DE3904927C2

DE3904927C2 - Entladungslampe, insbesondere zum Einsatz in einem Autoscheinwerfer

Info

Publication number: DE3904927C2
Application number: DE3904927A
Authority: DE
Inventors: Richard Lowell Hansler; Park French; John Martin Davenport
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1988-02-18
Filing date: 1989-02-17
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2009-02-18
Also published as: NL8900393A; JPH0550098B2; JPH01292740A; FR2632118A1; US4935668A; NL191767C; GB2216333A; FR2632118B1; GB8903808D0; DE3904927A1; NL191767B; GB2216333B

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Entladungs lampe nach Patentanspruch 1. Diese Entladungslampe ist für die Anwendung zum Vorwärtsleuchten bei einem Fahrzeug, wie zum Beispiel einem Automobil, Lastwagen, Bus, Möbelwagen oder Traktor geeignet. Insbesondere ist die Entladungslampe ein Metallhalogenid-Typ, der besonders für ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein Kraftfahrzeug, geeignet ist und Mit tel zur Herabsetzung der typischerweise erwarteten Ver luste, die während des Betriebs seiner Metallhalogenidlampe auftreten, aufweist.

Die DE-OS 29 30 328 beschreibt eine Miniaturbogenlampe mit einer Füllung, deren wesentlicher Bestandteil eine Penning mischung aus Neon mit 0,01 bis 10% Argon, Krypton oder Xe non bei einem Fülldruck von etwa 13 300 bis 53 200 Pa ist, damit die Zündspannung niedrig ist und die Lumenabgabe bei behalten wird.

Die DE-OS 35 35 407 beschreibt eine Lichtbogenröhre erhöh ter Leitungsfähigkeit für eine Hochleistungs-Entladungs lampe, die zwar eine Füllung mit einem inerten Gas enthält, doch ist als einziges Beispiel Argon mit einem typischen Fülldruck von etwa 4 · 10⁴ Pa genannt. Die beschriebene Lichtbogenröhre soll eine höhere Lumenabgabe/Watt und eine längere Lebensdauer haben. Als einziger Einsatzzweck für die mit Reflektor versehene Lampe ist das Photographieren genannt.

Die DE-PS 5 70 607 betrifft eine Metalldampflampe mit bei Raumtemperatur fester, bei Betriebstemperatur flüssiger Metallfüllung, die außerdem vorzugsweise Argon oder Neon mit 0,5 bis 5 mm Druck enthält. Zur Aufnahme des nach Be triebsende erstarrenden Metalles weist die bekannte Lampe enge Rohransätze auf. Diese bekannte Lampe enthält keiner lei Halogenide.

Die DE-OS 29 24 463 beschreibt speziell eine Lichtquelle für ein Super-8-Filmvorführgerät.

Die Fahrzeug-Konstrukteure sind an der Erniedrigung des Motorhaubenform-Verlaufs vor Fahrzeugen interessiert, um deren Aussehen und ebenso auch deren aerodynamisches Ver halten zu verbessern. Wie in der DE-OS 39 04 947 erörtert wird, ist der Betrag, um den der Motorhaubenform-Verlauf erniedrigt werden kann, durch die Dimensionen des Auto scheinwerfers begrenzt, welcher seinerseits durch die Dimension der Licht quelle begrenzt ist, die typischerweise aus einer Wolfram wendel besteht.

Die DE-OS 39 04 947 bzw. 39 04 926 beschreiben eine Xenon-Lampe und eine Xenon-Metallhalogenid-Entladungs lampe mit Abmessungen, die bezüglich zu einer Wolframlicht quelle wesentlich verkleinert sind, die ihrerseits die Ver kleinerung der Gesamtgröße des Reflektors des Autoscheinwer fer-Gehäuse einer Lichtquelle ermöglichen, derart, daß der Motorhaubenform-Verlauf des Kraftwagens durch die Kraftfahr zeug-Konstrukteure wesentlich abgesenkt werden kann. Außer der Xenon-Lampe und den Xenon-Metallhalogenidlampen ist es erwünscht, eine Metallhalogenidlampe für kraftfahrtechni sche Anwendungen vorzusehen, derart, daß sie eine aerodyna mische Bauart von Automobilen erlaubt. Weiterhin ist es er wünscht, eine Xenon-Metallhalogenidlampe zu schaffen, welche Verbesserungen bezüglich der kraftfahrtechnischen und ande ren Anwendungen aufweist. Weiterhin ist es außer der Metall halogenid-Lichtquelle, welche den Bedürfnissen von Automobi len entspricht, erwünscht, daß eine verbesserte Metallhalo genid-Lichtquelle Anwendungen für die Beleuchtung im Haus, im Büro und für andere kommerziellen und industriellen Verwen dungen findet.

In einer besonders für Automobile geeigneten Beleuchtungsan wendung ist es erwünscht, eine Metallhalogenidlampe vorzu sehen, die durch eine Niederfrequenz-Wechselstrom- oder eine Gleichstromquelle betrieben werden kann. Bei derartigen Wechselstrom- und Gleichstromanwendun gen erleidet die Metallhalogenidlampe typischerweise die Aus wirkungen der Kataphorese, welche bewirkt, daß die Halogeni de der Metallhalogenidlampe in die Randzonen der Lampe fort bewegt oder fortgerissen werden, so daß sie nicht zur Schaf fung einer gewünschten Beleuchtungsstärke einer derartigen Lampe beitragen. Es ist erwünscht, daß Mittel vorgesehen sind, welche die schädlichen Wirkungen der Kataphorese auf den Be trieb der Metallhalogenidlampe wesentlich verringern oder so gar eliminieren.

