Be s ehre ibung
[1] Scheinwerferlampe und deren Verwendung
Technisches Gebiet
[2] Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Scheinwerferlampen, insbesondere bezieht sie sich auf eine Scheinwer- ferlampe mit einem Sockel und einer durch internationale Normung bezüglich Abstand und Lage zu einer Referenzebene des Sockels vorgegebenen Lichtabgabe.
Stand der Technik
[3] In der ECE Norm No. 98 "UNIFORM PROVISIONS CONCERNING THE APPROVAL OF MOTOR VEHICLE HEADLAMPS EQUIPPED WITH GAS-DISCHARGE LIGHT SOURCES" werden verschiedene in der Kfz-Industrie benutzte Gasentladungslam¬ pen bezüglich der Lage ihres Entladungsbogens zu einer definierten Referenzebene beschrieben. Jede Entladungs- lampe, die als Scheinwerferlampe in einem Kraftfahrzeug Verwendung finden soll, muss dieser Norm entsprechen.
[4] In der ECE Norm No. 37 "Uniform provisions concer- ning the approval of filament lamps for use in approved lamp units on power-driven vehicles and of their trai- lers" werden verschiedene in der Kfz-Industrie benutzte Glühlampen bezüglich der Lage ihrer Glühwendeln zu einer definierten Referenzebene beschrieben. Jede Scheinwerferlampe mit einer Glühwendel, die in einem Kraftfahrzeug Verwendung finden soll, muss dieser Norm entsprechen.
[5] Aus der DE 10 2005 026 949 Al ist eine Leuchtdioden- Lampe als Lichtquelle für einen Scheinwerfer bekannt. Die Bauform dieser Lampe ist dabei an die für den Einsatz der
Leuchtdioden-Lampe konzipierte Scheinwerferkonstruktion angepasst .
Aufgabe
[6] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine mit Halbleiter- lichtquellen versehene Lampe anzugeben, die als Scheinwerferlampe in für den Einbau von Glühlampen oder Gasentladungslampen konzipierten Scheinwerfern einsetzbar ist.
Darstellung der Erfindung
[7] Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Scheinwer- ferlampe mit einem Sockel und einer durch internationale Normung bezüglich Abstand und Lage zu einer Referenzebene des Sockels vorgegebenen Lichtabgabe, wobei die Lichtab¬ gabe durch eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen erfolgt .
Eine Betriebselektronik oder ein Teil der Betriebselektronik zum Betreiben der einen oder mehreren Halbleiterlichtquellen ist dabei vorteilhaft in dem Sockel der Scheinwer¬ ferlampe angeordnet. Dadurch kann die Lampe direkt ohne weitere Maßnahmen anstatt einer für diese Anwendung vorge- sehenen Gasentladungslampe oder Glühlampe verwendet wer¬ den.
[8] Wenn die einen oder mehreren Halbleiterlichtquellen auf einer tragenden Struktur mit einer ersten und einer zu dieser parallelen zweiten flächigen Seite angeordnet sind, hat dies den Vorteil, dass die geforderte Lichtab¬ strahlcharakteristik am einfachsten eingehalten werden kann. Dabei sollten jeweils mindestens eine Halbleiter¬ lichtquelle auf der ersten flächigen Seite und mindestens
eine Halbleiterlichtquelle auf der zweiten flächigen Sei¬ te deckungsgleich übereinander liegen. Um den in der Normung festgelegten Durchmesser der dort beschriebenen Glühwendel beziehungsweise des dort beschriebenen Entladungs- bogens gerecht zu werden, weist die tragende Struktur im Bereich der deckungsgleich übereinanderliegenden Halbleiterlichtquellen zwischen der ersten und der zweiten flächigen Seite bevorzugt einen Steg mit einer Dicke auf, die so bemessen ist, dass die Halbleiterlichtquellen mit ihren Licht abstrahlenden Flächen zueinander einen Abstand aufweisen, der dem in dieser Normung festgelegten durchschnittlichen Durchmesser der dort beschriebenen Glühwendel beziehungsweise des dort beschriebenen Entladungsbo- gens entspricht.
[9] Um eine gleichmäßigere Lichtabstrahlung zu errei¬ chen, kann es von Vorteil sein, wenn auf beiden flächigen Seiten der tragenden Struktur jeweils eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen angeordnet sind, wobei jeweils mindestens eine Halbleiterlichtquelle auf der ersten flä- chigen Seite und mindestens eine Halbleiterlichtquelle auf der zweiten flächigen Seite im Wechsel oder zumindest teilweise überdeckend gegenüber positioniert sind.
[10] Die tragende Struktur ist bevorzugt gleichzeitig als Kühlkörper ausgebildet und besteht aus einem gut Wärme leitenden Material. Durch diese Maßnahme werden die Halb¬ leiterlichtquellen bestmöglich gekühlt. In einer vorteilhaften Weiterbildung besteht die tragende Struktur aus mindestens einem ersten und einem zweiten Teil, wobei der erste Teil der tragenden Struktur gleichzeitig als Kühl- körper ausgebildet ist und der zweite Teil der tragenden
Struktur als Träger für die Halbleiterlichtquellen ausgebildet ist und aus einem gut Wärme leitenden Material be¬ steht. Dies hat den Vorteil, dass der zweite Teil der tra¬ genden Struktur als Leiterplatte ausgebildet werden kann, und dadurch kostengünstig und effizient vorgefertigt wer¬ den kann. In einer vorteilhaften Weiterbildung besteht die tragende Struktur aus mehr als zwei Teilen, wobei einige der Teile aus einem elektrisch leitenden Material bestehen und gleichzeitig als Stromzuführungen ausgebildet sind. Dadurch dienen die voneinander isolierten als Kühlkörper wirkenden Teile der tragenden Struktur selber als Stromzuführung, und es müssen keine Leiter auf diese aufgebracht werden .
[11] Weist der als Leiterplatte ausgebildete zweite Teil der tragenden Struktur die Betriebselektronik teilweise oder vollständig auf, können durch die standardisierte Herstellung weitere Kosten eingespart werden.
[12] Bevorzugt verjüngt sich die tragende Struktur zur Spitze der Lampe hin und/oder sie weist eine seitwärts ausladende kühlende Struktur auf. Dadurch nimmt die Struk¬ tur die Form einer herkömmlichen Lampe an, was Vorteile für den Einbau und die Anordnung im Scheinwerferreflektor hat. Zusätzlich kann die tragende Struktur noch eine wärmeabstrahlende und/oder antireflexive Beschichtung aufwei- sen, um die optischen und thermischen Eigenschaften der Lampe zu verbessern.
Wenn die die Betriebselektronik (75) thermisch mit einem ersten Kühlkörper (341) verbunden ist, der als erster Teil des Sockelgehäuses ausgebildet ist, kann sie besser ge-
kühlt werden. Wenn dann die tragende Struktur (3) thermisch mit einem zweiten Kühlkörper (342) verbunden ist, der als zweiter Teil des Sockelgehäuses ausgebildet ist, kann sie unabhängig von der Betriebselektronik gekühlt werden, vor allem wenn der erste Kühlkörper (341) und der zweite Kühlkörper (342) thermisch voneinander isoliert sind. Damit sind die Leuchtdioden und die Betriebselektro¬ nik thermisch voneinander entkoppelt, was eine effiziente¬ re Kühlung gewährleistet.
