EP1869952A1 - Zündhilfselektrodezündvorrichtung mit funkenstrecke - Google Patents

Zündhilfselektrodezündvorrichtung mit funkenstrecke

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Publication number
EP1869952A1
EP1869952A1 EP06722789A EP06722789A EP1869952A1 EP 1869952 A1 EP1869952 A1 EP 1869952A1 EP 06722789 A EP06722789 A EP 06722789A EP 06722789 A EP06722789 A EP 06722789A EP 1869952 A1 EP1869952 A1 EP 1869952A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
pressure discharge
discharge lamp
ignition
lamp
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06722789A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Siessegger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE200510023798 external-priority patent/DE102005023798A1/de
Application filed by Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH filed Critical Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Priority to EP06722789A priority Critical patent/EP1869952A1/de
Publication of EP1869952A1 publication Critical patent/EP1869952A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/288—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
    • H05B41/2881—Load circuits; Control thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Definitions

  • the invention relates to a device for operating or igniting a high-pressure discharge lamp according to the preamble of patent claim 1, a lamp base and a lighting system with such a device and a method for operating a high-pressure discharge lamp.
  • a pulse ignition device for a high-pressure discharge lamp provided with a starting aid electrode, in particular for a high-pressure headlamp high-pressure discharge lamp.
  • This pulse ignition device has as essential components a spark gap, a starting capacitor and an ignition transformer. To ignite the gas discharge in the high-pressure discharge lamp of the ignition capacitor is charged to discharge upon reaching the breakdown voltage of the spark gap on this and the primary winding of the ignition transformer, so that high voltage pulses are induced in the secondary winding of the ignition transformer, which coupled via the auxiliary ignition electrode in the high pressure discharge lamp and cause ignition of the gas discharge in the high pressure discharge lamp.
  • the high-pressure discharge lamp After the ignition of the gas discharge, the high-pressure discharge lamp is operated with a high-frequency current of alternating polarity whose frequency is in the megahertz range.
  • the ignition circuit described above is arranged galvanically isolated from the operating circuit of the high pressure discharge lamp.
  • the operating circuit and the ignition circuit are both powered by the same push-pull inverter.
  • a transformer with two secondary windings For galvanic isolation between the ignition circuit and the operating circuit and for coupling to the inverter is a transformer with two secondary windings, one of which is arranged in the ignition circuit and in the operating circuit.
  • the device according to the invention for operating or igniting a high-pressure discharge lamp provided with an auxiliary starting electrode has a voltage-dependent switching means for applying the starting auxiliary electrode to the ignition voltage for the high-pressure discharge lamp, the switching threshold voltage of the voltage-dependent switching means being greater than or equal to the ignition voltage required to ignite the gas discharge in the high-pressure discharge lamp ,
  • the ignition voltage is to be understood as meaning the necessary voltage between the auxiliary starting electrode and the associated main electrode, which is required to ignite the gas discharge in the high-pressure discharge lamp.
  • controllable semiconductor switch for deactivating the ignition device after ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp and the transformer for electrical isolation of the ignition circuit and operating circuit can be saved.
  • the device according to the invention therefore has a simpler structure than the device according to the prior art.
  • the voltage-dependent switching means preferably comprises at least one spark gap.
  • the switching threshold voltage that is, the breakdown voltage
  • the spark gap can be adjusted by changing the distance of its electrodes or the pressure of the filling gas used to the desired value or to a value greater than or equal to the ignition voltage of the high-pressure discharge lamp.
  • a spark gap it is also possible to use a plurality of spark gaps connected in series or an externally triggerable spark gap with an additional ignition electrode.
  • spark gaps but other voltage-dependent switching means, such as thyristors or voltage-dependent resistors or a combination of the aforementioned components can be used.
  • a charge storage means which can be charged to the switching threshold voltage is provided in order to provide the energy for the breakdown of the voltage-dependent switching means.
  • the aforementioned charge storage means is preferably one or more capacitors designed for high voltages.
  • the charge storage means is preferably charged to the switching threshold voltage of the voltage dependent switching means by means of a resonant circuit or a voltage multiplier circuit or a piezotransformer or a combination thereof.
  • a resonant circuit which is operated during the ignition phase close to its resonance, or by means of a voltage multiplier circuit, the required high voltages of several kilovolts can be generated in a relatively simple manner.
  • the voltage multiplier circuit may be powered by, for example, a transformer connected to the lamp circuit or a resonant circuit.
