-
Technisches Gebiet
-
Die
Erfindung betrifft eine integrierte Gasentladungslampe mit einem
Sockel, der einen Referenzring aufweist, der mechanisch mit einem
optischen System verbindbar ist, wobei die Elektroden der integrierten
Gasentladungslampe gegenüber
dem Referenzring eine definierte Lage einnehmen.
-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung geht aus von einer integrierten Gasentladungslampe nach
der Gattung des Hauptanspruchs.
-
Aus
der
WO 03/032365
A2 ist eine Glühlampe
für einen
Scheinwerfer bekannt, die eine elektromechanische Schnittstelle
aufweist, die ein einfaches Einsetzen der Glühlampe in einen Scheinwerfer
ermöglicht.
-
Aus
der
DE 197 21 149
A1 ist eine Gasentladungslampe mit einem integrierten Zündgerät bekannt,
die zum Betrieb in einem Scheinwerfer ausgelegt ist. Die Gasentladungslampe
weist dabei eine Steckbuchse auf, in die die Versorgungsleitung
eines elektronischen Betriebsgerätes
einsteckbar ist, bevor oder nachdem die Lampe mechanisch mit dem Scheinwerfer
verbunden wurde. Die Installation im Scheinwerfer ist bei dieser
Lampe sehr aufwändig und
schwierig, insbesondere wenn der Scheinwerfer im Kfz. schwer zugänglich ist.
Daher wird bei einem Lampenausfall oftmals der ganze Scheinwerfer
getauscht.
-
Aus
der
DE 101 63 378
A1 ist eine weitere Gasentladungslampe mit einem integrierten
Zündgerät bekannt.
-
Aufgabe
-
Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine integrierte Gasentladungslampe mit
einem Sockel, der einen Referenzring aufweist, der mechanisch mit
einem optischen System verbindbar ist, wobei die Elektroden der
integrierten Gasentladungslampe gegenüber dem Referenzring eine definierte
Lage einnehmen, anzugeben, die einfach und schnell am Scheinwerfer montierbar
ist.
-
Darstellung der Erfindung
-
Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs
1. Dies stellt eine besonders einfache Montage der erfindungsgemäßen integrierten
Gasentladungslampe in einem Scheinwerfer sicher.
-
Bevorzugt
sind dabei die Kontakte der integrierten Gasentladungslampe übereinanderliegend angeordnet,
und zum Einrasten in ein Trägerteil
des optischen Systems mit entsprechenden Gegenkontakten ausgebildet.
Wenn die Kontakte dann lateral aus dem Lampensockel herausstehen,
und die Kontakte Flachkontakte sind, so ist die mechani sche Ausführung sehr
kostengünstig
und zuverlässig
in der Kontaktierung.
-
In
einer zweiten Ausführungsform
weist die integrierte Gasentladungslampe vier Kontakte auf, wobei
je 2 Kontakte übereinander
und je 2 Kontakte hintereinander angeordnet sind. Mit dieser Variante sind
genügend
Kontakte vorhanden, dass die integrierte Gasentladungslampe auch
ein Bussystem aufweisen kann. Die beiden Kontakte, die beim Einsetzen
als letzte Kontaktieren, sind dabei bevorzugt die Kontakte für das Bussystem.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
besteht der Referenzring partiell oder ganz aus einem metallischen
Werkstoff, und einer oder mehrere der Kontakte sind im Referenzring
angeordnet. Damit wird die integrierte Gasentladungslampe noch kompakter, und
nimmt weniger Platz im Scheinwerfer weg.
-
Zur
exakten Positionierung der integrierten Gasentladungslampe weist
der Referenzring mehrere Referenznoppen zum Zusammenwirken mit entsprechenden
Referenzflächen
im optischen System zur genauen Definition der Raumlage der Elektroden auf.
Bevorzugt sind dabei die Referenznoppen auf der gasentladungslampenbrennerabgewandten
Seite des Referenzringes angeordnet. Dadurch wird die Positionierung
der Lampe noch genauer, da die Toleranz der Dicke des Reflektorgrundes
nicht mehr in die Positionierung eingeht. In dieser Ausführungsform
weist der Lampensockel der integrierten Gasentladungslampe am Brennerseitigen
Ende bevorzugt eine Dichtung auf, und die Dichtung übt gleichzeitig
eine Vorspannung auf den Referenzring aus, derart dass die integrierte
Gasentladungslampe gegenüber dem
optischen System in Einbaulage gehalten wird. Damit wird die genaue
Positionierung mit einfachen und kostengünstigen Mitteln fixiert.
-
Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen integrierte Gasentladungslampe
ergeben sich aus weiteren abhängigen
Ansprüchen
und aus der folgenden Beschreibung.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand
der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand
der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente
mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
-
1 eine
Schnittansicht einer erfindungsgemäßen integrierten Gasentladungslampe
in einer ersten Ausführungsform,
-
2 eine
Explosionsansicht der mechanischen Bauteile der integrierten Gasentladungslampe in
der ersten Ausführungsform,
-
3 eine
Schnittansicht einer erfindungsgemäßen integrierten Gasentladungslampe
in einer zweiten Ausführungsform,
-
4 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen integrierten Gasentladungslampe in
einer zweiten Ausführungsform,
-
5 eine
Ansicht der Schnittstelle Scheinwerfer/Gasentladungslampe,
-
6 eine
Detailansicht der elektrischen Kontaktierung,
-
7 eine
Detailansicht der mechanischen Kontaktierung,
-
8 eine
Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der integrierten
Gasentladungslampe,
-
9 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen integrierten Gasentladungslampe in
einer vierten Ausführungsform,
-
Bevorzugte Ausführung der
Erfindung
-
Mechanische Integration
-
1 zeigt
eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der integrierten
Gasentladungslampe 5. Ein Lampenbrenner 50 wird
von einer Metallklammer 52 gehaltert, die an 4 Halteblechen 53 angebracht
ist. Die Haltebleche 53 sind in einen Lampensockel 70 eingegossen
beziehungsweise eingespritzt. Der Lampensockel 70 besteht
vorzugsweise aus Kunststoff, und wird über ein Spritzgussverfahren
oder über
ein Gießverfahren
hergestellt. Um die elektrische Abschirmung zu verbessern, kann
der Kunststoff des Lampensockels 70 elektrisch leitfähig oder metallisiert
sein. Besonders vorteilhaft ist eine Metallisierung des Lampensockels
auf der Außenseite,
folglich auf dem der Zünd-
und Betriebselektronik 910, 920 abgewandten Seite.