[13] Wenn die Halbleiterlichtquellen eine Optik aufweisen, die eine Lichtabstrahlcharakteristik der Halbleiterlichtquellen so verändert, dass sie einer in der Normung geforderten Abstrahlcharakteristik entspricht, ist die Vorgabe bezüglich der Platzierung der Halbleiterlichtquellen weni- ger streng, was Vorteile bei der Bestückung und der Herstellung der Halbleiterlichtquellen hat. Die Halbleiterlichtquellen sind dabei bevorzugt Leuchtdioden. Besonders bevorzugt sind die Halbleiterlichtquellen Multichip- Leuchtdioden. Die Halbleiterlichtquellen können aber auch organische Leuchtdioden sein. Es ist von Vorteil, wenn die Halbleiterlichtquellen dabei mit einer Schutzschicht überzogen sind, um sie bei Einsetzen und während der rauen Be¬ triebszeit im Automobil angemessen zu schützen. Zu diesem Zweck kann die tragende Struktur mit den Halbleiterlicht- quellen aber auch vorteilhaft von einem Schutzkolben umgeben sein. Das Material des Schutzkolbens ist dabei bevor¬ zugt ein lichtdurchlässiger Kunststoff oder ein Glas. Aus optischen und thermischen Gründen ist der Schutzkolben dabei mit einem Gas gefüllt.
[14] Die Scheinwerferlampe weist dabei bevorzugt eine Be¬ triebselektronik (100) zum Betreiben von Halbleiterlichtquellen (21) an einem Betriebsgerät für Gasentladungslampen auf. Die Betriebselektronik (100) simuliert dabei die Brennspannung einer Glühlampe beziehungsweise Gasentla¬ dungslampe. Im Falle einer Scheinwerferlampe als Ersatz für eine Gasentladungslampe simuliert sie die Brennspan¬ nung bevorzugt beim Kaltstart sowie die Brennspannung im stationären Betrieb einer Gasentladungslampe. Wenn die Be- triebselektronik für die Simulation einer quecksilberhaltigen und einer quecksilberfreien Gasentladungslampe umschaltbar ist, erweitert dies den Anwendungsbereich der Scheinwerferlampe erheblich. Damit lässt sich die Schein¬ werferlampe direkt als Retrofitlampe einsetzen, ohne am Scheinwerfer oder dem Automobil Änderungen vornehmen zu müssen .
[15] Die Betriebselektronik umfasst dabei im Falle einer
Scheinwerferlampe als Ersatz für eine Gasentladungslampe vorzugsweise einen Gleichrichter (103) , sowie einen Span- nungszwischenkreis (104) mit einer dissipativen Span- nungsbegrenzungseinrichtung .
"16"
Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)
[17] Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausfüh- rungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
[18] Fig. 1 Eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Scheinwerferlampe .
[19] Fig. 2 Eine schematische Draufsicht der ersten
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Scheinwerferlampe .
[20] Fig. 3 Eine Seitenansicht einer zweiten Ausfüh- rungsform einer erfindungsgemäßen Scheinwerferlampe .
[21] Fig. 4 Eine schematische Draufsicht der zweiten
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Scheinwerferlampe .
[22] Fig. 5 Eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Scheinwerferlampe .
[23] Fig. 6 Eine Seitenansicht einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schein- werferlampe mit einer Lichtfunktion.
[24] Fig. 7 Eine Seitenansicht der vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Scheinwerferlampe mit zwei Lichtfunktionen.
[25] Fig. 8 Eine Seitenansicht der vierten Ausfüh- rungsform einer erfindungsgemäßen Scheinwerferlampe mit einer zusätzlichen kühlenden Teilstruktur 34.
[26] Fig. 9 Eine Seitenansicht einer fünften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schein- werferlampe.
[27] Fig. 10 Eine schematische Draufsicht der fünften
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Scheinwerferlampe .
[28] Fig. 11 Eine Seitenansicht einer sechsten Ausfüh- rungsform einer erfindungsgemäßen Scheinwerferlampe .
[29] Fig. 12 Eine Seitenansicht einer siebten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Scheinwerferlampe .
[30] Fig. 13 Eine Seitenansicht einer achten Ausfüh¬ rungsform einer erfindungsgemäßen Scheinwerferlampe mit einer zusätzlichen kühlenden Teilstruktur 34.
[31] Fig. 14 Ein Schematischer Schnitt einer neunten Ausführungsform mit zwei thermisch voneinander getrennten Kühlkörpern im Sockel, von denen einer der Elektronik und ein anderer den Halbleiterlichtquellen zugeteilt ist .
[32] Fig. 15a Ein Schematischer Schnitt der achten Ausführungsform in einer Variante mit Sicken zur Stabilitäts- und Kühlflächenerhöhung.
[33] Fig. 15b Ein Schematischer Schnitt der achten Ausführungsform in einer Variante mit erhöh- ter Materialdicke zur Stabilitäts- und
Kühlflächenerhöhung.
[34] Fig. 16a Ein Schnitt durch einen zweiten Teil der
Struktur 3 in einer einteiligen Variante.
[35] Fig. 16b Ein Schnitt durch einen zweiten Teil der
Struktur 3 in einer zweiteiligen Variante.
[36] Fig. 16c Ein Schnitt durch einen zweiten Teil der
Struktur 3 in einer zweiteiligen Variante mit Aussparungen.
[37] Fig. 17 Ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Betriebselektronik .
[38] Fig. 18 Ein Schaltbild eines ersten Spannungszwischenkreises, bei dem zwischen der Brenn- Spannung einer quecksilberfreien und der
Brennspannung einer quecksilberhaltigen Gasentladungslampe umgeschaltet werden kann .
[39] Fig. 19 Ein Schaltbild eines zweiten umschaltbaren Spannungszwischenkreises, der den Hochlauf einer Gasentladungslampe simuliert.
[40] Fig. 20 Eine Variante des zweiten umschaltbaren
Spannungszwischenkreises, der den Hochlauf einer Gasentladungslampe simuliert, und der zwischen der Brennspannung einer quecksilberfreien und der Brennspannung einer quecksilberhaltigen Gasentladungslampe umschaltbar ist.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
[41] Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Scheinwerferlam¬ pe als sogenannte Retrofitlampe einer herkömmlichen
Scheinwerferlampe ausgeführt. Sie soll so den Besitzern von Kfz mit herkömmlicher Lampentechnik und insbesondere den Besitzern von Oldtimern die Verwendung modernster Halbleiterlichttechnik ermöglichen .
[42] In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform als H4- Retrofitlampe in einer Seitenansicht dargestellt. Einige der im folgenden beschriebenen Details sind nur in der schematischen Aufsicht in Fig. 2 zu erkennen. Die Lampe 5 ist auf einem konventionellen Lampensockel 10 aufgebaut, der einen Referenzring 1 aufweist, der an einer Sockelhülse 7 angebracht ist. Der Referenzring 1 besteht aus einem Ring, der an 3 Seiten Referenzlaschen 13, 15 aufweist, die wiederum mittels leicht gewölbter Anlagepunkte eine Referenzebene 11 beschreiben. Die Sockelhülse 7 be- steht aus einem zylinderförmigen Hohlkörper, der an seinem unteren Ende durch einen Sockelstein 71 abgeschlossen ist. In diesen Sockelstein 71, der aus einem isolierenden Material wie z.B. Kunststoff oder Keramik besteht, sind drei Kontaktfahnen 73 eingebettet. In dem über dem So- ckelstein 71 liegenden Hohlraum der Sockelhülse 7 ist eine Betriebselektronik 75 untergebracht. An der Oberseite der Sockelhülse 7 ist eine tragende Struktur 3 ange¬ bracht, auf deren Oberfläche Halbleiterlichtquellen angeordnet sind. Die tragende Struktur 3 dient gleichzeitig als Kühlkörper für die Halbleiterlichtquellen, und besteht daher aus einem gut wärmeleitenden Material wie z.B. Aluminium, Kupfer, einer eisenhaltigen Legierung o- der einem wärmeleitenden Metall-Keramik-Verbund, z.B. ei¬ ner LTCC-Keramik . Die Halbleiterlichtquellen sind vor- zugsweise als Leuchtdioden ausgeführt. Es ist auch denk¬ bar, dass die Halbleiterlichtquellen als organische
Leuchtdioden ausgeführt sind. Die Leuchtdioden sind vorzugsweise als Multichip-Leuchtdioden 21, 23 ausgebildet, die mehrere Leuchtdiode-Chips 25 z.B. in einer Reihe auf¬ weisen. So eine Struktur ist mitunter auch als Leuchtdio- denarray bekannt. Die Betriebselektronik 75 ist über an oder in der tragenden Struktur 3 angeordnete Leiterbahnen (nicht dargestellt) mit den Multichip-Leuchtdioden 21, 23 verbunden. Zur Spannungsversorgung ist die Betriebselektronik 75 mit den Kontaktfahnen 73 verbunden (nicht darge- stellt) .