  • a voltage converter is provided in order to ensure the voltage supply of the voltage-dependent switching means during the ignition phase of the high-pressure discharge lamp from the mains voltage, for example from the 230 volt low-voltage AC mains, or from the vehicle electrical system voltage of a motor vehicle and to ensure the supply of the high-pressure discharge lamp with a current of alternating polarity.
  • the voltage converter can different operating modes can be realized to meet the different requirements of the high pressure discharge lamp during its ignition phase and during lamp operation after completion of the ignition phase.
  • a first supply voltage for the voltage-dependent switching means is generated by means of the voltage converter during the ignition phase of the high-pressure discharge lamp and generates a second supply voltage for generating a lamp current with alternating polarity after ignition of the gas discharge in the high pressure discharge lamp.
  • the voltage converter is therefore preferably designed as an inverter or AC voltage converter, which is operable with different clock or switching frequencies.
  • the inverter is preferably operated with switching frequencies from different frequency ranges. This can be ensured in a simple manner that after the ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp to the voltage-dependent switching means only a lower voltage than its switching threshold voltage is applied and thus no further ignition voltage pulses are generated.
  • the device according to the invention comprises only a few components and can therefore be accommodated in the lamp base of a high-pressure discharge lamp. Therefore, the device according to the invention can be used particularly advantageously in metal halide high-pressure discharge lamps for motor vehicle headlights provided with an auxiliary starting electrode, in particular also in mercury-free metal halide high-pressure discharge lamps for motor vehicle headlights.
  • Figure 1 is a circuit diagram of the device according to the first Alis enclosuresbeispiel the invention
  • Figure 2 is a circuit diagram of the device according to the second exemplary embodiment of the invention
  • Figure 3 is a circuit diagram of the device according to the third exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 4 is a circuit diagram of the device according to the fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 5 shows a side view of the high-pressure discharge lamp operated by the devices according to the invention in a schematic representation
  • Figure 6 is a circuit diagram of the device according to the fifth embodiment of the invention.
  • the device for operating the vehicle headlight high-pressure discharge lamp 18 provided with an auxiliary starting electrode 181 comprises a voltage converter 10 which generates a high-frequency alternating voltage from the vehicle electrical system voltage of the motor vehicle.
  • the auxiliary ignition electrode 181 of the high-pressure discharge lamp 18 arranged outside the discharge vessel of the high-pressure discharge lamp is capacitively coupled to one of the gas discharge electrodes of the high-pressure discharge lamp 18 arranged inside the discharge vessel.
  • the device comprises an autotransformer 1 1 having a primary I 1 a and a secondary winding section 1 1 b, a capacitor 12 connected in parallel with the discharge path of the Plochtikentladungslampe 18, a rectifier diode 13, resistors 14, 17, a capacitor 15 and a spark gap 16.
  • the diode 13 is rated for voltages up to 30 IcV, such as a BY724 diode.
  • the capacitor 15 has a capacity of 100 pF and is designed for a voltage of up to 15 kV.
  • the dashed line in Figure 1 resistor 17 is optional and may be omitted.
  • the spark gap 16 has a resistance of 20 megohms, and is particularly useful in the case of a spark gap with low insulation resistance because it prevents charging of the resulting capacity of the ignition electrode and the main electrode.
  • By- Breaking voltage of the spark gap 16 is 12 kV.
  • the ignition voltage required to ignite the gas discharge in the high-pressure discharge lamp 18 is typically 5 kilovolts to 10 kilovolts at an open circuit voltage of 2 kilovolts, measured from peak to peak.
  • the resistor 14 limits the current through diode 13, in particular in the case of a discharged capacitor 15, and has a resistance of 47 kilohms chosen.
  • the voltage converter 10 In order to ignite the gas discharge in the high-pressure discharge rail 18, the voltage converter 10 is operated at a switching frequency which is close to the resonance frequency of the series resonant circuit consisting of the components 11a and 12b. In the secondary winding section Ib of the autotransformer 11, a high voltage is thereby induced, which is sufficient to charge the capacitor 15 via the rectifier diode 13 and the resistor 14 to the breakdown voltage of the spark gap 16. If the voltage across the capacitor 15 reaches the breakdown voltage of the spark gap 16, it discharges via the spark gap 16 and the auxiliary ignition electrode 181 is subjected to high-voltage inipulses, which lead to the ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge manifold 18.
  • the switching frequency of the voltage converter 10 is adjusted by means of its drive device. selects that the high-pressure discharge lamp 18 in the case of a mercury-containing metal halide high-pressure discharge lamp with a burning voltage of about 85 volts and in the case of a mercury-free metal halide high-pressure discharge lamp with a burning voltage of about 40 volts is operated.
