DE4139336C2 - Elektrodenlose Hochdruck-Entladungslampe - Google Patents
Elektrodenlose Hochdruck-EntladungslampeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrodenlose
Hochdruck-Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Bei einer Hochintensitäts-Entladungslampe (HIE-Lampe)
emitiert ein ionisierbares Gas, wie beispielsweise
Quecksilber- oder Natriumdampf, auf einem mittleren bis
hohen Druck sichtbare Strahlung bei einer Erregung, die
typisch durch einen Stromfluß durch das Gas herbeigeführt
wird. Eine Klasse von HIE-Lampen umfaßt elektrodenlose
Lampen, die eine Bogenentladung erzeugen durch ein
quellenfreies (solenoidales) elektrisches Feld in einer
Hochdruck-Gaslampenfüllung. Dabei wird die Lampenfüllung
oder das Entladungsplasma durch einen hochfrequenten Strom
in einer Erregerspule, die die Gasentladungsröhre umgibt,
erregt. Die Gasentladungsröhren- und Erregerspulenanordnung
wirkt im wesentlichen wie ein Transformator, der HF-Energie
in das Plasma einkoppelt. Das bedeutet, daß die
Erregerspule wie eine Primärspule wirkt, und das Plasma
arbeitet wie eine Sekundärwicklung mit einer einzigen
Windung. Der HF-Strom in der Erregerspule erzeugt ein
zeitveränderliches Magnetfeld, das seinerseits ein
elektrisches Feld in dem Plasma generiert, das vollständig
in sich selbst geschlossen ist, d. h. ein quellenfreies
elektrisches Feld. Als eine Folge dieses elektrischen
Feldes fließt ein Strom, der eine toroidförmige
Bogenentladung in der Gasentladungsröhre zur Folge hat.
Bei Raumtemperatur ist das quellenfreie elektrische Feld,
das durch die Erregerspule erzeugt wird, üblicherweise
nicht hoch genug, um die Gasfüllung zu ionisieren und somit
die Bogenentladung auszulösen. Ein Weg, um diesen Nachteil
zu überwinden, besteht darin, den Gasdruck der Füllung zu
senken, beispielsweise in dem zunächst die
Gasentladungsröhre in flüssigen Stickstoff eingetaucht
wird, so daß die Gastemperatur auf einen sehr kleinen Wert
abgesenkt wird, und dann die Gastemperatur ansteigen kann.
Wenn die Temperatur ansteigt, wird schließlich eine
optimale Gasdichte erreicht für eine Ionisation oder einen
Durchbruch der Füllung, so daß eine Bogenentladung
eingeleitet wird. Jedoch ist das Verfahren zum Auslösen
einer Bogenentladung durch flüssigen Stickstoff für eine
breite kommerzielle Anwendung nicht praktikabel.
Neuere Methoden zum Starten elektrodenloser HIE-Lampen
erfordern die Verwendung von Starthilfen, um die
Hochspannung, die über den Windungen der Erregerspule
entwickelt wird, kapazitiv mit der Gasentladungsröhre zu
koppeln. Als eine Folge dieses Spannungsgradienten fließt
ein kapazitiver Strom zwischen der Starthilfe und der
Erregerspule und somit durch die Gasentladungsröhre,
wodurch die Gasfüllung ionisiert und eine Glimmentladung
darin bei kleinem Strom erzeugt wird. Wenn das Gas
ausreichend ionisiert ist, wird ein Übergang von einer
Glimmentladung bei einem relativ kleinen Strom zu einer
solenoidalen Bogenentladung bei relativ großem Strom und
hoher Intensität herbeigeführt. Eine derartige Starthilfe
kann beispielsweise zwei kapazitive Starterelektroden
aufweisen, wie es in der US-A-49 02 937 beschrieben ist.
Jede Starterelektrode weist einen leitfähigen Ring auf, der
die Gasentladungsröhre umgibt und mit der Erregerspule der
HIE-Lampe verbunden ist. Das Einkoppeln eines
Hochspannungssignales zwischen den zwei Starterelektroden
bewirkt, daß ein elektrisches Feld dazwischen erzeugt wird,
das eine ausreichende Größe hat, um eine Glimmentladung in
der Gasentladungsröhre auf Grund der Kapazität der
Gasentladungsröhrenwand hervorzurufen. Da ferner ermittelt
worden ist, daß die Anlegung relativ großer elektrischer
Felder direkt an die Gasentladungsröhre über die
Starterhilfe eine frühzeitige Verschlechterung der
Gasentladungsröhre herbeiführen kann, werden
wärmeempfindliche Teile, beispielsweise Bimetallstreifen,
verwendet, um die Starterelektroden von der
Gasentladungsröhre wegzubewegen, nachdem eine
Bogenentladung eingeleitet worden ist, wodurch die nutzbare
Lebensdauer der Lampe erhalten bleibt.