Neben einer Metallisierung ist auch das Umspritzen von metallischen
Leitern oder eines metallischen Geflechts möglich, so dass eine in der
Wand des Lampensockels 70 befindliche elektrisch leitende
Haut entsteht. Wird kein leitfähiger
oder metallisierter Kunststoff verwendet, so ist der Kunststoffsockel
mit einem elektrisch leitfähigen
Gehäuse 72 aus
einem leitfähigen
Material wie z. B. Metall umschlossen. Das Metall kann z. B. ein
korrosionsgeschütztes
Eisenblech oder aber auch ein Buntmetall wie Aluminium, Magnesium
oder Messing sein. Am brennerseitigen Abschluss des elektrisch leitfähigen Gehäuses 72 sitzt
ein Dichtring 71, in- und wieder auch als O-Ring bezeichnet,
der eine Abdichtung zum Reflektor hin bewerkstelligt. Durch diese Maßnahme kann
ein dichtes Scheinwerfersystem aufgebaut werden, ohne die Lampe
komplett in einen abgedichteten Scheinwerfer einbauen zu müssen. Dadurch,
dass die Lampe außen
am Scheinwerfer sitzt, ist die Kühlung
einer im Sockel befindlichen Zünd-
und Betriebselektronik 910, 920 bedeutend besser
und einfacher als mit einem herkömmlichen Aufbau,
bei dem die Gasentladungslampe 5 in einen dichten Scheinwerfer
eingebaut wird, bei dem nur eine schwach ausgeprägte kühlende Konvektion stattfinden
kann. Die näherungsweise
stehende Luft innerhalb des beschriebenen, dichten Scheinwerfers bedingt
einen sogenannten Wärmestau,
der zu deutlich höheren
Temperaturen der Betriebselektronik führt, als in der vorgeschlagenen
Ausführung,
bei der die Lampe auf der von der Lichtaustrittsfläche abgewandten
Seite ins Freie, beispielsweise in den Motorraum, steht.
-
Der
Sockel 70 wird auf der dem Lampenbrenner 50 abgewandten
Seite von einer Sockelplatte 74 abgeschlossen. Die Sockelplatte 74 besteht vorzugsweise
aus einem thermisch wie elektrisch gut leitfähigen Material wie z. B. Aluminium
oder Magnesium. Um eine mechanische Verbindung mit dem Sockel 70 sowie
eine elektrische Verbindung mit dem elektrisch leitfähigen Gehäuse 72 herzustellen,
weist dieses an der dem Lampenbrenner 50 abgewandten Seite
mehrere Laschen 722 auf, die beim Zusammenbau der integrierten
Gasentladungslampe 5 auf die Sockelplatte 74 umgebördelt werden,
und so die benötigten
Verbindungen herstellen. Unter anderem durch diese Art der Verbindungstechnik
werden Lampenbrenner 50, Zündelektronik 910 und
Betriebselektronik 920 untrennbar mit einander verbunden. Dies
hat für
den Kraftfahrzeug-Hersteller den Vorteil, dass die gesamte integrierte
Gasentladungslampe 5 von Seiten der Logistik als auch bei
der Montage als ein Teil betrachtet werden kann, die geringere Komplexität führt zu reduzierten
Kosten und eine Verwechslungsgefahr zwischen Komponenten mit gleicher
Funktion aber unterschiedlicher Ausgestaltung, wie etwa unterschiedlichen
Produktversionen, ist eliminiert. Für den Endkunden, beispielsweise
den Fahrzeugeigentümer,
ergibt sich hieraus der Vorteil, dass die reduzierte Komplexität den Austausch
einer defekten integrierten Gasentladungslampe gegenüber dem
Stand der Technik deutlich vereinfacht und beschleunigt, die Fehlersuche
erleichtert und geringere Kenntnisse und Fähigkeiten für die Durchführung eines
Lampenwechsels erforderlich sind. Der Wegfall der Kabel sowie Steckverbinder
zwischen den Komponenten reduziert zudem die Kosten, erhöht die Zuverlässigkeit
und reduziert das Gewicht.
-
Die
Sockelplatte ist bevorzugt aus Aluminiumdruckguss oder aus Magnesiumdruckguss
ausgeführt.
