DE102007059471A1

DE102007059471A1 - Scheinwerferlampe und deren Verwendung

Info

Publication number: DE102007059471A1
Application number: DE102007059471A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Siessegger
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2009-06-18

Abstract

mpe mit einem Sockel und einer durch internationale Normung bezüglich Abstand und Lage zu einer Referenzebene des Sockels vorgegebenen Lichtabgabe, wobei die Lichtabgabe durch eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen erfolgt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Scheinwerferlampen, insbesondere bezieht sie sich auf eine Scheinwerferlampe mit einem Sockel und einer durch internationale Normung bezüglich Abstand und Lage zu einer Referenzebene des Sockels vorgegebenen Lichtabgabe.
Stand der Technik
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 Gasentladungslampen bezüglich der Lage ihres Entladungsbogens zu einer definierten Referenzebene beschrieben. Jede Entladungslampe, die als Scheinwerferlampe in einem Kraftfahrzeug Verwendung finden soll, muss dieser Norm entsprechen.
Aus der DE 10 2005 026 949 A1 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
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine mit Halbleiterlichtquellen versehene Lampe anzugeben, die als Scheinwerferlampe in für den Einbau von Gasentladungslampen konzipierten Scheinwerfern einsetzbar ist.
Darstellung der Erfindung
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Scheinwerferlampe mit einem Sockel und einer durch internationale Normung bezüglich Abstand und Lage zu einer Referenzebene des Sockels vorgegebenen Lichtabgabe, wobei die Lichtabgabe 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 Scheinwerferlampe angeordnet. Dadurch kann die Lampe direkt ohne weitere Maßnahmen anstatt einer für diese Anwendung vorgesehenen Gasentladungslampe verwendet werden.
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 Lichtabstrahlcharakteristik am einfachsten eingehalten werden kann. Dabei sollten jeweils mindestens eine Halbleiterlichtquelle auf der ersten flächigen Seite und mindestens eine Halbleiterlichtquelle auf der zweiten flächigen Seite deckungsgleich übereinander liegen. Um den in der Normung festgelegten Durchmesser des dort beschriebenen Entladungsbogens 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 des dort beschriebenen Entladungsbogens entspricht.
Um eine gleichmäßigere Lichtabstrahlung zu erreichen, 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 flächigen Seite und mindestens eine Halbleiterlichtquelle auf der zweiten flächigen Seite im Wechsel oder zumindest teilweise überdeckend gegenüber positioniert sind.
Die tragende Struktur ist bevorzugt gleichzeitig als Kühlkörper ausgebildet und besteht aus einem gut Wärme leitenden Material. Durch diese Maßnahme werden die Halbleiterlichtquellen 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 Kühlkörper ausgebildet ist und der zweite Teil der tragenden Struktur als Träger für die Halbleiterlichtquellen ausgebildet ist und aus einem gut Wärme leitenden Material besteht. Dies hat den Vorteil, dass der zweite Teil der tragenden Struktur als Leiterplatte ausgebildet werden kann, und dadurch kostengünstig und effizient vorgefertigt werden 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.
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.
Bevorzugt verjüngt sich die tragende Struktur zur Spitze der Lampe hin und/oder sie weist eine seitwärts ausladende kühlende Struktur auf. Dadurch nimmt die Struktur 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 aufweisen, um die optischen und thermischen Eigenschaften der Lampe zu verbessern.
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 Plazierung der Halbleiterlichtquellen weniger 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 Betriebszeit im Automobil angemessen zu schützen. Zu diesem Zweck kann die tragende Struktur mit den Halbleiterlichtquellen 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.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 Eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Scheinwerferlampe.
2 Eine schematische Draufsicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Scheinwerferlampe.
3 Eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Scheinwerferlampe.
4 Eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Scheinwerferlampe.
5 Eine Seitenansicht einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Scheinwerferlampe mit einer zusätzlichen kühlenden Teilstruktur 34.
6a Ein Schematischer Schnitt der vierten Ausführungsform in einer Variante mit Sicken zur Stabilitäts- und Kühlflächenerhöhung.
