DE602004010629T2

DE602004010629T2 - Gasentladungslampe

Info

Publication number: DE602004010629T2
Application number: DE602004010629T
Authority: DE
Inventors: Norbert Lesch; Willebrordus Gerardus Traa
Original assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2024-03-10
Also published as: EP1606832B1; US20060170360A1; ES2295832T3; CN1762037A; JP2006520999A; KR20050111770A; CN100521068C; US7511431B2; ATE381112T1; EP1606832A2; DE602004010629D1; WO2004083900A2; WO2004083900A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungslampe sowie einen Scheinwerfer, insbesondere einen Fahrzeugscheinwerfer, oder eine Leuchte mit einer entsprechenden Gasentladungslampe.
Aufgrund ihrer hervorragenden Lichtemissionseffizienz und Farbcharakteristik sowie ihrer Langlebigkeit werden in der Fahrzeuglampenindustrie bereits seit einigen Jahren immer öfter Gasentladungslampen eingesetzt. Solche Gasentladungslampen haben ein mit einem Inertgas gefülltes Entladungsgefäß aus einem lichtdurchlässigen und wärmebeständigen Material, z. B. aus Quarzglas. In dieses Entladungsgefäß ragen Elektroden hinein, und zur Zündung und für den Betrieb der Lampe wird an diese Elektroden eine Spannung angelegt. Typische heutzutage in Kraftfahrzeugen eingesetzte Gasentladungslampen sind beispielsweise sogenannte HID-Lampen (HID: High Intensity Discharge), wie z. B. Hochdruck-Natriumlampen und insbesondere MPXL-Lampen (MPXL: Micro-Power-Xenon-Light), die mit einer Xenongasfüllung arbeiten. Ein Problem bei der Verwendung solcher Gasentladungslampen besteht jedoch darin, dass aufgrund der physikalischen Eigenschaften des jeweiligen Inertgases, beispielsweise des Xenongases, und der daraus resultierenden Entladungsphänomene die Entladungslampe nicht nur das gewünschte Licht, sondern auch einen hohen Anteil an breitbandiger elektromagnetischer Störstrahlung im Bereich bis zu 1 GHz emittiert. Dabei wird die unerwünschte elektromagnetische Strahlung in erster Linie von den Elektroden und Zuleitungen zur Entladungsröhre abgestrahlt, welche wie Antennen wirken, die von dem im Betrieb befindlichen Entladungsgefäß getrieben werden. Diese Abstrahlung lässt sich auch in Form eines sogenannten Common-Mode-Stroms beschreiben, welcher der Differenz aus dem zur Lampe hingeführten und dem von der Lampe zurückgeführten Strom entspricht. Dieser hochfrequente „Störstrom" fließt über parasitische Kapazitäten zwischen der Lampe und der Umgebung, z. B. einem Scheinwerferreflektor, an die Umgebung ab. Da die Störstrahlung zu elektromagnetischen Interferenzen mit anderen elektronischen Einheiten eines Fahrzeugs, wie beispielsweise einer Audioanlage, einem ABS, einer Airbag-Steuerung, und somit zu Störungen der betreffenden Ein richtungen führen könnten, gibt es sowohl gesetzliche EMV-Vorgaben (EMV: Elektromagnetische Verträglichkeit, engl: EMC) als auch von der Automobilindustrie relativ strenge selbst gesetzte EMV-Anforderungen, beispielsweise die CISPR25. Es ist daher zwingend notwendig, die unerwünscht abgestrahlte elektromagnetische Energie zu reduzieren. Die Möglichkeiten, die Störungsquelle an sich, d. h. die Lampe selbst, so zu verändern, dass sie weniger elektromagnetische Energie in dem betreffenden Frequenzbereich abstrahlt, sind wegen der grundsätzlichen physikalischen Eigenschaften der Lampe und wegen der Leistungsanforderungen an die Lampe sehr beschränkt. Aus diesen Gründen erfolgen die Maßnahmen zur Verbesserung der EMV in der Regel in solcher Weise, dass die elektromagnetischen Störemissionen daran gehindert werden, in die Umgebung abzustrahlen.
Ein derzeit übliches Verfahren, die elektromagnetische Störstrahlung zu reduzieren, besteht darin, die gesamte Lampe innerhalb des Scheinwerfers möglichst gut abzuschirmen, beispielsweise indem der Reflektor oder zusätzliche Schirmteile innerhalb der Lampe geerdet werden, wie dies in der US 5.343.370 beschrieben wird. Eine solche Abschirmung der Lampe und deren Zuleitungen durch metallische bzw. sonstige leitfähige Bauteile des Scheinwerfers ist jedoch relativ aufwändig und somit teuer. Zudem führt die Forderung einer möglichst guten Abschirmung der Lampe durch den Scheinwerfer zu zusätzlichen Rahmenbedingungen für das Design des Scheinwerfers, die eine Optimierung des Scheinwerfers hinsichtlich anderer Gesichtspunkte, wie Abstrahlverhalten oder Lichtausbeute, erschweren können.