Dies ist eine ebenso kostengünstige
wie mechanisch sowie elektrisch hochwertige Variante. Eine elektrisch
gut leitfähige
Verbindung zwischen dem zumindest oberflächlich elektrisch leitfähigen Lampensockel 70 oder
dem elektrisch leitfähigen
Gehäuse 72 und
der ebenfalls elektrisch leitfähigen
Sockelplatte 74 ist insbesondere für eine gute elektromagnetische
Abschirmung erforderlich. Diese Abschirmung verhindert die Störung benachbarter
elektrischer oder elektronischer Baugruppen. Darüber hinaus gewährleistet
die Abschirmung, dass die Baugruppen keinen negativen Einfluss auf
die Funktion der Zünd-
und Betriebselektronik 910, 920 haben. Zwischen
die Sockelplatte 74 und den Sockel 70 ist ein
Dichtungsring 73 angeordnet, der eine Wasser- und luftdichte
Verbindung zwischen dem Sockel 70 und der Sockelplatte 74 gewährleistet.
-
In
einer alternativen Ausführungsform
sind der Sockel 70 sowie die Sockelplatte 74 derart
ausgebildet, dass beide Teile ineinander einrastbar sind und in
Rastlage gleichzeitig ein oder mehrere Kontaktpunkte zwischen dem
elektrisch leitfähigem
Gehäuse 72 und
der Sockelplatte 74 bestehen, um eine gute Anbindung für die elektrische
Abschirmung zu generieren. Auch hier ist wieder zwischen Sockel
und Sockelplatte ein Dichtungsring angeordnet, der die Dichtheit
des Sockels auf der dem Gasentladungslampenbrenner 50 abgewandten
Seite gewährleistet.
-
Im
Inneren des Sockels 70 sind zwei Ebenen vorgesehen, die
die Zünd-
und Betriebselektronik aufnehmen. Eine erste kleinere Ebene, die
dem Lampenbrenner 50 am nächsten liegt, nimmt die Zündelektronik 910 mit
dem Zündtransformator 80 auf.
Auf die Konstruktion des Zündtransformators 80 wird später noch
eingegangen werden. Eine zweite größere Ebene nimmt die für den Betrieb
des Entladungslampenbrenners 50 notwendige Betriebselektronik 920 auf.
Die Zünd-
sowie die Betriebselektronik kann auf jeder geeigneten Art von Leiterplatte,
auch Platine genannt, angesiedelt sein. In Frage kommen konventionelle
Leiterplatten, Metallkernleiterplatten, Leiterplatten in LTCC-Technologie,
oxidierte oder beschichtete Metallplatten mit Leiterbahnen in Dickschichttechnik,
Kunststoffleiterplatten in MID oder MID Heißprägetechnik oder geeignete andere
mögliche
Technologien zur Herstellung von temperaturfesten Leiterplatten.
Die elektronischen Komponenten und Bauelemente, welche die Zünd- und
Betriebselektronik bilden, können
sich dabei jeweils auf der Ober- und Unterseite sowie im Inneren
der beiden Leiterplatten befinden. In der 1 sind der
Einfachheit halber außer
dem Transformator 80 keine weiteren elektronischen Komponenten
oder Bauelemente, auf der Leiterplatte dargestellt. Sofern die Leiterplatte für die Zündelektronik 910 und
die Leiterplatte für
die Betriebselektronik 920 aus demselben Material bestehen,
können
sie vorteilhafter weise auf demselben Nutzen gefertigt werden. Dabei
können
zwischen den Platinen Brücken
bestückt
werden, die beim Vereinzeln und Einbringen in den Lampensockel 70 als elektrische
Verbindungen zwischen den Platinen dienen. Als Brücken können beispielsweise
Einzeldrähte,
Flachbandleitungen oder starr-flexible Leiter platten dienen. Die
elektrische Verbindung der beiden Leiterplatten wird dabei so ausgeführt, dass
sie eine Abstandsänderung
zwischen den beiden Leiterplatten der Zünd- und Betriebselektronik
durch thermische Ausdehnung, insbesondere durch eine thermische
Zyklenbeanspruchung, unbeschadet übersteht. Hierzu sind beispielsweise
die Drähte
mit ausreichender Länge
und entsprechender Verlegung innerhalb des Gehäuses zu versehen. Alternativ
können beispielsweise
eine oder mehrere Stift- und Buchsenleisten verwendet werden, die
so bemessen und angeordnet sind, dass sie eine thermische Ausdehnung
in Richtung der Längsachse
des Gasentladungslampenbrenners der beiden Leiterplatten zulassen
und dennoch in allen Fällen
eine elektrische Verbindung gewährleisten.
Hierzu sind beispielsweise die Stifte der Stiftleiste senkrecht
zur jeweiligen Leiterplattenoberfläche angeordnet und die Einführlänge der
Buchsen so bemessen, dass sie mehr Weg für die Stifte zur Verfügung stellen,
als diese bedingt durch die thermische Ausdehnung innerhalb der Buchsen
benötigen.
-
Die
Leiterplatte für
die Zündelektronik 910 weist
auf der der Betriebselektronik zugewandten Seite eine elektrisch
leitende Abschirmfläche
auf, um Störungen,
die durch die Hochspannung in der Zündelektronik zustande kommen,
möglichst
von der Betriebselektronik fernzuhalten. Bei einer metallischen oder
Metallkernplatine ist diese Fläche
inhärent
vorhanden, bei anderen Platinenmaterialien wird vorzugsweise eine
Kupferfläche
oder Ähnliches
auf dieser Seite aufgebracht. Wird eine Metallkernplatine verwendet,
so kann mit dieser auch der Zündtransformator 80 gekühlt werden,
der aufgrund der Nähe
zum Gasentladungslampenbrenner 50 einer besonders hohen
thermischen Belastung ausgesetzt ist. Eine elektrisch leitende Abschirmfläche zwischen
der Zündelektronik 910 und
der Betriebselektronik 920 kann alternativ auch durch ein
metallisches Blech erfolgen, das zwischen den beiden Leiterplatten
eingebracht ist und vorteilhafter Weise elektrisch leitend mit dem elektrisch
leitfähigen
Gehäuse 72 verbunden
ist. Soll diese Abschirmfläche
auch zur Kühlung
des Zündtransformators 80 dienen,
so ist es von Vorteil, wenn das metallische Blech auch eine gute
thermische Anbindung beispielsweise durch eine Wärmeleitfolie oder Wärmeleitpaste
an das elektrisch leitfähige
Gehäuse 72 aufweist.
