Hochdruckentladungslampe mit integrierter Zündvorrichtung und Fahrzeugscheinwerfer mit einer Hochdruckentladungslampe
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe mit integrierter Zündvorrichtung gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und einen Fahrzeugscheinwerfer mit einer derartigen Hochdruckentladungslampe.
I. Stand der Technik
Eine derartige Hochdruckentladungslampe ist beispielsweise in der Offenlegungs- schrift WO 00/59269 AI offenbart. Dieses Dokument beschreibt eine einseitig geso- ckelte Hochdruckentladungslampe für einen Fahrzeugscheinwerfer. Im Lampensockel, der im wesentlichen aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff besteht, ist eine Zündvorrichtung angeordnet. Der Lampensockel ist von einem zweiteiligen, metallischen Gehäuse umschlossen, um die elektromagnetische Verträglichkeit der Hochdruckentladungslampe zu verbessern.
Die Patentschrift US 6,474,856 B2 beschreibt einen Fahrzeugscheinwerfer mit einem Reflektor, einer Hochdruckentladungslampe und einem Betriebsgerät für die Hochdruckentladungslampe. Der Lampensockel und das Betriebsgerätgehäuse sind jeweils mit einer elektromagnetischen Abschirmung versehen, die untereinander durch das Abschirmgeflecht eines Zuleitungskabels miteinander verbunden sind.
Üblicherweise werden elektromagnetische Abschirmungen aus Stahlblech, Eisenblech, verzinktem Stahlblech oder Edelstahlblech verwendet. Beispielsweise handelt es sich um Gehäuse aus Stahlblech, Eisenblech, verzinktem Stahlblech oder Edelstahlblech. Die vorgenannten Abschirmungen haben einen unerwünschten Einfluss auf den Lampenstrom. Insbesondere entsteht beim Nulldurchgang des Lampenwechselstroms ein Plateau, so dass der Vorzeichenwechsel des Lampenstroms von positiver zu negativer Polarität oder umgekehrt mehrere Mikrosekunden dauert. Das heißt,
für diese Zeitdauer fließt kein Strom durch die Lampe. Falls dieser Zustand zu lange andauert, kann die Entladung in der Lampe erlöschen.
II. Darstellung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung eine gattungsgemäße Hochdruckentladungslampe beziehungsweise einen gattungsgemäßen Fahrzeugscheinwerfer mit einer verbesser- ten elektromagnetischen Abschirmung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 beziehungsweise 6 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe besitzt eine in ihrem Lampenso- ekel integrierte Zündvorrichtung und weist eine Abschirmung für elektromagnetische Strahlung auf, die erfindungsgemäß aus mindestens einem Buntmetall oder einer Legierung mindestens eines Buntmetalls besteht. Unter dem Begriff Buntmetall werden hier alle Metalle außer Eisen verstanden. Unter dem Begriff Buntmetalllegierung werden alle Legierungen eines Buntmetalls mit einem oder mehreren beliebigen an- deren Metallen verstanden, wobei aber der Gewichtsanteil an Eisen in der Legierung kleiner als fünfzig Gewichtsprozent ist. Durch die Verwendung von elektromagnetischen Abschirmungen aus Buntmetallen bzw. Buntmetalllegierungen werden die Nachteile der bisher üblichen eisenhaltigen elektromagnetischen Abschirmungen vermieden. Insbesondere hat sich gezeigt, dass Abschirmungen aus Buntmetallen bzw. Buntmetalllegierungen keinen nennenswerten Einfluss auf den Lampenstrom haben. Andererseits bieten Buntmetalle bzw. Buntmetalllegierungen einen genau so gute elektromagnetische Abschirmung wie die bisher üblichen Abschirmungen aus Stahl- oder Eisenblechen.
