Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft eine Einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampe gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Hochdruckentladungslampen,
bevorzugt Metallhalogenidlampen, aber auch beispielsweise um Halogenglühlampen. Häufig
wird dabei ein langgestrecktes, insbesondere keramisches, Entladungsgefäß als Lampenkolben
benutzt.
Stand der Technik
[0002] Die EP-A 1 109 199 beschreibt eine einseitig gesockelte Hochdrucklampe, bei der der
Außenkolben von einem Reflektor umgeben ist. Die Reflektorkontur ist nicht weiter
unterteilt.
[0003] Nachteilig daran ist, dass es beim Einsatz von Metallhalogenidlampen in diesen üblichen
Reflektoren zu Farbeffekten in der Abbildung kommen kann, bedingt durch das Füllungskondensat,
welches sich in der Regel unten im Brenner der Lampe ablagert. Besonders deutlich
tritt dieser Effekt in horizontaler Brennlage auf, wobei das Kondensat wie ein Farbfilter
wirkt und durch einen üblichen Reflektor als "gelber Fleck" mit deutlich niedrigeren
Farbtemperaturen in der oberen Hälfte der Projektionsebene abgebildet wird.
[0004] Aus der DE 38 08 086 ist bereits ein Reflektor bekannt, dessen Kontur aus verscheiden
geformten Abschnitten besteht, die teilweise Freiformflächen darstellen. Dieser Reflektor
ist für den Einsatz in Fahrzeugscheinwerfern zusammen mit Glühlampen konzipiert. Das
Konzept der Freiflächenkonturen ist beispielsweise ausführlich in EP-A 282 100 erläutert.
Darstellung der Erfindung
[0005] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einseitig gesockelte Lampe gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die Farbeffekte möglichst vermeidet.
[0006] Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders
vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
[0007] Bei den üblichen Reflektoren werden nur positive Winkel erzeugt. Dies bedeutet, dass
man in bezog auf die Lampenachse bzw. deren Parallele immer nur von der Reflektorkontur
rückreflektierte Strahlen hat, die positive Winkel mit der Achse bilden, also die
Achse im Fernfeld wieder schneiden.
[0008] Teilt man die Reflektorlampe im seitlichen Schnitt in vier Quadranten ein, die von
der Lampenachse und der Reflektoröffnung gebildet werden, so sind bei einem konventionellen
Reflektor die Quadranten immer kreuzweise zugeordnet. Bei horizontaler Brennlage bedeutet
dies, dass Licht aus der unteren Hälfte, nach Definition also dem zweiten Quadranten,
in der Abbildungsebene die gegenüberliegende Hälfte, nach Definition den vierten Quadranten,
bestrahlt. Umgekehrt ist Licht aus der oberen Hälfte (erster Quadrant) der Lampe in
der Projektionsebene der unteren Hälfte, alo dem dritten Quadranten, zugeordnet. Diese
eindeutige Zuordnung verursacht jedoch bei Lampen, die ein Kondensat als Füllung haben,
eine hohe Farbstreuung. Denn der Bereich, der das Kondensat enthält, also in aller
Regel immer der untere Quadrant in horizontaler Brennlage, erhält seine Strahlung
erst auf dem Umweg über das Kondensat, das die Strahlung gelblich einfärbt und damit
einen fleck mit niedrigerer Farbtemperatur schafft. Der Bereich, der kein Kondensat
enthält, also in aller Regel immer der obere Quadrant in horizontaler Brennlage, erhält
seine Strahlung ohne jede Veränderung, hier ist die Farbtemperatur deutlich höher.
Bei üblichen Messungen in einer Ulbrichtkugel wird dieses Problem nicht angezeigt,
da dort die Messung integral über die gesamte Kugel erfolgt und nicht ortsaufgelöst.
[0009] Erfindungsgemäß ist der Reflektor jetzt so konturiert, dass beide Zonen in etwa die
Hälfte des Lichts jedes Quadranten erhalten. In der Praxis sollten es statt der optimalen
50 % zumindest 35 % sein. Die erste Zone ist so berechnet, dass sie das Licht in den
Quadranten schickt, der direkt über ihr liegt, ohne die Lampenachse zu schneiden.
Nur die zweite Zone ist so berechnet, dass ihr zugeordnetes Licht in üblicher Weise
die Lampenachse schneidet und in den anderen Quadranten der Projektionsebene fällt.
