[0001] Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs
1 und ein Herstellungsverfahren für eine derartige Hochdruckentladungslampe.
I. Stand der Technik
[0002] Eine derartige Hochdruckentladungslampe ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift
DE 198 34 401 A1 offenbart. Diese Schrift beschreibt eine Hochdruckentladungslampe
für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, deren Entladungsgefäß auf der Innenseite oder
auf der Außenseite mit einer lichtdurchlässigen Mattierung versehen ist. Diese Mattierung
erstreckt sich über den gesamten Umfang des axialsymmetrischen Entladungsgefäßes und
über die gesamte Länge des Entladungsgefäßabschnittes, der den zwischen den Elektroden
der Lampe angeordneten Entladungsraum umschließt. Durch die Mattierung wird das vom
Entladungsbogen emittierte Licht gestreut, so dass ein beispielsweise durch Erschütterungen
bedingtes Flackern des Entladungsbogens von dem optischen System des Scheinwerfers
nicht erfasst und abgebildet wird.
[0003] Diese nahezu vollständige Mattierung der Oberfläche des Entladungsgefäßes hat den
Nachteil, dass aufgrund des erhöhten Streulichtanteils die Lichtausbeute des Scheinwerfers
erheblich reduziert wird.
II. Darstellung der Erfindung
[0004] Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine moderne Hochdruckentladungslampe wie zum Beispiel
eine quecksilberfreie Hochdruckentladungslampe bereitzustellen, die mit optischen
Systemen von Fahrzeugscheinwerfern älterer Bauart, die beispielsweise für quecksilberhaltige
Hochdruckentladungslampen konzipiert waren, kompatibel ist.
[0005] Insbesondere soll die Hochdruckentladungslampe den Anforderungen gemäß der Vorschrift
ECE Regel 99 bezüglich der Breite des Entladungsbogens genügen. Außerdem ist es die
Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Herstellungsverfahren für eine derartige Hochdruckentladungslampe
bereitzustellen.
[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw.
6 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen beschrieben.
[0007] Die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe besitzt einen Lampensockel und ein
axialsymmetrisches Entladungsgefäß, in dessen Entladungsraum eine Metallhalogenide
enthaltende ionisierbare Füllung und Elektroden zur Erzeugung einer Gasentladung angeordnet
sind, wobei das Entladungsgefäß mit einer lichtdurchlässigen Mattierung versehen ist,
die erfindungsgemäß als partielle Mattierung des Entladungsgefäßes im Bereich des
Entladungsraumes ausgebildet ist, welche auf einen sich über einen Teil des Entladungsgefäßumfangs
erstreckenden Abschnitt der Innenseite oder Außenseite des Entladungsgefäßes beschränkt
ist, wobei dieser Abschnitt eine wohldefinierte Lage bezüglich des Lampensockels aufweist.
[0008] Durch die obengenannten Merkmale ist gewährleistet, dass die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe
die Vorschrift gemäß der ECE Regel 99 bezüglich der Breite des Entladungsbogens erfüllt,
ohne dass durch die Mattierung eine erhebliche Reduktion der Lichtausbeute verursacht
wird, wie bei der Hochdruckentladungslampe gemäß des Standes der Technik. Besonders
vorteilhaft lässt sich die Erfindung auf Hochdruckentladungslampen anwenden, die einen
im Vergleich zu herkömmlichen Hochdruckentladungslampen stark kontrahierten Entladungsbogen
besitzen, wie zum Beispiel quecksilberfreien Hochdruckentladungslampen, deren ionisierbare
Füllung aus Xenon und Metallhalogeniden besteht. Durch die partielle Mattierung des
Entladungsgefäßes und die wohldefinierte räumliche Ausrichtung dieser partiellen Mattierung
bezüglich des Lampensockels erfüllen auch diese Hochdruckentladungslampen die Vorschrift
gemäß der ECE Regel 99 hinsichtlich der Breite des Entladungsbogens, da das von dem
Entladungsbogen emittierte Licht an der partiellen Mattierung des Entladungsgefäßes
gestreut wird und damit zu einer Verbreiterung des Entladungsbogens in der Projektion
führt.