  • the high-pressure discharge lamp 18 is supplied with an alternating current whose frequency is above 100 kHz.
  • the capacitor 15 is charged after completion of the ignition phase to a voltage which is below the breakdown voltage of the spark gap 16.
  • FIG. 2 shows the circuit diagram of the second exemplary embodiment of the device according to the invention.
  • the device for operating the vehicle headlight high-pressure discharge lamp 28 provided with an ignition auxiliary electrode 281 comprises a voltage converter 20, which generates a high-frequency alternating voltage from the vehicle electrical system voltage of the motor vehicle.
  • the auxiliary auxiliary electrode 281 of the high-pressure discharge lamp 28 arranged outside the discharge vessel of the high-pressure discharge lamp is capacitively coupled to one of the gas discharge electrodes of the high-pressure discharge lamp 28 arranged inside the discharge vessel.
  • the device comprises a transformer 21 having a primary 21a and a secondary winding 21b, a capacitor 22 connected in parallel with the discharge path of the high pressure discharge lamp 28, a spark gap 26 and resistors 24, 27, and a balanced voltage doubler circuit connected to the diodes 231, 232 and the capacitors 251, 252 is formed.
  • the dashed lines shown in Figure 2 resistors 24, 27 are optional.
  • the voltage converter 20 is operated at a switching frequency which is close to the resonance frequency of the series resonant circuit consisting of the components 21a and 22b.
  • a high voltage is thereby induced, which is increased by the aforementioned voltage doubling circuit by a factor of two, so that the capacitors 251, 252 are charged to the breakdown voltage of the spark gap 26. If the voltage across the capacitors 251, 252 reaches the breakdown voltage of the spark gap 26, they discharge Via the spark gap 26 and the auxiliary ignition electrode 281 is applied with high voltage pulses, which lead to the ignition of the gas discharge in the high pressure discharge lamp 28.
  • the resonance capacitor 22 is bridged by the conductive discharge path of the high-pressure discharge lamp and the series resonant circuit is damped so that a sufficiently high voltage is not induced in the secondary winding 21b in order to reduce the capacitors 251, 252 to the breakdown voltage Spark gap 26 to charge.
  • the ignition device is thus deactivated automatically after ignition of the gas discharge.
  • the spark gap 26 thereby ensures after the ignition of the gas discharge for a galvanic separation of the auxiliary ignition electrode 281 of the device.
  • the switching frequency of the voltage converter 20 is selected by means of its Allêtungsvoriques so that the high-pressure discharge lamp 28 in the case of a mercury-containing halogen-metal halide high-pressure discharge lamp with a ßrennprehensi of about 85 volts and in the case of a mercury-free metal halide High-pressure discharge lamp with a burning voltage of about 40 volts is operated.
  • the high-pressure discharge lamp 28 is fed with a nearly rectangular alternating current of a frequency of 400 hertz.
  • the capacitors 251, 252 are charged after completion of the ignition phase to a voltage which is below the breakdown voltage of the spark gap 26.
  • FIG. 3 shows the circuit diagram of the third exemplary embodiment of the device according to the invention.
  • the device for operating the ignition assisting electrode 381 provided vehicle headlight high-pressure discharge lamp 38 summarizes a voltage converter 30 which generates a high-frequency alternating voltage from the vehicle electrical system voltage of the motor vehicle.
  • the auxiliary starting electrode 381 of the high-pressure discharge lamp 38 arranged outside the discharge vessel of the high-pressure discharge lamp is capacitively coupled to one of the gas discharge electrodes of the high-pressure discharge lamp 38 arranged inside the discharge vessel.
  • the device comprises an autotransformer 31 having a primary 31a and a secondary winding section 31b, a capacitor 32 connected in parallel with the discharge path of the high-pressure discharge lamp 38, a spark gap 36 and a resistor 37, and a single-ended voltage doubling circuit which is provided by the diodes 331, 332 and Capacitors 351, 352 is formed.
  • the dashed lines in Figure 3 resistance 27 is optional.
  • the diodes 331, 332 are each designed for a voltage of 25 kV, the breakdown voltage of the spark gap 36 is 22 kV.
  • the device shown in Figure 3 according to the third embodiment works completely analogous to the device shown in Figure 2 according to the second embodiment of the invention.
  • a multistage cascade which is also referred to as Cockroft-Walton circuit, can be used.
  • FIG. 4 shows the circuit diagram of the fourth exemplary embodiment of the device according to the invention.
  • the device for operating the vehicle headlight high-pressure discharge lamp 48 provided with an auxiliary starting electrode 481 comprises a voltage converter 40, which generates a high-frequency alternating voltage from the vehicle electrical system voltage of the motor vehicle.