Ein bezüglich von Metallhalogenidlampen, insbesondere von Me tallhalogenidlampen mit relativ kleinen Abmessungen, so daß sie für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen angepaßt sind, typischer zweiter Nachteil besteht darin, daß diese Lampen typischerweise ein Natriumiodid als Teil ihrer Füllung ent halten, und die Natriumionen dieses Bestandteils durch Elek trolyse durch das Quarzglas der Metallhalogenidlampe während des Betriebes hindurchwandern können. Wenn das Natrium ver lorengegangen ist und das freie Iod des Natriumiodids in der Lampe zurückbleibt, verschlechtert sich die Beleuchtungsstär ke der Lampe durch den Verlust der Natriumstrahlung. Das freie Iod bewirkt, daß die Betriebsspannung einer derartigen Lampe anzusteigen beginnt, was dann schließlich dazu führen kann, daß die Metallhalogenidlampe zerstört wird. Es ist erwünscht, daß Mittel vorgesehen werden, um das Problem der Natriumio nen-Wanderung, das typischerweise mit dem Betrieb von Metall halogenidlampen verbunden ist, wesentlich zu verringern oder zu eliminieren.

Ein dritter Nachteil bezüglich von Metallhalogenidlampen be trifft die für die Halterung der Metallhalogenid-Lichtquel le innerhalb eines Außenkolbens notwendige Konstruktion, um die Gesamtlampe herzustellen. Wenn die Konstruktion, ins besondere eine Metallkonstruktion, einer von der Metallhalo genid-Lichtquelle emittierten auftreffenden Strahlung unter worfen wird, bewirkt dies, daß die Metallstruktur-Teile Pho toelektronen emittieren. Irgendwelche dieser Photoelektronen wandern zu der äußeren Oberfläche der Metallhalogenid-Licht quelle, laden eine derartige Oberfläche in einer negativen Richtung auf und beschleunigen die Elektrolyse der Natriumio nen durch das Quarzglas der Metallhalogenidlampe. Es ist er wünscht, die Metallkonstruktionsteile für die Befestigung des Metallhalogenidlichts innerhalb der damit verbundenen Lampe auf ein Minimum herabzusetzen oder zu verringern, derart, daß die Elektrolyse der Natriumionen, die durch die Photo elektronen emittierenden Metallkonstruktionsteile verursacht wird, entsprechend reduziert wird.

Eine weitere mit den Metallhalogenidlampen verbundene Unzu träglichkeit ist das durch die Anwesenheit von Wasserstoff und Wasser, die aus der Metallhalogenidlampe herausdiffun dieren können, verursachte nachteilige Merkmal. Es ist er wünscht, daß Mittel vorgesehen werden, um die nachteiligen Wirkungen von Wasserstoff und Wasser zu verringern, ohne zu irgendeinem weiteren nachteiligen Betrieb der Metallhaloge nidlampe beizutragen, wie beispielsweise zur Bildung von Pho toelektronen, die anderenfalls den Verlust der Natriumionen aus der Metallhalogenidlampe verursachen würden.

Noch ein weiterer Nachteil, der möglicherweise bei einer Ha logenidlampe auftreten kann, bezieht sich auf das Zerbersten der Metallhalogenidlampe, die typischerweise bei einem rela tiv hohen Druck betrieben wird. Bei der begrenzten Möglich keit eines derartigen Vorkommnisses kann der hohe Druck in nerhalb der Metallhalogenidlampe bewirken, daß das Material einer derartigen Metallhalogenidlampe mit einer relativ ho hen Geschwindigkeit losgerissen wird, was möglicherweise dem Außenkolben, in welchem die Metallhalogenidlampe einge baut ist, zerbrechen kann. Es ist erwünscht, daß Absperrmit tel derart vorgesehen sind, daß die möglichen Wirkungen des Zerberstens einer derartigen, bei einem relativ hohen Druck betriebenen Metallhalogenidlampe verringert werden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Entladungs- bzw. Metallhalogenidlampe zu schaffen, die Mittel aufweist, um die schädlichen Wirkungen der Kataphorese, die typischerwei se durch Niederfrequenz-Wechselstrom-Betrieb oder Gleichstrom-Betrieb einer derartigen Lampe verursacht werden, zu verringern. Weiter sind Mittel vorzusehen, die Natriumionen-Wanderung zu verringern, welche durch die metal lischen, Photoelektronen emittierenden Montageteile bewirkt werden, welche zu dem Verlust der Natriumionen der Metallha logenidlampe beitragen.

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Metallhalogenid-Licht quelle mit physikalischen Dimensionen und Betriebseigenschaf ten abgestellt, die viele Anwendungsbereiche findet und die besonders geeignet ist, als Lichtquelle für einen Auto scheinwerfer zu dienen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Entladungslampe gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Entladungslampe ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Seitenansicht, die ganz allgemein eine Entladungslampe gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert, der seine Lichtquelle in einer vertikalen Weise orientiert hat.

Fig. 2 ist eine Draufsicht, die eine Entladungslampe gemäß der vorliegenden Erfindung ganz allgemein erläutert, der seine Lichtquelle in einer horizontalen axialen Weise orientiert hat.

Fig. 3 erläutert die Entladungslampe gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Innenkolben und einem mit dem Innenkolben verschmolzenen Mantel.

Die Fig. 4 und 5 erläutern anderweitige Ausführungs formen des mit einem Mantel verschmolzenen Innenkolbens.

Die Fig. 6(A) bzw. 6(B) erläutern einen Vergleich zwi schen der Strahldivergenz eines Autoscheinwerfer-Systems un ter Verwendung einer Glühlichtquelle und der Entladungslampe der vorliegenden Erfindung in Reflektoren der gleichen Größe.

Die Fig. 7(A) und 7(B) erläutern vergleichsweise die Abmessung des für die Verwendung einer Glühlichtquelle und der Entladungslampe der vorliegenden Erfindung benötigten Reflektors, um die gleiche Lichtstrahl-Divergenz aufzuweisen.

Die Fig. 8(A) und 8(B) sind entsprechende perspekti vische Ansichten eines rechteckigen Autoscheinwerfers des Standes der Technik und eines rechteckigen Autoscheinwer fers gemäß einer Ausführungsform der Entladungslampe der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 ist eine Seitenansicht, die ganz allgemein einen Au toscheinwerfer 10 mit einer Ausführungsform der Entladungslampe der vorliegen den Erfindung erläutert. Der Autoscheinwerfer 10 umfaßt einen Reflektor 12, einen Linsenteil 14 und eine Entladungslampe (16), die im folgenden auch als Lichtquelle 16 oder als Metallhalogenid- Lichtquelle bezeichnet wird.