[0009] Die partielle Mattierung des Entladungsgefäßes erstreckt sich in vorteilhafter Weise
nur über einen möglichst kleinen Teil des Entladungsgefäßumfangs, um zu gewährleisten,
dass keine zu starke Reduktion der Lichtausbeute aufgrund von Lichtstreuung auftritt.
Vorteilhafterweise erstreckt sich die partielle Mattierung über einen Bereich von
weniger als 35 Prozent des Entladungsgefäßumfangs und vorzugsweise von weniger als
12 Prozent des Entladungsgefäßumfangs.
[0010] Bei der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe handelt es sich vorzugsweise um
eine Hochdruckentladungslampe, deren Entladungsgefäß ein erstes, sockelnahes Ende
und ein zweites, sockelfernes Ende aufweist, aus dem eine zum Lampensockel zurückgeführte
Stromrückleitung herausgeführt ist. Versuche haben gezeigt, dass für derartige Hochdruckentladungslampen
gute Resultate im oben genannten Sinn mit einem mattierten Abschnitt des Entladungsgefäßes
erzielt werden, von dem zumindest ein Teilabschnitt innerhalb eines Winkelbereichs
von 70 Grad bis 200 Grad entlang des Entladungsgefäßumfangs angeordnet ist, wobei
der Winkel in der Querschnittsebene gegenüber der Verbindungslinie zwischen der Entladungsgefäßachse
mit der Stromrückleitung gemessen wird. Die besten Resultate werden mit einem relativ
schmalen mattierten Abschnitt erreicht, der innerhalb des Winkelbereiches von 120
Grad bis 160 Grad entlang des Entladungsgefäßumfangs angeordnet ist oder von dem zumindest
ein Teilabschnitt in dem vorgenannten Winkelbereich angeordnet ist.
[0011] Die partielle Mattierung des Entladungsgefäßes kann auf der Außenseite des Entladungsgefäßes
durch Aufrauen mittels Sandstrahlen, durch chemische Ätzprozesse oder mittels anderer
bekannter geeigneter Verfahren hergestellt werden. Besonders vorteilhaft ist aber
einen partielle Mattierung des Entladungsgefäßes auf seiner Innenseite, die aus einer
Ablagerung von Metalloxiden an der Innenseite des Entladungsgefäßes besteht, da sich
diese partielle Mattierung ohne zusätzliche Kosten und einfache Weise herstellen lässt.
Die an der Innenseite der Entladungsgefäßwand haf tenden Metalloxide wirken als Streuzentren
für das von dem Entladungsbogen emittierte Licht.
[0012] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe
zeichnet sich dadurch aus, dass zum partiellen Mattieren der Innenseite des Entladungsgefäßes,
vor dem Anbringen des Lampensockels, in dem abgedichteten, mit den Elektroden und
der Metallhalogenide enthaltenden ionisierbaren Füllung versehenen Entladungsgefäß
eine in horizontale Lage zwischen den Elektroden stattfindende Gasentladung erzeugt
wird und anschließend die Lage der mittels der Gasentladung erzeugten partiellen Mattierung
beim Anbringen des Lampensockels bezüglich Referenzpunkten des Lampensockels ausgerichtet
wird.