Auf diese Weise wird eine Mittelung erreicht. Jeweils etwa die Hälfte der Strahlung
in einem Quadranten der Projektionsebene stammt aus dem darunterliegenden Quadranten
der Emissionsseite, die andere Hälfte aus dem gegenüberliegenden Quadranten der Emissionsseite.
Dieser Ausgleichseffekt musste bisher mühsam und unvollkommen durch eine geeignet
strukturierte Abdeckscheibe erzielt werden.
[0010] Im einzelnen besitzt die einseitig gesockelte Lampe ein vakuumdicht abgeschlossenes
Innengefäß, insbesondere ein langgestrecktes Entladungsgefäß aus Keramik oder Quarzglas,
das u.U. noch in einem Außenkolben untergebracht ist. Dabei spielt es keine Rolle,
ob das Entladungsgefäß zylindrisch oder gerundet geformt ist.
[0011] Das Innengefäß ist noch von einem Reflektor umgeben. Bevorzugt handelt es sich beim
Innengefäß um eine Baueinheit Entladungsgefäß mit Außenkolben. Besonders bevorzugt
handelt es sich dabei um ein keramisches Entladungsgefäß, insbesondere um eine Metallhalogenidlampe
für Allgemeinbeleuchtungszwecke.
[0012] Dabei trägt ein Sockel mit elektrischen Anschlüssen einerseits das Innengefäß und
andererseits das Reflektorteil. Die elektrischen Anschlüsse sind normalerweise mit
Stromzuführungen verbunden, die einen elektrischen Kontakt zu einem Leuchtmittel im
Innern des Innengefäßes herstellen, die beispielsweise durch Elektroden im Innern
realisiert sind. Ohne Beschränkung der Erfindung können auch Außenelektroden verwendet
werden, oder eine elektrodenlose Konfiguration. Statt eines keramischen Entladungsgefäßes
kann auch ein Entladungsgefäß aus Quarzglas oder Hartglas verwendet werden. Ein Außenkolben
als Teil des Innengefäßes ist nicht unbedingt erforderlich, aber häufig erwünscht.
[0013] Der Sockel weist neben dem Sockelstein ein übliches, der Fassung zugewandtes Teil
auf, beispielsweise einen Schraubsockelansatz oder Bajonettsockelansatz oder GU-Sockel.
[0014] Bevorzugt ist das Innengefäß, also beispielsweise der Lampenkolben oder der Außenkolben,
der ein Entladungsgefäß enthält, bzw. das Entladungsgefäß im Falle des Fehlens eines
Außenkolbens, in der zentralen Öffnung mittels eines Federclips gehaltert, wie an
sich bekannt.
[0015] Üblicherweise sind aus dem Lampenkolben Stromzuführungen herausgeführt, die mit den
elektrischen Anschlüssen des Sockels verbunden sind. Eine besonders flexible und zeitsparende
Lösung besteht darin, für die Verbindung zwischen den elektrischen Anschlüssen und
den Stromzuführungen Klemmverbindungen zu verwenden, wie an sich bekannt.
[0016] Üblicherweise weist der Sockel außerdem ein fassungszugewandtes Teil auf, das zumindest
teilweise wie an sich bekannt mittels Crimpung mit dem Sockelstein verbunden ist.
Dieses Teil enthält beispielsweise ein übliches Schraubgewinde oder Zapfen eines Bajonettsockels
etc.
[0017] Eine typische Anwendung ist eine Metallhalogenidlampe, die eine Füllung mit oder
ohne Quecksilber-Anteil, ggf. mit inertem Zündgas, vorteilhaft Edelgas, enthält.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0018] Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert
werden. Es zeigen:
- Figur 1
- eine Metallhalogenidlampe in Seitenansicht;
- Figur 2
- einen Reflektor für eine derartige Lampe;
- Figur 3
- die Funktionsweise eines früheren Reflektors;
- Figur 4
- die Definition der vier Quadranten;
- Figur 5
- die Zuordnung zwischen Reflektorsegment und Ausstrahlungssegment bei einem früheren
Reflektor;
- Figur 6
- die Funktionsweise eines Reflektors gemäß der Erfindung;
- Figur 7
- die Einteilung der Reflektoröffnung nach Uhrzeiten;
- Figur 8
- die Streuung der Farbtemperatur über die Projektionsebene bei einem bisherigen Reflektor;
- Figur 9
- die Streuung der Farbtemperatur über die Projektionsebene bei einem neuartigen Reflektor;
- Figur 10
- das Überlagerungsprinzip eines neuen Reflektors;
- Figur 11
- den Strahlengang einer bisherigen (Figur 11a) und neuen ReflektorLampe (Figur 11 b).