Der Reflektor 12 hat einen rückwärtigen Abschnitt 18 mit darauf befestigten Mitteln, wie beispielsweise einem Stecker 20 mit Stiften 22 und 24, die in der Lage sind, mit einer äußeren Quelle eines Automobils verbunden zu werden. Der Re flektor 12 hat eine vorherbestimmte Brennweite 26, gemessen entlang der Achse 28 des Autoscheinwerfers 10 und angeordnet bei etwa dem Mittelteil der Lichtquelle 16. Die Lichtquelle 16 ist in vorherbestimmter Weise innerhalb des Reflektors 12 so angeordnet, daß sie sich angenähert in der Nähe der Brenn weite 26 des Reflektors befindet. Für die in Fig. 1 erläu terte Ausführungsform ist die Lichtquelle 16 in einer verti kalen und transversalen Weise bezüglich zu und entlang der Achse 28 des Reflektors 12 orientiert, wohingegen Fig. 2 die Lichtquelle 16 als in einer horizontalen Weise relativ zu und entlang der Achse 28 des Reflektors 12 orientiert er läutert.

Der Reflektor 12, der mit der Lichtquelle 16 zusammenwirkt, hat eine parabolische Form mit einer Brennweite im Bereich von etwa 6 mm bis etwa 35 mm mit dem bevorzugten Bereich von etwa 8 mm bis etwa 20 mm. Die Linse 14 ist an dem Frontab schnitt des Reflektors 12 befestigt. Die Linse 14 ist aus transparentem Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glas und Kunststoff. Der transparente Teil hat eine be vorzugterweise aus Prismen-Teilen gebildete Stirnfläche.

Die Lichtquelle 16 hat ein Paar von Elektroden 30 und 32, an geordnet an den gegenüberliegenden Enden derselben an ihren Halsteilen und voneinander durch eine vorherbestimmte Distanz im Bereich von etwa 2 mm bis etwa 10 mm getrennt. Die Licht quelle 16 ist mit dem rückwärtigen Abschnitt des Reflektors 12 vermittels relativ massiver Zuleitungen 34 und 36 verbun den, wobei jeweils das eine Ende der Zuleitungen mit den Elektroden 30 bzw. 32 durch entsprechende Zuleitungen 38 und 40 und jeweils ihr anderes Ende mit den Stiften 22 bzw. 24 verbunden ist. Die Elektroden 30 und 32 bestehen aus einem stabartigen Teil, das aus einem Material gebildet ist, wel ches vorzugsweise aus der Wolfram und Wolfram mit 1 bis 3% Thorium umfassenden Gruppe ausgewählt ist. Die Elektroden 30 bzw. 32 sind ferner mit den Folienteilen 42 und 44, einge schmolzen in den Halsteilen für eine Ausführungsform der vor liegenden Erfindung, die auf eine Quarzlichtquelle 16 anwend bar ist, verbunden. Jedes der Folienteile 42 und 44 ist mit seinen entsprechenden Zuleitungen 38 und 40 verbunden. Für eine andere Ausführungsform bezüglich der Lichtquelle 16 aus einem handelsüblichen Glas können die Elektroden 30 und 32 ein stabähnlicher Teil sein, vorzugsweise verschweißt mit Molyb dän-Zuleitungen, die direkt in dem Glas eingeschmolzen sein können, wodurch die Notwendigkeit der Folienteile 42 und 44 eliminiert wird.

Die für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail in Fig. 3 gezeigte Lichtquelle 16 weist einen Innenkolben 46 und einen Mantel bzw. Außenkolben 48 auf, der mit dem Innenkolben an einem Teil von jedem der Halsabschnitte der inneren Umhüllung verschmolzen ist, um einen integralen Teil auszu bilden.

Wie anschließend ausgeführt werden wird, besteht einer der Hauptvorteile der Lichtquelle 16 mit einem Vakuummantel 48 darin, eine verbesserte Wandtemperatur gegenüber den Ein richtungen des Standes der Technik zu liefern, indem man die Kühleffekte der Gasleitung und -konvektion eliminiert. Diese verbesserte gleichmäßige Temperatur führt dazu, daß mehr Me tallhalogenid verdampft und in der Entladung des Lichtbogens innerhalb der Lichtquelle 16 gehalten wird, was die Wirksamkeit und die Farbe der Lichtquelle 16 verbessert.

Diese verbesserte gleichmäßige Temperatur macht auch die Lichtquelle weniger von ihrer Ausrichtung innerhalb eines Gehäuses, wie beispielsweise innerhalb der Autolampe 10, ab hängig. Der Vakuummantel 48 verringert auch die typischer weise auftretenden Kataphorese-Effekte während Gleichstrom- und Niederfrequenzbetrieb der Lichtquelle 16 durch Austreiben der Metallhalogenide aus den Enden der Lichtquel le 16.

Der Innenkolben 46 der Lichtquelle 16 hat eine Länge im Bereich von 10 bis 50 mm, insbesondere 8 mm bis 20 mm, Seitenwände mit einer Dicke im Bereich von 0,5 bis 2 mm, insbesondere 0,4 mm bis 1,5 mm, Halsteile mit einem Durchmesser im Bereich von 2 mm bis 6 mm und einen zentralen Teil mit einem Außendurchmesser im Be reich von 5 bis 20 mm, insbesondere 4 mm bis 12 mm. Der Mantel 48 hat ei ne Gesamtlänge im Bereich von 10 bis 50 mm, insbesondere 14 mm bis 30 mm, ei nen Außendurchmesser im Bereich von 8 bis 25 mm, insbesondere 8 mm bis 20 mm und Außenwände 48 _A mit einer Dicke im Bereich von 0,5 bis 2 mm, insbesondere 0,4 mm bis 1,5 mm. Die Außenwände 48 _A sind von den Hauptseiten wänden des Innenkolbens 46 durch einen vorherbestimmten Abstand 48 _B getrennt, der innerhalb des Bereiches von 1 mm bis etwa 5 mm liegt. Der Abstand zwischen dem Innenkolben 46 und den Außenwänden 48 _A schafft eine Kammer 48 _C zwischen dem Innenkolben und dem Mantel, die ein Fassungsvermögen im Bereich von 10 mm³ bis 100 mm³ aufweist. Die Kammer 48 _C ist bevorzugterweise evakuiert und enthält bevorzugterweise ein Wasserstoff- und Wassergetter 48 _D, das über die Innenoberfläche der Außenwände 48 _A dispergiert ist und das bevorzugterweise aus Zirkoniumchips besteht.