-
Die
Leiterplatte für
die Betriebselektronik 920 ist zwischen dem Sockel 70 und
der Sockelplatte 74 eingeklemmt. Die Leiterplatte für die Betriebselektronik 920 weist
an Ihrem Umfang jeweils auf der Ober- und Unterseite eine umlaufende
Masseleiterbahn, so genannte Masseringe auf, die aufgrund von Durchkontaktierungen
elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Diese Durchkontaktierungen
werden üblicherweise
als Vias bezeichnet, und sind elektrische Kontaktierungen, die durch
die Leiterplatte verlaufen. Diese Masseringe stellen durch die Einklemmung
zwischen dem Sockel 70 und der Sockelplatte 74 einen
elektrischen Kontakt zur Sockelplatte 74 her, wodurch die
Masseanbindung der Betriebselektronik 920 zum elektrisch
leitfähigem
Gehäuse 72 über die
umgebördelten
Laschen 722 gewährleistet ist.
-
2 zeigt
eine Explosionsansicht der mechanischen Bauteile der integrierten
Gasentladungslampe 5 in der ersten Ausführungsform. Hier ist der Sockel
quadratisch, im Prinzip kann er aber auch viele andere geeignete
Formen aufweisen. Besonders günstige
weitere Ausführungsformen
wären rund, sechseckig,
achteckig oder rechteckig. Zur Bestimmung der Außenkontur der Ausführungsform
wird in Gedanken ein Schnitt senkrecht zur Längsachse des Gasentladungslampenbrenners 50 durch
das die Elektronik beinhaltende Gehäuseteil durchgeführt, und
die sich ergebende Außenkontur
betrachtet, wobei Rundungen an den Gehäusekanten zu vernachlässigen sind.
Im Fall der in 1 und 2 dargestellten
ersten Ausführungsform
ergeben sich abhängig
davon, ob sich die gewählte
Schnittfläche
näher bei
der Zündelektronik 910 oder
näher bei
der der Betriebselektronik 920 befindet, zwei Quadrate.
Bei der ersten Ausführungsform
handelt es sich deshalb um eine quadratische Ausführungsform.
Die erste sich ergebende Außenkontur
in der Nähe
der Zündelektronik 910 ist
kleiner als die zweite, was im Wesentlichen dadurch bedingt ist,
dass die Leiterplatte der Zündelektronik 920 geringere
Abmessungen besitzt als die der Betriebelektronik 910.
Dies muss jedoch nicht zwingend der Fall sein und eine Ausführungsform
in der beiden Außenkonturen
die gleiche Größe besitzen
und es folglich nur eine Einzige Außenkontur gibt, ist möglich. Auch
müssen
die beiden Geometrien der Außenkonturen
in den verschiedenen Bereichen nicht identisch sein. Insbesondere
eine im Bereich der Zündelektronik
kleine, runde und eine im Bereich der Betriebselektronik größere, sechseckige Außenkontur
erscheint als eine besonders vorteilhafte Ausführungsform.
-
Die
Platine für
die Betriebselektronik 920 ist dabei, wie oben schon dargelegt,
zwischen den Sockel 70 und die Sockelplatte 74 eingeklemmt.
Der Dichtungsring 73 kommt wie die Leiterplatte für die Betriebselektronik 920 zwischen
dem Sockel 70 und der Sockelplatte 74 zu liegen,
und ist außerhalb
der Leiterplatte für
die Betriebselektronik 920 angeordnet.
-
3 zeigt
eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der integrierten
Gasentladungslampe 5. Die zweite Ausführungsform ist ähnlich der ersten
Ausführungsform,
es werden daher lediglich die Unterschiede zur ersten Ausführungsform
beschrieben. In der zweiten Ausführungsform
sind die Zündelektronik 910 und
die Betriebselektronik 920 in einer gemeinsamen Ebene auf
einer Leiterplatte als Gesamtbetriebselektronik 930 angeordnet.
Durch diese Maßnahme
kann der Sockel der erfindungsgemäßen Gasentladungslampe 5 flacher
Ausfallen, wodurch auch ein Scheinwerfer, der diese Gasentladungslampe 5 verwendet
ebenfalls weniger Tiefe zeigt. Der Zündtransformator 80 sitzt
dabei mittig unter dem Gasentladungslampenbrenner 50. Dabei liegt
der Mittelpunkt des Zündtransformators 80 bevorzugt
in der Längsachse
des Gasentladungslampenbrenners 50. Die Stromzuführung für die sockelnahe
Gasentladungslampenbrennerelektrode ragt dabei in den mittleren
Teil des Zündtransformators
hinein. Der Zündtransformator
ist nicht auf der Leiterplatte montiert, sondern sitzt mit seinem
gasentladungslampenbrennerfernen Ende in etwa auf gleicher Höhe wie die
gasentladungslampenbrennerabgewandte Seite der Leiterplatte. Die
Leiterplatte der Gesamtbetriebselektronik 930 ist dazu
an dieser Stelle ausgespart, so dass der Zündtransformator 80 in
die Leiterplatte der Gesamtbetriebselektronik 930 eingesetzt
ist. Zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit
kann das Gehäuse,
beispielsweise durch Stege aus Aluminiumblech oder Mu-Metall, mit
Wänden
und Kammern versehen sein und hierdurch eine elektrische, magnetische
und elektromagnetische Schirmung von unterschiedlichen Schaltungsteilen
gegeneinander sowie gegen die Umgebung erfolgen. Die Schirmung kann
auch durch andere Maßnahmen
erzielt werden, insbesondere ist die Ausbildung von Kavitäten in der
Sockelplatte 74 sowie im Lampensockel 70 im Rahmen
des Spritzgussverfahrens leicht realisierbar.