6b Ein Schematischer Schnitt der vierten Ausführungsform in einer Variante mit erhöhter Materialdicke zur Stabilitäts- und Kühlflächenerhöhung.
7a Ein Schnitt durch einen zweiten Teil der Struktur 3 in einer einteiligen Variante.
7b Ein Schnitt durch einen zweiten Teil der Struktur 3 in einer zweiteiligen Variante.
7c Ein Schnitt durch einen zweiten Teil der Struktur 3 in einer zweiteiligen Variante mit Aussparungen.
8 Ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Betriebselektronik.
9 Ein Schaltbild eines ersten Spannungszwischenkreises, bei dem zwischen der Brennspannung einer quecksilberfreien und der Brennspannung einer quecksilberhaltigen Gasentladungslampe umgeschaltet werden kann.
10 Ein Schaltbild eines zweiten umschaltbaren Spannungszwischenkreises, der den Hochlauf einer Gasentladungslampe simuliert.
11 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.
12 Ein Schematischer Schnitt einer fünften Ausführungsform mit zwei thermisch voneinander getrennten Kühlkörpern im Sockel, von denen einer der Elektronik und ein anderer den Halbleiterlichtquellen zugeteilt ist.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
In 1 ist eine erste Ausführungsform als Retrofitlampe einer D1 oder D3 Gasentladungslampe in einer Seitenansicht dargestellt. Einige der im Folgenden beschriebenen Details sind nur in der schematischen Aufsicht in 2 zu erkennen. Die Lampe 5 ist auf einem konventionellen D-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 Referenznoppen 13 aufweist, die eine Referenzebene 11 beschreiben. Die Sockelhülse 7 ist an den Referenzring 1 und ein quadratisches Sockelgehäuse 15 angegossen. Aus dem Sockelgehäuse 15 ragt eine Anschlussbuchse 71 hervor, die aus einem isolierenden Material wie z. B. Kunststoff oder Keramik besteht. In die Anschlussbuchse 71 sind drei Kontakte 73 (nicht gezeigt) eingebettet. In dem Sockelgehäuse 15 ist eine Betriebselektronik 75 untergebracht. In die Sockelhülse 7 ist ein Innensockel 17 eingebracht, an dessen Oberseite eine tragende Struktur 3 angebracht ist, auf deren Oberfläche Halbleiterlichtquellen angeordnet sind. Die tragende Struktur 3 dient gleichzeitig als Kühlkörper für die Halbleiter lichtquellen, und besteht daher aus einem gut wärmeleitenden 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 ausgeführt. Es ist auch denkbar, dass die Halbleiterlichtquellen 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).
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 Multichip-Leuchtdioden 21 gleich dem mittleren Durchmesser des entsprechenden Entladungsbogens ist.
Da der Entladungsbogen einer D-Lampe in beide Halbräume strahlt, weist die tragende Struktur 3 zwei gegenüberliegende Ausnehmungen 33 auf (In 1 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 angebracht, deren lichtabstrahlende Flächen somit in entgegengesetzte Richtungen strahlen. Somit strahlt jede Multichip-Leuchtdiode 21 in einen Halbraum. Anstatt einer Multichip-Leuchtdiode 21 können aber auch mehrere Leuchtdioden 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.
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 sparen, kann sich die tragende Struktur 3 vorzugsweise zur Spitze der Lampe hin verjüngen.
Zum Schutz vor Umwelteinflüssen können die Multichip-Leuchtdioden 21 mit einer Schutzschicht versehen sein. Um den Anwendern der Retrofit-Lampe das Gefühl einer Entladungslampe zu vermitteln, kann die gesamte tragende 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 versehen. 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.
Zur optischen Justage während der Fertigung kann der Innensockel 17 gegenüber dem Sockel 10 wie bei einer konventionellen D-Lampe verdreht, verkippt und verschoben werden. Damit können die bewährten Herstell- und Justageverfahren der D-Lampen übernommen werden. Ist der Innensockel 17 mit der tragenden Struktur 3 und den darauf angeordneten 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.
Zweite Ausführungsform
Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich im Aufbau der tragenden Struktur 3 von der ersten Ausführungsforme. Im folgenden werden lediglich die Unterschiede zu dieser beschrieben.