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
[0019] In Figur 1 ist eine Reflektorlampe 1 gezeigt, mit einem Reflektorteil 2, das aus
Aluminium gefertigt ist. Ein Sockelstein 3 der Lampe besitzt innen einen hochgezogenen
Kragen 4, der zylindrisch geformt ist und einen Außenkolben 5 teilweise umgibt, jedoch
unterhalb des Entladungsvolumens 6 des Entladungsgefäßes 7 endet. Der Hals 9 des Reflektors
wird zunächst über den Kragen 4 geschoben. Dann wird eine Befestigung durch Crimpen,
also Eindrücken des Halses 9 in Bohrungen am Kragen 4 (nicht gezeigt) realisiert,
so dass Dellen resultieren. Ausreichend sind drei über den Umfang verteilte durch
Crimpen entstandene Dellen. Statt durchgehender Bohrungen genügen auch oberflächliche
Vertiefungen.
[0020] Es handelt sich in Figur 1 um eine Metallhalogenidlampe für Allgemeinbeleuchtung,
deren Füllung Halogenide von Na, Sn, Ca, Tm. Tl u.ä. enthalten kann. Das keramische
innere Entladungsgefäß 7, das zweiseitig verschlossen ist, ist längsgestreckt in der
Lampenachse A angeordnet. Es ist eng von dem Außenkolben 5 umgeben, der einseitig
gequetscht ist und aus Hartglas gefertigt ist. Ein Gestell 14 mit kurzer und langer
Zuleitung (nur teilweise dargestellt) haltert das Entladungsgefäß 7 im Außenkolben
5. Die Elektroden 17 im Innern des Entladungsgefäßes sind über Durchführungen 18 mit
den Zuleitungen verbunden. Letztere sind im Bereich einer Quetschung, die den Außenkolben
5 verschließt, mit äußeren Stromzuführungen verbunden. Die Quetschung des Außenkolbens
sitzt in einer dazu passenden Öffnung des Sockelsteins 3 aus Keramik und ist dort
durch einen Metallclip gehaltert, wie an sich bekannt. Der Sockel ist im wesentlichen
aus dem Sockelstein 3 und einem Schraubsockelteil 10 gebildet.
[0021] Ein Reflektor 2 ist außen um den Außenkolben 5 angebracht. Er ist gegliedert in einen
Abschnitt mit Kontur 35, an dessen einem Ende ein Halsteil 9 sitzt, an dem der Sockel
befestigt ist, und an dessen anderem Ende die Reflektoröffnung 36 sitzt, die mit einer
einfachen Abdeckscheibe 37 verschlossen ist.
[0022] Figur 2 zeigt den Reflektor 2 in Vergrößerung. Die Kontur 35 ist in zwei zonale Schichten
38, 39 gegliedert, die beide als Freiformflächen geformt sind, die rotationssymmetrisch
sind. Die erste am Hals 9 ansetzende Zone 38 ist flach und hat einen mittleren Winkel
zur Lampenachse von ca. 70°, wenn man den Mittelwert zwischen Anfangs- und Endpunkt
der ersten Zone hernimmt. Die zweite äußere Zone 39 ist steil und hat einen mittleren
Winkel zur Lampenachse, der deutlich geringer ist, um mindestens 20°, bevorzugt 30°,
geringer. Ihr mittlerer Winkel zur Lampenachse A ist etwa 35°, wenn man den Mittelwert
zwischen Anfangs- und Endpunkt der zweiten Zone hernimmt. Die zweite Zone 39 endet
an einer Umfassung 40, die später die Abdeckscheibe hält., indem sie nach innen umgebogen
wird.
[0023] Die Funktionsweise eines früheren Reflektors ist exemplarisch in Figur 3 gezeigt.
Die dortige Reflektorlampe 45 ist im vertikalen Schnitt bei horizontaler Brennlage
gezeigt. Ein Kondensat 46 der Füllung lagert sich am Boden 47 des Entladungsgefäßes
48 ab. Die Lampe wird durch die Lampenachse A in zwei symmetrische Hälften geteilt.
Die obere Hälfte wird als erster Quadrant AI die untere Hälfte als zweiter Quadrant
AIIezeichnet. Aus der Mitte des Entladungsgefäßes, wo der Entladungsbogen sitzt, entweicht
Strahlung nach unten aus dem Entladungsgefäß 48. Sie wird nach Definition in den zweiten
Quadranten AII emittiert. Die obere Hälfte der Lampe liegt nach Definition im ersten
Quadrant AI Erster und zweiter Quadrant bilden die Emissionsseite, siehe Figur 4.