-
Die
verbleibenden Hohlräume
innerhalb des Gehäuses
der integrierten Gasentladungslampe 5, insbesondere um
den Zündtransformator 80 und
auf beiden Seiten der Gesamtbetriebselektronik 930, sind
mit Vergussmasse ausgefüllt.
Dies hat mehrere Vorteile, so werden beispielsweise elektrische Überschläge, insbesondere
durch die vom Zündtransformator
erzeugte Hochspannung, sicher verhindert, eine gute Entwärmung der
Elektronik gewährleistet, sowie
eine mechanisch sehr robuste Einheit geschaffen, die insbesondere
Umwelteinflüssen
wie Feuchtigkeit und hohen Beschleunigungen sehr gut widersteht.
Insbesondere zur Reduktion des Gewichts kann jedoch auch nur ein
teilweiser Verguss, beispielsweise im Bereich des Zündtransformators 80, realisiert
werden.
-
8 zeigt
eine dritte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen integrierten
Gasentladungslampe 5. Die dritte Ausführungsform ist ähnlich zur
ersten Ausführungsform,
daher werden nur die Unterschiede zur ersten Ausführungsform
beschrieben. In der dritten Ausführungsform
ist die Sockelplatte 74 auf ihrer Außenseite mit Kühlrippen
versehen. Es ist auch denkbar, dass auch der Lampensockel 70 und das
elektrisch leitfähige
Gehäuse 72 jeweils
mit Kühlrippen
versehen werden. Zudem wird die Funktion der Leiterplatte der Betriebselektronik 920 ebenfalls durch
die Sockelplatte erfüllt,
da diese auf ihrer Innenseite elektrisch nicht leitende Bereiche
aufweist, beispielsweise Bereiche aus anodisch oxidiertem Aluminium,
die mit leitenden Strukturen versehen sind, beispielsweise Leiterbahnen
in Dickschichttechnik, und die mit den Bauelementen der Gesamtbetriebselektronik
elektrisch leitend, beispielsweise durch Löten, verbunden sind. Durch
diese Maßnahme
wird die Betriebselektronik 920 besonders gut gekühlt, da
sie direkt auf einem Kühlkörper aufgebracht ist.
Die Kühlrippen
sind vorzugsweise so ausgestaltet, dass eine natürliche Konvektion in Einbaulage der
integrierten Gasentladungslampe 5 begünstigt wird. Soll die integrierte
Gasentladungslampe 5 in verschiedenen Einbaulagen betrieben
werden können,
so kann die kühlende
Oberfläche
auch dementsprechend ausgestaltet sein und z. B. aus runden, Hexagonalen,
quadratischen oder rechteckigen Fingern bestehen, so dass eine natürliche Konvektion
in mehreren Raumrichtungen stattfinden kann. Die Zündelektronik 910 findet
wie bei der ersten Ausführungsform
auf einer darüber
liegenden Leiterplatte Platz, und ist mit der Betriebselektronik 920 durch
geeignete Maßnahmen
elektrisch verbunden. Dies kann durch Federkontakte oder Steckkontakte
bewerkstelligt werden, aber auch durch in dem Sockel verlaufende
Leiterbahnen oder auf der Innenseite des Sockels aufgeprägte Leiterbahnen,
die mit der Zündelektronik 910 und
der Betriebselektronik 920 verbunden werden.
-
9 zeigt
eine vierte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen integrierten
Gasentladungslampe 5. Die vierte Ausführungsform ist ähnlich zur
zweiten Ausführungsform,
daher werden nur die Unterschiede zur zweiten Ausführungsform
beschrieben. In der vierten Ausführungsform
wird die Sockelplatte 74 durch eine auf der Innenseite,
und damit wie im vorherigen Ausführungsbeispiel
ebenfalls einseitig, bestückte
Metallkernplatine realisiert. Die Sockelplatte 74 ist jedoch,
wie auf der 4 gut zu erkennen ist, keine
Platte mehr sondern ein Sockelbecher mit hochgezogenen Seitenwänden. Im
Folgenden wird die Sockelplatte daher aus Gründen der Übersichtlichkeit als Sockelbecher
bezeichnet. Der Sockelbecher kann ebenfalls aus einem thermisch
gut leitfähigem
Material bestehen. Besonders gut geeignet sind Metalllegierungen,
die gut, z. B. durch Tiefziehen, umgeformt werden können. Ebenfalls
gut geeignet ist ein thermisch gut leitender Kunststoff, der durch Spritzgießen in Form
gebracht werden kann. Der Sockel 70 mit dem Referenzring 702 und
den Referenznoppen 703 besteht in dieser Ausführungsform
im wesentlichen aus einer hexagonalen Platte, auf der der Brenner
gegenüber
dem Referenzring justiert befestigt ist. Der Sockelbecher beherbergt
die Gesamtbetriebselektronik 930, die auf einer eigenen
Leiterplatte oder am Innenboden des Sockelbechers Platz findet.