FR 2 717 982 beschreibt eine Lampe mit einem Entladungsgefäß mit Elektroden, die in das Entladungsgefäß hineinragen, und mit einer lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Schirmung, die das Entladungsgefäß abschirmt und Anschlussmittel zum Verschaffen einer Verbindung der Schirmung mit einer Schirmung eines Vorschaltgerätes zum Betreiben der Gasentladungslampe umfasst. Dadurch werde die Elektroden an gegenüberliegenden Enden der Gasentladungslampe mit Zuleitungen verbunden, die eine Schirmung umfassen, beispielsweise den Innenleiter einer Koaxialleitung. Die Schirmungen der beiden Zuleitungen, d. h. die Außenleiter der Koaxialleitungen, sind dann mit der Schirmung der Gasentladungslampe verbunden, sodass die Gasentladungslampe als Teil einer durchgehenden Koaxialleitung betrachtet werden kann, wobei die Schirmung der Koaxialleitung mit der Schirmung der Gasentladungslampe verbunden ist und der Innenleiter der Koaxialleitung durch die Elektroden der Gasentladungslampe unterbrochen ist. Dies hat den Vorteil, dass das ganze System in der Schirmung eingeschlossen ist und daher emittierte Störstrah lung im Wesentlichen eliminiert werden kann. Derartige abgeschirmte Koaxialzuleitungen sind jedoch relativ dick, was besonders bei Lampenanordnungen, in denen die Lampe axial im Reflektor orientiert ist und eine der Zuleitungen entlang einer Seite der Lampe zurück zu einer Lampenhalterung verlaufen muss, zu Problemen führen kann. Diese relativ dicke Rückleitung deckt einen Teil des Lichtstroms zwischen der Lampe und dem Reflektor optisch ab, was einen negativen Einfluss auf die Lichtverteilung des Beleuchtungssystems haben kann.
Ähnliche Konstruktionen mit Schirmungen in Form von lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Beschichtungen, die mit einer Schirmung eines zum Betrieb der Gasentladungslampe verwendeten elektrischen Systems verbunden sind, werden in EP 0 767 340 A2 , EP 0 991 107 A1 und EP 0 773 137 A2 gezeigt. Außerdem offenbaren DE 41 01 722 A , JP 4 043 547 A und JP 5 159 762 je eine ein Entladungsgefäß umfassende Entladungslampe, die mit einer Schirmung versehen ist, um die Emission unerwünschter elektromagnetischer Strahlung zu reduzieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Gasentladungslampe zu schaffen, die im Betrieb allenfalls in geringem Maße elektromagnetische Störstrahlung emittiert und die, insbesondere bei einer Konstruktion, bei der die Lampe axial in einem Reflektor orientiert ist, irgendwelche Störung der Lichtverteilung des Beleuchtungssystems aufgrund der Zuleitungen minimal ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Gasentladungslampe nach den Ansprüchen 1 und 3 gelöst.
Nach dem oben genannten Stand der Technik umfasst die Gasentladungslampe neben einem Entladungsgefäß mit in das Entladungsgefäß hineinragenden Elektroden eine das Entladungsgefäß abschirmende, lichtdurchlässige, elektrisch leitfähige Schirmung mit Anschlussmitteln, um im Betrieb der Gasentladungslampe zwischen der Schirmung und einer Schirmung eines zum Betrieb der Gasentladungslampe verwendeten elektrischen Systems unter Bildung eines das Entladungsgefäß mit den Elektroden einschließenden Koaxialschirmungssystems zumindest eine hochfrequenzmäßige Verbindung zu schaffen. Unter einer „zumindest hochfrequenzmäßigen" Verbindung ist im Folgenden eine Verbindung zu verstehen, über die hochfrequente Ströme fließen können, wie z. B. eine galvanische Verbindung oder ein geeigneter Hoch- bzw. Bandpass, z. B. ein kapazitives Element. Bei den meisten praktischen Anwendungen der Gasentladungslampe, wie beispielsweise in Fahrzeugscheinwerfern, liegt die Schirmung der Lampenelektronik auf einem Massepotential. Daher ist in der überwiegenden Zahl der Fälle das erfindungsgemäße Koaxialschirmungssystem der Gasentladungslampe zumindest hochfrequenzmäßig mit einem Massepotential verbunden.
Durch die Verwendung einer lichtdurchlässigen Schirmung, welche das Entladungsgefäß im Wesentlichen vollständig abschirmt und sich als Teil der Gasentladungslampe, sehr nah am Entladungsgefäß befindet, sowie durch die hochfrequenzmäßige Verbindung dieser Schirmung mit der Schirmung des übrigen elektrischen Systems werden die parasitären Kapazitäten mit der Schirmung des restlichen elektrischen Systems verbunden. Der HF-Störstrom fließt somit über die Schirmung wieder an das elektrische System zurück, so dass der Common-Mode-Strom, und damit die emittierte Störstrahlung, nahezu vollständig eliminiert wird. Die Kopplung, bei der die Schirmung der Gasentladungslampe gemeinsam mit der Schirmung des zum Betrieb der Gasentladungslampe verwendeten elektrischen Systems ein Koaxialschirmungssystem bildet, welches das Entladungsgefäß mit den Elektroden einschließt, verschafft eine hervorragende Hochfrequenzverbindung, sodass eine entsprechend effektive Abschirmung der elektromagnetischen Störstrahlung gewährleistet ist. Eine einfache Kopplung einer Schirmung einer Gasentladungslampe mit der Schirmung der Lampenelektronik über übliche Drähte bzw. dünne Leitungen würde dagegen zu einer zu hohen Selbstinduktivität mit einer entsprechend hohen Impedanz für den HF-Störstrom führen.