In der zweiten Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, ist die tragende Struktur aus 2 Teilen aufgebaut. 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 angeordnet 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.
Da der zweite Teil 39 der tragenden Struktur 3 als Schaltungsträger dient, gleichzeitig aber auch die entstehende 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 Betriebselektronik 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 Leiterbahnträger 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.
Um die mechanische Stabilität zu erhöhen, kann der erste Teil 36 der tragenden Struktur 3 mechanische Stabilisierungen 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 wärmeabstrahlende und antireflexive Beschichtung auf.
Dritte Ausführungsform
Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform hauptsächlich dadurch, dass die tragende Struktur 3 aus mehr als zwei Teilen besteht. Ansonsten gelten die vorher gemachten Ausführungen hier analog.
Eine Lampe der dritten Ausführungsform ist in 4 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 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 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 Verbindung mit einer großen Kontaktfläche 80 vorgesehen.
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 geeigneten Klebstoff, der die Teile mechanisch fest zusammenfügt sowie elektrisch potentialgetrennt hält.
Um eine weitere mechanische Stabilisierung zu erreichen, kann vorgesehen sein dass der erste und dritte Teil 36, 37 der tragenden Struktur 3 mit Sicken, Materialverdickungen oder ähnlichem versehen ist. 6a zeigt einen Schnitt durch eine mit Sicken versehene vierte Ausführungsform. 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 vergrößert auch die kühlende Oberfläche sowie Masse.
Ein ähnliches Ergebnis kann durch gezielte Materialverstärkungen erreicht werden, wie in 6b angegeben ist. Mit dieser Maßnahme wird eine Erhöhung der Schwingungsstabilität sowie der kühlenden Masse, Querschnitt und Oberfläche erreicht. Es können auch verschiedene andere Varianten zu Oberflächenerhöhung und Stabilisierung wie z. B. Verrippung und verschiedene Profilierungen verwendet werden.
In beiden 6a und 6b 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.
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 dritten Ausführungsform in 5 gezeigt ist. Hier weisen die ersten und dritten Teile 36, 37 der tragenden Struktur 3 jeweils noch zusätzliche kühlende Strukturen 34 auf. Diese Strukturen können zur Oberflächenvergrößerung und Versteifung verriet, gesickt oder in einer anderen geeigneten Weise ausgebildet sein. Der übrige Aufbau ist analog zur ersten beziehungsweise zweiten Variante.
7 zeigt verschiedene Aufbauvarianten des zweiten Teils 39 der tragenden Struktur 3. In der ersten Variante, gezeigt in 7a, besteht der zweite Teil 39 der tragenden Struktur 3 aus einem Stück und ist beidseitig bestückt. Gut zu sehen ist hier die versetzte Anordnung der Multichip-Leuchtdioden 21 auf der Ober- und Unterseite, die die Enden des Entladungsbogens besser nach bildet. 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 Wärmeleitfähigkeit des Materials, um die entstehende Wärme der Multichip-Leuchtdioden gut zu den anderen Teilstrukturen der tragenden Struktur 3 weiterleiten zu können.
Um den Bestückungsprozess zu vereinfachen, kann der zweite Teil 39 der tragenden Struktur 3 auch aus zwei zusammengefügten Seiten 393 und 394, wie in 7b 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.
Um Gasentladungslampen durch Retrofitlampen mit dickeren Halbleiterlichtquellen ersetzen zu können kann eine Anordnung wie in 7c verwendet werden. Diese besteht 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 lichtabstrahlenden Flächen beider Seiten nur etwa zwei mal der Dicke der Multichip-Leuchtdioden 21 entspricht.
