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Die
Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe gemäß des Oberbegriffs
des Patentanspruchs 1.
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I. Stand der Technik
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Eine
derartige Hochdruckentladungslampe ist beispielsweise in der europäischen Patentschrift
EP 0 991 107 B1 offenbart.
Auf Seite 4, in den Zeilen 12 bis 26 der Spalte 6 dieser Patentschrift
ist eine einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampe für einen
Kraftfahrzeugscheinwerfer beschrieben, die ein von einem gläsernen Außenkolben
umgebenes Entladungsgefäß besitzt,
wobei der Außenkolben
mit einer lichtdurchlässigen,
elektrisch leitfähigen Schicht
versehen ist, die sich über
den gesamten Entladungsraum der Lampe der erstreckt. Diese Schicht
ist mit dem schaltungsinternen Massebezugspotential des Betriebsgerätes der
Hochdruckentladungslampe verbunden, um die elektromagnetische Verträglichkeit
der Lampe zu verbessern.
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II. Darstellung der Erfindung
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Hochdruckentladungslampe, insbesondere
eine quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe
für Fahrzeugscheinwerfer
mit verbesserter Zündwilligkeit
bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte
Ausführungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen
beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe
besitzt ein lichtdurchlässiges
Entladungsgefäß, eine
im Entladungsraum des Entladungsgefäßes angeordnete ionisierbare
Füllung
und sich in den Entladungsraum des Entladungsgefäßes erstrecken de Elektroden
zum Erzeugen einer Gasentladung, sowie aus dem Entladungsgefäß herausgeführte Stromzuführungen
zur Energieversorgung der Elektroden, wobei die Oberfläche des
Entladungsgefäßes zumindest
partiell mit einer lichtdurchlässigen,
elektrisch leitfähigen
Beschichtung versehen ist, so dass zwischen der Beschichtung und
mindestens einer Elektrode oder/und Stromzuführung eine kapazitive Kopplung
besteht. Die vorgenannte Beschichtung bildet zusammen mit der mindestens einen
Elektrode und gegebenenfalls mit der dazugehörenden Stromzuführung einen
Kondensator, wobei das dazwischenliegende Quarzglas des Entladungsgefäßes und
das Füllgas
im Entladungsraum das Dielektrikum dieses Kondensators bilden. Dadurch wird,
insbesondere mit Hilfe der hochfrequenten Anteile des Zündimpulses,
im Entladungsraum eine dielektrisch behinderte Entladung zwischen
der mindestens einen Elektrode und der Beschichtung erzeugt. Diese
dielektrisch behinderte Entladung generiert im Entladungsraum eine
ausreichende Anzahl von freien Ladungsträgern, um den elektrischen Durchbruch zwischen
den beiden Elektroden der Hochdruckentladungslampe zu ermöglichen
bzw. die dafür
erforderliche Zündspannung
deutlich zu reduzieren. Die Erfindung eignet sich daher besonders
gut für
quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen,
die aufgrund des fehlenden Quecksilbers eine erhöhte Zündspannung aufweisen.
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In
der 5 ist für
mehrere, in 3 schematisch abgebildete, quecksilberfreie
Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen mit einer Nennleistung
von 35 Watt, die mit einer unterschiedlich dicken partiellen Beschichtung
versehen wurden, die Abhängigkeit
der Durchbruchsspannung der Entladungsstrecke von dem spezifischen
Widerstand der erfindungsgemäßen partiellen
Beschichtung dargestellt. Auf der horizontalen Achse ist der spezifische
Widerstand der Beschichtung in der Einheit Ohm/cm im logarithmischen
Maßstab
abgetragen und auf der vertikalen Achse die Durchbruchsspannung
der Entladungsstrecke der Lampe in Kilovolt. Es ist deutlich zu
erkennen, dass die Durchbruchsspannung bei Lampen dieser Art, deren
partielle Beschichtung einen spezifischen Widerstand von kleiner
gleich 105 Ohm/cm besitzt, die Entladungsstrecke
eine signifikant reduzierte Durchbruchsspannung aufweist. Die Dicke
der erfindungsgemäßen partiellen
Beschichtung wird daher so gewählt,
dass ihr spezifischer Widerstand in dem Größenordnungsbereich von 103 Ohm/cm bis 105 Ohm/cm
liegt. Bei einem spezifischen Widerstand unterhalb von 103 Ohm/cm ist die Schichtdicke so groß, dass
sie aufgrund von Lichtreflexion die optischen Eigenschaften des
Scheinwerfersystems negativ beeinflussen kann. Gemäß des besonders
bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist die Schichtdicke so gewählt, dass ihr spezifischer
Widerstand in der Größenordnung
von 104 Ohm/cm liegt. Die Durchbruchsspannung
der Entladungsstrecke hat sich in diesem Fall von 20 kV bei unbeschichteten
Lampen auf ca. 17,5 kV reduziert. Durch die erfindungsgemäße Beschichtung
wird daher die erforderliche Zündspannung
entsprechend verringert.