Eine spiralförmige Starterelektrode für eine elektrodenlose
HIE-Lampe ist in der US-A-48 94 590 beschrieben. Dort wird
eine einzelne, konisch-spiralförmige Starterelektrode so
positioniert, daß ihr engeres Ende benachbart zu oder auf
der Oberfläche der Gasentladungsröhre ist. Das weitere Ende
der Starterelektrode ist so positioniert, daß der durch die
Erregerspule erzeugte Fluß die Windungen der spiralförmigen
Elektrode schneidet, wodurch ein Hochspannungssignal
generiert wird, das einen genügend großen elektrischen
Feldgradienten zur Folge hat, um eine Glimmentladung in der
Gasentladungsröhre hervorzurufen. Dabei wird ein
Bimetallstreifen verwendet, um die Starterelektrode von der
Gasentladungsröhre wegzubewegen, nachdem darin eine
Bogenentladung ausgelöst worden ist.
Starterelektroden, die von einer Ruheposition in eine
Startstellung neben der Gasentladungsröhre durch eine
piezoelektrische Einrichtung bewegt werden, sind in der US-
A-48 94 589 beschrieben. Die piezoelektrische Einrichtung
wird deaktiviert, nachdem eine Bogenentladung ausgelöst
worden ist, und die Starterelektroden werden in die
Ruheposition zurückbewegt. Die piezoelektrische Einrichtung
gestattet eine selektive Bewegung der Starterelektroden,
wodurch die Lampe neu gestartet werden kann, falls dies
erforderlich ist, selbst wenn die Gasentladungsröhre noch
heiß ist.
Es könnte auch eine andere Starthilfe für eine
elektrodenlose HIE-Lampe verwendet werden, die eine erste
leitfähige Spule aufweist, die um eine zweite leitfähige
Spule angeordnet ist, wobei jede Spule eine Kegelstumpfform
aufweist. Die Spulen sind in entgegengesetzten Richtungen
gewickelt, so daß sich die darin induzierten Spannungen
addieren, um einen ausreichend hohen elektrischen
Feldgradienten zu erzeugen, um eine Bogenentladung in der
Gasentladungsröhre auszulösen. Dabei kann eine
bimetallische Halterung verwendet werden, um die Starthilfe
zwischen einer Startposition neben der Gasentladungsröhre
und einer Lampen-Betriebsposition an einer vorbestimmten
Stelle entfernt von der Gasentladungsröhre zu bewegen.
Obwohl jede der vor stehend angegebenen bewegbaren
Starthilfen wirksam ist beim Auslösen einer Bogenentladung
in einer elektrodenlosen HIE-Lampe, ist es bei einigen
Anwendungen wünschenswert, eine feststehende
Starterelektrode zu verwenden. Aus praktischen Gründen muß
eine derartige feststehende Starterelektrode Mittel
aufweisen, um die Anlegung großer elektrischer Felder an
die Gasentladungsröhre während des normalen Lampenbetriebes
zu verhindern, um nicht die nutzbare Lebensdauer der
Gasentladungsröhre zu verkürzen. Kürzlich entwickelte
feststehende Starterhilfen für elektrodenlose HIE-Lampen
enthalten eine Starterkammer, die ein Gas enthält,
vorzugsweise auf einem kleinen Druck relativ zu demjenigen
der Gasentladungsröhrenfüllung, wobei diese Kammer an der
äußeren Oberfläche der Gasentladungsröhre befestigt ist.
Eine derartige Starthilfe wird nachfolgend als Gasproben- bzw.
Gassondenstarter bezeichnet. Dabei wird eine
Startspannung durch eine Starterschaltung an die
Startelektrode angelegt, die mit der Startkammer gekoppelt
ist, wodurch ein Niederdruckgas in der Kammer leitend wird.
Als Folge davon wird eine ausreichend hohe Spannung an die
Gasentladungsröhre angelegt, um die Gasfüllung in der
Gasentladungsröhre zu ionisieren, wodurch eine
Bogenentladung darin ausgebildet wird. Nachdem die Lampe
gestartet hat, wird die Startspannung von der
Startelektrode weggenommen, um den Entladungsstrom in der
Kammer zu löschen, der anderenfalls eine nachteilige
Wirkung auf die Gasentladungsröhrenwand haben würde.
Eine geeignete Starterschaltung zum Anlegen einer
Startspannung an entweder eine feststehende oder bewegbare
Starthilfe ist in der EP 458 546 A2 angegeben. Diese Starterschaltung
enthält eine hocheffiziente Stromversorgung mit einem abgestimmten Ausgangskreis zur Lieferung
eines HF-Signals an die Starterschaltung.