[0013] Versuche haben gezeigt, dass durch das oben beschriebene erfindungsgemäße Herstellungsverfahren,
insbesondere durch das Erzeugen einer in horizontaler Lage zwischen den Elektroden
brennenden Gasentladung, aus einem Teil der Metallhalogenide der ionisierbaren Füllung
und dem in dem Entladungsgefäß als Verunreinigung vorhandenem Sauerstoff Metalloxide
gebildet werden, die sich an der Innenseite des Entladungsgefäßes, und zwar an der
oberen Hälfte der Innenseite des Entladungsgefäßes, ablagern und daran haften. Diese
Ablagerung von Metalloxiden bewirkt eine lichtdurchlässige partielle Mattierung der
Innenseite des Entladungsgefäßes, da die Metalloxide als Streuzentren für das von
dem Entladungsbogen emittierte Licht wirken. Entsprechend des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
wird das Entladungsgefäß beim Anbringen des Lampensockels bezüglich des Lampensockels
derart ausgerichtet, dass diese partielle Mattierung des Entladungsgefäßes eine wohldefinierte
Lage bezüglich Referenzpunkten des Lampensockels einnimmt.
[0014] Bei erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampen, deren Entladungsgefäß ein erstes,
sockelnahes Ende und ein zweites, sockelfernes Ende, aus dem eine zum Lampensockel
zurückgeführte Stromrückleitung herausragt, aufweist, wird beim Anbringen des Lampensockels
das Entladungsgefäß gegenüber dem Lampensockel und der Stromrückleitung derart ausgerichtet
wird, dass zumindest ein Teil der durch die Gasentladung erzeugten Mattierung innerhalb
des Winkelbereichs von 70 Grad bis 200 Grad, vorzugsweise innerhalb des Winkelbereichs
von 120 Grad bis 160 Grad, entlang des Entladungsgefäßumfangs angeordnet ist, wobei
der Winkel in einer Querschnittsebene senkrecht zur Entladungsgefäßachse gegenüber
der Verbindungslinie zwischen der Entladungsgefäßachse und der Stromrückleitung gemessen
wird. Die Position der Stromrückleitung am Lampensockel bzw. die vorgenannte fiktive
Verbindungslinie dienen hier als Referenz für die Ausrichtung des mattierten Abschnitts.
Vorzugsweise wird zum Optimieren der Position der Mattierung beim Anbringen des Lampensockels
das Entladungsgefäß schrittweise um einen vorgegebenen Winkel um seine Längsachse
gedreht und nach jeder Drehung wird in der jeweils erreichten Position eine Messung
der Breite des Entladungsbogens durchgeführt.
III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
[0015] Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher
erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- Einen Querschnitt durch das Entladungsgefäß und den Außenkolben der Hochdruckentladungslampe
gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels in einer Ebene senkrecht zur Längsachse
des Entladungsgefäßes bei Draufsicht auf das sockelferne Ende des Entladungsgefäßes,
wie in Figur 2 dargestellt
- Figur 2
- Eine schematische Seitenansicht der Hochdruckentladungslampe gemäß des bevorzugten
Ausführungsbeispiels zur Illustration der Blickrichtung bei der Darstellung in Figur
1
- Figur 3
- Eine Seitenansicht der Hochdruckentladungslampe gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels
[0016] Bei dem in Figur 3 abgebildeten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt
es sich um eine quecksilberfreie Hochdruckentladungslampe für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer.
Diese Hochdruckentladungslampe besitzt ein zweiseitig abgedichtetes axialsymmetrisches
Entladungsgefäß 30 aus Quarzglas mit einem ersten, sockelnahen Ende 302 und einem
zweiten, sockelfernen Ende 301. In dem Entladungsraum 300 des Entladungsgefäßes 30
ist eine ionisierbare Füllung gasdicht eingeschlossen. Die ionisierbare Füllung besteht
aus Xenon und Metallhalogeniden, insbesondere Natriumjodid, Scandiumjodid, Zinkjodid
und Indiumjodid. Die beiden Enden 301, 302 des Entladungsgefäßes 30 sind jeweils mittels
einer Molybdänfolien-Einschmelzung 303, 304 abgedichtet. In den Entladungsraum 300
ragen zwei diametral entlang der Längsachse des Entladungsgefäßes 30 angeordnete Elektroden
31, 32 hinein, zwischen denen sich während des Lampenbetriebs der für die Lichtemission
verantwortliche Entladungsbogen 39 ausbildet. Die Elektroden 31, 32 sind jeweils über
eine der Molybdänfolien-Einschmelzungen 303, 304 und über die sockelferne Stromzuführung
33 sowie die Stromrückleitung 38 bzw. über die sockelseitige Stromzuführung 34 elektrisch
leitend mit einem elektrischen Anschluss 2 des Lampensockels 1 verbunden. Das Entladungsgefäß
30 ist von einem gläsernen Außenkolben 36 umhüllt. Der Außenkolben 36 besitzt einen
im Lampensockel 1 verankerten Fortsatz 361. Das Entladungsgefäß 30 weist sockelseitig
eine rohrartige Verlängerung 305 aus Quarzglas auf, in der die sockelseitige Stromzuführung
verläuft, die ihrerseits mit einem als axial angeordneter Kontaktpin ausgebildeten
elektrischen Anschluss (nicht abgebildet) des Lampensockels verbunden ist.