Als besonders vorteilhaft hat sich Aluminium erwiesen. Abschirmungen aus Alumi- niumbiechen oder eine Aluminiumbeschichtung des Lampensockels haben keinen nachweisbaren Einfluss auf den Lampenstrom, das heißt, bei Verwendung von Aluminium tritt das obengenannte stromlose Plateau beim Nulldurchgang des Lampenwechselstroms nicht auf. Andererseits bieten die vorgenannten Abschirmungen aus
Aluminium aber eine ebenso gute elektromagnetische Abschirmung wie Stahlbleche. Gute Resultate wurden auch mit elektromagnetischen Abschirmungen aus Kupfer, Silber, Gold und Nickel sowie mit der Nickel-Eisen-Kupfer-Chrom-Legierung, die unter dem Markennamen Mumetall ® bekannt ist, und mit Aluminium-Magnesium- Legierungen erzielt.
Allgemein eignen sich bei anwendungstypischer Geometrie und Materialstärke als Material für die elektromagnetische Abschirmung sowohl Metalle mit einer im Vergleich zu Stahl oder Edelstahl sehr guten elektrischen Leitfähigkeit, als auch Metalle mit einer im Vergleich zu Stahl oder Edelstahl sehr schlechten elektrischen Leitfä- higkeit. Bei Verwendung von Metallen mit einer sehr guten elektrischen Leitfähigkeit werden zwar durch den Transformator der Zündvorrichtung während der Kommutierung des Lampenstromes in der Abschirmung Induktionsströme in der Größenordnung des Lampenstromes induziert und es wird während des Stromnulldurchgangs in der Lampe eine Spannung im Trafo induziert die der Wiederzündung der Lampe entgegenwirkt, aber aufgrund der vergleichsweise guten elektrischen Leitfähigkeit der Abschirmung ist in diesem Fall die entlang des Abschirmgehäuses abfallende Spannung, und damit auch die Rückwirkung auf die Spannung an der Lampe bzw. auf die Widerzündung der Lampe entsprechend gering. Bei Verwendung von Metallen mit einer sehr schlechten elektrischen Leitfähigkeit gibt es ebenfalls nur einen geringen Spannungsabfall am Abschirmgehäuse, weil aufgrund der vergleichsweise geringen elektrischen Leitfähigkeit keine nennenswerten Induktionsströme in der Abschirmung fließen können. Daher ist auch in diesem Fall die Rückwirkung auf die Spannung an der Lampe und damit auf die Wiederzündung der Lampe entsprechend gering.
Figur 7 zeigt ein Ersatzschaltbild für den Zündtransformator nach der Zündung mit Einfluss durch die Abschirmung. Die Primärwicklung ist im Ersatzschaltbild nicht enthalten, da nach der Zündung kein Strom mehr in der Primärwicklung fließt. Die Sekundärinduktivität setzt sich aus einer Komponente Lsek_u, die nicht mit dem Abschirmgehäuse gekoppelt ist und einer Komponente Lsek_k, die mit dem Ab- schirmgehäuse gekoppelt ist, zusammen. Der Widerstand R c entspricht dem Wider-
stand des Abschirmgehäuses entlang dem Pfad der induzierten Wirbelströme. Figur 8 zeigt ein äquivalentes Ersatzschaltbild mit transformiertem Widerstand R'sch. wobei Nk einer gedachten Anzahl von Sekundärwindungen entspricht, die mit der Abschirmung gekoppelt sind. Die Parameter des Ersatzschaltbildes können durch Mes- sung des Scheinwiderstandes und Phasenwinkels bei zwei Frequenzen ermittelt werden. Für Frequenzen wesentlich größer als R'sch / Lsekjk kann die Induktivität Lsek_k vernachlässigt werden. Für Frequenzen wesentlich kleiner als R'sch / Lsek_k kann der Widerstand R'sch . d.h. der Einfluss der Abschirmung, vernachlässigt werden.
Die elektromagnetische Abschirmung ist vorzugsweise entweder als Gehäuse ausgebildet, das den Lampensockel umschließt oder als Beschichtung auf der äußeren O- berfläche des Lampensockels ausgebildet.