Hocheffiziente Stromversorgungen, die bei der
Starterschaltung gemäß der vorgenannten EP 458 546 A2
verwendet werden können, weisen beispielsweise
Leistungsverstärker der Klasse D und E auf. Die
Starterschaltung arbeitet bei einer höheren Frequenz als
derjenigen, die zum Betreiben einer
Lampenvorschaltanordnung verwendet wird, die die
Erregerspule versorgt. Auf diese Weise ist die
Starterschaltung unabhängig von der
Lampenvorschaltanordnung und stört deshalb nicht deren
Betrieb.
Die Starterschaltung gemäß der vorgenannten EP 458 546 A2
ist zwar wirksam bei der Einleitung einer
Bogenentladung in einer HIE-Lampe, es kann aber in einigen
Anwendungsfällen wünschenswert sein, die Starterschaltung
einer HIE-Lampe noch weiter zu vereinfachen, indem
beispielsweise das Erfordernis für eine zusätzliche
Stromversorgung eliminiert wird und nur minimale aktive
Schaltungskomponenten verwendet werden. So könnte
beispielsweise eine passive Starterschaltung verwendet
werden, wie sie in
zeitranggleichen DE 41 39 334 A1 angegeben ist, in der
ein Reihenschwingkreis so abgestimmt ist, daß er eine
Startspannung im wesentlichen gleichzeitig mit dem Anlegen
einer Spannung an die Erregerspule von der
Hauptspannungsquelle liefert. Jedoch kann es bei
Schaltungsanordnungen mit relativ kleiner Energie für
Lampensysteme, die beispielsweise einen Gasprobenstarter
verwenden, vorkommen, daß die Startspannung nicht
ausreicht, um die Bogenentladung in der Lampenfüllung nach
der Zündung der Glimmentladung in der Startkammer
auszulösen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine elektrodenlose
Hochdruck-Entladungslampe der eingangs genannten Art so
auszugestalten, daß mit einfachen Mitteln eine ausreichend
hohe Startspannung mit der Lampenfüllung gekoppelt ist, um
darin eine Bogenentladung auszulösen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen
insbesondere darin, daß ein zweistufiger Resonanzbetrieb
herbeigeführt wird, der dafür sorgt, daß eine ausreichend
hohe Startspannung mit der Lampenfüllung gekoppelt ist, um
darin eine Bogenentladung auszulösen. Ferner wird die
Starterschaltung durch die HF Hauptstromversorgung gespeist
und erfordert deshalb keine zusätzliche separate
Stromversorgung.
Im Betrieb wird die LC-Resonanzschaltung auf einen
vorbestimmten Wert abgestimmt, so daß beim Anlegen eines
HF-Signals an die Erregerspule ein resonanter Betrieb der
Starterschaltung ein Anlegen einer ausreichend hohen
Startspannung an die Startkammer zur Folge hat, um darin
eine Glimmentladung bei einem relativ niedrigen Strom zu
zünden. Sobald die Glimmentladung ausgelöst worden ist,
ändert sich die Impedanz der Starterschaltung auf Grund der
zusätzlichen-Kapazität der Glimmentladung. Um danach eine
Auslösung der Bogenentladung in der
Gasentladungs-Röhrenfüllung sicherzustellen, wird der Schwingkreis nach
der Auslösung der Glimmentladung neu abgestimmt.
Als eine Folge davon wird eine ausreichend
hohe Startspannung kapazitiv von der Startkammer mit der
Gasentladungsröhre gekoppelt, um die
Gasentladungsröhrenfüllung zu ionisieren und eine
Bogenentladung darin auszulösen.
Vorteilhafterweise ist eine feste Induktivität mit einem
dynamisch-veränderlichen
Abstimmkondensator parallel geschaltet, dessen Kapazität
während des Startens der Lampe automatisch verändert wird.
Zunächst ist der Kondensator abgestimmt, um die
Glimmentladung in der Startkammer zu zünden. Da sich
anschließend die Impedanz der Starterschaltung bei
der Glimmentladung ändert, wird der
Kondensator automatisch wieder abgestimmt. Ein derartiger
zweistufiger Resonanzbetrieb stellt in vorteilhafter Weise
sicher, daß die Startspannung ausreicht, um die
Bogenentladung nach der Zündung der Glimmentladung
einzuleiten. Auf Wunsch kann ferner ein Schalter oder eine
Parallelschaltung aus einem Schalter und einer zusätzlichen
Resonanzschaltung mit der Induktivität in Reihe geschaltet
werden, um eine Unterdrückung der Glimmentladung in der
Niederdruck-Startkammer sicherzustellen, indem die
Starterschaltung nach der Einleitung der Bogenentladung
verstimmt wird. Durch Löschen der Glimmentladung wird der
Fluß von Leck- bzw. Streuströmen zwischen der Niederdruck-
Entladungskammer und der Gasentladungsröhre, der
anderenfalls letztendlich eine nachteilige Wirkung auf die
Röhrenwand haben würde, vermieden.