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird jedoch eine der Elektrodenzuleitungen innerhalb der Schirmung der Gasentladungslampe geführt, vorzugsweise parallel zu den Elektroden. Bei einer anderen alternativen Ausführungsform der Erfindung bildet die Schirmung der Gasentladungslampe selbst eine Zuleitung, die mit einer der Elektroden elektrisch leitend verbunden ist. In beiden Alternativen kann die Lampe sehr kompakt ausgebildet sein, ohne dass eine dicke, entlang der Außenseite des Kolbens verlaufende abgeschirmte Zuleitung erforderlich ist, die den Lichtstrom der Lampe stören könnte. Die zweite Alternative ist auch vergleichsweise wirtschaftlich, weil keine gesonderte abgeschirmte Zuleitung benötigt wird.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Schirmung der Lampe eine Schicht aus leitfähigem, lichtdurchlässigem Material, beispielsweise FTO oder eine Gitterstruktur aus leitfähigem Material, z. B. einem Metall, die in oder an einer Wandung, beispielsweise auf der Innen- oder Außenseite der Wandung eines das Entladungsgefäß umgebenden Außenkolbens angeordnet ist. Die meisten Typen der heutzutage verwendeten Gasentladungslampen weisen ohnehin einen das Entladungsgefäß umgebenden, in der Regel fest mit dem Entladungsgefäß verbundenen Außenkolben auf, der dazu dient, die von der Gasentladungslampe erzeugte UV-Strahlung abzuschirmen. Dieser Außenkolben befindet sich sehr nahe am Entladungsgefäß und schließt das Entladungsgefäß vollständig ein, so dass eine in oder am Außenkolben angebrachte Schirmung sich dementsprechend ebenfalls nahe am Entladungsgefäß befindet und das Entladungsgefäß im Wesentlichen vollständig abschirmt. Eine derartige Schirmung an oder in der Wandung des Außenkolbens lässt sich relativ einfach und kostengünstig erzeugen.
Für eine geeignete, zumindest hochfrequenzmäßige Kopplung der Schirmung der Gasentladungslampe mit der Schirmung des übrigen elektronischen Systems gibt es grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten, welche unter anderem auch davon abhängen, in welcher Form die Zuleitungen zur Verbindung der Elektroden mit der Lampenelektronik ausgestaltet sind.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Schirmung und die Anschlussmittel derart ausgestaltet, dass die Schirmung im Betrieb an zwei sich gegenüberliegenden Stellen der Gasentladungslampe zumindest hochfrequenzmäßig mit der Schirmung des zum Betrieb der Gasentladungslampe verwendeten elektrischen Systems verbunden ist.
Eine der Elektroden kann mit einer eine Schirmung aufweisenden Zuleitung, z. B. dem Innenleiter einer Koaxialleitung, elektrisch verbunden sein. Die Schirmung der Gasentladungslampe ist dabei elektrisch leitend mit der zu der Zuleitung gehörenden Schirmung, d. h. dem Außenleiter der Koaxialleitung, verbunden.
Je nach Aufbau der Halterung der Gasentladungslampe kann die Schirmung der Gasentladungslampe im Betrieb auch direkt mit einer Schirmung der Lampenhalterung elektrisch leitend verbunden sein. Hierfür bietet sich z. B. ein metallisches oder ein mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehenes Lampenstartergehäuse an, das gleichzeitig einen Sockel zum Einsetzen der Gasentladungslampe in den Scheinwerfer bildet. Diese Variante hat den Vorteil, dass die Starterschaltung zwangsläufig in dem Koaxialschirmungssystem enthalten ist.
Bei einer Ausführungsform gemäß der ersten Alternative der Erfindung kann die Schirmung der Gasentladungslampe nur an einer Seite, beispielsweise an der Lampenhalterung, elektrisch leitend mit der Schirmung des elektrischen Systems verbunden sein. Besonders bevorzugt dabei ist, dass die Schirmung der Gasentladungslampe bis auf die Kontaktstelle mit der Lampenhalterung, an der die Zuleitungen der Elektroden in die Lampenhalterung geführt werden, vollkommen geschlossen ist, so dass dementsprechend das Entladungsgefäß vollständig von dem abschirmenden Material umgeben ist.
Da der Betrieb moderner Gasentladungslampen in der Regel mit Wechselspannung zwischen den Scheitelpunkten 12 und –73 Volt mit einer Frequenz von 250 bis 1000 Hz, häufig 400 Hz, erfolgt, kann eine als Rückleitung dienende Schirmung nicht direkt mit der Schirmung der Lampenelektronik verbunden werden, welche üblicherweise auf Masse liegt. Bei einem System gemäß der zweiten alternativen Ausführungsform ist daher eine lediglich hochfrequenzwirksame Kopplung mit der Schirmung der Lampenelektronik über geeignete kapazitive Elemente, beispielsweise einen oder mehrere Koppelkondensatoren vorgesehen. Die Schirmung der Lampe ist dabei innerhalb einer Lampenhalterung mit einer zu der Lampenelektronik führenden Zuleitung verbunden.