[0017] Die Außenkontur des Entladungsgefäßes 30 entspricht im Bereich des Entladungsraumes
300 der Form eines Rotationsellipsoids. Die Innenkontur des Entladungsgefäßes 30 ist
im Bereich des Entladungsraumes 300 kreiszylindrisch ausgebildet. Die Innenseite des
Entladungsgefäßes 30 ist im Bereich des Entladungsraumes 300 partiell mit einer lichtdurchlässigen
Mattierung 37 versehen. In Figur 3 ist dieser Sachverhalt schematisch dargestellt.
Die Mattierung 37 besteht aus an der Innenseite des Entladungsgefäßes 30 haftenden
Metalloxiden. Insbesondere handelt es sich um Oxide der in der ionisierbaren Füllung
vorkommenden Metalle Natrium, Scandium, Zink und Indium. Die Mattierung 37 erstreckt
sich in Längsrichtung über einen Teil der Länge des Entladungsbogens 39 und ist etwa
mittig zwischen den beiden Elektroden 31, 32 angeordnet. Die Ausdehnung der Mattierung
37 entlang des Umfangs des Entladungsgefäßes 30 beträgt ungefähr 30 bis 40 Grad, das
heißt, die Mattierung 37 erstreckt sich über ungefähr 8 bis 11 Prozent des Entladungsgefäßumfangs.
Die räumliche Lage der Mattierung 37 ist gegenüber dem Lampensockel 1 justiert. In
den Figuren 1 und 2 sind Details zur Ausrichtung der Mattierung 37 bezüglich des Lampensockels
1 und der Stromrückleitung 38 schematisch dargestellt.
[0018] Wie in dem senkrecht zur Längsachse des Entladungsgefäßes 30 ausgerichteten Querschnitt
der Figur 1 schematisch gezeigt, wird die (fiktive) Verbindungslinie zwischen der
in der Längsachse des Entladungsgefäßes 30 verlaufenden Elektrode 31 und dem Stromrückleiter
38 als Referenz für die Justage der Mattierung 37 verwendet. Die Mattierung 37 ist
innerhalb eines Winkelbereiches von ungefähr 120 Grad bis 160 Grad entlang des Umfangs
des Entladungsgefäßes 30 im Bereich des Entladungsraumes 300 auf der Innenseite des
Entladungsgefäßes angeordnet. Dabei wird der Winkel α gegenüber der vorgenannten Verbindungslinie
zwischen der Elektrode 31 und dem Stromrückleiter 38 gemessen. Der Winkel α wird bei
der Blickrichtung gemäß der Darstellung der Figur 2, das heißt, mit Blick auf das
sockelferne zweite Ende 301 des Entladungsgefäßes 30, im Uhrzeigersinn gegen die vorgenannte,
in Figur 1 abgebildete Verbindungslinie zwischen Elektrode 31 und Stromrückleitung
38 gemessen. Nach der Montage der Hochdruckentladungslampe in dem Frontscheinwerfer
eines Kraftfahrzeugs ist das Entladungsgefäß 30 horizontal ausgerichtet, so dass der
Stromrückleiter 38 unterhalb des Entladungsgefäßes 30 verläuft, wie in Figur 2 schematisch
dargestellt ist. Die Mattierung 37 befindet sich dadurch dann auf der rechten Seite
des Entladungsgefäßes 30, das heißt, die Mattierung zeigt im eingebauten Zustand der
Hochdruckentladungslampe zur rechten Fahrzeugseite.