Die Lichtquelle 16 kann andere Ausführungsformen aufweisen, wie sie in den Fig. 4 und 5 gezeigt werden, welche die gleichen Bezugsziffern für ähnliche Elemente mit ähnlichen Dimensionen verwenden und die mit Bezug auf Fig. 3 gezeigt und beschrieben werden. Fig. 4 erläutert eine Lichtquelle 16, in welcher eine aus einem Quarzmaterial gebildete Innenkolben 46 mit einem aus einem Glasmaterial vom Typ #180 ge bildeten Mantel 48 verschmolzen ist und in welcher die Innen zuleitungen 38 und 40 an gegenüberliegenden Halsteilen des Glasmantels 48 abgedichtet sind. Fig. 5 erläutert eine ein endige Lichtquelle 16, in welcher die Elektroden 30 und 32 angeordnet sind und von dem gleichen Ende der Lichtquelle 16 austreten.

Die Lichtquelle 16 enthält eine Füllung, bestehend aus Queck silber und einem Metallhalogenid. Die Lichtquelle enthält auch ein Xenon-Gas, vorzugsweise bei einem Druck bei Raumtemperatur im Bereich von etwa 2 bar bis etwa 15 bar enthalten. Das in der Metallhalogenidlampe enthaltene Quecksilber ist in ei ner Menge im Bereich von etwa 2 mg bis etwa 10 mg vorhanden. Die Quecksilbermenge wird so gewählt, daß mit einem Kolben einer bestimmten Größe und einer Distanz zwischen den Elek troden mit einem bestimmten Betrag der Spannungsabfall über die Lampe ein geeigneter Wert und derart ist, daß die Kon vektionsströme innerhalb der Lampe, die eine Biegung des Bo gens hervorrufen, keine übermäßige Biegung liefern. Der Be triebsdruck der Lichtquelle 16 liegt im Bereich von etwa 2 bar bis etwa 65 bar. Das Metallhalogenid ist eine Mischung einer Menge im Bereich von etwa 2 mg bis etwa 50 mg. Die Mischung besteht aus Halogeniden, ausgewählt aus der in der nachstehenden Tabelle 1 angegebenen Gruppe.

Tabelle 1

Natriumiodid
Scandiumiodid
Thalliumiodid
Indiumiodid
Zinniodid
Dysprosiumiodid
Holmiumiodid
Thuliumiodid
Thoriumiodid
Cadmiumiodid
Cäsiumiodid

Die Metallhalogenid-Lichtquelle 16 der vorliegenden Erfin dung weist nicht die Nachteile der früheren Metallhalogenid lampen auf, wie sie in der Einleitung diskutiert wurden. Ins besondere weist die Lichtquelle 16 Mittel auf, um (1) die schädlichen Kataphorese-Effekte, an denen der Niederfrequenz- Wechselstrom-Betrieb oder der Gleichstrom-Be trieb einer derartigen Lampe litt, zu verringern; (2) die Natriumion-Wanderungsverluste der Metallhalogenidlampe zu verringern; (3) die durch die Photoelektronen-Emission der Metallkonstruktion-Teile der in Beziehung dazu stehenden Lampe verursachten Natriumverluste zu reduzieren; (4) die mit einer Metallhalogenidlampe typischerweise verbundenen schädlichen Wasserstoff-Sauerstoff-Effekte zu reduzieren; (5) die Halterungskonstruktion für die Metallhalogenidlampe zu vereinfachen; und (6) einen Behälter für die Teilchen zu schaffen, welche durch die abseitsliegende Möglichkeit des Berstens der bei einem relativ hohen Druck betriebenen Metall halogenidlampe 16 erzeugt würden. Außerdem ist die Metallha logenidlampe wegen ihren relativ kleinen Abmessungen beson ders für die Verringerung der Gesamtabmessungen der verwand ten Autoscheinwerfer geeignet, wobei sie in aerodynamisch konstruierten Automobilen Anwendung findet.

Wenn typischerweise Metallhalogenidlampen mit kleiner Watt leistung, welche nicht die Vorteile der vorliegenden Erfin dung aufweisen, bei einer relativ niedrigen Frequenz einer Wechselstrom-Quelle, wie beispielsweise von 60 Hz, oder von einer Gleichstrom-Stromquelle betrieben wer den, sind die Metallhalogenidionen durch das elektrische Feld, welches durch diese Anregung geschaffen wurde, beein flußt und haben ausreichend Zeit, beispielsweise während eines jeden 60 Hz-Zyklus, sich um eine signifikante Strecke von den Elektroden der Lampe wegzubewegen. Der Kataphorese genannte Effekt bei diesen Betriebstypen der Metallhalogenid lampe besteht darin, daß die Halogenide allmählich in die Endregionen der Lampe fortgerissen werden, wodurch diese Ha logenide keinen wesentlichen Beitrag zu der Halogenidmenge liefern, die zwischen den Elektroden vorkommt und daher kei nen Beitrag zu der für diese Metallhalogenidlampen mit nied riger Wattleistung gewünschten Beleuchtungsstärke liefern. Einer der beitragenden Faktoren für einen solchen schädli chen Betrieb ist der, daß die Konvektionseffekte an der Außenseite der Metallhalogenidlampe den unteren Bereich der Metallhalogenidlampe abkühlen, was das Kondensieren und Ab ziehen der Metallhalogenidionen von ihrer erwünschten Lage zwischen den Elektroden unterstützt.