Der Abstimmkondensator kann auch eine Reihenschaltung aus
zwei Kondensatoren aufweisen, wobei einer der zwei Kondensatoren einem
Schalter parallel geschaltet ist. Zunächst ist der Schalter
geschlossen, wobei die Schaltungsanordnung so abgestimmt
ist, daß eine ausreichend hohe Startspannung sichergestellt
ist, um eine Glimmentladung in der Niederdruckkammer zu
zünden. Nachdem die Glimmentladung gezündet worden ist und
demzufolge die Impedanz der Starterschaltung verändert
worden ist, wird der Schalter geöffnet, um eine zweite
Resonanz und somit eine genügend hohe Starterspannung zu
erreichen, damit die Einleitung der Bogenentladung in der
Gasentladungsröhre sichergestellt ist. Auf Wunsch kann ein
Schalter oder eine Parallelschaltung aus einem Schalter und
einer zusätzlichen Resonanzschaltung mit der Induktivität
in Reihe geschaltet werden, um eine Unterdrückung der
Glimmentladung in der Niederdruck-Startkammer nach
Einleitung der Bogenentladung sicherzustellen.
Es kann auch vorteilhaft sein, einen Festkondensator
parallel zu einer Abstimminduktivität zu schalten,
die eine Festinduktivität
aufweist, die mit der Parallelschaltung entweder aus einem
weiteren Kondensator und einem Schalter oder einer weiteren
Induktivität und einem Schalter in Reihe geschaltet ist.
Zunächst ist der Schalter geschlossen, wobei die
Schaltungsanordnung so abgestimmt ist, daß eine ausreichend
hohe Startspannung sichergestellt ist, um eine
Glimmentladung in der Niederdruck-Startkammer zu zünden.
Nachdem die Glimmentladung gezündet worden ist und deshalb
die Impedanz der Starterschaltung verändert worden ist,
wird der Schalter geöffnet, um eine zweite Resonanz und
somit eine genügend hohe Startspannung zu erreichen, um die
Einleitung der Bogenentladung in der Gasentladungsröhre
sicherzustellen. Auf Wunsch kann ein Schalter oder eine
Parallelschaltung aus einem Schalter und einer zusätzlichen
Resonanzschaltung mit der Abstimminduktivität in Reihe
geschaltet werden, um eine Unterdrückung der Glimmentladung
in der Niederdruck-Startkammer nach Zündung der Bogenentladung
sicherzustellen, wie es vorstehend beschrieben
wurde.
Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und
Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung von einer
elektrodenlosen HIE-Lampe, die einen Gassondenstarter und
eine Starterschaltung mit einem dynamisch veränderbaren
Kondensator gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung verwendet.
Fig. 2 stellt eine bevorzugte Implementation der HIE-Lampe
gemäß Fig. 1 mit einer Starterschaltung gemäß der
Erfindung dar.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung von einem
alternativen Ausführungsbeispiel der Starterschaltung gemäß
Fig. 1.
Fig. 4A und 4B sind schematische Darstellungen von
weiteren alternativen Ausführungsbeispielen der
Starterschaltung gemäß der Erfindung.
Fig. 5A und 5B sind schematische Darstellungen von noch
weiteren alternativen Ausführungsbeispielen der
Starterschaltung gemäß der Erfindung.
Fig. 6A und 6B sind schematische Darstellungen von noch
weiteren alternativen Ausführungsbeispielen der
Starterschaltung gemäß der Erfindung.
Das in Fig. 1 dargestellte HIE-Lampensystem enthält eine
elektrodenlose HIE-Lampe 10, die einen Gasproben- bzw.
Gassondenstarter 12 verwendet, der mit einer Starterschaltung
14 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung verbunden ist. Die Lampe 10 weist eine
lichtdurchlässige Gasentladungsröhre 16 auf, die
vorzugsweise aus einem Hochtemperaturglas, wie
beispielsweise gebranntem Quarz, oder einer optisch
transparenten Keramik, wie beispielsweise einem
polykristallinen Aluminiumoxid, gebildet ist. Eine
Erregerspule 18 umgibt die Gasentladungsröhre 16 und ist
mit einer Hochfrequenz (HF)-Vorschaltanordnung 20
verbunden, um eine Bogenentladung in einer Füllung, die in
der Gasentladungsröhre enthalten ist, zu erregen. Für eine
einfache Darstellung ist jedoch die Erregerspule 18 nicht
in ihrer Betriebsposition um die Gasentladungsröhre 16
herum gezeigt, sondern ist in Fig. 1 nur schematisch
gezeigt.