Betriebselektronik
8 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Betriebselektronik 100. 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 ausgeführt. Um die Elektronik vor Hochspannungspulsen des originalen Betriebsgerätes der Gasentladungslampe zu schützen, 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 Vollwellengleichrichter 103 vorgesehen. Auf den Vollwellengleichrichter folgt ein Spannungszwischenkreis 104 mit einer dissipativen unidirektionalen Spannungsbegrenzungseinrichtung. Die Spannungsbegrenzung kann beispielsweise durch eine Zenerdiode, einen Varistor oder einen Transistor T1 parallel zu einem Zwischenkreiskondensator C_ZK erfolgen. Der Transistor T1 kann im Linearbetrieb oder im Schaltbetrieb arbeiten. Vorzugsweise ist zum Transistor T1 ein Widerstand R2 in Reihe geschaltet. Die Spannung des Zwischenkreises wird auf die Lampen-Nennspannung begrenzt. Die Regelung erfolgt so, dass sich eine konstante Zwischenkreisspannung einstellt. Für die Ausführung des Spannungszwischenkreises 104 gibt es zwei Optionen, die später beschrieben werden.
Nach dem Spannungszwischenkreis 104 folgt ein tiefsetzender 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.
9 zeigt eine erste Ausführungsform des Spannungszwischenkreises 104. Der Spannungszwischenkreises 104 weist den oben schon erwähnten Transistor T1 auf, der die Zwischenkreisspannung auf einen konstanten Wert hält. Dazu wird er von einer Umschaltbaren Anordnung mit zwei Zenerdioden D1 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.
Die Schaltungsanordnung nach 10 simuliert nicht nur die Brennspannung der Gasentladungslampe im Nominalbetrieb, sondern auch den Brennspannungsverlauf einer kalten Gasentladungslampe während des Hochlaufs. Zu diesem Zweck wird ein Kondensator C1 durch eine aus dem Widerstand R6 und der Diode D3 gebildeten Spannungsquelle langsam aufgeladen. Aufgrund der Spannungsänderung während des Aufladens fließt ein Strom über ein Widerstandsnetzwerk aus R4 und R5 in den Transistor T34, der daraufhin durchschaltet und den Transistor T2 über einen Widerstand R3 ebenfalls einschaltet. Dies bewirkt, dass die Zenerdiode D11 wirkungslos ist. Die Spannung, die am Drain des MOS-FETs T1 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 kalten Gasentladungslampe kurz nach dem Durchbruch simulieren. Je mehr sich der Kondensator C1 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 T1, was die Zwischenkreisspannung entsprechend ansteigen lässt. Ist der Kondensator C1 vollständig aufgeladen, so fließt kein Strom mehr, und die Transistoren T34, sowie T2 sind ausgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt liegt eine Spannung am Drain des MOS-FETs T1 an, die etwa der addierten Spannung beider Zenerdioden D11 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 D11 und D12 entspricht. Diese Spannung ist so einzustellen, dass sie der nominalen Brennspannung der zu simulierenden Gasentladungslampe entspricht.
Die Schaltungsanordnung nach 11 ist eine Variante der Schaltungsanordnung nach 10. Es werden daher nur die Unterschiede zur Schaltungsanordnung nach 10 beschrieben. Die Schaltungsanordnung nach 11 bietet beide Vorteile der Schaltungsanordnungen nach 9 und 10. 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 Schaltungsanordnung nach 10 mit einem Umschalter S nach 9 ausgestattet, und es werden vier Zenerdioden in Reihe zwischen der Zwischenkreisspannung und dem Gate des Transistors T1 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 getragen. Die quecksilberhaltige Gasentladungslampe (,D1-Lampe') hat eine minimale Kaltstartspannung von etwa 20 V, die dann auf eine Brennspannung von 85 V hochläuft. Die quecksilberfreie Gasentladungslampe (,D3-Lampe') hat eine minimale Kaltstartspannung von 25 V, die dann auf 45 V hochläuft. Um dem Rechnung zu tragen hat die unterste Diode D12 einen Zenerspannungswert von 20 V, die darüberliegende Diode D13 einen Wert von 5 V, die folgende Diode D11 einen Wert von 45 V und die oberste Diode D14 einen Wert von 20 V. Die Schwellenspannung des Transistors T1 wurde bei dieser Betrachtung vernachlässigt.
Um die quecksilberhaltige Gasentladungslampe zu simulieren wird der Umschalter S so eingestellt, dass er die Diode D13 überbrückt. Damit liegt die Kaltstartspannung bei 20 V, und der Transistor überbrückt die beiden Dioden D11 und D14, die zusammen 65 V ergeben. Die nominale Brennspannung im eingeschwungenen Zustand stellt sich somit zu 85 V ein.