[0019] Zur Herstellung der Mattierung 37 wird das mit den Elektroden 31, 32 und der ionisierbaren
Füllung versehene Entladungsgefäß 30 abgedichtet und horizontal ausgerichtet. Anschließend
wird zwischen den Elektroden 31, 32 für die Dauer von wenigen Sekunden eine Gasentladung
in der ionisierbaren Füllung erzeugt. Der dabei entstehende, horizontal angeordnete
Entladungsbogen 39 ist aufgrund der Konvektion sichelartig gekrümmt. Der im Entladungsgefäß
30 als Verunreinigung vorhandene Sauerstoff bindet währenddessen einen Teil der in
Form von Metallhalogeniden in das Entladungsgefäße 30 eingebrachten Metalle der ionisierbaren
Füllung zu Metalloxiden, die sich bedingt durch die Konvektion an der oberen Innenseite
des Entladungsgefäßes 30 ablagern und dort an der Wand des Entladungsgefäßes 30 haften.
[0020] Nach Beendigung dieses sogenannten Einbrennprozesses wird der Außenkolben 36 in bekannter
Weise an dem Entladungsgefäß 30 fixiert und anschließend werden die beiden Lampengefäße
30, 36 mit dem Lampensockel 1 versehen. Beim Anbringen des Lampensockels 1 werden
die Lampengefäße 30, 36 um die Längsachse des Entladungsgefäßes 30 bzw. die Längsachse
des Außenkolbens 36 gedreht bis die Mattierung 37, die optimale Position bezüglich
der Stromrückleitung 38 besitzt. In dieser optimierten Lage werden die Lampengefäße
30, 36 in bekannter Weise in dem Lampensockel 1 verankert. Zur Optimierung der Position
der Mattierung 37 wird die Breite des Entladungsbogens 39 gemäß der Messvorschrift
der ECE Regel 99 für unterschiedliche Ausrichtungen des Entladungsgefäßes 30 in Bezug
auf den Lampensockel 1 bzw. der Stromrückleitung 38 gemessen. Dazu wird das Entladungsgefäß
30 in der Sockelmaschine schrittweise um 10 Grad um seine Längsachse gedreht und die
Breite des Entladungsbogens gemäß der Vorschrift ECE Regel 99 für die unterschiedlichen
Drehwinkel bestimmt. Bei dieser Optimierung ergibt sich die oben beschriebene Ausrichtung
der Mattierung 37 gegenüber dem Lampensockel 1 und der Stromrückleitung 38.
[0021] Die gemäß der Vorschrift ECE Regel 99 bestimmte Breite des Entladungsbogens 39 besitzt
mit der partiellen Mattierung 37 des Entladungsgefäßes 30 einen Wert von 1,19 mm.
Ohne die partielle Mattierung 37 des Entladungsgefäßes 30 führt die Messung der Breite
des Entladungsbogens nach der Vorschrift ECE Regel 99 zu einem Wert von 0,79 mm.
[0022] Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben näher erläuterte Ausführungsbeispiel.
Anstelle der oben näher beschriebenen partiellen Innenmattierung des Entladungsgefäßes
kann beispielsweise auch eine partielle Mattierung der Außenseite des Entladungsgefäßes
durchgeführt werden.