An den Stromzuführungen 56, 57 des
Gasentladungslampenbrenners 50 sind Steckkontakte angebracht,
die beim Zusammenbau des Sockelbechers und des Sockels 70 in
entsprechende Gegenkontakte des Sockelbechers eingreifen und einen
zuverlässigen
Kontakt herstellen.
-
Sind
der Sockelbecher und der Sockel 70 aus Metall, so können die
beiden Teile durch Umbördeln
wie bei einer Kaffeedose oder Konservendose verbunden werden. ES
können
aber auch, wie in der 9 gezeigt, lediglich mehrere
Laschen des Sockelbechers auf den Sockel aufgebördelt werden, um eine mechanisch
wie elektrisch gute Verbindung zu erzeugen. Zur Herstellung der
Verbindung können aber
auch die bekannten Löt-
und Schweißverfahren verwendet
werden.
-
Sind
der Sockelbecher und der Sockel 70 aus Kunststoff, so kann
die Verbindung bevorzugt durch Ultraschallschweißen erfolgen. Dies hat eine zuverlässige und
feste Verbindung zur Folge, die im Falle eines leitfähigen Kunststoffes
auch eine leitfähige
Verbindung nach sich zieht. Die Verbindung kann aber ebenso durch
entsprechende Verrastungen erfolgen, dazu sind dann am Sockelbecher
beziehungsweise dem Sockel 70 entsprechende Rastnasen bzw
Vertiefungen vorzusehen.
-
Im
Folgenden sollen der Durchmesser (DIA) und die Höhe (HIG) der integrierten Gasentladungslampe 5 weitgehend
unabhängig
von der Geometrie definiert werden, um in Folgenden eine einfachere Beschreibung
vornehmem zu können.
Unter der Höhe
(HIG) der integrierten Gasentladungslampe wird der maximale Abstand
der Referenzebene, auf die weiter unten näher eingegangen wird, zur brennerabgewandten
Außenseite
der Sockelplatte (74) verstanden. Unter dem Durchmesser
(DIA) wird die längste
Strecke innerhalb der integrierten Gasentladungslampe verstanden,
wobei die Stecke innerhalb einer beliebigen Ebene liegt, wobei diese
Ebene parallel zur Referenzebene verläuft.
-
Wie
in 4 gut zu sehen ist, weist der Lampensockel der
integrierten Gasentladungslampe 5 gemäß der zweiten und der vierten
Ausführungsform eine
hexagonale Form auf, die mehrere Vorteile mit sich bringt. Einerseits
ist die integrierte Gasentladungslampe 5 so gut zu greifen,
um sie an ihrem Bestimmungsort einzusetzen. Andererseits kann der Nutzen
der Leiterplatte der integrierten Gesamtbetriebselektronik 930 so
gestaltet werden, dass ein nur geringer Verschnitt auftritt und
so eine gute Kosteneffizienz möglich
wird. Durch die flache Ausgestaltung des Sockels kann ein sehr kurz
bauender Scheinwerfer gestaltet werden, was insbesondere bei modernen
Kraftfahrzeugen von Vorteil ist. Die punktsymmetrische hexagonale
Form genießt
alle Vorteile einer runden Form, ohne aber deren Nachteile aufzuweisen.
-
Wie
in 3 und 4 dargestellt, ragen an einer
Seite des Sockels 70 der Lampe Kontakte 210, 220 radial
zur Längsachse
des Gasentladungslampenbrenners 50 aus dem Sockel heraus.
Sie dienen der elektrischen Kontaktierung der integrierten Gasentladungslampe 5 mit
einem Scheinwerfer. Diese Kontakte werden bei der Herstellung des
Lampensockels 70 in Rahmen eines Kunststoff-Spritzguss-Verfahrens umspritzt.
Dies hat den Vorteil, dass kein besonders Steckersystem erforderlich
ist, aber dennoch die wasser- und luftdichte Kapselung, wie sie bereits
weiter oben beschrieben wurde, gewährleistet werden kann.
-
Scheinwerferschnittstelle
-
Das
Zusammenspiel zwischen integrierter Gasentladungslampe 5 und
Scheinwerfer 3 ist in 5 gezeigt.
Die Gasentladungslampe 5 in der zweiten Ausführungsform besitzt
eine spezielle elektrische Schnittstelle, über die sie mit elektrischer Leistung
versorgt wird. Die elektrische Schnittstelle ist derart ausgebildet,
dass beim Einsetzen der Gasentladungslampe 5 in einen Scheinwerfer 3 diese nicht
nur mechanisch mit dem Scheinwerfer 3 verbunden wird, sondern
auch gleichzeitig elektrisch. Eine ähnlich aufgebaute Schnittstelle
wird auch in modernen Halogenglühlampen
für Automobilscheinwerfer
verwendet und z. B. von der Fa. Osram unter dem Namen „Snap Lite” vertrieben.
Wird die integrierte Gasentladungslampe 5 also in einen
Reflektor oder Scheinwerfer eingesetzt, so werden beim Vorgang des
Einsetzens alle für
den ordnungsgemäßen Betrieb
benötigten
mechanischen und elektrischen Kontakte mit ihren im Scheinwerfer 3 vorhandenen entsprechenden
Gegenkontakten verbunden. Der Sockel 70 weist an seiner
Schnittstelle zum Scheinwerfer 3 aus einem Referenzring 702 heraustretende Noppen 703 auf,
die eine Referenzebene definieren. Eine Detaildarstellung ist in 7 gezeigt.