[43] Um vergleichbare optische Eigenschaften wie eine herkömmliche H4-Lampe aufzuweisen, ist die Geometrie der leuchtenden Fläche der Multichip-Leuchtdioden 21, 23 analog zur geometrischen Flächenprojektion der entsprechen- den Glühwendel ausgebildet. Dass heißt, dass die Länge der lichtabstrahlenden Fläche der Multichip-Leuchtdioden 21, 23 gleich der Länge der entsprechenden Glühwendel ist und die Breite der lichtabstrahlenden Fläche der Multi¬ chip-Leuchtdioden 21, 23 gleich dem Durchmesser der ent- sprechenden Glühwendel ist.
[44] Da die Abblendlichtglühwendel einer H4 Lampe nur in einen Halbraum strahlt, ist nur auf einer Seite der tragenden Struktur 3 eine Multichip-Leuchtdiode 23 ange¬ bracht. Anstatt einer Multichip-Leuchtdiode 23 können a- ber auch mehrere Leuchtdioden mit einem Chip oder mehrere Multichip-Leuchtdioden 23 mit weniger Chips pro Leuchtdiode verwendet werden. Um die optischen Erfordernisse er¬ füllen zu können, weist die tragende Struktur an der Stelle, an der sich bei einer herkömmlichen Glühlampe die Abblendlichtglühwendel befindet, eine Ausnehmung 31 auf. In dieser Ausnehmung 31 ist die Multichip-Leuchtdiode 23
angebracht. Die Tiefe der Ausnehmung 31 ist so ausgelegt, dass der Abstand von der optischen Achse zur lichtab¬ strahlenden Fläche der Multichip-Leuchtdiode 23 im we¬ sentlichen dem Radius der entsprechenden Glühwendel ent- spricht. Alternativ kann die Tiefe der Ausnehmung 31 so bemessen sein, dass die lichtabstrahlende Fläche der Mul¬ tichip-Leuchtdiode 23 auf der optischen Achse liegt. Um die Abstrahlcharakteristik der Multichip-Leuchtdiode 23 an die Abstrahlcharakteristik der Glühwendel anzupassen, kann die Multichip-Leuchtdiode 23 eine Optik (hier nicht gezeigt) aufweisen. Die Ausnehmung 31 weist schräge Rän¬ der auf, um die Lichtabgabe der Multichip-Leuchtdiode 23 möglichst wenig zu behindern.
[45] Da die Fernlichtglühwendel einer H4 Lampe in beide Halbräume strahlt, weist die tragende Struktur 3 zwei ge¬ genüberliegende Ausnehmungen 33 auf (In Fig. 1 nur eine sichtbar) . Die gegenüberliegenden Ausnehmungen 33 sind deckungs- und profilgleich ausgeführt. In jeder der bei¬ den Ausnehmungen 33 ist eine Multichip-Leuchtdiode 21 an- gebracht, deren lichtabstrahlende Flächen somit in entge¬ gengesetzte Richtungen strahlen. Somit strahlt jede Mul¬ tichip-Leuchtdiode 21 in einen Halbraum. Die Tiefe der Ausnehmungen 33 ist so ausgelegt, dass der in der tragenden Struktur verbleibende Steg 35 eine Dicke aufweist, die so bemessen ist, dass der Abstand der lichtabstrahlenden Flächen der Multichip-Leuchtdioden 21 im wesentlichen dem Durchmesser der Glühwendel entspricht.
[46] Die tragende Struktur 3 ist mittels geeigneter Ver¬ fahren, z.B. Schweißen, Löten, Klemmen oder Kleben mit der Sockelhülse verbunden. Um Gewicht und Material zu
sparen, kann sich die tragende Struktur 3 vorzugsweise zur Spitze der Lampe hin verjüngen.
[47] Zum Schutz vor Umwelteinflüssen können die Multi- chip-Leuchtdioden 21, 23 mit einer Schutzschicht versehen sein. Um den Anwendern der Retrofit-Lampe das Gefühl einer Glühlampe zu vermitteln, kann die gesamte tragende Struktur 3 auch in einen lichtdurchlässigen Schutzkolben 6 aus Glas oder Kunststoff eingebracht sein, der die ge¬ samte Struktur vor Umwelteinflüssen schützt. Zur besseren Kühlung der Leuchtdioden ist der Kolben 6 dann vorzugsweise mit einem Füllgas wie Stickstoff versehen. Das Füllgas steht vorzugsweise unter einem Druck von mehr als 5*104Pa. Steht das Füllgas unter einem höheren Druck als dem atmosphärischen, so ist der Kolben 6 vorzugsweise bruchsicher ausgeführt.
[48] Zur optischen Justage während der Fertigung kann die Sockelhülse 7 gegenüber dem Referenzring 1 wie bei einer konventionellen H4-Lampe verdreht, verkippt und verscho¬ ben werden. Damit können die bewährten Herstell- und Jus- tageverfahren der konventionellen Lampen übernommen werden. Ist die Sockelhülse 7 mit der tragenden Struktur 3 und den darauf angeordneten Multichip-Leuchtdioden 21, 23 gegenüber dem Referenzring einjustiert, wird die Verbindung zwischen Referenzring 1 und Sockelhülse 7 herge- stellt. Damit ist die Lampe dann optisch justiert.
Zweite Ausführungsform
[49] Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich nur in der Anzahl der von der Scheinwerferlampe ausführbaren Funktionen von der ersten Ausführungsform. Es werden da-
her lediglich die Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben .
[50] Eine Seitenansicht der Scheinwerferlampe 5 der zwei¬ ten Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt. Einige De- tails sind wie in der ersten Ausführungsform nur in der schematischen Aufsicht in Fig. 4 zu erkennen.
[51] Der Unterschied zur ersten Ausführungsform liegt darin, dass die zweite Ausführungsform als Retrofit-Lampe einer herkömmlichen Scheinwerferlampe mit nur einer Glüh- wendel ausgebildet ist. In den Figuren 3 und 4 ist dies am Beispiel einer H7-Lampe gezeigt.
[52] Eine H7-Lampe ist mit einer frei strahlenden Glühwendel, die in beide Halbräume strahlt, ausgestattet. Da¬ her ist die erfindungsgemäße Scheinwerferlampe mit min- destens zwei Multichip-Leuchtdioden 21 ausgestattet, die jeweils in entgegen gesetzte Raumrichtungen strahlen. Die Multichip-Leuchtdioden 21 sind wie beim ersten Ausführungsbeispiel in zwei Ausnehmungen 33 der tragenden Struktur 3 befestigt. Die Ausnehmungen 33 können auch hier schräge Kanten besitzen. Die lichtabstrahlende Flä¬ che der Multichip-Leuchtdioden 21 entspricht wiederum der Länge und dem Durchmesser einer H7-Glühwendel . Der in der tragenden Struktur verbleibende Steg 35 zwischen den zwei Ausnehmungen 33 weist eine Dicke auf, die so beschaffen ist, dass der Abstand der lichtabstrahlenden Flächen der Multichip-Leuchtdioden im wesentlichen dem Durchmesser einer H7-Glühwendel entspricht. In der Sockelhülse 7 ist wiederum die Betriebselektronik 75 untergebracht. Da hier nur eine Lichtfunktion vorgesehen ist, sind lediglich 2 Kontaktfahnen 73 im Sockelstein 71 befestigt.
Dritte Ausführungsform
[53] Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich im Aufbau der tragenden Struktur 3 von den vorhergehenden Ausführungsformen. Im Folgenden werden die Unterschiede zu den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben.