Wie in der US-A-48 10 938 beschrieben ist, enthält eine
geeignete Füllung ein Natriumhalogenid, ein Cerhalogenid
und Xenon, die in Gewichtsverhältnissen vereinigt sind, um
sichtbare Strahlung zu erzeugen, die hohe Effektivität und
ein gutes Farbwiedergabevermögen bei weißen
Farbtemperaturen aufweist. Beispielsweise kann eine
derartige Füllung gemäß der obengenannten US-A-48 10 938
Natriumjodid und Cerchlorid, in gleichen
Gewichtsverhältnissen, in Verbindung mit Xenon bei einem
Partialdruck von etwa 500 Torr enthalten. Eine weitere
geeignete Füllung ist in der EP 397 421 A2 beschrieben.
Diese Füllung weist eine Vereinigung von einem
Lantanumhalogenid, einem Natriumhalogenid, einem
Cerhalogenid und Xenon oder Krypton als ein Puffergas auf.
Eine derartige Füllung kann beispielsweise eine Vereinigung
von Lantanumjodid, Natriumjodid, Cerjodid und Xenon mit
einem Partialdruck von 250 Torr enthalten.
Die Erregerspule 18 kann beispielsweise eine Gesamtform
einer Oberfläche aufweisen, die dadurch gebildet ist, daß
ein bilateral symmetrisches Trapezoid um eine
Spulenmittellinie gedreht wird, die in der gleichen Ebene
wie das Trapezoid angeordnet ist, wobei aber die Linie das
Trapezoid nicht schneidet. Es können jedoch auch andere
geeignete Spulenkonfigurationen für die Starthilfe gemäß
der Erfindung verwendet werden, beispielsweise eine solche,
die in der US-A-48 12 702 beschrieben ist. Dort hat eine
Spule sechs Windungen, die so angeordnet sind, daß sie
einen im wesentlichen V-förmigen Querschnitt auf jeder
Seite einer Spulenmittellinie haben. Eine weitere geeignete
Erregerspule kann beispielsweise eine solenoidale Form
haben.
Die HF-Vorschaltanordnung 20 kann beispielsweise einen
Leistungsverstärker der Klasse D aufweisen, wobei eine
derartige Vorschaltanordnung in der EP 440 381 A2
beschrieben ist. Die Vorschaltanordnung Klasse D enthält
zwei Schaltvorrichtungen, die mit einer Gleichspannungs-
Versorgungsschaltung in einer Halbbrücken-Konfiguration in
Reihe geschaltet sind. Im Betrieb werden die
Schaltvorrichtungen abwechselnd zwischen dem Ausschalt- und
Sättigungszustand geschaltet, so daß der eine leitend ist,
während der andere gesperrt ist und umgekehrt. Somit kann
die D-Klassen-Vorschaltanordnung zweckmäßigerweise durch
ein Rechteckwellensignal angesteuert werden.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist ein Resonanz-Lastkreis
mit dem Ausgang der Vorschaltanordnung 20 verbunden. Der
Resonanz-Lastkreis weist die Erregerspule 18 der HIE-Lampe
10 und einen Abstimmkondensator Cp auf, der dazu parallel
geschaltet ist. Die Parallelschaltung aus dem Kondensator
Cp und der Spule 18 arbeitet als ein Impedanzwandler, um
die Impedanz der Bogenentladung in die Vorschaltlast zu
reflektieren. Ein Sperr/Abstimmkondensator Cs ist mit der
Parallelschaltung aus der Spule 16 und dem Kondensator Cp
in Reihe geschaltet. Insbesondere wird der Kondensator Cs
sowohl zum Sperren der Gleichspannung als auch zur
Resonanzabstimmung des Stromkreises verwendet. Wie in der
vorgenannten EP 440 381 A2 beschrieben ist, sind die
Kondensatoren Cs und Cp gewählt, um eine Impedanzanpassung
für einen maximalen Wirkungsgrad sicherzustellen.