Die vorliegende Erfindung umgibt den Innenkolben mit einem Vakuummantel derart, daß die Temperatur des Innenkolbens durch die Eliminierung von sowohl der Gasleitungs- und Konvektionsverluste höher und gleichmäßiger ist. Die Struktur der durch den Innenkolben und den Mantel, welche die oben zusammen mit dem Abstand zwischen den Elektroden angegebenen Abmessungen aufweisen, gebildeten Lichtquelle 16 der vorliegenden Erfindung ist ausgewählt, um es zu ermöglichen, daß ausreichend Wärme in das Gebiet des Innenkolbens in bezug auf die getrennten Elektroden ge liefert wird, die thermisch eine Diffusion zum Lenken oder Bewegen der Metallhalogenidionen aus den Endregionen des Innenkolbens heraus mit einer zur Aufhebung der Katapho rese-Effekte ausreichenden Geschwindigkeit, bewirkt.

Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, welche die schädli chen Kataphorese-, Leitungs- und Konvektionseffekte verrin gern, sind insofern besonders vorteilhaft, als sie es ermög lichen, daß die Metallhalogenidlampe in einer horizontalen oder vertikalen Anordnung relativ zu der Basis der Lampe, in welcher sie eingeschlossen ist, orientiert ist, so daß die gesamte Lampe universell in die richtige Lage gebracht werden kann, um die verschiedenen Beleuchtungskörper-Bedürf nisse zu erfüllen, bei welchen die Lampe Anwendung finden kann.

Die vorliegende Erfindung liefert ferner auch eine Lösung zur Verringerung der Natriumionen-Wanderungsprobleme, auf die man typischerweise bei Metallhalogenidlampen stößt. Wie bereits früher angegeben, enthalten die meisten Metallhalo genidlampen, einschließlich der vorliegenden Lichtquelle 16, Natriumiodid als Teil der Füllung und die Natriumionen von einem solchen Bestandteil wandern aus der Lampe durch Elek trolyse durch das Quarzglas während des Betriebs einer der artigen Lampe. Wenn die Natriumionen verlorengegangen sind und freies Iod in der Lichtbogenröhre zurückgelassen wurde, verschlechtert sich die gewünschte Beleuchtungsstärke der Me tallhalogenidlampen durch den Verlust der Natriumstrahlung, und andererseits steigt die Betriebsspannung der Metallha logenidlampe infolge des freien Iods schließlich bis zu ei nem Punkt der möglichen Zerstörung der Lampe.

Der Mantel 48 der Lichtquelle 16 mit den oben angegebe nen Abmessungen ist von hinlänglicher Bedeutung insofern, als der Mantel im Betrieb bezüglich des Innenkolbens kühl ist und hierdurch die elektrische Leitfähigkeit des Mantels um einen ausreichenden Betrag herabsetzt, so daß die Natriumionen, welche durch den Innenkolben diffundieren und sich an der Innenwand des Mantels absetzen, nicht elektrisch neutralisiert sind, sondern vielmehr ein starkes elektrisches Feld bilden, welches die Bewegung der anschließend wandernden Natriumionen aufhält oder ihr ent gegenwirkt und dadurch verringert und sogar irgendeinen weiteren diesbezüglichen Natriumverlust vermeidet.

Die Lichtquelle 16 verringert auch die Natriumion-Wanderung, die typischerweise durch Photoelektronen emittierende metal lische Teile verursacht werden kann, wenn sie einer von der Lichtquelle emittierten einfallenden Strahlung unterworfen werden, wie dies in der Einleitung erörtert wurde. Bei spielsweise driften typischerweise irgendwelche von den me tallischen Teilen emittierte Photoelektronen zu der Licht quelle, wobei die Oberfläche der Lichtquelle auf ein negati ves elektrisches Potential aufgeladen wird, welches die Elektrolyse der Natriumionen aus dem Quarzglas beschleunigt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Mantelfunktion oh ne die Notwendigkeit irgendwelcher metallischer Teile, wel che den Mantel um den Innenkolben herum in Stellung bringen. Der Mantel 42 ist direkt mit dem Innenkolben verschweißt und abgedichtet, wodurch irgendwelches Metall eliminiert wird, das anderenfalls Photoelektronen bilden würde, welche in nachteiliger Weise zu dem Verlust von Na triumionen beitragen würden. Der Mantel hindert auch irgendwelche Photoelektronen, die von Metallteilen irgendwo innerhalb des Außengehäuses freigesetzt werden, vom Errei chen des Innenkolbens.

Die Lichtquelle 16 der vorliegenden Erfindung hat ihren Was serstoff- und Wassergetter 48 _D, vorzugsweise aus Chips von Zirkoniummetall bestehend, innerhalb des Mantels eingeschlos sen, um die nachteiligen Wirkungen von Wasserstoff und Was ser zu verringern, die aus der Entladungslampe herausdiffun dieren können. Diese in der Kammer 48 _C lokalisierten Metall chips sind elektrisch gepuffert, d.h., die Chips haben kein festgesetztes elektrisches Potential, und sie tragen daher nicht zu dem Problem der die Wanderung der Natriumionen ver ursachenden Photoelektronen bei.

Ein weiterer Vorteil der Lichtquelle 16 betrifft den durch den Vakuumummantel 48 vorgesehenen Behälter, der mit dem Innenkolben 46 integriert ist. Der um den Innenkolben, der normalerweise bei einem relativ hohen Druck be trieben wird, placierte Mantel 42 verzögert irgendeine mögliche Zertrümmerung, welche durch das unwahrscheinliche Bersten des Innenkolbens verursacht wird, oder fängt diese auf. Dieser Raum wirkt als Hilfe beim Auffangen die ser Bruchstücke mit, um zu verhindern, daß diese Bruchstücke die Außenwand eines Außenkolbens zertrümmern, der ver wendet werden kann, um die Metallhalogenidlampe der vorlie genden Erfindung unterzubringen. Diese Mitwirkung ist dadurch vorgesehen, daß der Raum zwischen dem Innenkolben und dem Mantel evakuiert ist, so daß er etwas von dem Druck aus dem Innenkolben aufhebt und dazu neigt, irgendwelche Quarz- oder Glasbruchstücke zu verlangsamen, die bei dem un wahrscheinlichen Bersten des Innenkolbens freigesetzt werden könnten.

Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht dar in, daß der mit dem Innenkolben verschmolzene Mantel die Montage eines derartigen Mantels innerhalb der Grenzen einer Lampe, welche die vorliegende Erfindung umhüllt, vereinfacht.

Es sollte nun ersichtlich sein, daß die vorliegende Erfin dung eine Entladungs- bzw. Metallhalogenidlampe vorsieht, mit Mitteln, um (1) die schädlichen Kataphorese-Effekte des Betriebs einer derartigen Lampe durch eine Niederfrequenz-Wechsel stromquelle oder Gleichstromquelle zu verringern, (2) das tvpischerweise auftretende Natriumwanderungs-Problem von dem Innenkolben herabzusetzen und Photoelektronen er zeugende Natriumionen-Verluste zu verhindern, (3) Maßnahmen für eine Raumfunktion eines unter hohem Druck befindlichen Innenkolbens zu ergreifen, und (4) die Montage eines Mantels für einen unter hohem Druck befindlichen Innenkolbens zu vereinfachen.

Die Lichtquelle 16 der vorliegenden Erfindung hat gegenüber Metallhalogenidlampen des Standes der Technik weitere vor teilhafte Merkmale. Eines dieser Merkmale besteht darin, daß der Mantel 48 die Erzeugung von Wärme innerhalb des Innenkolbens stört oder sie über ein im Verhältnis zu der durch den Innenkolben selbst begrenzten Wärmeverteilung über ein größeres Volumen verteilt. Diese Wärmeverteilung ist be sonders vorteilhaft für die Kunststoff- oder Dichtungsanord nung, wie sie typischerweise in einem Autoscheinwerfer ange troffen wird.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Mantel 48 mit einer Titanoxid enthaltenden Mischung hergestellt sein kann, welches einen wesentlichen Teil der ultravioletten elekto magnetischen Strahlung absorbiert, welche durch die Entla dung innerhalb des Innenkolbens 46 erzeugt wird und da durch verhindert, daß eine derartige ultraviolette Strahlung die Komponenten, welche der Autoscheinwerfer enthält und die gegen eine derartige Strahlung empfindlich sind, erreicht und abbaut.

Die Lichtquelle 16 ist auch vorteilhaft hinsichtlich der Pla cierung von verschiedenen Überzügen für verschiedenartige Anwendung. Die Oberflächen des Mantels 48 haben im Verhältnis zu dem Innenkolben 46 eine niedrige Temperatur und bringen leichter infrarotreflektierende Filme und ge färbte Filme unter, im Vergleich zu den Oberflächen des Innenkolbens 46 oder anderen Metallhalogenidlampen des Standes der Technik. Die Infrarotfilme reflektieren die In frarotstrahlung zurück zu dem Innenkolben und erhöhen dessen Temperatur und steigern dadurch seine Wirksamkeit. Der Farbfilm kann ein gelber Typ sein, um entsprechendes gelbes Licht vorzusehen, das für verschiedene Beleuchtungsanwen dungen vorteilhaft ist, wie zum Beispiel für im Ausland, beispielsweise in Frankreich, verwendete Kraftfahrzeugbe leuchtungen.

Die niedrige Temperatur des Mantels gegenüber dem Innenkolben ist ebenso auch vorteilhaft für das Maskieren oder Steuern der Lichtverteilung für bestimmte Anwendungen, wie beispielsweise in der Kraftfahrzeugtechnologie. Beispiels weise kann ein schwarzer Überzug an einem Ende des Mantels placiert sein, um zu verhindern, daß Licht von diesem Ende emittiert wird, um so dieses Licht vom Auftreffen und von der Reflexion durch einen damit verbundenen Teil des Reflek tors 12 zu hindern, welches für kraftfahrzeugtechnische An wendungen unerwünschtes oder Streulicht erzeugen könnte. Die niedrigere Temperatur des Mantels 48 erleichtert die Proble me einer derartigen Placierung eines schwarzen Überzugs be züglich einer Placierung auf dem Innenkolben 46 oder irgendeiner bekannten Metallhalogenid-Lichtquelle des Stan des der Technik.

Die Metallhalogenid-Lichtquelle 16 kann vorteilhafterweise durch Stromunterbrecher-Betätigungsschaltung betrieben werden, wie sie in der DE-OS 38 07 719 offenbart ist, in welcher weitere Einzelheiten des Betriebs beschrie ben werden. Die Stromunterbrecher-Betätigungsschaltung steu ert den Nutzungsfaktor seines beschriebenen Stromunterbre cherschalters um einen vorherbestimmten Leistungspegel in der Metallhalogenid-Lichtquelle 16 der vorliegenden Erfin dung aufrechtzuerhalten. Wie aus der DE-OS 38 07 719 zu ersehen ist, wird die Systemleistungs fähigkeit des Betriebs einer Entladungslampe, wie beispiels weise der Metallhalogenidlampe 16, vermittels einer Stromun terbrechung als eine Verbesserung von mehr als 50% gegenüber den Verfahren des Standes der Technik zum Betrieb von Gas entladungseinrichtungen angesehen.

Die Metallhalogenidlampe mit den oben angegebenen relativ kleinen Abmessungen sieht eine Lichtquelle vor, die beson ders für aerodynamisch konstruierte Automobile geeignet und unter Bezugnahme auf die Fig. 6(A) und 6(B) beschrieben werden kann. Die Fig. 6(A) und 6(B) stehen in wechselsei tiger Beziehung und zeigen einen Vergleich der Streuung des durch einen Scheinwerfer unter Verwendung eines Wolframfa dens 116 erzeugten Strahls im Vergleich zu demjenigen, der durch einen Scheinwerfer erzeugt wird, welcher die kleinere Metallhalogenid-Lichtquelle 16 der vorliegenden Erfindung besitzt. Fig. 6(A) zeigt die Lichtquelle 116, eingezeich net in Form eines Pfeils, die ihren Mittelteil am Brenn punkt 26 entlang der Achse 28 des Reflektors 12 angeordnet hat, wohingegen die Fig. 6(B) die Lichtquelle 16 in Form eines Pfeils zeigt, mit dem Mittelteil am Brennpunkt 26 ent lang der Achse 28 des Reflektors 12 angeordnet, welcher die gleichen Abmessungen wie in Fig. 6(A) hat. Die Glühlicht quelle 116 kann eine Länge, wie beispielsweise 5 mm, aufwei sen, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 2 diskutiert wurde, wohingegen die Lichtquelle 16 eine Länge von angenähert 3 mm aufweist, wie dies bezüglich der Fig. 3, 4 und 5 disku tiert wurde.

