladungsraum (106) besitzt.

3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Zinkhalogenidanteil einen Wert im Bereich von 18 bis 23 Gewichtsprozent bezogen auf die ge^¬ samte Menge der Halogenide im Entladungsraum (106) besitzt .

4. Hochdruckentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Indiumhalogenidanteil einen Wert im Bereich von 2 bis 3 Gewichtsprozent bezogen auf die gesamte Menge der Halogenide im Entladungsraum (106) besitzt.

5. Hochdruckentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kaltfülldruck von Xenon im Bereich 1,1 bis 1,4 Megapascal liegt.

6. Hochdruckentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Halogenide als Jodide ausgebildet sind .

7. Hochdruckentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Halogenide Natriumj odid, Scandiumj odid, Zinkjodid und Indiumjodid umfassen.

8. Hochdruckentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Anteil von Natriumhalogenid in der Füllung einen Wert im Bereich von 30 bis 40 Gewichtsprozent der gesamten Menge der Halogenide be^¬ sitzt und der Anteil von Scandiumhalogenid in der Füllung einen Wert im Bereich von 35 bis 45 Ge- wichtsprozent der gesamten Menge der Halogenide be^¬ sitzt.

9. Hochdruckentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Summe der Anteile von Natriumhalo- genid, Scandiumhalogenid, Zinkhalogenid und

Indiumhalogenid die gesamte Menge der Halogenide im Entladungsraum (106) ergibt.