Da die Schirmung der Gasentladungslampe so ausgestaltet sein muss, dass eine ausreichende Lichtdurchlässigkeit gegeben ist, ist die Leitfähigkeit der Schirmung im Allgemeinen relativ gering. Bei einer bevorzugten Variante des letzten Ausführungsbeispiels ist daher die Elektrode, die mit der als Zuleitung dienenden Schirmung verbunden ist, zusätzlich mit einer parallel zur Schirmung der Gasentladungslampe geschalteten Zuleitung – beispielsweise einem Draht oder einer innerhalb oder außerhalb am Außenkolben angeordneten Leiterbahn – verbunden. Bei dieser Konstruktion werden die hochfrequenten Ströme aufgrund der geringeren Selbstinduktivität über die Schirmung der Lampe abfließen, die über die Entkoppelkondensatoren mit der Schirmung des elektrischen Systems hochfrequenzmäßig gekoppelt ist. Die niederfrequenten Ströme, welche den größten Anteil der Lampenleistung ausmachen, fließen dagegen über den parallel geschalteten dünnen Leiter, welcher einen geringeren Widerstand, aber eine relativ hohe Selbstinduktivität und somit eine hohe Impedanz für die HF-Ströme aufweist. Auf diese Weise wird vermieden, dass der Widerstand der Zuleitung zu der an der Schirmung angeschlossenen Elektrode insbesondere während der Zündungsphase, in welcher an die Elektroden eine Hochspannung angelegt wird, zu gering ist.
Vorzugsweise ist bei dieser Variante in die zusätzliche Rückleitung ein induktives Element geschaltet, beispielsweise eine Ferritperle oder ein ähnliches Element. Dieses induktive Element dient als zusätzlicher Tiefpass, welcher dafür sorgt, dass über die parallel geschaltete Zuleitung nahezu ausschließlich die niederfrequenten Ströme fließen.
Bei einem weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die als Zuleitung für die eine Elektrode dienende Schirmung der Gasentladungslampe zudem über ein kapazitives Bauelement mit der anderen Elektrode verbunden. Dieses kapazitive Bauelement sorgt für einen HF-Kurzschluss zwischen den Elektroden und somit für eine weitere Reduzierung der elektromagnetischen Störemissionen.
Die erfindungsgemäße Gasentladungslampe kann grundsätzlich in beliebigen Scheinwerfern oder Leuchten Verwendung finden. Diese müssen nur die entsprechenden Anschlussmittel aufweisen, um bei einer Kopplung mit den Anschlussmitteln der Schirmung der Gasentladungslampe dafür zu sorgen, dass die Schirmung unter Bildung des das Entladungsgefäß mit den Elektroden einschließenden Koaxialschirmungssystems mit der Schirmung der Lampenelektronik verbunden wird. Das heißt, es müssen lediglich beispielsweise an einem Lampensockel entsprechende Kontakte vorhanden sein. Darüber hinausgehende spezielle Ausgestaltungen des Scheinwerfers, um die Gasentladungslampe mittels des Reflektors sowie weiterer zusätzlicher Abschirmteile im Scheinwerfer abzuschirmen, sind nicht notwendig. Die geringe physikalische Distanz zwischen der sich an der Gasentladungslampe selbst befindenden Schirmung und dem die Störungsquelle bildenden Entladungsgefäß sorgt dabei für eine besonders effektive Schirmleistung.
Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass eine Verwendung der erfindungsgemäßen Gasentladungslampe auch in Scheinwerfern mit zusätzlichen Abschirmmaßnahmen möglich ist.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Figuren sind gleiche Funktionseinheiten mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
1 ein Ersatzschaltbild für eine von einer Lampenelektronik betriebene Gasentladungslampe nach dem Stand der Technik,
2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Gasentladungslampe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
3 einen schematischen Längsschnitt durch eine Gasentladungslampe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
4 ein Ersatzschaltbild für eine Gasentladungslampe gemäß 2 oder 3,
5 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Gasentladungslampe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
6 ein Ersatzschaltbild für eine Gasentladungslampe gemäß 5,
7 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Gasentladungslampe gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
8 ein Ersatzschaltbild für eine Gasentladungslampe gemäß 7,
9 ein Ersatzschaltbild für eine Gasentladungslampe, welche ähnlich ausgebildet ist wie die Gasentladungslampe gemäß 7.
Aus dem Ersatzschaltbild in 1 ist relativ einfach das Funktionsprinzip der elektrischen Komponenten einer Gasentladungslampe nach dem Stand der Technik ersichtlich. Eine solche Gasentladungslampe besteht im Wesentlichen aus einem mit dem Inertgas gefüllten Entladungsgefäß 2, in welches von gegenüberliegenden Seiten Elektroden 4, 5 hineingeführt sind. Die Elektroden 4, 5 sind über Zuleitungen 15, 16 mit einer Treiberschaltung 20 verbunden. Die Treiberschaltung 20 ist an einem ihrer Eingänge mit einem Massepotential und am anderen Eingang mit einer Spannungsquelle verbunden, welche die Versorgungsspannung liefert. Bei einer Verwendung einer solchen Gasentladungslampe in einem Autoscheinwerfer handelt es sich bei der Versorgungsspannung in der Regel um die Fahrzeug-Batteriespannung.
Die Treiberschaltung befindet sich üblicherweise in einem elektrisch leitfähigen, geerdeten, d. h. auf Massepotential liegenden Gehäuse 20. Somit ist die Treiberschaltung gegenüber der Umgebung elektromagnetisch abgeschirmt. Ebenso werden die Zuleitungen 15, 16 innerhalb einer Schirmung 19 zur Gasentladungslampe geührt. Diese Schirmung 19 ist in der Regel, wie in 1 dargestellt, über eine geeignete Verbindung 21 mit dem Gehäuse 20 der Treiberschaltung verbunden. Somit ist das gesamte elektrische System zum Betrieb der Gasentladungslampe durch eine auf Massepotential liegende Schirmung abgeschirmt.