Der Gassondenstarter 12 weist eine Starterelektrode 30 auf,
die mit einer Startkammer 32 verbunden ist, die an der
Außenwand der Gasentladungsröhre 16 befestigt ist und ein
Gas enthält. Das Gas in der Startkammer 32 kann
beispielsweise ein Edelgas bei einem Druck in einem Bereich
von etwa 0,5-500 Torr aufweisen, wobei ein bevorzugter
Bereich von etwa 5-40 Torr reicht. Vorzugsweise ist das
Gas in der Kammer 32 auf einem niedrigen Druck relativ zu
demjenigen der Gasentladungsröhrenfüllung, um ein
einfacheres Starten noch weiter zu unterstützen. Bei einem
Ausführungsbeispiel eines HIE-Lampensystems kann ein
geeigneter Druck der Gasentladungsröhrenfüllung bei etwa
200 Torr liegen, während derjenige des Gases in der Kammer
32 bei etwa 20 Torr liegen kann. Es sei jedoch darauf
hingewiesen, daß die Starterschaltung gemäß der Erfindung
auch mit anderen geeigneten Typen von Startsonden verwendet
werden kann, beispielsweise bei einer feststehenden
Folienelektrode des Typs, der in der vorgenannten EP 458 546 A2
beschrieben ist. Andere geeignete
Starterelektroden können auf Wunsch bewegbar sein, wie
beispielsweise diejenigen, die in den US-Patentschriften
49 02 937, 48 94 590 oder 48 94 589 beschrieben sind.
Die Starterschaltung gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung weist eine
Resonanzschaltung mit variabler Impedanz auf, die eine
Reihenschaltung aus einer variablen Induktivität und der
parasitären Kapazität zwischen der
Startsonde und der Erregerspule enthält. In einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 gezeigt
ist, weist die variable Induktivität der Starterschaltung
14 die Parallelschaltung aus einer Drossel Lr und einem
variablen oder abstimmbaren Kondensator C2 auf, wobei die
Parallelschaltung aus der Drossel Lr und dem Kondensator C2
mit der parasitären Kapazität C1 zwischen der Startsonde 12
und der Erregerspule 18 in Reihe geschaltet ist.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
weist der Kondensator C2 einen dynamisch variablen
Kondensator auf, dessen Kapazität während des Lampenstarts
automatisch verändert wird. Zunächst wird der Kondensator
C2 selbsttätig verändert, um eine Glimmentladung in der
Startkammer 32 einzuleiten. Da sich die Impedanz der
Startschaltung ändert, wenn die Glimmentladung eingeleitet
ist, wird anschließend der Abstimmkondensator wiederum
selbsttätig abgestimmt, um sicherzustellen, daß eine
genügend hohe Startspannung kapazitiv von der Kammer 32 zur
Gasentladungsröhre gekoppelt ist, um darin eine
Bogenentladung einzuleiten.
Ein geeigneter, dynamisch veränderbarer Kondensator ist in
der EP 460 930 A2 beschrieben, wonach die Kapazität
verändert werden kann unter Verwendung einer
piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung zum Bewegen einer
bewegbaren Kondensatorplatte in Bezug auf eine feststehende
Kondensatorplatte. Infolgedessen ändert sich die Kapazität
im umgekehrten Verhältnis zu der Bewegungsstrecke. Ein
derartiger Kondensator kann entweder diskret gesteuert
werden für eine Bewegung zwischen vorbestimmten Positionen
oder kontinuierlich für eine kontinuierliche Bewegung über
einen Bereich von Positionen. Jede Steuerungsart ist bei
der Starterschaltung gemäß der Erfindung geeignet. Andere
geeignete Kondensatoren sind beispielsweise durch eine
Magnetspule (Solenoid) veränderbar.
Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Implementation der HIE-
Lampe gemäß Fig. 1 mit der Starterschaltung 14. Zu
Darstellungszwecken ist die Erregerspule 18 als eine zwei
Windungen aufweisende Spule dargestellt. Gemäß der
Darstellung in Fig. 2 weisen die leitfähigen Platten 36
und 38 der parallelen Kapazität Cp am Ausgang der
Vorschaltanordnung 20 (siehe Fig. 1) vorzugsweise
Wärmesenkenplatten auf, um überschüssige Wärme von der
Erregerspule 18 abzuführen. Zu Darstellungszwecken sind die
Platten 36 und 38 in Fig. 2 als L-förmig gezeigt. Ein
Ausführungsbeispiel einer integrierten Wärmesenken- und
Kondensatorstruktur ist in der bereits genannten EP-A-
91 300 576 beschrieben. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind der
Abstimmkondensator C2 und die Drosseln Lr auf der Platte 36
angebracht, die mit Erde bzw. Masse verbunden ist. Eine
einfache Implementation des Abstimmkondensators C2 ist in
der Weise dargestellt, daß er zwei Drähte aufweist, die
miteinander verdrillt sind, wobei der Wert des Kondensators
C2 einfach dadurch verändert wird, daß die Drähte nach
Erfordernis mehr oder weniger gegeneinander verdreht
werden. Die Parallelschaltung aus dem Kondensator C2 und
der Drossel Lr ist mit dem Gassondenstarter 12 verbunden,
der eine Folienelektrode 30′ aufweist, die um die Kammer 32
über eine Klemmbefestigung 40 angeordnet ist, die gegenüber
der Platte 36 durch eine Isolierung 42 isoliert ist.