Diese drei Noppen liegen beim Einsetzen der integrierten Gasentladungslampe 5 am
entsprechenden Gegenstück des
Scheinwerfers 3 an. Die Elektroden beziehungsweise der
Entladungsbogen des Gasentladungslampenbrenners 50 werden
im Fertigungsprozess der integrierten Gasentladungslampe 5 gegenüber der
Referenzebene justiert. Dadurch nimmt der Lichtbogen der integrierten
Gasentladungslampe 5 im Reflektor bei ihrem Einsetzen in
den Scheinwerfer eine definierte Position ein, die eine präzise optische
Abbildung ermöglicht.
Das Einsetzen in den Scheinwerfer erfolgt in der zweiten Ausführungsform
nach 3 & 4 durch
ein Hindurchstecken der vom Referenzring lateral abstehenden Laschen 704 durch
den Reflektorboden eines Reflektors 33 des Scheinwerfers 3.
-
Danach
erfolgt eine Drehung der integrierte Gasentladungslampe 5 relativ
zum Reflektor 33, woraufhin die Noppen 703, die
an der sockelseitigen Fläche
der Laschen 704 angebracht sind, die integrierte Gasentladungslampe
nach innen ziehen und am Ende der Drehung in dafür vorgesehene Referenzflächen am
Reflektorgrund einrasten. Der Dichtungsring 71 wird dabei
zusammengepresst und hält das
System so auf Spannung, dass die Noppen 703 gegen die im
Reflektorgrund befindlichen Referenzflächen gedrückt werden. Damit ist die Lage
der integrierten Gasentladungslampe 5 und damit des Entladungsbogens
des Gasentladungslampenbrenners 50 gegenüber dem
Reflektor 33 präzise
justiert und fixiert. Die hohe Wiederholgenauigkeit der mechanischen
Positionierung von typischerweise besser als 0,1 mm in allen drei
Raumrichtungen der beschriebenen Scheinwerferschnittstelle ermöglicht die
Realisierung eines optisch hervorragenden Scheinwerfersystems. Ein
solches Scheinwerfersystem kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug
Anwendung finden, nachdem es sich in der entsprechenden Ausgestaltung
durch eine ausgeprägte
und wohl definierte Hell-Dunkel-Grenze auszeichnet.
-
Ein
geeigneter Scheinwerfer 3 weist hierzu ein Lichtlenkmittel
in Form eines Reflektors 33, eine Aufnahme für die integrierte
Gasentladungslampe 5, und ein Trägerteil 35 auf, wobei
auf dem Trägerteil ein
mit Gegenkontakten für
die elektrischen Kontakte 210, 220, 230, 240 der
integrierten Gasentladungslampe 5 versehenes Anschlusselement
angeordnet ist. Die elektrischen Kontakte 210, 220, 230, 240 der integrierten
Gasentladungslampe 5 ragen radial zur Längsachse des Gasentladungslampenbrenners 50 aus
dem Lampensockel 70 heraus. Sie dienen der Versorgung der
Gesamtbetriebselektronik 930 mit elektrischer Energie.
Nach der Montage der integrierten Gasentladungslampe 5 im
Scheinwerfer durch einen Montagevorgang, der im Wesentlichen auf
einer Steckbewegung gefolgt von einer Rechts-Drehbewegung beruht,
sind ihre Kontakte 210, 220, 230, 240 in den
Schlitzen 351, 352 des Anschlusselements 35 angeordnet,
wie in der Detailzeichnung in 6 zu sehen
ist. Bei diesen Schlitzen 351, 352 handelt es sich
um die Schlitze für
die elektrischen Gegenkontakte 350 zu den Kontakten 210, 220, 230, 240 der
integrierten Gasentladungslampe 5. Dadurch entfallen die
mit Anschlusskabeln versehenen Stecker zur Kontaktierung der integrierten
Gasentladungslampe 5 im Scheinwerfer gemäß dem Stand
der Technik. Insbesondere werden die elektrischen Kontakte der integrierten
Gasentladungslampe 5 beim Einsetzen in den Scheinwerfer
unmittelbar mit ihren Gegenkontakten 350 des Anschlusselements
auf dem Trägerteil 35 kontaktiert.
Dadurch wird die mechanische Belastung der elektrischen Anschlüsse durch
frei schwingende Kabel reduziert. Ferner wird die Anzahl der benötigten Anschlusskabel
pro Scheinwerfer verringert und damit auch die Verwechslungsgefahr während der
Fertigung reduziert. Zusätzlich
ermöglicht
diese Maßnahme
auch einen höheren
Automatisierungsgrad bei der Fertigung des Scheinwerfers, da weniger
Kabel von Hand montiert werden müssen.
Anstatt wie bisher gemäß dem Stand
der Technik alle Lichtquellen im Scheinwerfer mittels einem auf
den Lampensockel aufgesteckten und einem Anschlusskabel versehenen
Stecker mit Energie zu versorgen, genügt es, beim erfindungsgemäßen Scheinwerfer,
vorhandene elektrische Versorgungskontakte des Scheinwerfers an
die Bordnetzspannung anzuschließen,
um die integrierte Gasentla dungslampe 5 mit Energie zu
versorgen. Die Versorgung der im Scheinwerfer vorhandenen Lampen
durch die Versorgungskontakte des Scheinwerfers ist durch eine feste
Verdrahtung im Scheinwerfer gegeben. Dadurch wird die Verkabelung
des Scheinwerfers 3 bzw. der integrierten Gasentladungslampe 5 erheblich vereinfacht.
-
Eine
andere Variante der mechanischen Justierung zeigt die erste Ausführungsform
der Lampe in den 1 & 2. Hier
sind die Noppen 703 an der dem Gasentladungslampenbrenner 50 zugewandten Seite
des Referenzringes 702 angeordnet. In dieser Variante kommen
die Noppen 703 auf entsprechenden Gegenflächen an
der Rückseite
des Reflektors zu liegen, um dadurch die Lage der integrierten Gasentladungslampe 5 gegenüber dem
Reflektor 33 zu definieren. Die integrierte Gasentladungslampe 5 wird
dabei von hinten an die Referenzflächen des Reflektors 33 gepresst.