Der erfindungsgemäße Fahrzeugscheinwerfer weist eine Hochdruckentladungslampe und ein Betriebsgerät für die Hochdruckentladungslampe auf, wobei die Hochdruck- entladungslampe eine im Lampensockel integrierte Zündvorrichtung besitzt und der Fahrzeugscheinwerfer mit einer Abschirmung für die von der Zündvorrichtung emittierte elektromagnetische Strahlung versehen ist. Erfindungsgemäß besteht wenigstens ein Teil der elektromagnetischen Abschirmung aus mindestens einem Buntmetall oder einer Legierung mindestens eines Buntmetalls. Vorzugsweise ist dieses Teil der Abschirmung entweder als den Lampensockel umschließendes Gehäuse ausgebildet, das mit dem Lampensockel oder mit dem Reflektor des Fahrzeugscheinwerfers verbunden ist. Alternativ kann das wenigstens eine Teil der elektromagnetischen Abschirmung aber auch als Beschichtung des Lampensockels ausgebildet sein.
Das Betriebsgerät und die im Lampensockel integrierte Zündvorrichtung des erfin- dungsgemäßen Fahrzeugscheinwerfers sind vorzugsweise über ein abgeschirmtes, mit einem Stecker versehenes Zuleitungskabel miteinander verbunden, und der Stecker weist ein metallisches Gehäuse auf, das mit dem Abschirmgeflecht des Zuleitungskabels und im aufgesteckten Zustand auch mit der elektrisch leitfähigen Abschirmung des Lampensockels verbunden ist, wobei die elektrisch leitfähige Ab- schirmung des Lampensockels und das metallische Gehäuse des Steckers in vorteil-
hafter Weise aus dem gleichen Material oder aus Materialien ähnlicher Elektronega- tivität bestehen, um die Gefahr einer Korrosion der Steckverbindung zu reduzieren.
III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 Eine Seitenansicht des bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe ohne Abschirmung in schema- tischer Darstellung
Figur 2 Eine Seitenansicht der Abschirmung für die in Figur 1 abgebildete Hoch- druckentladungslampe in schematischer Darstellung
Figur 3 Den zeitlichen Verlauf des Lampenstroms der in Figur 1 abgebildeten Lampe ohne und mit der in Figur 2 abgebildeten Abschirmung
Figur 4 Den zeitlichen Verlauf des Lampenstroms der in Figur 1 abgebildeten Lampe mit einer Abschirmung aus Stahlblech
Bei dem in Figur 1 abgebildeten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe 1 für den Einsatz in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer. Diese Lampe 1 besitzt ein Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas mit darin angeordneten Elektroden 3, 4, zwischen denen sich während des Lampentriebes eine lichtemittierende Gasentladung ausbildet, einen das Entladungsgefäß 2 umschließenden Außenkolben 5 und einen Sockel 6, der im wesentlichen aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff besteht. Der Sockel 6 ist mit einem ringförmigen Flansch 7 ausgestattet, der zur Halterung der Lampengefäße 2, 5 und zur Montage der Lampe 1 in der Fassung eines Fahrzeugscheinwerfers dient. Am Sockel 6 ist außerdem eine Stecker 61 für die Spannungsversorgung der Lampe 1 vorgese- hen. Innerhalb des Sockels 6 ist eine Zündvorrichtung (nicht abgebildet), insbesondere eine Impulszündvorrichtung, zum Zünden einer Gasentladung in der Lampe 1 angeordnet.