Zur Zündung wird an die Elektroden 4, 5 über die Zuleitungen 15, 16 eine Hochspannung angelegt. Diese Hochspannung wird innerhalb eines Zünders, der hier Teil der Treiberschaltung ist, aus der Eingangsspannung erzeugt. Nach der Zündung wird die Gasentladungslampe 1 mit z. B. 400 Hz Wechselspannung, welche beispielsweise eine Scheitelspannung von einerseits 12 Volt und andererseits –73 Volt aufweist, betrieben. Auch diese Wechselspannung wird von der Treiberschaltung erzeugt. Der Zünder zur Erzeugung der Hochspannung kann im Übrigen auch direkt an der Lampe 1 angeordnet sein, beispielsweise in einem separaten Gehäuse direkt am Lampensockel bzw. auch in den Lampensockel integriert sein.
Wie 1 deutlich zeigt, ist der einzige nicht abgeschirmte Teil des gesamten Systems die Gasentladungslampe 1 selbst mit dem Entladungsgefäß 2 und den Elektroden 4, 5. Daher entstehen unerwünschte parasitischen Kapazitäten C_p zwischen der Lampe 1 bzw. den als Antennen wirkenden Elektroden 4, 5 und der Umgebung der Lampe 1, beispielsweise einem Reflektor. Über diese parasitische Kapazitäten C_p kann ein hochfrequenter Strom an die Umgebung abfließen, was gleichbedeutend mit einer elektromagnetischen Hochfrequenzabstrahlung ist. Dieser sogenannte Common-Mode-Strom I_CM, welcher der Differenz des zur Lampe hinlaufenden Stroms und des rücklaufenden Stroms entspricht, ist in dem Ersatzschaltbild durch die große Pfeilspitze auf der Zuleitung 16 dargestellt. Er ist bei einer herkömmlichen Lampe gemäß dem Stand der Technik, wie dies in 1 dargestellt ist, größer als null.
Um diesen Common-Mode-Strom und damit die Intensität der elektromagnetischen Störstrahlung der Lampe 1 zu reduzieren, wird erfindungsgemäß das Entladungsgefäß 2 mit einer das Entladungsgefäß 2 im Wesentlichen vollständig abschirmenden lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Schirmung umgeben. Diese Schirmung weist geeignete Anschlussmittel auf, so dass die Schirmung automatisch im Betrieb der Gasentladungslampe 1 unter Bildung eines das Entladungsgefäß 2 mit den Elektroden 4, 5 einschließenden Koaxialschirmungssystems zumindest hochfrequenzmäßig mit der Schirmung 19 des zum Betrieb der Gasentladungslampe 1 verwendeten elektrischen Systems verbunden wird.
In 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe 1 dargestellt. Bei der dort gezeigten Lampe 1 handelt es sich um eine typische MPXL(Micro-Power-Xenon-Light)-Lampe 1. Auch in den weiteren Ausführungsbeispielen wird davon ausgegangen, dass es sich um eine MPXL-Lampe 1 handelt. Es wird aber ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf solche MPXL-Lampen beschränkt ist, sondern prinzipiell auch bei anderen Typen von Gasentladungslampen, insbesondere anderen HID-Lampen, einsetzbar ist.
Wie 2 zeigt, weist eine solche MPXL-Lampe 1 ein in der Regel aus Quarzglas bestehendes inneres Entladungsgefäß 2 (auch Innenkolben oder Brenner genannt) auf. Eine erste Elektrode 4 und eine zweite Elektrode 5 erstrecken sich in üblicher Weise in das Entladungsgefäß 2, d. h. in einen Innenraum 3 des Entladungsgefäßes 2 hinein. Die Elektroden 4, 5 sind dabei dicht in Endabschnitten 6, 7 des Entladungsgefäßes eingeschlossen, so dass der Innenraum 3 gegenüber der Umgebung abgedichtet ist. Das Inert gas, hier Xenon, befindet sich unter einem relativ hohen Druck im Innenraum 3 des Entladungsgefäßes, welcher nur wenige Kubikmillimeter fasst.
Zur Absorption der bei der Entladung unter anderem entstehenden ultravioletten Strahlung ist das Entladungsgefäß 2 von einem mit einem Gas, insbesondere Luft, gefüllten und gegen die Umgebungsatmosphäre abgedichteten Außenkolben 8 umgeben, welcher in der Regel ebenfalls aus Quarzglas besteht und an den Endabschnitten 6, 7 des Entladungsgefäßes 2 fest mit dem Entladungsgefäß 2 verbunden ist.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Gasentladungslampe 1 außerhalb des Außenkolbens 8 eine weitere Trägerstruktur 22, beispielsweise einen zusätzlichen Quarzglaszylinder 22, aufweist. Dieser Quarzglaszylinder 22 ist mit den übrigen Komponenten der Gasentladungslampe 1 fest verbunden. Auf der Außen- oder Innenseite dieses zusätzlichen Quarzglaszylinders 22 befindet sich eine leitfähige Schicht bzw. ein Gitter, welches eine Schirmung 23 bildet. Die Schirmung ist vorzugsweise – anders als hier dargestellt – auch stirnseitig geschlossen, so dass das Entladungsgefäß 2 mit den Elektroden 4, 5 und dem Außenkolben 8 sowie einer zu der vom Sockel entfernten Elektrode 5 führenden Zuleitung 25 vollkommen abgeschirmt ist. Über Kontaktelemente 24 ist die Schirmung 23 auf dem zusätzlichen Quarzglaszylinder 22 wiederum mit dem leitfähigen Abschirmgehäuse 17 des Sockels verbunden. Die Verbindung der Zuleitung 25 und der Elektrode 4 mit den von der Treiberschaltung kommenden Zuleitungen 15, 16 erfolgt in üblicher Weise über Steckverbindungen (nicht dargestellt).