[54] In der dritten Ausführungsform, die in Fig. 5 dargestellt ist, ist die tragende Struktur aus 2 Teilen aufge¬ baut. Der erste Teil 36 der tragenden Struktur 3 ist mit der Sockelhülse 7 verbunden. Der erste Teil 36 der tra- genden Struktur 3 ist mit Leiterbahnen versehen, die auf oder in dem Teil angeordnet sind (nicht gezeigt), und be¬ steht aus einem gut wärmeleitenden Material wie Kupfer, Aluminium, Stahl oder vernickeltem Stahl. Er kann aber auch aus einem gut wärmeleitenden ein- oder mehrschichti- gen Metall-Keramikverbund bestehen. Dies hat den Vorteil, dass benötigte Leiterstrukturen schon bei der Herstellung des Verbundkörpers in diesen eingebracht werden können. Der zweite Teil 39 der tragenden Struktur 3 ist mit dem ersten Teil 36 der tragenden Struktur 3 elektrisch und thermisch verbunden. Die elektrische Verbindung bezieht sich auf die auf oder in dem ersten Teil 36 der tragenden Struktur 3 verlaufenden Leiterbahnen. Besteht der erste Teil 36 der tragenden Struktur 3 aus einem leitenden Material, so kann der Teil selbst natürlich auch ein Poten- tial führen. Die Leiterbahnen des ersten Teils und/oder der erste Teil selbst sind mit den Kontaktfahnen 73 ver¬ bunden. Der zweite Teil 39 der tragenden Struktur 3 dient hauptsächlich als Schaltungsträger und birgt die Multi- chip-Leuchtdioden 21. Zusätzlich kann auf dem zweiten Teil 39 der tragenden Struktur 3 auch die Betriebselekt¬ ronik 76 oder ein Teil der Betriebselektronik angeordnet
sein, wobei die restliche Betriebselektronik dann in der Sockelhülse 7 Platz findet. Je nach der zu erfüllenden Lichtfunktion ist der zweite Teil 39 einseitig oder beid¬ seitig mit je mindestens einer Multichip-Leuchtdiode 21 bestückt. Alternativ kann der zweite Teil auch mit je mindestens einer Einchip-Leuchtdiode bestückt werden.
[55] Die Ausführungsform in Fig. 5 bezieht sich wieder auf eine H7-Scheinwerferlampe mit einer Lichtfunktion. Selbstverständlich kann diese Ausführungsform aber auch mit 2 Lichtfunktionen ausgebildet werden. Dafür ist entweder eine weitere funktionelle Einheit des zweiten Teils 39 der tragenden Struktur 3 vorzusehen, oder das eine Teil 39 der tragenden Struktur 3 ist entsprechend groß auszubilden, um beide Lichtfunktionen aufnehmen zu kön- nen.
[56] Da der zweite Teil 39 der tragenden Struktur 3 als Schaltungsträger dient, gleichzeitig aber auch die ent¬ stehende Wärme der Leuchtdioden an den ersten Teil 36 der tragenden Struktur 3 abgeben soll, wird hier vorzugsweise eine Schaltungsträgertechnik verwendet, die gut Wärme leitet. Dies kann z.B. eine Platine aus einer LTCC- Keramik beziehungsweise einem Keramik-Metallverbund (z.B. DCB® der Fa. Curamik) sein. Dies hat den Vorteil, dass einige Teile wie Widerstände oder Kondensatoren der Be- triebselektronik 76 gleich in die Keramik mit eingebettet werden können, und die Betriebselektronik 76 somit effizient und platzsparend hergestellt werden kann. Es können aber auch andere Technologien wie eine Metallkernplatine mit einer dünnen Polyimid- oder Polyesterfolie als Lei- terbahnträger verwendet werden. Um die Wärme effizient vom zweiten Teil 39 der tragenden Struktur 3 zum ersten
Teil 36 der tragenden Struktur 3 leiten zu können, ist zwischen den Teilen eine gute thermische Verbindung mit einer großen Kontaktfläche 80 vorgesehen. Diese gewährleistet die erforderliche gute thermische Anbindung der Leuchtdioden an den als Kühlkörper dienenden ersten Teil 36 der tragenden Struktur 3.
[57] Um die mechanische Stabilität zu erhöhen, kann der erste Teil 36 der tragenden Struktur 3 mechanische Stabi¬ lisierungen wie Sicken, Verstärkungen oder Verstrebungen aufweisen. Um die thermischen und optischen Eigenschaften zu verbessern weisen der erste Teil 36 und der zweite Teil 39 der tragenden Struktur 3 vorzugsweise eine wärme¬ abstrahlende und antireflexive Beschichtung auf.
Vierte Ausführungsform
[58] Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform hauptsächlich dadurch, dass die tragende Struktur 3 aus mehr als zwei Teilen besteht. Ansonsten gelten die vorher gemachten Ausführungen hier analog.
[59] Eine Lampe der vierten Ausführungsform mit einer Lichtfunktion (wie z.B. eine H7-Lampe) ist in Fig. 6 dargestellt. Eine Lampe der vierten Ausführungsform mit zwei Lichtfunktionen (wie z.B. eine H4-Lampe) ist in Fig. 7 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist die tragende Struktur 3 in mehrere funktionelle Teile gegliedert, von denen einige aus einem leitenden Material wie Kupfer, A- luminium, Stahl oder einem anderen geeigneten Material bestehen .
[60] Eine erste Variante mit einer Lichtfunktion ist in Fig. 6 dargestellt. Die tragende Struktur 3 besteht aus einem ersten Teil 36, einem zweiten Teil 39 und einem dritten Teil 37. Der erste und der dritte Teil sind beide aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt. Die beiden Teile 36, 37 dienen damit nicht nur als Trägerstruktur und Kühlkörper, sondern gleichzeitig auch als Stromzuführung für den zweiten Teil 39 der tragenden Struktur 3 und die darauf befindlichen Leuchtdioden. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass auf die Zuführungs¬ leiterbahnen verzichtet werden kann, und die elektrische Anbindung der Betriebselektronik und der Leuchtdioden sehr einfach und robust gestaltet werden kann. Auch in dieser Ausführungsform ist eine gute thermische Anbindung des zweiten Teils 39 der tragenden Struktur 3 an den ersten Teil 36 und den dritten Teil 37 der tragenden Struktur 3 notwendig. Hierzu ist eine Verbindung mit einer großen Kontaktfläche 80 vorgesehen.
[61] Um den voneinander getrennten ersten (36) und drit- ten (37) Teil der tragenden Struktur 3 mechanisch zu stabilisieren, sind zwischen den beiden Teilen Klebepunkte 82 vorgesehen. Die Klebepunkte bestehen aus einem geeigneten Klebstoff, der die Teile mechanisch fest zusammenfügt sowie elektrisch potentialgetrennt hält.
[62] Fig. 7 zeigt analog zur ersten Variante eine zweite Variante der vierten Ausführungsform. Diese bildet eine Lampe mit zwei Lichtfunktionen, ist aber ansonsten analog zur ersten Variante aufgebaut. Um zwei Lichtfunktionen darstellen zu können, ist der die Leuchtdioden beinhal- tende zweite Teil 39 der tragenden Struktur 3 in zwei funktionelle Einheiten 391 und 392 aufgeteilt. Die erste
funktionelle Einheit 391 beinhaltet mindestens eine Leuchtdiode oder eine Multichip-Leuchtdiode 23, die auf einer Seite bestückt ist. Die zweite funktionelle Einheit 392 ist zweiseitig bestückt und beinhaltet auf jeder Sei- te mindestens eine Leuchtdiode oder eine Multichip- Leuchtdiode 23. Beide funktionellen Einheiten können jeweils eine Betriebselektronik 76 aufweisen.