Der Glühfaden 116 liefert beim Aktivieren eine Vielzahl von reflektierten Lichtstrahlen, die um einen Betrag divergie ren, der proportional zu der Größe der Lichtquelle 116 ist und durch den Winkel R_A dargestellt ist. In ähnlicher Weise liefert die Xenon-Lichtquelle 16 eine Vielzahl von Licht strahlen, die voneinander um einen Winkel R_B divergieren.

In der Fig. 6(A) wird der Streuungswinkel des Fadens 116 durch einen Lichtstrahl 116 _A erläutert, emittiert von dem obersten Teil des Fadens 116, der als Lichtstrahl 116 _B durch den Reflektor 12 aufgefangen und reflektiert wird. Der Win kel zwischen dem Lichtstrahl 116 _B, welcher durch den Brenn punkt 26 geht und der Achse 28 ist der Streuungswinkel R_A des Fadens 116. Für die oben angegebenen Werte für den Fa den 116 (5 mm) und den Reflektor 12 (Brennweite 25 mm) be trägt dieser Winkel R_A 11,3°.

Die Fig. 6(B) zeigt Lichtstrahlen 16 _A und 16 _B, welche den Lichtstrahlen 116 _A und 116 _B ähnlich sind und mit Bezug auf Fig. 6(A) beschrieben werden. Der Streuungswinkel R_B, erzeugt durch die von Lichtquelle 16 emittierten Lichtstrahlen, für die früher angegebenen Werte für die Lichtquelle 16 (3 mm) und den Reflektor 12 (Brennweite 25 mm), beträgt 6,80°. Der Streuungswinkel R_B ist angenähert drei Fünftel kleiner als der Streuungswinkel R_A. Der Gesamteffekt eines derartigen, durch die Lichtquelle 16 erzeugten Lichts besteht darin, daß ein gewünschtes Strahlmuster, entwickelt durch den Auto scheinwerfer 10 mit der Entladungslampe der vorliegenden Erfindung und gerichtet auf eine Landstraße eine geringere Ausbreitung hat und demzufol ge dorthin gerichtet sein kann, wo es notwendig ist, die Straße zu beleuchten und mit weniger Licht, wo es nicht er wünscht ist. Die Verringerung dieser Ausbreitung oder des unerwünschten Lichts durch die Metallhalogenid-Lichtquelle 16 im Verhältnis zu einer Glühlichtquelle 116 verringert den Effekt der Verschleierung der Sicht durch Nebel, Regen und Schnee und liefert hierdurch mehr brauchbares Direktlicht für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen.

Ein weiterer durch die relativ geringe Größe der Metallha logenid-Lichtquelle 16 erzielter Vorteil, ist die Verringe rung der erforderlichen Größe des Reflektors des Autoschein werfers und kann unter Bezugnahme auf die Fig. 7(A) und 7(B) beschrieben werden. Die Fig. 7(A) bzw. 7(B) sind den Fig. 6(A) und 6(B) ähnlich und verwenden, wo anwendbar, ähnliche Bezugsziffern. Die Fig. 7(A) und 7(B) sind inso fern verschieden, als die Brennweite 26 um einen Faktor von zwei (2) bezüglich der Brennweite 26, entsprechend gezeigt in den Fig. 6(A) und 6(B), reduziert ist. Ferner wurde der Reflektor 12 der Fig. 7(A) und 7(B) in der Höhe um einen Faktor von etwa 2/3 bezüglich demjenigen der Fig. 6(A) und 6(B) reduziert.

Die Fig. 7(A) zeigt, daß der Wolframglühfaden 116 Lichtstrah len 116 _A und 116 _B erzeugt, wobei der Strahl 116 _B einen Streu ungswinkel R_C mit einem Wert von etwa 21,8° für den Reflektor der Fig. 7(A) und 7(B) bildet und früher gegebene Werte des Fadens 116 (5 mm Länge), die Streulicht in einem Strahl muster von einem ausreichenden Betrag bilden würden, das der Kraftfahrzeugtechnologie nicht genügen würde. Umgekehrt zeigt Fig. 7(B) die Lichtquelle 16 von etwa 3 mm, erzeugend Licht strahlen 16 _A und 16 _B, in welchen Strahl 16 _B einen Streuwin kel R_D mit einem Wert von etwa 13,5° bildet, welcher ein Strahlmuster erzeugt, das eine begrenzte Menge Streulicht auf weist, derart, daß es mehr als nur die Bedürfnisse der Kraft fahrzeugtechnologie erfüllt. Die Wirkung der Lichtquelle 16 von kleinerer Größe erlaubt einen Anstieg in dem Sammlungs wirkungsgrad des Reflektors 12 durch eine Reduktion seiner Brennweite und einer geringfügig kleineren Reduktion in sei nen Gesamtdimensionen. Der Gesamteffekt besteht darin, daß die Lichtquelle 16 sowohl die Abnahme der Größe des Reflek tors und die Verbesserung des Sammlungswirkungsgrads des Re flektors um ausreichende Beträge ermöglicht, um es dem Auto mobil-Konstrukteur zu ermöglichen, den Motorhaubenform-Ver lauf zu senken, wie dies in der Einleitung diskutiert wurde. Es ist ins Auge gefaßt, daß die praktische Durchführung der vorliegenden Erfindung eine Reduktion des Reflektors eines Autoscheinwerfers um einen Faktor von 2/3 gegenüber einem früheren Autoscheinwerfer unter Verwendung eines typischen Glühfadens ermöglicht, so daß der Motorhaubenform-Verlauf des Automobils entsprechend gesenkt werden kann.