3 zeigt ein zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 sehr ähnliches Ausführungsbeispiel. Auch hier ist die von dem Lampensockel entferntere Elektrode 5 über eine innerhalb der das Entladungsgefäß 2 umgebenden Schirmung 9 befindliche Zuleitung 26 angeschlossen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 befindet sich auf der Außenseite des Außenkolbens 8 eine leitfähige, lichtdurchlässigen Schirmung 9. Diese Schirmung kann beispielsweise aus einer Schicht aus leitfähigem, durchsichtigem Material wie FTO (fluoride-doped tin Oxide; fluordotiertes Zinnoxid) bestehen. Alternativ kann es sich hierbei z. B. auch um ein Metallgitter handeln, welches allerdings nicht zu dicht sein darf, um genügend Licht durchzulassen. Durch diese äußere Schirmung 9 wird das Entladungsgefäß 2 vollständig abgeschirmt. An den Endabschnitten 6, 7 ist die Schirmung 9 jeweils mit einer elektrisch leitfähigen Endkappe 10 bzw. einem Kontaktring 11 verbunden. Die Gasentladungslampe 1 wird mit dem den Kontaktring 11 aufweisenden Endabschnitt 7 in einem (lediglich schematisch dargestellten) Sockelgehäuse 17 gehalten. Dabei wird beim Einset zen der Lampe 2 in den Sockel automatisch ein galvanischer Kontakt zwischen dem Sockelgehäuse 17 und der Schirmung 9 der Lampe 2 hergestellt. Das metallische Sockelgehäuse 17 ist wiederum mit der Schirmung der Treiberschaltung verbunden. Der obere Endabschnitt 6 der Gasentladungslampe 1 ist hier durch eine leitfähige Abdeckkappe 10 abgeschlossen, so dass die Schirmung 9 um die Gasentladungslampe 1 vollständig geschlossen ist. Im Inneren dieses Endabschnitts 6 ist die Zuleitung 26, beispielsweise in Form eines Drahtstücks, an der Elektrode 5 befestigt. Sie läuft von dort an der Innenwand des Außenkolbens 8 entlang bis in den sockelseitigen Endabschnitt 7. Dort wird die Zuleitung 26 parallel zur sockelseitigen Elektrode 4 durch den Kontaktring 11 geführt, über den die Schirmung 9 wiederum mit dem Sockelgehäuse 17 verbunden ist. Die Zuleitung 26 ist genau wie die Elektrode 4 in üblicher Weise mit den von der Treiberschaltung kommenden Zuleitungen 15, 16 verbunden. Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass einerseits keinerlei externe Zuleitungen zu dem vom Lampensockel wegweisenden Ende der Gasentladungslampe 1 geführt werden müssen, andererseits aber auch keine zusätzliche Trägerstruktur für die Abschirmung erforderlich ist. Anstelle eines Drahts kann die Rückleitung 26 auch aus einer auf die Innenseite der Wand des Außenkolbens 8 aufgebrachten Leiterbahn bestehen.
Bei den beiden Beispielen ist das Entladungsgefäß 2 mit den Elektroden 4, 5 komplett durch ein Koaxialschirmungssystem eingeschlossen, wobei innerhalb des Koaxialschirmsystems, d. h. innerhalb der äußeren Schirmung, eine zweite Zuleitung parallel zu der anderen Zuleitung bzw. zu den Elektroden verläuft. Dies ist noch einmal aus einem Ersatzschaltbild für die Ausführungsbeispiele gemäß 2 und 3 erkennbar, wie in 4 dargestellt. Der Aufbau des elektrischen Treibersystems bzw. der Abschirmung des elektrischen Treibersystems ist wieder identisch zu dem in 1 dargestellten Ersatzschaltbild. Die Abschirmung 9, 23 umgibt hier die parallel laufenden Zuleitungen bzw. Elektroden 4, 5 wie ein endseitig geschlossener Sack, da die zu der vom Sockel entfernten Elektrode 5 führende Zuleitung parallel zu den Elektroden 4, 5 innerhalb der Schirmung 9, 23 geführt wird.
Ein Vergleich des Ersatzschaltbildes in 4 mit dem Ersatzschaltbild in 1 für eine nicht abgeschirmte Lampe nach dem Stand der Technik ergibt, dass auch hier die parasitischen Kapazitäten C_p jeweils zwischen den Elektroden 4, 5 und der Schirmung 9, 23 geschaltet sind, welche wiederum über eine Verbindung 11, 24 an der Schirmung 19 der zu der Treiberschaltung führenden Zuleitungen 15, 16 angeschlossen ist. Bei dem in 2 und 3 dargestellten Beispiel wird die Schirmung 19 lampenseitig durch das Gehäuse 17 des Sockels gebildet. Auch hier sieht die Strombilanz so aus, dass die über die parasitischen Kapazitäten C_p fließenden Hochfrequenzströme über die Schirmung 19 wieder zurückgeleitet werden, so dass der Common-Mode-Strom I_CM praktisch null ist.