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Die
lichtdurchlässige,
elektrisch leitfähige Beschichtung
ist vorteilhafter Weise auf der äußeren Oberfläche des
Entladungsgefäßes aufgebracht,
da sie dort nicht dem chemischen Angriff der Metallhalogenide und
dem Entladungsplasma ausgesetzt ist. Die vorgenannte Beschichtung
ist zumindest im Bereich des Entladungsraumes angeordnet und erstreckt
sich über
einen Teil des Umfangs des Entladungsraumes, um durch die flächenhafte
Ausdehnung der Beschichtung eine gute kapazitive Kopplung der Beschichtung
zu mindestens einer Elektrode und vorzugsweise sogar zu beiden Elektroden
zu gewährleisten.
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Um
die vorgenannte kapazitive Kopplung zu optimieren, ist bei Hochdruckentladungslampen
mit Stromzuführungen,
die mindestens eine im Material des Entladungsgefäßes eingebettete
Molybdänfolie umfassen,
die lichtdurchlässige,
elektrisch leitfähige partielle
Beschichtung derart ausgebildet, dass sie sich bis zu der mindestens
einen Molybdänfolie
erstreckt und eine der beiden Seiten der Molybdänfolie der Beschichtung zugewandt
ist. Dadurch bilden die Molybdänfolie
und die Beschichtung eine Art von Plattenkondensator, wobei das
dazwischen angeordnete Material des Entladungsgefäßes, vorzugsweise Quarzglas,
das Dielektrikum dieses Kondensators bildet.
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Bei
Hochdruckentladungslampen, die für den
Betrieb in horizontaler Lage, das heißt, mit in einer horizontalen
Ebene angeordneten Elektroden vorgesehen sind, ist die lichtdurchlässige, elektrisch leitfähige Beschichtung
vorteilhafter Weise auf einem unterhalb der Elektroden angeordneten
Oberflächenbereich
des Entladungsgefäßes beschränkt. Die
Beschichtung reflektiert einen Teil der von der Entladung generierten
Infrarotstrahlung in den Entladungsraum zurück und sorgt somit für eine selektive Erwärmung der
kälteren,
unterhalb der Elektroden liegenden Bereiche des Entladungsgefäßes, in
denen sich die für
die Lichterzeugung verwendeten Metallhalogenide sammeln. Dadurch
kann die Effizienz der Lampe gesteigert werden, ohne die heißen, oberhalb
der Elektroden liegenden Bereiche des Entladungsgefäßes ebenfalls
zu erwärmen.
Außerdem
reduziert das Aufbringen der Beschichtung nur auf der kälteren Unterseite
des Entladungsgefäßes die
thermische Belastung der Beschichtung, so dass entsprechend geringere
Anforderungen an die thermische Belastbarkeit der Beschichtungsmaterialien
gestellt werden können.
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In
der 6 ist der Lichtstrom, gemessen in der Einheit
Lumen, für
zwei Fertigungschargen von unbeschichteten, quecksilberfreien, in
horizontaler Betriebslage betriebenen Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen
mit einer Nennleistung von 35 Watt (Gruppe 1 und Gruppe 2) im Vergleich
zu zwei Fertigungschargen von erfindungsgemäßen, mit der oben genannten
Beschichtung versehenen, in horizontaler Betriebslage betriebenen quecksilberfreien
Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen mit einer Nennleistung
von 35 Watt (Gruppe 3 und Gruppe 4) dargestellt. Die Lampen der
Gruppen 3 und 4 waren während
des Betriebs derart horizontal ausgerichtet, dass die erfindungsgemäße Beschichtung
unterhalb der Elektroden-Verbindungsachse angeordnet war. Diese
Lampen besitzen den in Figur 3 schematisch dargestellten Aufbau.
Ihre Beschichtung hatte einen spezifischen Widerstand in der Größenordnung
von 104 Ohm/cm. Aus der 6 ist
ersichtlich dass die erfindungsgemäßen Lampen der Gruppen 3 und
4 einen höheren
Lichtstrom und damit eine höhere
Lichtausbeute als die unbeschichteten Lampen der Gruppen 1 und 2
aufweisen.