Auf Wunsch kann ein Schalter oder eine Parallelschaltung
aus einem Schalter 33 und einem zusätzlichen Resonanz- bzw.
Schwingkreis L0 und C0, wie es in Fig. 3 dargestellt ist,
mit der Drossel in Reihe geschaltet werden. Zunächst ist
der Schalter geschlossen. Nachdem aber die Lampe gestartet
hat, wird der Schalter geöffnet, um sicherzustellen, daß
der Stromkreis genügend verstimmt wird, um die
Glimmentladung in der Kammer 32 zu löschen.
Fig. 4A zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der zweistufigen Resonanz-Starterschaltung gemäß der
Erfindung, wobei der Abstimmkondensator zwei Kondensatoren
C2a und C2b aufweist, die miteinander in Reihe geschaltet
sind und wobei ein Schalter 50 dem Kondensator C2b parallel
geschaltet ist. Zunächst, wenn der Schalter 50 geschlossen
ist, ist der Stromkreis abgestimmt, um eine genügend hohe
Startspannung sicherzustellen, um eine Glimmentladung in
der Kammer 32 einzuleiten (siehe Fig. 1). Nachdem die
Glimmentladung eingeleitet worden ist und somit die
Impedanz der Starterschaltung geändert worden ist (d. h. die
Kapazität der Starterschaltung hat zugenommen durch die
Hinzufügung der Kapazität der Glimmentladung), wird der
Schalter geöffnet, wobei der Kondensator C2b mit dem
Kondensator C2a in Reihe geschaltet wird. Die Kapazität des
Kondensators C2b sollte so gewählt sein, daß sichergestellt
ist, daß eine zweite Resonanz erreicht wird, wodurch eine genügend
hohe Startspannung kapazitiv von der
Glimmentladungskammer mit der Gasentladungsröhre gekoppelt
wird, um darin eine Bogenentladung einzuleiten. Ferner kann
ein Schalter 33 oder eine Parallelschaltung aus einem
Schalter 33 und einem zusätzlichen Resonanzkreis L0 und Co,
wie es beispielsweise in Fig. 4B gezeigt ist, mit der
Parallelschaltung aus der Drossel Lr und den Kondensatoren
C2a und C2b in Reihe geschaltet werden, falls dies
erwünscht ist, um sicherzustellen, daß die Startschaltung
genügend verstimmt wird durch Öffnen des Schalters 33 nach
dem Lampenstart, um die Glimmentladung in der Kammer 32 zu
löschen.
Noch andere alternative Ausführungsbeispiele der
zweistufigen Resonanz-Starterschaltung sind in den Fig. 5
und 6 dargestellt, wobei ein
Festkondensator C3 einer Abstimmdrossel parallel geschaltet
ist, die eine feste Drossel L3 in Reihe mit der
Parallelschaltung aus einer weiteren festen Drossel L4 und
einem Schalter 60 (siehe Fig. 5A) oder einen weiteren
festen Kondensator C4 und einen Schalter 60 (siehe Fig. 6A)
aufweist. Zunächst, wenn der Schalter 60 geschlossen
ist, ist der Stromkreis abgestimmt, um eine genügend hohe
Startspannung sicherzustellen, um eine Glimmentladung in
der Kammer 32 einzuleiten (siehe Fig. 1). Nachdem die
Glimmentladung eingeleitet worden ist und somit die
Impedanz der Starterschaltung verändert worden ist (d. h.
die Kapazität der Starterschaltung hat zugenommen durch
Hinzufügung der Kapazität der Glimmentladung), wird der
Schalter geöffnet, um elektrisch entweder den Kondensator
C4 (siehe Fig. 6A) oder die Drossel L4 (siehe Fig. 5A)
mit der Drossel L3 in Reihe zu schalten. Die Reaktanz von
entweder C4 und L4 sollte so gewählt sein, daß mit
Sicherheit eine zweite Resonanz erreicht wird, wodurch eine
genügend hohe Startspannung kapazitiv mit der
Gasentladungsröhre gekoppelt wird, um darin eine
Bogenentladung einzuleiten.
Wie in den Fig. 5B und 6B dargestellt ist, kann eine
Glimmunterdrückungsschaltung, die den Schalter 33 oder die
Parallelschaltung aus dem Schalter 33 und der zusätzlichen
Resonanzschaltung L0 und Co enthält, mit der Abstimmdrossel
in Reihe geschaltet sein, falls dies erwünscht ist, um
sicherzustellen, daß die Startschaltung genügend verstimmt
wird, durch Öffnen des Schalters 33 nach dem Starten der
Lampe, um die Glimmentladung in der Kammer 32 (siehe Fig. 1)
zu löschen.