[63] Um die zweite funktionelle Einheit 392 mit Strom zu versorgen, ist ein vierter Teil 38 der tragenden Struktur 3 vorgesehen, der mittig zwischen dem ersten Teil 36 der tragenden Struktur 3 und dem dritten Teil 37 der tragenden Struktur 3 angeordnet ist. Um die tragende Struktur mechanisch zu stabilisieren sind auch hier zwischen dem ersten Teil 36, dem dritten Teil 37 und dem vierten Teil 38 der tragenden Struktur 3 Klebepunkte 82 angeordnet. Diese stabilisieren die Struktur, isolieren aber die Teile elektrisch voneinander.
[64] Um eine weitere mechanische Stabilisierung zu errei¬ chen, kann vorgesehen sein dass der erste und dritte Teil 36, 37 der tragenden Struktur 3 mit Sicken, Materialverdickungen oder ähnlichem versehen ist. Fig. 9a zeigt einen Schnitt durch eine mit Sicken versehene vierte Aus¬ führungsform. Der erste und dritte Teil 36, 37 der tra¬ genden Struktur 3 ist jeweils mit einer Sicke versehen. Diese Maßnahme erhöht die Schwingungsstabilität in senk¬ rechter und waagrechter Richtung der Lampe beträchtlich, und vergrößert auch die kühlende Oberfläche sowie Masse.
[65] Ein ähnliches Ergebnis kann durch gezielte Material¬ verstärkungen erreicht werden, wie in Fig. 9b angegeben ist. Mit dieser Maßnahme wird eine Erhöhung der Schwin-
gungsstabilität sowie der kühlenden Masse, Querschnitt und Oberfläche erreicht. Es können auch verschiedene an¬ dere Varianten zu Oberflächenerhöhung und Stabilisierung wie z.B. Verrippung und verschiedene Profilierungen ver- wendet werden.
[66] In beiden Figuren 9a und 9b ist auf den Multichip- Leuchtdioden 21 eine Optik 22 dargestellt. Diese dient dazu, die Abstrahlcharakteristik der planar ausgebildeten Leuchtflächen der Multichip-Leuchtdioden 21 an die Ab- Strahlcharakteristik der herkömmlichen Scheinwerferlampe mit Glühwendeln anzugleichen.
[67] Um die Kühlfläche weiter zu steigern, können die ersten und dritten Teile 36, 37 der tragenden Struktur 3 auch über die , Begrenzung' der Sockelhülse 7 hinausgehen, wie das in einer dritten Variante der vierten Ausführungsform in Fig. 8 gezeigt ist. Hier weisen die ersten und dritten Teile 36, 37 der tragenden Struktur 3 jeweils noch zusätzliche kühlende Strukturen 34 auf. Diese Struk¬ turen können zur Oberflächenvergrößerung und Versteifung verript, gesickt oder in einer anderen geeigneten Weise ausgebildet sein. Der übrige Aufbau ist analog zur ersten beziehungsweise zweiten Variante.
[68] In Figur 9 ist eine fünfte Ausführungsform als Retrofitlampe einer Dl oder D3 Gasentladungslampe in ei- ner Seitenansicht dargestellt. Einige der im Folgenden beschriebenen Details sind nur in der schematischen Aufsicht in Fig. 10 zu erkennen. Die Lampe 5 ist auf einem konventionellen D-Lampensockel 10 aufgebaut, der einen Referenzring 1 aufweist, der an einer Sockelhülse 7 ange- bracht ist. Der Referenzring 1 besteht aus einem Ring,
der an 3 Seiten Referenznoppen 13 aufweist, die eine Referenzebene 11 beschreiben. Die Sockelhülse 7 ist an den Referenzring 1 und ein quadratisches Sockelgehäuse 15 an¬ gegossen. Aus dem Sockelgehäuse 15 ragt eine Anschluss- buchse 71 hervor, die aus einem isolierenden Material wie z.B. Kunststoff oder Keramik besteht. In die Anschluss¬ buchse 71 sind drei Kontakte 73 (nicht gezeigt) eingebet¬ tet. In dem Sockelgehäuse 15 ist eine Betriebselektronik 75 untergebracht. In die Sockelhülse 7 ist ein Innenso- ekel 17 eingebracht, an dessen Oberseite eine tragende Struktur 3 angebracht ist, auf deren Oberfläche Halblei¬ terlichtquellen angeordnet sind. Die tragende Struktur 3 dient gleichzeitig als Kühlkörper für die Halbleiterlichtquellen, und besteht daher aus einem gut wärmelei- tenden Material wie z.B. Aluminium, Kupfer, einer eisenhaltigen Legierung oder einem wärmeleitenden Metall- Keramik-Verbund, z.B. einer LTCC-Keramik . Die Halbleiterlichtquellen sind vorzugsweise als Leuchtdioden ausge¬ führt. Es ist auch denkbar, dass die Halbleiterlichtquel- len als organische Leuchtdioden ausgeführt sind. Die Leuchtdioden sind vorzugsweise als Multichip-Leuchtdioden 21 ausgebildet, die mehrere Leuchtdiode-Chips 25 z.B. in einer Reihe aufweisen. So eine Struktur ist mitunter auch als Leuchtdiodenarray bekannt. Die Betriebselektronik 75 ist über an oder in der tragenden Struktur 3 angeordnete Leiterbahnen (nicht dargestellt) mit den Multichip- Leuchtdioden 21 verbunden. Zur Spannungsversorgung ist die Betriebselektronik 75 mit den Kontakten 73 verbunden (nicht dargestellt) .
[69] Um vergleichbare optische Eigenschaften wie eine herkömmliche D-Lampe aufzuweisen, ist die Geometrie der
leuchtenden Fläche der Multichip-Leuchtdioden 21 analog zur geometrischen Flächenprojektion des entsprechenden Entladungsbogens ausgebildet. Dass heißt, dass die Länge der lichtabstrahlenden Fläche der Multichip-Leuchtdioden 21 gleich der Länge des entsprechenden Lichtbogens ist und die Breite der lichtabstrahlenden Fläche der Multi¬ chip-Leuchtdioden 21 gleich dem mittleren Durchmesser des entsprechenden Entladungsbogens ist.
[70] Da der Entladungsbogen einer D-Lampe in beide HaIb- räume strahlt, weist die tragende Struktur 3 zwei gegenü¬ berliegende Ausnehmungen 33 auf (In Fig. 9 ist nur eine sichtbar) . Die gegenüberliegenden Ausnehmungen 33 sind deckungs- und profilgleich ausgeführt. In jeder der bei¬ den Ausnehmungen 33 ist eine Multichip-Leuchtdiode 21 an- gebracht, deren lichtabstrahlende Flächen somit in entge¬ gengesetzte Richtungen strahlen. Somit strahlt jede Mul¬ tichip-Leuchtdiode 21 in einen Halbraum. Anstatt einer Multichip-Leuchtdiode 21 können aber auch mehrere Leucht¬ dioden mit einem Chip oder mehrere Multichip-Leuchtdioden 21 mit weniger Chips pro Leuchtdiode verwendet werden. Die Tiefe der Ausnehmungen 33 ist so ausgelegt, dass der in der tragenden Struktur verbleibende Steg 35 eine Dicke aufweist, die so bemessen ist, dass der Abstand der lichtabstrahlenden Flächen der Multichip-Leuchtdioden 21 im Wesentlichen dem mittleren Durchmesser des Entladungsbogens entspricht.
[71] Die tragende Struktur 3 ist mittels geeigneter Verfahren, z.B. Schweißen, Löten, Klemmen oder Kleben mit dem Sockel 10 verbunden. Um Gewicht und Material zu spa- ren, kann sich die tragende Struktur 3 vorzugsweise zur Spitze der Lampe hin verjüngen.