Diese Variante birgt den Nachteil, dass die Lage zwischen der optisch
wirksamen Reflektorinnenseite und den Referenzflächen an der Rückseite
des Reflektors sehr genau toleriert sein muss, um eine präzise optische
Abbildung zu erreichen.
-
Das
System der Scheinwerferschnittstelle der zweiten Ausführungsform
ist ebenfalls geeignet, in modernen Bus-Systemen eine weiter vereinfachte Verkabelung
zu realisieren. So besitzt die integrierte Gasentladungslampe 5 neben
den beiden elektrischen Kontakten 210, 220 weitere
Kontakte 230, 240, über die eine Kommunikation
mit der Bordelektronik des Kraftfahrzeugs erfolgt. Das Anschlusselement 35 besitzt
zwei Schlitze 351, 352 mit entsprechend je 2 Gegenkontakten.
In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind nur drei
elektrische Kontakte an der Lampe vorhanden, zwei die im Wesentlichen
zur Zuführung
der elektrischen Lampenleistung dienen, und ein Logik-Eingang, auch als
Remote-Enable-Pin bezeichnet, mit dessen Hilfe die Lampe durch die
Bordelektronik des Kraftfahrzeugs nahezu leistungslos ein- und ausgeschaltet werden
kann.
-
Diese „Snap Lite”-Schnittstelle
weist neben dem Vorteil, dass ein Vertauschen von elektrischen Anschlüssen ausgeschlossen
ist, noch einen weiteren Vorteil auf: Dadurch, dass die Lampe erst
dann mit Leistung versorgt wird wenn sie sich an ihrem bestimmungsgemäßen Platz
im Scheinwerfer befindet, kann die dem Sockel abgewandte Stromzuführung 57 des
Gasentladungslampenbrenners 50 nur dann berührt werden,
wenn die integrierte Gasentladungslampe 5 sicher außer Betrieb
ist. Die Sicherheit im Umgang mit solch einer Hochdruckentladungslampe wird
dadurch drastisch erhöht.
Durch die einfache Installation der integrierten Gasentladungslampe 5 im Scheinwerfer 3 wird
der Endkunde in die Lage versetzt, eine solche Lampe zu ersetzen.
Dadurch ist die integrierte Gasentladungslampe 5 für den Endkunden
kostengünstiger,
da zum Lampenwechsel keine Werkstatt aufgesucht werden muss.
-
Durch
das Einsetzen der integrierten Gasentladungslampe 5 in
den Reflektor 33 wird zudem die Masseanbindung der Lampe
mit dem Scheinwerfergehäuse
realisiert. Dies kann beispielsweise durch am Reflektor 33 befestigte
und mit dem Massepotenzial des Fahrzeugs verbundene Federblechstreifen realisiert
werden. Beim Einsetzen der Lampe in den Schweinwerfer berühren die
Federblechstreifen die elektrisch leitende Gehäuseoberfläche der integrierten Gasentladungslampe 5 und
stellen eine elektrische Verbin dung zwischen der Fahrzeugmasse und der
internen Masse bzw. dem Masseschirm der integrierten Gasentladungslampe
her. Diese Kontaktierung kann beispielsweise an der Seitenwand oder
an der Stirnseite des Gehäuses 72 erfolgen.
Im vorliegenden Falle erfolgt die Masseanbindung mittels des Dichtringes 71,
der leitfähig
ist. Ist die Gehäuseoberfläche nicht
oder nicht vollständig
elektrisch leitfähig, erfolgt
die Kontaktierung der Federblechstreifen an einer Kontaktfläche auf
der Gehäuseoberfläche der integrierten
Gasentladungslampe. Diese Kontaktfläche oder diese Kontaktflächen weisen
eine elektrisch leitende Verbindung zur internen Masse bzw. dem Masseschirm
der integrierten Gasentladungslampe auf.
-
- 20
- elektronisches
Betriebsgerät
- 210
- elektrischer
Kontakt
- 220
- elektrischer
Kontakt
- 230
- elektrischer
Kontakt
- 240
- elektrischer
Kontakt
- 3
- Scheinwerfer
- 33
- Reflektor
des Scheinwerfers
- 35
- Trägerteil
mit Gegenkontakten
- 350
- Gegenkontakte
- 351,
352
- Schlitze
- 5
- Integrierte
Gasentladungslampe
- 50
- Gasentladungslampenbrenner
- 502
- Entladungsgefäß
- 504
- Elektroden
- 506
- Molybdänfolie
- 52
- Metallklammer
zum Halten des Gasentladungslampenbrenners
- 53
- Halteblech
für Metallklammer
- 54
- metallische
Beschichtung des Außenkolbens
- 56
- sockelnahe
Stromzuführung
des Gasentladungslampenbrenners
- 57
- sockelferne
Stromzuführung
- 70
- Lampensockel
- 702
- Referenzring
- 703
- aus
dem Referenzring heraustretende Noppen
- 71
- Dichtring
zum Reflektor
- 72
- elektrisch
leitfähiges
Gehäuse
- 73
- Dichtungsring
zwischen Sockelplatte und Sockel
- 74
- Sockelplatte
- 741
- Sockelplattendom
- 80
- Zündtransformator
- 910
- Zündelektronik
- 920
- Betriebselektronik
- 930
- Gesamtbetriebselektronik