Sie endet an der Abdeckscheibe 49. Hinter der Abdeckscheibe beginnt die Projektionsseite,
bei der hier im wesentlichen nur das Fernfeld interessiert, beispielsweise eine in
gewisser Entfernung vertikal angeordnete Projektionsebene 50. Hier liegen die beiden
anderen Quadranten AIII und AIV. Nach Definition ist der dritte Quadrant AIII zwischen
der unteren Hälfte der Abdeckscheibe 49 und der Projektionsebene 50 aufgespannt, während
der vierte Quadrant AIV darüber liegt, also zwischen der oberen Hälfte der Abdeckscheibe
49 und der Projektionsebene 50 aufgespannt ist. Das Prinzip der Quadranten zeigt Figur
4.
[0024] Figur 3 zeigt den Zusammenhang zwischen Emissionsseite und Projektionsseite beim
Stand der Technik. Licht aus Quadrant AI (nicht gezeigt) wird in Quadrant AIII reflektiert,
während entsprechend Licht aus Quadrant AII, wo das Kondensat 46 die Strahlung modifiziert,
in Quadrant AIV reflektiert wird. Beispielhaft sind zwei Lichtstrahlen 31, 32 gezeigt.
Licht, das in Quadrant AII durch das Kondensat 46 hindurch aus dem Entladungsgefäß
austritt, wird in der Draufsicht der Figur 5 durch das Reflektorsegment a
ll in das Ausstrahlungssegment a
lV in der Projektionsebene gestrahlt, wodurch bei einer mittleren Farbtemperatur von
3000 K (integral gemessen mit der Ulbrichtkugel) ein Ausstrahlungssegment auf der
Projektionsebene entsteht, welches z.B. eine Farbtemperatur von ca. 2800 K hat. Analog
hierzu wird ein Ausstrahlungssegment in der unteren Projektionsebene erzeugt, welches
ca. 3200K Farbtemperatur aufweist, weil es vom Quadranten I ohne Störung durch das
Kondensat 46, herrührt. Die Farbtemperatur weist große lokale Unterschiede auf, verursacht
durch ein Kondensat und auch durch Farbsäume. Die so entstehenden Farbeffekte werden
üblicherweise durch eine in den Strahlengang gebrachte, strukturierte Abdeckscheibe
49 reduziert.
[0025] Beim farbkompensierten Reflektor (Figur 6) wird Licht mit niedriger Farbtemperatur,
das hauptsächlich in einem Reflektorsegment, das in horizontaler Brennlage unten,
also sozusagen bei etwa 6 Uhr (siehe Figur 7) liegt, also im zweiten Quadranten BII
angesiedelt ist, sowohl in den vierten Quadranten BIV mit positiven Winkeln der Reflektion
(symbolisiert durch (+)), als auch in den dritten Quadranten BIII mit negativen Winkeln
(-), geworfen.
[0026] Die Darstellung mit Uhrzeit ist in Figur 7 gezeigt, wobei die Reflektoröffnung 11
entlang dem Umfang mit Uhrzeiten markiert ist. 12 Uhr ist oben und 6 Uhr, also die
Richtung, in der das Kondensat 46 im Entladungsgefäß liegt, ist unten. Umgekehrt gilt
das Gleiche für ungestörtes Licht aus dem ersten Quadranten BI. Auch dieses wird zu
je etwa 50 % in den dritten (BIII) und vierten Quadranten (BIV) geworfen. Somit wird
Licht niedriger Farbtemperatur (Reflektorsegment bei 6 Uhr) mit Licht mit hoher Farbtemperatur
(Reflektorsegment bei 12°°) gemischt, während Licht mit mittlerer Farbtemperatur (Reflektorsegment
bei 3 Uhr) wieder mit Licht mit mittlerer Farbtemperatur (Reflektorsegment bei 9 Uhr)
auf der Projektionsebene 50 gemischt wird.
[0027] Auf diese Weise wird die resultierende Streuung der Farbtemperatur über die Projektionsebene
50 im Vergleich zu einem üblichen Reflektor stark reduziert ist. Figur 8 zeigt die
Streuung der Farbtemperatur einer Lampe mit einem üblichen einfachen Reflektor und
Figur 9 die stark reduzierte Streuung bei Verwendung eines neuen, aus zwei zonalen
Schichten 38, 39 zusammengesetzten Reflektors 2 gemäß Figur 2.