[72] Zum Schutz vor Umwelteinflüssen können die Multi- chip-Leuchtdioden 21 mit einer Schutzschicht versehen sein. Um den Anwendern der Retrofit-Lampe das Gefühl einer Entladungslampe zu vermitteln, kann die gesamte tra- gende Struktur 3 auch in einen lichtdurchlässigen Schutzkolben 6 aus Glas oder Kunststoff eingebracht sein, der zudem die gesamte Struktur vor Umwelteinflüssen schützt. Zur besseren Kühlung der Leuchtdioden ist der Kolben 6 dann vorzugsweise mit einem Füllgas wie Stickstoff verse- hen. Das Füllgas steht vorzugsweise unter einem Druck von mehr als 5*104 Pa. Steht das Füllgas unter einem höheren Druck als dem atmosphärischen, so ist der Kolben 6 vorzugsweise bruchsicher ausgeführt.
[73] Zur optischen Justage während der Fertigung kann der Innensockel 17 gegenüber dem Sockel 10 wie bei einer kon¬ ventionellen D-Lampe verdreht, verkippt und verschoben werden. Damit können die bewährten Herstell- und Justage- verfahren der D-Lampen übernommen werden. Ist der Innensockel 17 mit der tragenden Struktur 3 und den darauf an- geordneten Multichip-Leuchtdioden 21 gegenüber dem Sockel 10 einjustiert, wird die Verbindung zwischen Sockel 10 und Innensockel 17 hergestellt. Damit ist die Lampe dann optisch justiert.
Sechste Ausführungsform
[74] Die sechste Ausführungsform unterscheidet sich im Aufbau der tragenden Struktur 3 von der fünften Ausführungsform. Im folgenden werden lediglich die Unterschiede zu dieser beschrieben.
[75] In der sechsten Ausführungsform, die in Fig. 11 dar- gestellt ist, ist die tragende Struktur aus 2 Teilen auf-
gebaut. Der erste Teil 36 der tragenden Struktur 3 ist mit der Sockelhülse 7 verbunden. Der erste Teil 36 der tragenden Struktur 3 ist mit Leiterbahnen versehen, die auf oder in dem Teil angeordnet sind (nicht gezeigt), und besteht aus einem gut wärmeleitenden Material wie Kupfer, Aluminium, Stahl oder vernickeltem Stahl. Er kann aber auch aus einem gut wärmeleitenden ein- oder mehrschichtigen Metall-Keramikverbund bestehen. Dies hat den Vorteil, dass benötigte Leiterstrukturen schon bei der Herstellung des Verbundkörpers in diesen eingebracht werden können. Der zweite Teil 39 der tragenden Struktur 3 ist mit dem ersten Teil 36 der tragenden Struktur 3 elektrisch und thermisch verbunden. Die elektrische Verbindung bezieht sich auf die auf oder in dem ersten Teil 36 der tragenden Struktur 3 verlaufenden Leiterbahnen. Besteht der erste Teil 36 der tragenden Struktur 3 aus einem leitenden Material, so kann der Teil selbst natürlich auch ein Potential führen. Die Leiterbahnen des ersten Teils und/oder der erste Teil selbst sind mit der Betriebselektronik 75 verbunden. Der zweite Teil 39 der tragenden Struktur 3 dient hauptsächlich als Schaltungsträger und birgt die Multichip-Leuchtdioden 21. Zusätzlich kann auf dem zweiten Teil 39 der tragenden Struktur 3 auch die Betriebselektronik 76 oder ein Teil der Betriebselektronik ange- ordnet sein, wobei die restliche Betriebselektronik dann im Sockelgehäuse 15 Platz findet. Der zweite Teil 39 ist beidseitig mit je mindestens einer Multichip-Leuchtdiode 21 bestückt. Alternativ kann der zweite Teil auch mit je mindestens einer Einchip-Leuchtdiode bestückt werden.
[76] Da der zweite Teil 39 der tragenden Struktur 3 als Schaltungsträger dient, gleichzeitig aber auch die ent-
stehende Wärme der Leuchtdioden an den ersten Teil 36 der tragenden Struktur 3 abgeben soll, wird hier vorzugsweise eine Schaltungsträgertechnik verwendet, die gut Wärme leitet. Dies kann z.B. eine Platine aus einer LTCC- Keramik beziehungsweise einem Keramik-Metallverbund (z.B. DCB® der Fa. Curamik) sein. Dies hat den Vorteil, dass einige Teile wie Widerstände oder Kondensatoren der Be¬ triebselektronik 76 gleich in die Keramik mit eingebettet werden können, und die Betriebselektronik 76 somit effi- zient und platzsparend hergestellt werden kann. Es können aber auch andere Technologien wie eine Metallkernplatine mit einer dünnen Polyimid- oder Polyesterfolie als Lei¬ terbahnträger verwendet werden. Um die Wärme effizient vom zweiten Teil 39 der tragenden Struktur 3 zum ersten Teil 36 der tragenden Struktur 3 leiten zu können, ist zwischen den Teilen eine gute thermische Verbindung mit einer großen Kontaktfläche 80 vorgesehen. Diese gewährleistet die erforderliche gute thermische Anbindung der Leuchtdioden an den als Kühlkörper dienenden ersten Teil 36 der tragenden Struktur 3.
[77] Um die mechanische Stabilität zu erhöhen, kann der erste Teil 36 der tragenden Struktur 3 mechanische Stabi¬ lisierungen wie Sicken, Verstärkungen oder Verstrebungen aufweisen. Um die thermischen und optischen Eigenschaften zu verbessern weisen der erste Teil 36 und der zweite Teil 39 der tragenden Struktur 3 vorzugsweise eine wärme¬ abstrahlende und antireflexive Beschichtung auf.
Siebte Ausführungsform
[78] Die siebte Ausführungsform unterscheidet sich von der sechsten Ausführungsform hauptsächlich dadurch, dass
die tragende Struktur 3 aus mehr als zwei Teilen besteht. Ansonsten gelten die vorher gemachten Ausführungen hier analog.
[79] Eine Lampe der siebten Ausführungsform ist in Fig. 12 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist die tragende Struktur 3 in mehrere funktionelle Teile gegliedert, von denen einige aus einem thermisch und elektrisch leitenden Material wie Kupfer, Aluminium, Stahl oder einem anderen geeigneten Material bestehen. Die tragende Struk- tur 3 besteht aus einem ersten Teil 36, einem zweiten Teil 39 und einem dritten Teil 37. Der erste und der dritte Teil sind beide aus einem elektrisch leitenden Ma¬ terial hergestellt. Die beiden Teile 36, 37 dienen damit nicht nur als Trägerstruktur und Kühlkörper, sondern gleichzeitig auch als Stromzuführung für den zweiten Teil 39 der tragenden Struktur 3 und die darauf befindlichen Leuchtdioden. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass auf die Zuführungsleiterbahnen verzichtet werden kann, und die elektrische Anbindung der Betriebselektronik und der Leuchtdioden sehr einfach und robust gestaltet werden kann. Auch in dieser Ausführungsform ist eine gute thermische Anbindung des zweiten Teils 39 der tragenden Struktur 3 an den ersten Teil 36 und den dritten Teil 37 der tragenden Struktur 3 notwendig. Hierzu ist eine Ver- bindung mit einer großen Kontaktfläche 80 vorgesehen.
[80] Um den voneinander getrennten ersten (36) und dritten (37) Teil der tragenden Struktur 3 mechanisch zu stabilisieren, sind zwischen den beiden Teilen Klebepunkte 82 vorgesehen. Die Klebepunkte bestehen aus einem geeig- neten Klebstoff, der die Teile mechanisch fest zusammenfügt sowie elektrisch potentialgetrennt hält.
[81] Um eine weitere mechanische Stabilisierung zu errei¬ chen, kann vorgesehen sein dass der erste und dritte Teil 36, 37 der tragenden Struktur 3 mit Sicken, Materialverdickungen oder ähnlichem versehen ist. Fig. 15a zeigt ei- nen Schnitt durch eine mit Sicken versehene achte Ausfüh¬ rungsform. Der erste und dritte Teil 36, 37 der tragenden Struktur 3 ist jeweils mit einer Sicke versehen. Diese Maßnahme erhöht die Schwingungsstabilität in senkrechter und waagrechter Richtung der Lampe beträchtlich, und ver- größert auch die kühlende Oberfläche sowie Masse.