  • the auxiliary starting electrode 481 of the high-pressure discharge lamp 48 which is arranged outside the discharge vessel of the high-pressure discharge lamp, is capacitively coupled to one of the gas discharge electrodes of the high-pressure discharge lamp 48 arranged inside the discharge vessel.
  • the device comprises a transformer with a parallel to the discharge path of the high pressure discharge lamp 48 connected primary winding 41a and a secondary winding 41b, a rectifier diode 43, resistors 44, 47, a capacitor 45 and a spark gap 46.
  • the dashed lines in Figure 4 illustrated resistor 47 is optional. If the transformer is supplied with sufficient If the coupling between the primary winding and the secondary winding fails, the resistor 44 can be dispensed with, analogously to the resistor 24 according to the embodiment shown in FIG.
  • a sufficiently high voltage is induced in the secondary winding 41b of the transformer in order to charge the capacitor 45 via the rectifier diode 43 and the resistor 44 to the breakdown voltage of the spark gap 46. If the voltage across the capacitor 45 reaches the breakdown voltage of the spark gap 46, it discharges via the spark gap 46 and the auxiliary starting electrode 481 is subjected to high-voltage pulses which cause ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp 48.
  • the switching frequency of the voltage converter 40 is selected by means of its drive device so that the high-pressure discharge lamp 48 in the case of a mercury-containing halogen-metal halide high-pressure discharge lamp with a burning voltage of about 85 volts and in the case of a mercury-free halogen -Metalldampf-Hochdruckent- charge lamp with a burning voltage of about 40 volts is operated.
  • the high-pressure discharge lamp 48 is supplied with an alternating current whose frequency is above 100 kHz.
  • the capacitor 45 is charged after completion of the ignition phase only to a voltage which is below the breakdown voltage of the spark gap 46.
  • the high-pressure discharge lamp 18, 28, 38, 48 shown schematically in FIG. 5 is a metal halide high-pressure discharge lamp for a motor vehicle headlight.
  • This high-pressure discharge lamp La has a discharge vessel 1 made of quartz glass, in which an ionizable filling is enclosed gas-tight.
  • the ionizable filling contains xenon and metal halide compounds, preferably iodides of the metals sodium, scandium, zinc and indium and the ionizable filling contains preferably no mercury.
  • the xenon cold filling pressure is approx. 10 bar.
  • the two ends 1a, 1b of the discharge vessel 1 are each sealed by means of a molybdenum foil sealing 2a, 2b.
  • In the interior of the discharge vessel 1 are two electrodes El, E2, between which forms during the lamp operation responsible for the light emission discharge arc.
  • main electrodes El, E2 are in each case electrically conductively connected via one of the molybdenum foil melts 2a, 2b to a current lead 3a, 3b leading out of the discharge vessel 1.
  • the discharge vessel 1 is enveloped by a glass outer bulb 5.
  • the auxiliary starting electrode ZE which is designated in FIGS. 1 to 4 by the reference numbers 181, 281, 381, 481, is here formed by a thin metallic coating on the inner surface of the outer bulb 5. Alternatively, this coating can also be mounted on the outside of the discharge vessel 1.
  • the thin metallic coating ZE has the shape of an elongate strip which extends from the socket-near end of the outer bulb 5 approximately to the level of the discharge vessel center point.
  • the lamp vessels 1, 5 are fixed in the plastic upper part 411 of a lamp cap 4.
  • the cuboid part of the lamp base 4 is surrounded by a two-part metallic housing 41, 42, which serves for the electromagnetic shielding of the accommodated in the interior of the lamp cap 4 ignition or operating device of the high pressure discharge lamp.
  • the electrical connection 40 of the high-pressure discharge lamp La serves to supply voltage to the high-pressure discharge lamp and the ignition or operating device arranged in the lamp base 4, which is designed in accordance with one of the preferred exemplary embodiments illustrated in FIGS.
  • FIG 6 the circuit diagram of the fifth embodiment of the device according to the invention is shown schematically.
  • the device for operating the vehicle headlight high-pressure discharge lamp 58 provided with an auxiliary starting electrode 581 comprises a voltage converter 50 which generates a high-frequency alternating voltage from the vehicle electrical system voltage of the motor vehicle.
  • the auxiliary ignition electrode 581 of the high-pressure discharge lamp 58 arranged outside the discharge vessel of the high-pressure discharge lamp is capacitively connected to one of the inside of the Discharge vessel arranged gas discharge electrodes of the high pressure discharge lamp 58 coupled.