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Außerdem besitzen
die erfindungsgemäßen Lampen
der Gruppen 3 und 4 noch einen weiteren Vorteil gegenüber den
unbeschichteten Lampen der Gruppen 1 und 2. Wie aus der 7 ersichtlich
ist, weisen die erfindungsgemäßen Lampen
der Gruppen 3 und 4 eine höhere
Brennspannung auf, als die unbeschichteten Lampen der Gruppen 1
und 2. Dadurch ist bei den erfindungsgemäßen Lampen während des
Lampenbe triebs ein entsprechend geringerer Lampenstrom erforderlich,
um die gewünschte Nennleistung
von 35 Watt zu erreichen. Dem entsprechend können die Betriebsgeräte für geringere Stromstärken dimensioniert
werden.
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Gemäß des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist die Hochdruckentladungslampe als einseitig gesockelte
Hochdruckentladungslampe ausgebildet, deren Entladungsgefäß ein sockelnahes
abgedichtetes Ende und ein sockelfernes abgedichtetes Ende besitzt,
aus denen jeweils eine Stromzuführung
herausgeführt
für die
Elektroden herausgeführt
ist, wobei die aus dem sockelfernen Ende herausgeführte Stromzuführung mit
einer zu dem Sockel zurückgeführten Stromrückführung verbunden
ist. Bei dieser Hochdruckentladungslampe ist die lichtdurchlässige, elektrisch
leitfähige
Beschichtung, aufgrund der obigen Erläuterungen und weil diese Lampe
in horizontaler Lage mit unterhalb der Elektroden verlaufender Stromrückführung betrieben
wird, auf einem der Stromrückführung zugewandten
Oberflächenbereich
des Entladungsgefäßes angeordnet.
Vorzugsweise ist die vorgenannte Beschichtung bei dieser Hochdruckentladungslampe auf
einen zwischen der Stromrückführung und
der Verbindungsachse der Elektroden angeordneten Oberflächenbereich
des Entladungsgefäßes begrenzt,
der sich in Längsrichtung
der Lampe zumindest über
einen Teil des Entladungsraumes und einen Teil eines der beiden
Enden des Entladungsgefäßes erstreckt.
Der der Stromrückführung zugewandte
Oberflächenbereich
des Entladungsgefäßes spielt
bei dem Einsatz der Hochdruckentladungslampe in einem Fahrzeugscheinwerfer
für die
Erzeugung der gewünschten
Lichtverteilung nur eine untergeordnete Rolle. Daher ist auch eine
geringfügige, durch
die Beschichtung verursachte Lichtabsorption bedeutungslos.
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Die
erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe
ist aus Gründen
der Sicherheit vorteilhafter Weise mit einem lichtdurchlässigen Außenkolben
versehen, der zumindest den Entladungsraum des Entladungsgefäßes umschließt. Das
Glas des Außenkolbens
ist mit ultraviolette Strahlung absorbierenden Mitteln dotiert,
um die von der Gasentladung emittierte UV-Strahlung zu absorbieren.
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III. Beschreibung des
bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es
zeigen:
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1 Eine
Seitenansicht des Entladungsgefäßes der
in 3 abgebildeten Hochdruckentladungslampe gemäß des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
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2 Eine
Seitenansicht des Entladungsgefäßes der
in 3 abgebildeten Hochdruckentladungslampe gemäß des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
in einer gegenüber 1 um
einen Winkel von 90 Grad gedrehten Ansicht
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3 Eine
Seitenansicht der Hochdruckentladungslampe gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung
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4 Eine
Seitenansicht des Entladungsgefäßes der
in 3 abgebildeten Hochdruckentladungslampe mit einer
alternativen Beschichtung
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5 Die
Abhängigkeit
der Durchbruchsspannung der Entladungsstrecke von dem spezifischen
Widerstand der partiellen Beschichtung
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6 Der
gemessene Lichtstrom für
zwei Fertigungschargen von unbeschichteten Hochdruckentladungslampen
und zwei Fertigungschargen von erfindungsgemäß beschichteten Hochdruckentladungslampen
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7 Die
Brennspannung von zwei Fertigungschargen von unbeschichteten Hochdruckentladungslampen
und von zwei Fertigungschargen von erfindungsgemäß beschichteten Hochdruckentladungslampen
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Bei
dem in 3 schematisch dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung handelt es sich um eine quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe
mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von ungefähr 35 Watt. Diese
Lampe ist für
den Einsatz in einem Fahrzeugscheinwerfer vorgesehen. Sie besitzt
ein zweiseitig abgedichtetes Entladungsgefäß 30 aus Quarzglas mit einem
Volumen von 24 mm3, in dem eine ionisierbare
Füllung,
bestehend aus Xenon und Halogeniden der Metalle Natrium, Scandium,
Zink und Indium, gasdicht eingeschlossen ist. Im Bereich des Entladungsraumes 106 ist
die Innenkontur des Entladungsgefäßes 10 kreiszylindrisch
und seine Außenkontur
ellipsoidförmig
ausgebildet. Der Innendurchmesser des Entladungsraumes 106 beträgt 2,6 mm und
sein Außendurchmesser
beträgt
6,3 mm. Die beiden Enden 101, 102 des Entladungsgefäßes 10 sind
jeweils mittels einer Molybdänfolien-Einschmelzung 103, 104 abgedichtet.