5 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel, welches noch einfacher aufgebaut ist als die vorgenannten Ausführungsbeispiele. Hierbei ist die vom Sockel entfernt liegende Elektrode 5 am Ende des Endabschnitts 6 über eine Kontaktierung 27 mit der elektrisch leitfähigen Endkappe 10 des betreffenden Endabschnitts 6 und daher mit der auf der Außenseite des Außenkolbens 8 befindlichen Schirmung 9 verbunden. Die Schirmung 9 dient hier gleichzeitig als Zuleitung bzw. Rückleitung zur Elektrode 5. Sockelseitig ist die Schirmung 9 wiederum mit einem am Endabschnitt 7 befindlichen Kontaktring 11 verbunden. Dieser Kontaktring 11 ist jedoch hier nicht galvanisch mit dem leitfähigen Schirmgehäuse 17 des Sockels verbunden, sondern über einen oder mehrere Entkoppelkondensatoren 28 mit möglichst hoher Kapazität. Der Ringkontakt 11 ist außerdem mit einer von der Treiberschaltung kommenden Zuleitung 16 leitend verbunden, so dass über die Schirmung 9 ein Kontakt zwischen der Zuleitung 16 und der Elektrode 5 hergestellt ist. Die sockelnahe Elektrode 4 ist mit der anderen Zuleitung 15 verbunden. Die Kontaktierung mit den Zuleitungen 15, 16 erfolgt auch hier in üblicher, dem Fachmann bekannter Weise.
Zusätzlich sind die als Rückleitung dienende Schirmung 9 sowie die sockelseitige Elektrode 4 über einen weiteren Entkoppelkondensator 29, welcher entweder Bestandteil der Lampe sein kann oder auch im Sockel integriert sein kann und beispielsweise die Zuleitungen 15, 16 endseitig miteinander verbinden kann, untereinander verbunden.
Ein Ersatzschaltbild für diesen Aufbau ist in 6 dargestellt. Wie dieses Ersatzschaltbild zeigt, dient die Schirmung 9 als Verbindung zwischen der Elektrode 5 und der von der Treiberschaltung 20 kommenden Zuleitung 16, d. h. die Schirmung 9 ist selbst Teil dieser Zuleitung. Über den bzw. die Entkoppelkondensatoren 28 werden die von der Gasentladungslampe 1 erzeugten HF-Ströme, die für die elektromagnetische Störstrahlung verantwortlich sind, an der Schirmung 19 des zur Versorgung der Gasentladungslampe 1 dienenden elektrischen Systems ausgekoppelt. Dies resultiert wiederum in einer Strombilanz, in der der Common-Mode-Strom I_CM nahezu null ist und dementsprechend eine elektromagnetische Störemission in die Umgebung vernachlässigt werden kann. Über den Entkoppelkondensator 29 wird zusätzlich ein HF-Kurzschluss zwischen den beiden Zuleitungen 15, 16 in oder unmittelbar an der Lampe 1 erzeugt.
Da hier die Schirmung 9 als Zuleitung verwendet wird und sich die Schirmung 9 auf der Außenseite des Außenkolbens 8 befindet, bietet es sich insbesondere an, eine solche Konstruktion für Treiberschaltungen zu verwenden, bei der die zweite, vom Sockel entfernte Elektrode 5 auf Masse liegen kann. Bei einem alternativen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schirmung im Inneren der Wandung des Außenkolbens eingebracht oder befindet sich auf der Innenseite der Wandung des Außenkolbens. Da bei dieser Konstruktion ausgeschlossen ist, dass die Schirmung berührt werden kann, eignet sich eine solche Lampe auch für den üblichen Wechselstrombetrieb.
7 zeigt eine etwas abgewandelte Variante des Ausführungsbeispiels gemäß 5. Der wesentliche Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 besteht hier darin, dass von der Kontaktstelle 27 parallel zu der Schirmung 9 eine separate Leitung 30, beispielsweise in Form eines Drahtes, zu der Zuleitung 16 geführt ist. In unmittelbarer Nähe zu der Kontaktstelle 27 an der oberen Kontaktkappe 10 der Gasentladungslampe 1 befindet sich in der Leitung 30 eine Ferritperle 31, welche als induktives Element wirkt.
Dieser Aufbau ist noch einmal im Ersatzschaltbild in 8 dargestellt. Die parallel zur Schirmung 9 geschaltete Leitung 30 dient dazu, um die zum Betrieb und insbesondere zur Zündung der Lampe erforderlichen höheren Ströme gut abzuleiten. Hierbei handelt es sich um niederfrequente Ströme, für die der Widerstand der durch die Schirmung 9 gebildeten Leitung zu hoch wäre, da diese Schirmung 9 wegen der erforderlichen Lichtdurchlässigkeit nur aus einer relativ dünnen Schicht bzw. einem sehr groben Gitter besteht. Die parallele Leitung 30 weist dagegen einen geringen ohmschen Widerstand, aber eine relativ hohe Selbstinduktivität im Verhältnis zu der großflächigen Schirmung 9 auf, so dass die Impedanz für hochfrequente Ströme in dieser Zuleitung sehr groß ist. Daher fließen die hochfrequenten Ströme wie beabsichtigt bevorzugt über die Schirmung 9 und den Entkoppelkondensator 28 an die Schirmung 17 des Lampensockels bzw. die Schirmung 19 der Zuleitungen 15, 16 ab. Die Ferritperle 31 wirkt hierbei als zusätzlicher Tiefpass, um ein Abfließen der hochfrequenten Ströme über die parallele Leitung 30 zu vermeiden, so dass diese Leitung 30 nicht wiederum als Antenne gegenüber der Umgebung hochfrequente Störstrahlung aussendet. Lediglich die niederfrequenten, zum Betrieb der Gasentladungslampe notwendigen Ströme im Bereich von 400 Hz bzw. der Gleitstromanteil laufen bevorzugt über die separate Leitung 30 mit niedrigem Widerstand. Dieser Aufbau hat den Vorteil, dass bei der Herstellung der Schirmung 9 auf eine optimale Lichtdurchlässigkeit geach tet werden kann, ohne eine ausreichende Leitfähigkeit der für den Betrieb der Lampe erforderlichen niederfrequenten Ströme bieten zu müssen.