In Figur 2 ist ein zweiteiliges Gehäuse 8, 9 für den Lampensockel 6 schematisch abgebildet. Das Gehäuse 8, 9 besteht aus Aluminiumblechen und umschließt den qua- derförmigen Sockel 6 sowie den Stecker 61. Das Gehäuseoberteil 8 ist auf seiner Oberseite mit einer kreisscheibenförmigen Aussparung für den Flansch 7 versehen. Beide Gehäuseteile 8, 9 werden über den Lampensockel 6 gestülpt, so dass sie sich überlappen. Im Überlappungsbereich werden die Gehäuseteile 8, 9 miteinander verschweißt. Das Gehäuse 8, 9 dient als elektromagnetische Abschirmung. In Figur 3 ist schematisch der zeitliche Verlauf, insbesondere der Polaritätswechsel des Lampenwechselstroms für die Lampe 1 mit dem in Figur 2 dargestellten Gehäuse 8, 9 ge- zeigt. Beim Nulldurchgang t0 des Lampenstroms tritt kein Plateau auf, das heißt, es gibt keine länger andauernde stromlose Betriebsphase. Im Gegensatz dazu ist in Figur 4 zum Vergleich der zeitliche Verlauf, insbesondere der Polaritätswechsel des Lampenwechselstroms für die Lampe 1 mit einem bisher üblichen Gehäuse aus Stahlblech gezeigt. Beim Nulldurchgang t0 des Lampenstroms tritt ein Plateau auf, das heißt, es gibt eine ungefähr 6 μs andauernde stromlose Betriebsphase Δt bevor der Lampenstrom zum Zeitpunkt t| die negative Polarität annimmt. Hierbei besteht die Gefahr, dass die Entladung in der Lampe 1 erlischt.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugscheinwerfers, der mit der oben näher beschriebenen Hochdruckentladungslampe 1 bestückt ist. Der Kraftfahrzeugscheinwerfer weist einen Reflektor 10 und eine am Reflektorhals angeformte Aufnahme 11 für den Lampensockel auf. Die elektromagnetische Abschirmung wird hier hauptsächlich von dem zweiteiligen Gehäuse 8, 9 des Lampensockels 6 gewährleistet. Das Zuleitungskabel 12 für die Spannungsversorgung der Lampe 1 kann als abgeschirmtes Kabel ausgebildet sein, dessen Innenleiter von ei- nem auf Massepotential befindlichen metallischen Geflecht umgeben ist, das mit dem Gehäuse 8, 9 und mit dem schaltungsinternen Massepotential eines im Fahrzeug angeordneten Betriebsgerätes 13 für die Lampe 1 sowie mit der metallisierten oder metallischen Aufnahme 11 und dadurch auch mit dem metallisierten oder metallischen Reflektor 10 verbunden ist.
Die Figur 6 zeigt eine vergrößerte Darstellung des vierpoligen Steckers 120 des Zuleitungskabels 12, der in die Buchse 61 am Lampensockel 6 bzw. am Gehäuse 8, 9 eingesteckt ist. Das Gehäuse 120a des Steckers 120, das elektrisch leitend mit dem Abschirmgeflecht des Zuleitungskabels 12 und im aufgesteckten Zustand auch mit dem Gehäuse 8, 9 verbunden ist, besteht vorzugsweise aus dem gleichen Metall wie das Gehäuse 8, 9 des Lampensockels 6 oder aus einem Metall, das eine ähnliche E- lektronegativität wie das Metall des Gehäuses 8, 9 aufweist, um die Gefahr einer Korrosion der Steckverbindung zu verringern. Vorzugsweise besteht das Gehäuse 120a des Steckers 120 daher aus Aluminium oder einer Aluminium-Magnesium- Legierung, wie beispielsweise AlMgl (1% Magnesiumanteil) oder AlMg3 (3% Magnesiumanteil).
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben näher erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beispielsweise kann anstelle des zweiteiligen Gehäuses 8, 9 der Lampensockel 6 auf seiner äußeren oder inneren Oberfläche mit einer Beschichtung versehen sein, die aus mindestens einem Buntmetall, vorzugsweise Aluminium, oder einer Legierung mindestens eines Buntmetalls besteht.
Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeugscheinwerfer kann auch die Aufnahme 11 mit der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Abschirmung versehen sein und in die- sem Fall auf das Gehäuse 8, 9 verzichtet werden. Das heißt, die Oberfläche der Auf- nähme 11 kann mit einer Beschichtung versehen sein, die aus mindestens einem Buntmetall oder einer Legierung mindestens eines Buntmetalls besteht, oder aber als Gehäuse ausgebildet sein, das aus mindestens einem Buntmetall oder einer Legierung mindestens eines Buntmetalls besteht.