Die Gesamtreduktion der Dimensionen des Reflektors und da durch der entsprechenden Dimensionen des Autoscheinwerfers können unter Bezugnahme auf die Fig. 8(A) und 8(B) erläu tert werden. Die Fig. 8(A) ist eine perspektivische Ansicht, welche einen rechtwinkligen Autoscheinwerfer des Standes der Technik erläutert, der einen Glühfaden verwendet und ähnli che Elemente des Autoscheinwerfers 10 der Fig. 1 und 2 auf weist, mit entsprechenden Bezugsziffern, die um die Zahl 100 erhöht wurden. Die Fig. 8(B) ist eine perspektivische An sicht, welche eine durch die Entladungslampe der vorliegenden Erfindung ermöglichte Ausführungsform erläutert, die ein rechteckiger Autoscheinwerfer 10 ist, wie er in den Fig. 1 und 2 gezeigt wird, und der Abmessungen aufweist, die gegenüber der Lampe 110 des Standes der Technik um einen Faktor von etwa 40% reduziert sind, in Übereinstim mung mit der oben gegebenen Beschreibung der Lampe 10. Aus einem Vergleich zwischen der Fig. 8(A) der Lampe 110 des Standes der Technik und der Fig. 8(B) kann man leicht erse hen, daß es die Praxis der vorliegenden Erfindung den Automo bil-Konstrukteuren möglich macht, den Motorhaubenform-Verlauf des Automobils mit den Mitteln in Form der Lichtquelle 16 we sentlich abzusenken.

Es ist nun ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung eine Metallhalogenid-Lichtquelle für einen Autoscheinwerfer zur Verfügung stellt, der wesentliche Absenkungen des Motorhau benform-Verlaufs des Automobils erlaubt. Es sollte ebenfalls zu erkennen sein, daß die Lichtquelle 16 der vorliegenden Er findung eine Füllung von Xenon in der oben spezifizierten Men ge enthalten kann und die oben beschriebenen Vorteile erzielt, außer den Vorteilen, die in der DE-OS 39 04 926 beschrieben werden.

Obwohl die oben gegebene Beschreibung der Metallhalogenidlam pe zusammen mit der eine Xenon-Füllung aufweisenden Metallha logenidlampe auf die kraftfahrzeugtechnische Anwendung bezo gen wurde, ist es jedoch ins Auge gefaßt, daß die Praxis die ser Erfindung in gleicher Weise auf andere verschiedene Be leuchtungsanwendungen anwendbar ist. Ein signifikantes Merk mal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß Licht durch die Metallhalogenidlampe 16 mit geringen Abmessungen gegen über den Metallhalogenidlampen des Standes der Technik er zeugt wird. Das Merkmal des zur Verfügungstellens einer Be leuchtung vom Entladungstyp von der relativ kleinen Lichtquel le der erfindungsgemäßen Lichtquelle ermöglicht es, vorteil haft in verschiedenen Beleuchtungsanwendungen, zu Haus, im Büro und in anderen verschiedenen kommerziellen und indu striellen Umgebungen eingesetzt zu werden und entsprechend die damit verbundene Montage- und Fokussieranordnungen zu reduzieren.

Claims

1. Entladungslampe, insbesondere zum Einsatz in einem Autoscheinwerfer, mit einem Innenkolben mit einem darin angeordneten Paar von Elektroden sowie einer Füllung aus Queck silber in einer Menge im Bereich von 2 mg bis 10 mg, Xenon und einer Mischung von Metalliodiden in einer Menge im Bereich von 2 mg bis 50 mg, wobei die Metalliodide ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Natriumiodid, Scandiumiodid, Thalliumiodid, Indiumiodid, Zinniodid, Dysprosiumiodid, Holmiumiodid, Thuliumiodid, Thoriumiodid, Cadmiumiodid und Cäsiumiodid und und der Innenkolben (46) einen mit ihm ver schmolzenen Mantel (48) aufweist, der von den Seitenwänden des Innenkolbens (46) beabstandet ist, um eine Kammer (48C) zwischen dem Innenkolben (46) und dem Mantel (48) zu schaffen, die evakuiert ist und einen Getter (48D) für Wasserstoff und Wasser enthält.

2. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Xenon bei Raumtemperatur einen Druck im Bereich von 2 bar bis 15 bar hat.

3. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Getter (48D) Zirkoniumchips umfaßt.

4. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Innenkolben (46)

(A) eine Länge im Bereich von 10 mm bis etwa 50 mm,
(B) Seitenwände einer Dicke im Bereich von 0,5 mm bis 2 mm,
(C) Halsteile mit einem Durchmesser im Bereich von 2 mm bis 6 mm und
(D) einen zentralen Teil mit einem Durchmesser im Bereich von etwa 5 mm bis etwa 20 mm aufweist.

5. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Mantel (48) mit einem mehrschich tigen, Infrarot reflektierenden Film beschichtet ist.

6. Entladungslampe nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der Film aus alternierenden Ma terialschichten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus (1) Tantaloxid und Siliciumdioxid, und (2) Titanoxid und Silici umdioxid, besteht.

7. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Mantel (48) mit einem gefärbten Film beschichtet ist.

8. Entladungslampe nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß der gefärbte Film gelb ist.

9. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Mantel (48) aus einer Titanoxid enthaltenden Mischung besteht.

10. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Ende des Mantels (48) mit einer Schicht aus einem schwarzen Material beschichtet ist.

11. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Mantel (48)

(A) eine Länge im Bereich von 10 mm bis 50 mm,
(B) Seitenwände mit einer Dicke im Bereich von 0,5 mm bis 2 mm und
(C) einen Außendurchmesser im Bereich von 8 mm bis 2,5 mm

aufweist.

12. Entladungslampe nach Anspruch 11, dadurch ge kennzeichnet, daß der Mantel (48) von den Seitenwänden des Innenkolbens (46) einen Abstand im Be reich von 1 mm bis 5 mm und die Kam mer (48) ein Fassungsvermögen im Bereich von 10 mm³ bis 100 mm³ aufweist.