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
0,30 mm. Der Abstand zwischen den Elektroden 11, 12 beträgt 4,2 mm.
Die Elektroden 11, 12 sind jeweils über eine
der Molybdänfolien-Einschmelzungen 103, 104 und über den
sockelfernen Stromzuführungsdraht 13 und
die Stromrückführung 17 bzw. über den
sockelseitigen Stromzuführungsdraht 14 elektrisch
leitend mit einem elektrischen Anschluss des im wesentlichen aus
Kunststoff bestehenden Lampensockels 15 verbunden. Das
Entladungsgefäß 10 wird
von einem gläsernen
Außenkolben 16 umhüllt. Der
Außenkolben 16 besitzt
einen im Sockel 15 verankerten Fortsatz 161. Das
Entladungsgefäß 10 weist
sockelseitig eine rohrartige Verlängerung 105 aus Quarzglas
auf in der die sockelseitige Stromzuführung 14 verläuft.
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Der
der Stromrückführung 17 zugewandte Oberflächenbereich
des Entladungsgefäßes 10 ist mit
einer lichtdurchlässigen,
elektrisch leitfähigen
Beschichtung 107 versehen. Diese Beschichtung 107 erstreckt
sich in Längsrichtung
der Lampe über
die gesamte Länge
des Entladungsraumes 106 und über einen Teil, ca. 50 Prozent,
der Länge
der abgedichteten Enden 101, 102 des Entladungsgefäßes 10.
Die Beschichtung 107 ist auf der Außenseite des Entladungsgefäßes 10 angebracht
und erstreckt sich über ca.
5 Prozent bis 10 Prozent des Umfangs des Entladungsgefäßes 10.
In den 1 und 2 sind zwei unterschiedliche
Ansichten des Entladungsgefäßes 10 und
der Beschichtung 107 der in 3 abgebildeten
Hochdruckentladungslampe dargestellt. Die Beschichtung 107 bedeckt
hier in symmetrischer Weise beide Enden 101, 102 des
Entladungsgefäßes 10. Die
Beschichtung 107 besteht aus dotiertem Zinnoxid, beispielsweise
aus mit Fluor oder Antimon dotiertem Zinnoxid. Diese Hoch druckentladungslampe wird
in horizontaler Lage betrieben, das heißt, mit in einer horizontalen
Ebene angeordneten Elektroden 11, 12, wobei die
Lampe derart ausgerichtet ist, dass die Stromrückführung 17 unterhalb
des Entladungsgefäßes 30 und
des Außenkolbens 16 verläuft.
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Die 4 zeigt
das Entladungsgefäß 10 der in 3 abgebildeten
Hochdruckentladungslampe mit einer alternativen Beschichtung 107'. Die Beschichtung 107' unterscheidet sich
von der oben beschriebenen Beschichtung 107 nur dadurch,
dass die Beschichtung 107' sich
in Längsrichtung
der Lampe nur über
die Länge
des Entladungsraums 106 und ca. 50 Prozent der Länge des
sockelnahen Endes 101 des Entladungsgefäßes 10 erstreckt.
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Die
Erfindung beschränkt
sich nicht auf die oben näher
erläuterten
Ausführungsbeispiele.
Statt des oben genannten Materials kann die Beschichtung 107 auch
aus einem anderen lichtdurchlässigen,
elektrisch leitfähigen
Material bestehen. Beispielsweise kann sie als so genannte ITO-Schicht, das
heißt,
eine Indium-Zinn-Oxid-Schicht,
ausgebildet sein. Die ITO-Schicht kann beispielsweise 90 Gewichtsprozent
Indiumoxid und 10 Gewichtsprozent Zinnoxid aufweisen. Außerdem kann
die Beschichtung 107 oder 107' beispielsweise mit geeigneten Mitteln
elektrisch an eine Zündvorrichtung
gekoppelt sein, um über
die Beschichtung 107, 107' die Hochdruckentladungslampe mit
Spannungsimpulsen zum Zünden
der Gasentladung in dem Entladungsraum 106 zu beaufschlagen.
Die Erfindung kann ferner auch auf die konventionellen quecksilberhaltigen
Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen angewandt werden,
um die oben beschriebenen Vorteile zu erzielen. Außerdem kann
sich die Beschichtung 107 bzw. 107' über die gesamte Oberfläche des
Entladungsgefäßes 10 erstrecken.