[0028] Die zwei zonalen Schichten 38, 39 des Reflektors bewirken, dass ein Reflektorsegment
b
II (Figur 10) durch seinen Anteil an der flachen Reflektorzone 38 ein Ausstrahlungssegment
b
III und durch seinen Anteil an der steilen Reflektorzone 39 ein Ausstrahlungssegment
b
IV in der Projektionsebene erzeugt (gestrichelt eingezeichnet). Diese beiden Ausstrahlungssegmente
b
III und b
IV, erzeugt auf der Emissionsseite durch das Reflektorsegment b
II, haben bei einer mittleren Farbtemperatur von 3000 K z.B. eine Farbtemperatur von
2800 K und werden mit zwei praktisch gleichartig lokalisierten Ausstrahlungssegmenten,
jetzt aber erzeugt durch das Reflektorsegment b
I mit einer Farbtemperatur von z.B. 3200 K, überlagert.
[0029] Figur 11 zeigt die erfindungsgemäße Überlagerung der emittierten Strahlen durch den
Reflektor 2 in Abbildung 11 b im Vergleich zu einem Strahlengang eines üblichen Reflektors
49 in Abbildung 11a, bei dem praktisch keine Überlagerung wie in Figur 10 beschrieben
stattfindet.
[0030] Auf diese Weise kann die Variation der Farbtemperatur in der Projektionsebene erheblich,
insbesondere um mindestens 50 %, reduziert werden.
[0031] Zwischen der ersten und der zweiten zonalen Schicht kann insbesondere auch noch eine
Übergangszone eingefügt sein, die einen scharfen Knick zwischen den beiden Zonen 38
und 39 vermeidet. Außerdem kann auch zwischen erster zonalen Schicht 38 und Hals 9
eine Anpassungszone und/oder zwischen zweiter zonalen Schicht und dem Rand der Reflektoröffnung
eine Anpassungszone vorgesehen sein.
[0032] Die Kontur des Reflektors kann in einer oder mehreren der zonalen Schichten facettiert
sein, wie an sich bekannt, um die Gleichmäßigkeit noch weiter zu verbessern.
[0033] Schließlich kann der Rand des Reflektors bevorzugt in der Nähe der Öffnung umgebördelt
(40) sein, so dass er die Abdeckscheibe 37 direkt haltert. Auf einen separaten Haltemechanismus
(Ring) kann verzichtet werden. Dies ist insbesondere bei Verwendung eines Aluminium-Reflektors
mit geringer Wandstärke möglich.
1. Einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampe, mit einem vakuumdicht abgeschlossenen
Innengefäß (2, 3), wobei dieses von einem Reflektor (24) umgeben ist, und mit einem
Sockel, wobei das Innengefäß in einem Halsteil des Reflektors sitzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor rotationssymmetrisch aufgebaut ist, und wobei die Reflektorkontur in
mindestens zwei zonale Schichten gegliedert ist, deren axiale Höhe so bemessen ist,
dass jede Zone mindestens 35 % der vom Zentrum des Innengefäßes ausgehenden Lichtintensität
auffängt und wobei eine erste Zone mindestens 90 % des auf sie treffenden Lichtes
in bezog auf die Lampenachse in positive Winkel zurückreflektiert und eine zweite
Zone mindestens 90 % des auf sie treffenden Lichts in bezog auf die Lampenachse in
negative Winkel zurückreflektiert, und wobei das Innengefäß eine Metallhalogenidfüllung
enthält, und wobei die Lampe eine gegebene mittlere Farbtemperatur aufweist.
2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zone als Freiflächenkontur geformt ist.
3. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch die zweite Zone als eine Freiflächenkontur geformt ist.
4. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengefäß im Reflektor von einem Außenkolben umgeben ist.
5. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Halsteil als erste Zone eine flachwandige Zone angesetzt ist, deren mittlere Neigung
40 bis 70° gegen die Lampenachse ist.
6. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Zone eine zweite steilwandigere Zone ansetzt, deren mittlere Neigung
weniger als 30° gegen die Lampenachse ist.
7. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoröffnung entweder offen ist oder durch eine Abdeckscheibe ohne optische
Wirkung verschlossen ist.
8. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und zweiten Zone der Kontur eine Übergangszone eingefügt ist.
9. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor aus Aluminium gefertigt ist, wobei der randnahe Bereich des Reflektors
direkt mittels Umbördeln (40) eine Abdeckscheibe (37) in der Öffnung haltert.