Um die quecksilberfreie Gasentladungslampe zu simulieren, wird der Umschalter S so eingestellt, dass er die Diode D11 überbrückt. Damit liegt die Kaltstartspannung bei der Summe der beiden Zenerspannungen der Dioden D12 und D13, in diesem Fall 25 V, und der Transistor brückt die Diode D14, die bei 20 V zenert. Die Diode D11 ist durch den Schalter S gebrückt, und somit nicht wirksam. Die nominale Brennspannung im eingeschwungenen Zustand stellt sich somit zu 45 V ein.
12 zeigt einen schematischen Schnitt einer fünften 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 Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Betriebselektronik 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 Sockelgehäuses ist ebenfalls als zweiter Kühlkörper 342 ausgebildet, und ist thermisch mit der tragenden Struktur 3 verbunden. Die zwei als Kühlkörper ausgebildete Sockelhälften 341, 342 sind thermisch mittels einer Isolierschicht (343) voneinander isoliert. Somit können die Betriebselektronik 75 und die Multichip-Leuchtdioden 21 jede mit ihrem Temperaturniveau betrieben werden ohne dass sie sich gegenseitig thermisch beeinflussen.

1: Referenzring
10: Sockel
100: Betriebselektronik
101: dissipativer Überspannungsschutz
102: EMV-Filter
103: Vollwellengleichrichter
104: Spannungszwischenkreis
105: tiefsetzender Gleichspannungswandler
11: Referenzebene
13: Referenznoppen
15: Sockelgehäuse
17: Innensockel
21: Multichip-Leuchtdiode (beidseitig angeordnet)
22: Optik für Multichip-Leuchtdiode
25: Leuchtdiodenchips
3: tragende Struktur
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 tragenden Struktur 3
394: zweite Seite des zweiten Teils 39 der tragenden Struktur 3
5: Scheinwerferlampe
6: Schutzkolben
7: Sockelhülse
71: Anschlussbuchse
73: Kontakte
75: Betriebselektronik im Sockel
76: Betriebselektronik auf tragender Struktur
80: thermische & elektrische Kontaktfläche
82: Klebepunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005026949 A1 [0003]

Claims

Scheinwerferlampe (5) mit einem Sockel (10) und einer durch internationale Normung bezüglich Abstand und Lage zu einer Referenzebene (11) des Sockels vorgegebenen Lichtabgabe, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtabgabe durch eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen (21) erfolgt.
Scheinwerferlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Betriebselektronik (75) oder ein Teil der Betriebselektronik zum Betreiben der einen oder mehreren Halbleiterlichtquellen (21) in dem Sockel (10) der Scheinwerferlampe angeordnet ist.
Scheinwerferlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einen oder mehreren Halbleiterlichtquellen (21) auf einer tragenden Struktur (3) mit einer ersten und einer zu dieser parallelen zweiten flächigen Seite angeordnet sind.
Scheinwerferlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mindestens eine Halbleiterlichtquelle (21) auf der ersten flächigen Seite und mindestens eine Halbleiterlichtquelle (21) auf der zweiten flächigen Seite deckungsgleich übereinander liegen.
Scheinwerferlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die tragende Struktur (3) im Bereich der deckungsgleich übereinanderliegenden Halbleiterlichtquellen zwischen der ersten und der zweiten flä chigen Seite einen Steg (35) mit einer Dicke aufweist, die so bemessen ist, dass die Halbleiterlichtquellen (21) mit ihren lichtabstrahlenden Flächen zueinander einen Abstand aufweisen, der einem in der Normung festgelegten durchschnittlichen Durchmesser des dort beschriebenen Entladungsbogens entspricht.
Scheinwerferlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden flächigen Seiten der tragenden Struktur (3) jeweils eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen (21) angeordnet sind, wobei jeweils mindestens eine Halbleiterlichtquelle (21) auf der ersten flächigen Seite und mindestens eine Halbleiterlichtquelle (21) auf der zweiten flächigen Seite im Wechsel oder zumindest teilweise überdeckend gegenüber positioniert sind.
Scheinwerferlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2–6, dadurch gekennzeichnet, dass die tragende Struktur (3) gleichzeitig als Kühlkörper ausgebildet ist und aus einem gut Wärme leitenden Material besteht.
Scheinwerferlampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die tragende Struktur (3) aus mindestens einem ersten und einem zweiten Teil besteht, wobei der erste Teil (36) der tragenden Struktur (3) gleichzeitig als Kühlkörper ausgebildet ist und der zweite Teil (39) der tragenden Struktur (3) als Träger für die Halbleiterlichtquellen ausgebildet ist und aus einem gut Wärme leitenden Material besteht.
Scheinwerferlampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die tragende Struktur (3) aus mehr als zwei Teilen besteht, wobei einige der Teile (36, 37, 38) aus einem elektrisch leitenden Material bestehen und gleichzeitig als Stromzuführungen ausgebildet sind.
Scheinwerferlampe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (39) der tragenden Struktur (3) die Betriebselektronik (76) teilweise oder vollständig aufweist.
Scheinwerferlampe nach einem der Ansprüche 2–10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die tragende Struktur (3) zur Spitze der Lampe hin verjüngt und/oder eine seitwärts ausladende kühlende Struktur (34) aufweist.
Scheinwerferlampe nach einem der Ansprüche 2–11, dadurch gekennzeichnet, dass die tragende Struktur (3) eine wärmeabstrahlende und/oder antireflexive Beschichtung aufweist.
Scheinwerferlampe nach einem der Ansprüche 2–12, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebselektronik (75) thermisch mit einem ersten Kühlkörper (341) verbunden ist, der als erster Teil des Sockelgehäuses ausgebildet ist.
Scheinwerferlampe nach einem der Ansprüche 2–13, dadurch gekennzeichnet, dass die tragende Struktur (3) thermisch mit einem zweiten Kühlkörper (342) verbunden ist, der als zweiter Teil des Sockelgehäuses ausgebildet ist.
Scheinwerferlampe nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkörper (341) und der zweite Kühlkörper (342) thermisch voneinander isoliert sind.
Scheinwerferlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquellen eine Optik aufweisen, die eine Lichtabstrahlcharakteristik der Halbleiterlichtquellen (21) so verändert, dass sie einer in der Normung geforderten Abstrahlcharakteristik entspricht.
Scheinwerferlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquellen Leuchtdioden sind.
Scheinwerferlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquellen Multichip-Leuchtdioden sind.
Scheinwerferlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquellen organische Leuchtdioden sind.
Scheinwerferlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquellen mit einer Schutzschicht überzogen sind.
Scheinwerferlampe nach einem der Ansprüche 2–20, dadurch gekennzeichnet, dass die tragende Struktur (3) mit den Halbleiterlichtquellen (21) von einem Schutzkolben (6) umgeben ist.
Scheinwerferlampe nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Schutzkolbens ein lichtdurchlässiger Kunststoff oder ein Glas ist.
Scheinwerferlampe nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzkolben mit einem Gas gefüllt ist.
Scheinwerferlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Betriebselektronik (100) zum Betreiben von Halbleiterlichtquellen (21) an einem Betriebsgerät für Gasentladungslampen aufweist.
Scheinwerferlampe nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebselektronik (100) die Brennspannung einer Gasentladungslampe simuliert.
Betriebselektronik nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Brennspannung beim Kaltstart und/oder die Brennspannung im stationären Betrieb einer Gasentladungslampe simuliert.
Betriebselektronik nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass sie für die Simulation einer quecksilberhaltigen und einer quecksilberfreien Gasentladungslampe umschaltbar ist.
Betriebselektronik nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Gleichrichter (103) umfasst.
Betriebselektronik nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Spannungszwischenkreis (104) mit einer dissipativen Spannungsbegrenzungseinrichtung umfasst.
Verwendung einer Scheinwerferlampe (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Ersatz für eine als Gasentladungslampe ausgebildete Scheinwerferlampe in einem zur Aufnahme der Gasentladungslampe vorgesehenen Scheinwerfer.