[82] Ein ähnliches Ergebnis kann durch gezielte Material¬ verstärkungen erreicht werden, wie in Fig. 15b angegeben ist. Mit dieser Maßnahme wird eine Erhöhung der Schwingungsstabilität sowie der kühlenden Masse, Querschnitt und Oberfläche erreicht. Es können auch verschiedene an¬ dere Varianten zu Oberflächenerhöhung und Stabilisierung wie z.B. Verrippung und verschiedene Profilierungen verwendet werden.
[83] In beiden Figuren 15a und 15b ist auf den Multichip- Leuchtdioden 21 eine Optik 22 dargestellt. Diese dient dazu, die Abstrahlcharakteristik der planar ausgebildeten Leuchtflächen der Multichip-Leuchtdioden 21 an die Abstrahlcharakteristik der herkömmlichen Gasentladungslampe anzugleichen .
[84] Um die Kühlfläche weiter zu steigern, können die ersten und dritten Teile 36, 37 der tragenden Struktur 3 auch über die , Begrenzung' der Sockelhülse 7 hinausgehen, wie das in einer dritten Variante der achten Ausführungs¬ form in Fig. 13 gezeigt ist. Hier weisen die ersten und dritten Teile 36, 37 der tragenden Struktur 3 jeweils
noch zusätzliche kühlende Strukturen 34 auf. Diese Struk¬ turen können zur Oberflächenvergrößerung und Versteifung verript, gesickt oder in einer anderen geeigneten Weise ausgebildet sein. Der übrige Aufbau ist analog zur ersten beziehungsweise zweiten Variante.
[85] Fig. 16 zeigt verschiedene Aufbauvarianten des zwei¬ ten Teils 39 der tragenden Struktur 3. In der ersten Variante, gezeigt in Fig. 16a, besteht der zweite Teil 39 der tragenden Struktur 3 aus einem Stück und ist beidsei- tig bestückt. Gut zu sehen ist hier die versetzte Anord¬ nung der Multichip-Leuchtdioden 21 auf der Ober- und Unterseite, die die Enden der Glühwendel beziehungsweise des Entladungsbogens besser nachbildet. Als Material kann z.B. eine Metallkernplatine, eine klassische Platine aus GFK-Kunststoff oder eine keramische Struktur in LTCC- Bauweise verwendet werden. Wichtig ist eine gute Wärme¬ leitfähigkeit des Materials, um die entstehende Wärme der Multichip-Leuchtdioden gut zu den anderen Teilstrukturen der tragenden Struktur 3 weiterleiten zu können.
[86] Um den Bestückungsprozess zu vereinfachen, kann der zweite Teil 39 der tragenden Struktur 3 auch aus zwei zusammengefügten Seiten 393 und 394, wie in Fig. 16b gezeigt, bestehen. Dies hat den Vorteil, dass die erste Seite 393 und die zweite Seite 394 nur einseitig bestückt werden müssen, und erst nach dem Bestücken und Testen durch geeignete Verfahren zusammengefügt werden.
[87] Um Gasentladungslampen durch Retrofitlampen mit dickeren Halbleiterlichtquellen ersetzen zu können kann eine Anordnung wie in Fig. 16c verwendet werden. Diese be- steht ebenfalls aus zwei Seiten die nach dem Bestücken
zusammengefügt werden. Die lichtabstrahlenden Flächen der Multichip-Leuchtdioden zeigen allerdings nicht zur Außenfläche der zwei zusammengefügten Seiten 393 und 394, sondern zur Innenfläche, wobei sie durch entsprechende Durchbrüche der anderen Seite geführt sind und aufgrund der Durchbrüche auf die andere Seite leuchten können. Dies bietet den Vorteil, dass der Abstand der lichtab¬ strahlenden Flächen beider Seiten nur etwa zwei mal der Dicke der Multichip-Leuchtdioden 21 entspricht.
[88] Fig. 14 zeigt einen schematischen Schnitt einer neunten Ausführungsform mit zwei thermisch voneinander getrennten Kühlkörpern 341, 342 im Sockel, von denen einer der Betriebselektronik 75 und ein anderer den Multichip-Leuchtdioden 21 zugeteilt ist. Dieser Ausführungs- form liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Betriebs¬ elektronik 75 und die Multichip-Leuchtdioden 21 unterschiedliche Temperaturniveaus verursachen und sich bei einem einzigen gemeinsamen Kühlkörper in ungünstiger Weise gegenseitig beeinflussen. Aus diesem Grund hat in der fünften Ausführungsform die Betriebselektronik 75 einen eigenen ersten Kühlkörper 341, der als ein Teil des Sockelgehäuses ausgebildet ist. Der andere Teil des Sockel¬ gehäuses ist ebenfalls als zweiter Kühlkörper 342 ausge¬ bildet, und ist thermisch mit der tragenden Struktur 3 verbunden. Die zwei als Kühlkörper ausgebildete Sockel¬ hälften 341, 342 sind thermisch mittels einer Isolierschicht (343) voneinander isoliert. Somit können die Be¬ triebselektronik 75 und die Multichip-Leuchtdioden 21 jede mit ihrem Temperaturniveau betrieben werden ohne dass sie sich gegenseitig thermisch beeinflussen.
Betriebselektronik
[89] Fig. 17 zeigt ein schematisches Blockschaltbild ei¬ ner erfindungsgemäßen Betriebselektronik 100, die für eine der Ausführungsformen fünf bis neun notwendig ist. Die Elektronik bezieht ihre Energie über die Kontakte 73 in der Anschlussbuchse 71. Die Anschlussbuchse 71 ist gemäß dem Sockel einer D2 oder D4 Gasentladungslampe ausge¬ führt. Um die Elektronik vor Hochspannungspulsen des originalen Betriebsgerätes der Gasentladungslampe zu schüt- zen, ist ein dissipativer Überspannungsschutz 101 vorgesehen. Nach dem Überspannungsschutz folgt ein EMV-Filter 102, um die geltenden Automobilnormen einhalten zu können. Da die ursprünglich vorgesehene Gasentladungslampe mit Wechselstrom betrieben wird, ist ein Vollwellen- gleichrichter 103 vorgesehen. Auf den Vollwellengleich- richter folgt ein Spannungszwischenkreis 104 mit einer dissipativen unidirektionalen Spannungsbegrenzungsein- richtung. Die Spannungsbegrenzung kann beispielsweise durch eine Zenerdiode, einen Varistor oder einen Transis- tor Tl parallel zu einem Zwischenkreiskondensator Czκ erfolgen. Der Transistor Tl kann im Linearbetrieb oder im Schaltbetrieb arbeiten. Vorzugsweise ist zum Transistor Tl ein Widerstand R2 in Reihe geschaltet. Die Spannung des Zwischenkreises wird auf die Lampen-Nennspannung be- grenzt. Die Regelung erfolgt so, dass sich eine konstante Zwischenkreisspannung einstellt. Für die Ausführung des Spannungszwischenkreises 104 gibt es zwei Optionen, die später beschrieben werden.
[90] Nach dem Spannungszwischenkreis 104 folgt ein tief- setzender Gleichspannungswandler 105. Der Gleichspannungswandler 105 ist insbesondere ein Drossel-
Abwärtswandler, der als Stromquelle arbeitet. Der Gleichspannungswandler 105 weist eine Regelung auf, die den Leuchtdiodenstrom konstant hält. Bei hoher Temperatur der Leuchtdioden wird der Leuchtdiodenstrom reduziert (sog. Derating-Schaltung) . Bei guter thermischer Anbindung kann auch der für den Übertemperaturschutz verwendete Temperaturfühler in der Vorschaltelektronik verwendet werden bzw. umgekehrt der für das Derating verwendete Fühler zum Schutz der Elektronik herangezogen werden.