9 zeigt ein Ersatzschaltbild für eine nur geringfügig geänderte Variante des in 7 und 8 gezeigten Ausführungsbeispiels. Hier ist anstelle eines separaten Drahts 30 auf die äußere Oberfläche des Außenkolbens 8 eine dünne Leiterbahn 32 aufgebracht, welche im Endeffekt die gleiche Wirkung hat wie die von einem Draht gebildete parallele Leitung 30. Solch eine dünne Leiterbahn innerhalb der abschirmenden Schicht kann vorzugsweise auch bei allen anderen Ausführungsbeispielen genutzt werden, um den Widerstand der Schicht herabzusetzen und somit die Wirksamkeit der Ableitung der Störströme zu erhöhen.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den in den Figuren dargestellten Gasentladungslampen bzw. deren Ersatzschaltbildern nur um Ausführungsbeispiele handelt, die in vieler Hinsicht modifiziert werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So kann beispielsweise bei sämtlichen Ausführungsbeispielen die Schirmung 9 auch auf der Innenseite des Außenkolbens 8 angeordnet sein oder durch eine spezielle Schicht in der Wand des Außenkolbens 8 gebildet sein. Ebenso kann die Lampe – anstatt mit einem Endabschnitt in einen Sockel gesteckt zu werden – auch anderweitig gehalten werden und beispielsweise an der in den Ausführungsbeispielen im Sockel befindlichen Seite mit einer Koaxialleitung oder Ähnlichem verbunden sein.

Claims

Gasentladungslampe (1) mit – einem Entladungsgefäß (2), – in das Entladungsgefäß (2) hineinragenden Elektroden (4, 5) – einer das Entladungsgefäß (2) abschirmenden, lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Schirmung (9, 23) mit Anschlussmitteln (10, 11, 24, 27, 28), um im Betrieb der Gasentladungslampe (1) zwischen der Schirmung (9, 23) und einer Schirmung (14, 17, 19) eines zum Betrieb der Gasentladungslampe (1) verwendeten elektrischen Systems unter Bildung eines das Entladungsgefäß (2) mit den Elektroden (4, 5) einschließenden Koaxialschirmungssystems zumindest eine hochfrequenzmäßige Verbindung zu schaffen. dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuleitung (25, 26) innerhalb der Schirmung (9) der Gasentladungslampe (1) verläuft und mit einer der Elektroden (5) verbunden ist.
Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmung (9, 23) der Gasentladungslampe (1) im Betrieb der Gasentladungslampe (1) mit einer Schirmung (17) einer Lampenhalterung elektrisch leitend verbunden ist.
Gasentladungslampe mit – einem Entladungsgefäß (2), – in das Entladungsgefäß (2) hineinragenden Elektroden (4, 5) – einer das Entladungsgefäß (2) abschirmenden, lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Schirmung (9, 23) mit Anschlussmitteln (10, 11, 24, 27, 28), um im Betrieb der Gasentladungslampe (1) zwischen der Schirmung (9, 23) und einer Schirmung (14, 17, 19) eines zum Betrieb der Gasentladungslampe (1) verwendeten elektrischen Systems unter Bildung eines das Entladungsgefäß (2) mit den Elektroden (4, 5) einschließenden Koaxialschirmungssystems zumindest eine hochfrequenzmäßige Verbindung zu schaffen. dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmung (9) der Gasentladungslampe (1) als Zuleitung dient und mit einer der Elektroden (5) elektrisch leitend verbunden ist.
Gasentladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (5) mit einer parallel zur Schirmung (9) der Gasentladungslampe (1) geschalteten zusätzlichen Rückleitung (30) verbunden ist.
Gasentladungslampe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein in der zusätzlichen Rückleitung (30) enthaltenes induktives Element (31).
Gasentladungslampe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmung (9) der Gasentladungslampe (1) im Betrieb der Gasentladungslampe (1) über ein kapazitives Bauelement (28) mit einer Schirmung (17) einer Lampenhalterung gekoppelt ist.
Gasentladungslampe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmung (9) der Gasentladungslampe (1) über ein kapazitives Bauelement (29) mit der anderen Elektrode (4) verbunden ist.
Gasentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasentladungslampe (1) einen das Entladungsgefäß (2) umgebenden Außenkolben (8) umfasst und die Schirmung (9) eine in oder an einer Wandung des Außenkolbens (8) angeordnete Schicht aus leitfähigem, lichtdurchlässigem Material oder eine Gitterstruktur aus leitfähigem Material umfasst.
Scheinwerfer oder Leuchte mit einer Gasentladungslampe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und mit einem elektrischen System zum Betrieb der Gasentladungslampe (1), welches System eine Schirmung (14, 17, 19) aufweist, wobei die Schirmung (9, 23) der Gasentladungslampe (1) unter Bildung eines das Entladungsgefäß (2) und dessen Elektroden (4, 5) einschließenden Koaxialschirmungssystems zumindest hochfrequenzmäßig mit der Schirmung (14, 17, 19) des elektrischen Systems verbunden ist.