Claims (9)
1. Elektrodenlose Hochdruck-Entladungslampe mit
einer lichtdurchlässigen Gasentladungsröhre, die eine
Füllung enthält, und einer Erregerspule, die um die
Gasentladungsröhre angeordnet und mit einer Hochfrequenz-Leistungseinspeisung
verbunden ist zum Erregen einer
Lichtbogenentladung in der Füllung, gekennzeichnet durch:
einen Gassondenstarter (12), der eine Startkammer (32)
aufweist, die ein Gas enthält, mit einer Starterelektrode
(30) versehen und an der Außenwand der Gasentladungsröhre
(16) angebracht ist, und eine LC-Resonanzschaltung (14),
die aus der Reihenschaltung einer Resonanzdrossel (Lr) und
der parasitären Kapazität (C₁) zwischen dem Gassondenstarter
(12) und der Erregerspule (18) sowie einem parallel
zur Resonanzdrossel (Lr) angeordneten Resonanzkondensator
(C₂) besteht und die eine erste Resonanz-Startspannung an
den Gassondenstarter (12) mit ausreichender Größe liefert,
um eine Glimmentladung in der Startkammer (32) einzuleiten,
wobei die LC-Resonanzschaltung Mittel aufweist zum neuen
Abstimmen der LC-Resonanzschaltung nach der Einleitung der
Glimmentladung in der Startkammer (32), um für eine zweite
Resonanz-Startspannung ausreichende Größe für die Einleitung
einer Bogenentladung in der Gasentladungsröhre (16) zu
sorgen.
2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Resonanzkondensator (C2) ein automatisch
variabler Kondensator ist, der so abgestimmt ist, daß die
LC-Resonanzschaltung eine Glimmentladung in der Startkammer
(32) einleitet und danach wieder abgestimmt wird, in
Abhängigkeit von der sich verändernden Impedanz der LC-Resonanzschaltung
derart, daß eine Einleitung der
Bogenentladung in der Gasentladungsröhre (16)
sichergestellt ist.
3. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel zum Abstimmen eine Parallelschaltung aus
einem zweiten Kondensator (C₂b) und einem Neuabstimmschalter
aufweist, die mit dem Resonanzkondensator (C₂a) in
Reihe geschaltet ist, wobei der Neuabstimmschalter
geschlossen ist, bis eine Glimmentladung in der Startkammer
eingeleitet ist, und bei Einleitung der Glimmentladung
geöffnet wird, um eine Einleitung der Bogenentladung in der
Gasentladungsröhre sicherzustellen.
4. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel zum Abstimmen eine Parallelschaltung aus
einer zweiten Drossel (L4) und einem Neuabstimmschalter (60)
aufweisen, die mit der Resonanzdrossel (L3) in Reihe
geschaltet ist, wobei der Neuabstimmschalter (60)
geschlossen ist, bis eine Glimmentladung in der Startkammer
eingeleitet ist, und nach Einleitung der Glimmentladung
geöffnet wird, um eine Einleitung der Bogenentladung in der
Gasentladungsröhre sicherzustellen.
5. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel zum Abstimmen eine Parallelschaltung aus
einem zweiten Kondensator (C4) und einem Neuabstimmschalter
(60) aufweist, die mit der Resonanzdrossel (L3) in Reihe
geschaltet ist, wobei der Neuabstimmschalter (60)
geschlossen ist, bis eine Glimmentladung in der Startkammer
eingeleitet ist, und nach Einleitung der Glimmentladung
geöffnet wird, um eine Einleitung der Bogenentladung in der
Gasentladungsröhre sicherzustellen.
6. Lampe nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch
gekennzeichnet, daß mit der LC-Resonanzschaltung
Verstimmungsmittel (33, Lo, Co) verbunden sind, um die LC-Resonanzschaltung
nach Einleitung der Bogenentladung zu
verstimmen bzw. aus der Resonanz zu bringen.
7. Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verstimmittel einen Verstimmschalter (33)
aufweisen, der mit der Resonanzdrossel (Lr) in Reihe
geschaltet ist, wobei der Verstimmschalter nach Einleitung
der Bogenentladung geöffnet wird.
8. Lampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß ein zusätzlicher Resonanz- bzw. Schwingkreis (Lo, Co) dem
Verstimmungsschalter (33) parallel geschaltet ist.
9. Lampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der zusätzliche Resonanz- bzw. Schwingkreis eine LC-Parallelschaltung
aufweist.
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