[91] Fig. 18 zeigt eine erste Ausführungsform des Span¬ nungszwischenkreises 104. Der Spannungszwischenkreis 104 weist den oben schon erwähnten Transistor Tl auf, der die Zwischenkreisspannung auf einen konstanten Wert hält. Dazu wird er von einer umschaltbaren Anordnung mit zwei Ze- nerdioden Dl und D2 angesteuert. Der Umschalter S schaltet zwischen den beiden Dioden um, so dass die Zwischenkreisspannung wahlweise auf die Brennspannung einer quecksilberfreien und einer quecksilberhaltigen Gasentladungslampe geschaltet werden kann. Mit dieser Maßnahme simuliert die Schaltung einen dieser beiden Lampentypen. Der Umschalter kann als kleiner DIP- oder Druckschalter an der Unterseite des Lampensockels ausgeführt sein.
[92] Die Schaltungsanordnung nach Fig. 19 simuliert nicht nur die Brennspannung der Gasentladungslampe im Nominal- betrieb, sondern auch den Brennspannungsverlauf einer kalten Gasentladungslampe während des Hochlaufs. Zu die¬ sem Zweck wird ein Kondensator Cl durch eine aus dem Widerstand R6 und der Diode D3 gebildeten Spannungsquelle langsam aufgeladen. Aufgrund der Spannungsänderung wäh- rend des Aufladens fließt ein Strom über ein Widerstands¬ netzwerk aus R4 und R5 in den Transistor T34, der darauf-
hin durchschaltet und den Transistor T2 über einen Widerstand R3 ebenfalls einschaltet. Dies bewirkt, dass die Zenerdiode Dil wirkungslos ist. Die Spannung, die am Drain des MOS-FETs Tl anliegt (Drain-Source-Spannung) ist daher in etwa die Zenerspannung der Diode D12, sofern man die Schwellenspannung (Threshold-Spannung) des MOS-FETs vernachlässigt. Somit wird die Zwischenkreisspannung zu diesem Zeitpunkt auf die Zenerspannung der Diode D12 geregelt. Diese Spannung soll die Lampenspannung einer kal- ten Gasentladungslampe kurz nach dem Durchbruch simulie¬ ren. Je mehr sich der Kondensator Cl auflädt, umso geringer wird der in seinen Basisanschluss hinein fließende Strom, was zur Folge hat, dass der Transistor T2 immer mehr sperrt. Dadurch steigt die Spannung am Drain des MOS-FETs Tl, was die Zwischenkreisspannung entsprechend ansteigen lässt. Ist der Kondensator Cl vollständig auf¬ geladen, so fließt kein Strom mehr, und die Transistoren T34, sowie T2 sind ausgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt liegt eine Spannung am Drain des MOS-FETs Tl an, die etwa der addierten Spannung beider Zenerdioden Dil und D12 entspricht. Die Zwischenkreisspannung beginnt also bei einer Spannung, die etwa der Zenerspannung der Diode D12 entspricht, steigt dann langsam über einen vorbestimmten Zeitraum an und endet bei dem Spannungswert, der etwa der addierten Spannung beider Zenerdioden Dil und D12 entspricht. Diese Spannung ist so einzustellen, dass sie der nominalen Brennspannung der zu simulierenden Gasentladungslampe entspricht.
[93] Die Schaltungsanordnung nach Fig. 20 ist eine Vari- ante der Schaltungsanordnung nach Fig. 19. Es werden daher nur die Unterschiede zur Schaltungsanordnung nach
Fig. 19 beschrieben. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 20 bietet beide Vorteile der Schaltungsanordnungen nach Fig. 18 und 19. Die Schaltungsanordnung ist umschaltbar, um eine quecksilberfreie und eine quecksilberhaltige Entla- dungslampe simulieren zu können. Und die Schaltung simuliert nach der oben beschriebenen Weise den Hochlauf einer kalten Gasentladungslampe. Hierzu wird die Schal¬ tungsanordnung nach Fig. 19 mit einem Umschalter S nach Fig. 18 ausgestattet, und es werden vier Zenerdioden in Reihe zwischen der Zwischenkreisspannung und dem Gate des Transistors Tl vorgesehen. Der Umschalter schließt eine von vier Zenerdioden kurz, um die entsprechenden Spannungswerte zu generieren. Dabei wird gleichzeitig dem verschiedenen Kaltstartverhalten von quecksilberhaltiger und quecksilberfreier Gasentladungslampe Rechnung getra¬ gen. Die quecksilberhaltige Gasentladungslampe (, Di- Lampe' ) hat eine minimale Kaltstartspannung von etwa 20V, die dann auf eine Brennspannung von 85V hochläuft. Die quecksilberfreie Gasentladungslampe ( , D3-Lampe' ) hat eine minimale Kaltstartspannung von 25V, die dann auf 45V hochläuft. Um dem Rechnung zu tragen hat die unterste Di¬ ode D12 einen Zenerspannungswert von 20V, die darüberlie- gende Diode D13 einen Wert von 5V, die folgende Diode Dil einen Wert von 45V und die oberste Diode D14 einen Wert von 20V. Die Schwellenspannung des Transistors Tl wurde bei dieser Betrachtung vernachlässigt.
[94] Um die quecksilberhaltige Gasentladungslampe zu si¬ mulieren wird der Umschalter S so eingestellt, dass er die Diode D13 überbrückt. Damit liegt die Kaltstartspan- nung bei 20V, und der Transistor überbrückt die beiden Dioden Dil und D14, die zusammen 65V ergeben. Die nomina-
Ie Brennspannung im eingeschwungenen Zustand stellt sich somit zu 85V ein.
[95] Um die quecksilberfreie Gasentladungslampe zu simu¬ lieren, wird der Umschalter S so eingestellt, dass er die Diode Dil überbrückt. Damit liegt die Kaltstartspannung bei der Summe der beiden Zenerspannungen der Dioden D12 und D13, in diesem Fall 25V, und der Transistor brückt die Diode D14, die bei 20V zenert. Die Diode Dil ist durch den Schalter S gebrückt, und somit nicht wirksam. Die nominale Brennspannung im eingeschwungenen Zustand stellt sich somit zu 45V ein.
Bezugszeichenliste
1 Referenzring
10 Sockel
100 Betriebselektronik 101 dissipativer Überspannungsschutz
102 EMV-Filter
103 Vollwellengleichrichter
104 Spannungszwischenkreis
105 tiefsetzender Gleichspannungswandler 11 Referenzebene
13 Referenzlaschen/noppen
15 Referenzlasche/Sockelgehäuse
17 Innensockel
21 Multichip-Leuchtdiode (beidseitig angeordnet) 22 Optik für Multichip-Leuchtdiode
23 Multichip-Leuchtdiode (nur einseitig angeord¬ net)
25 Leuchtdiodenchips
3 tragende Struktur 31 Ausnehmung (einseitig)
33 Ausnehmung (beidseitig)
34 kühlende Struktur
341 erster als Sockelgehäuse ausgebildeter Kühlkörper 342 zweiter als Sockelgehäuse ausgebildeter Kühlkörper
343 thermische Isolierschicht
35 Steg
36 erster Teil der tragenden Struktur 3 37 dritter Teil der tragenden Struktur 3
39 zweiter Teil der tragenden Struktur 3
391 erste funktionelle Einheit des zweiten Teils 39 der tragenden Struktur 3
392 zweite funktionelle Einheit des zweiten Teils 39 der tragenden Struktur 3
393 erste Seite des zweiten Teils 39 der tragen¬ den Struktur 3
394 zweite Seite des zweiten Teils 39 der tragen¬ den Struktur 3 5 Scheinwerferlampe
6 Schutzkolben
7 Sockelhülse
71 Sockelstein/Anschlussbuchse
73 Kontaktfahnen/Kontakte 75 Betriebselektronik im Sockel
76 Betriebselektronik auf tragender Struktur
80 thermische & elektrische Kontaktfläche
82 Klebepunkt