1. Hochdruckentladungslampe mit einem Lampensockel (1) und einem axialsymmetrischen Entladungsgefäß
(30), in dessen Entladungsraum (300) eine Metallhalogenide enthaltende ionisierbare
Füllung und Elektroden (31, 32) zur Erzeugung einer Gasentladung angeordnet sind,
wobei das Entladungsgefäß (30) mit einer lichtdurchlässigen Mattierung (37) versehen
ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die lichtdurchlässige Mattierung als partielle Mattierung (37) des Entladungsgefäßes
(30) im Bereich des Entladungsraumes (300) ausgebildet ist, die auf einen sich über
einen Teil des Entladungsgefäßumfanges erstreckenden Abschnitt der Innenseite oder
Außenseite des Entladungsgefäßes (30) beschränkt ist, wobei dieser Abschnitt eine
wohldefinierte Lage bezüglich des Lampensockels (1) aufweist.
2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die lichtdurchlässige Mattierung (37) über einen Bereich von weniger als 35
Prozent des Entladungsgefäßumfangs erstreckt.
3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, deren Entladungsgefäß (30) ein erstes,
sockelnahes Ende (302) und ein zweites, sockelfernes Ende (301), aus der eine Stromrückleitung
(38) herausgeführt und zum Lampensockel (1) zurückgeführt ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Querschnittsebene senkrecht zu der Entladungsgefäßachse zumindest ein Teil
des mattierten Abschnitts (37) innerhalb eines Winkelbereichs von 70 Grad bis 200
Grad entlang des Entladungsgefäßumfangs angeordnet ist, wobei der Winkel in der Querschnittsebene
gegenüber der Verbindungslinie zwischen der Entladungsgefäßachse mit der Stromrückleitung
(38) gemessen wird.
4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des mattierten Abschnitts (37) innerhalb eines Winkelbereichs
von 120 Grad bis 160 Grad entlang des Entladungsgefäßumfangs angeordnet ist.
5. Hochdruckentladungslampe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtdurchlässige Mattierung (37) aus Ablagerungen von Metalloxiden an der Innenseite
des Entladungsgefäßes (30) besteht.
6. Verfahren zum Herstellen einer Hochdruckentladungslampe, dadurch gekennzeichnet, dass zum partiellen Mattieren der Innenseite des Entladungsgefäßes (30) vor dem Anbringen
eines Lampensockels (1) in dem abgedichteten, mit den Elektroden (31, 32) und der
Metallhalogenide enthaltenden, ionisierbaren Füllung versehenen Entladungsgefäß (30)
in horizontaler Lage eine Gasentladung erzeugt wird, so dass zwischen den Elektroden
(31, 32) ein Entladungsbogen (39) entsteht, und anschließend die Lage der mittels
der Gasentladung erzeugten partiellen Mattierung (37) beim Anbringen des Lampensockels
(1) gegenüber dem Lampensockel (1) ausgerichtet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Hochdruckentladungslampe, deren Entladungsgefäß (30) ein erstes, sockelnahes
Ende (302) und ein zweites sockelfernes Ende (301), aus dem eine zum Lampensockel
(1) zurückgeführte Stromrückleitung (38) herausgeführt, besitzt, beim Anbringen des
Lampensockels (1) das Entladungsgefäß (30) gegenüber dem Lampensockel (1) und der
Stromrückleitung (38) derart ausgerichtet wird, dass zumindest ein Teil der durch
die Gasentladung erzeugte Mattierung (37) innerhalb eines Winkelbereichs von 70 Grad
bis 200 Grad entlang des Entladungsgefäßumfangs angeordnet ist, wobei der Winkel in
einer Querschnittsebene senkrecht zur Entladungsgefäßachse gegenüber der Verbindungslinie
zwischen der Entladungsgefäßachse und der Stromrückleitung (38) gemessen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anbringen des Lampensockels (1) das Entladungsgefäß (30) schrittweise um einen
vorgegebenen Winkel um seine Längsachse gedreht wird und nach jeder Drehung in der
jeweils erreichten Position eine Messung der Breite des Entladungsbogens (39) durchgeführt
wird.