  • the device comprises a piezotransformer 59, the input of which is fed by the voltage converter 50 and at whose output a voltage doubler circuit consisting of the diodes 53a and 53b feeds, a resonant or lamp inductor 51 connected in series with the voltage converter 50 and the discharge path of the high-pressure discharge lamp and a parallel one to the discharge path of the high pressure discharge lamp 58 connected resonant capacitor 52, a resistor 54, a capacitor 55, a spark gap 56 and an optional resistor 57th
  • the diodes 53a and 53b are designed for voltages up to 25 kV and are for example of the type BY724.
  • the capacitor 15 has a capacity of 220 pF and is designed for a voltage of up to 15 kV.
  • the dashed line in Figure 6 resistor 57 is optional and can be omitted. It has a resistance of 100 megohms.
  • the breakdown voltage of the spark gap is 12 IcV.
  • the ignition voltage required for igniting the gas discharge in the high-pressure discharge lamp 58 is less than 12 kV.
  • the voltage converter 50 is operated at a switching frequency which is close to the resonant frequency of the piezoelectric transformer, thereby producing at its output a high voltage which is rectified and increased again by the voltage doubler circuit at its output. so that this is sufficient to charge the capacitor 55 via the resistor 54 to the breakdown voltage of the spark gap 56. If the voltage across the capacitor 55 reaches the breakdown voltage of the spark gap 56, it discharges via the spark gap 56 and the auxiliary starting electrode 581 is subjected to high-voltage pulses, which lead to the ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp 58.
  • the components 51 and 52 of the series resonant circuit are dimensioned such that they are also in resonance near the resonance frequency of the piezoelectric transformer and thus by the excitation of the piezoelectric transformer during the ignition between the two main electrodes of the gas discharge lamp a sufficiently high voltage tion with an amplitude of, for example, 1200 volts, and thus enables the ignition of a discharge between the two main electrodes of the gas discharge lamp by the voltage pulse at the auxiliary ignition electrode 581.
  • the switching frequency of the voltage converter 50 is selected so that the high-pressure discharge lamp 58 in the case of a mercury-containing metal halide high-pressure discharge lamp with a burning voltage of about 85 volts and in the case of a mercury-free metal halide high-pressure discharge lamp a burning voltage of about 40 volts is operated.
  • the high-pressure discharge lamp 58 is supplied with an alternating flow whose frequency is above 100 kHz. As a result of the changed frequency, the piezoelectric transformer no longer generates such a high output voltage, which ultimately results in the capacitor 55 being charged to a voltage below the breakdown voltage of the spark gap 56 after the ignition phase has ended.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben oder Zünden einer mit einer Zündhilfselektrode (181) versehenen Hochdruckentladungslampe (18), wobei die Vorrichtung ein spannungsabhängiges Schaltmittel (16) zum Beaufschlagen der Zündhilfselektrode (181) mit der Zündspannung für die Hochdruckentladungslampe (18) aufweist und die Schaltschwellenspannung des spannungsabhängigen Schaltmit-tels (16) größer oder gleich der Zündspannung der Hochdruckentladungslampe (18) ist.

Description

ZUNDHILFSELEKTRODEZÜNDVORRICHTUNG MIT FUNKENSTRECKE
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben oder Zünden einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, einen Lampensockel und ein Beleuchtungssystem mit einer derartigen Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe.
I. Stand der Technik Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in der WO 98/18297 offenbart. Diese Offenlegungsschrift beschreibt eine Impulszündvorrichtung für eine mit einer Zündhilfselektrode versehene Hochdruckentladungslampe, insbesondere für eine Falir- zeugscheinwerfer-Hochdruckentladungslampe. Diese Impulszündvorrichtung weist als wesentliche Bauelemente eine Funkenstrecke, einen Zündkondensator und einen Zündtransformator auf. Zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe wird der Zündkondensator aufgeladen, um sich beim Erreichen der Durchbruchsspannung der Funkenstrecke über diese und über die Primärwicklung des Zündtransformators zu entladen, so dass in der Sekundärwicklung des Zündtransformators Hochspannungsimpulse induziert werden, die über die Zündhilfselektrode in die Hochdruckentladungslampe eingekoppelt werden und zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe führen. Nach dem Zünden der Gasentladung wird die Hochdruckentladungslampe mit einem hochfrequenten Strom wechselnder Polarität, dessen Frequenz im Megahertzbereich liegt, betrieben. Die oben beschriebene Zündschaltung ist galvanisch getrennt von der Betriebsschaltung der Hochdruckentladungslampe angeordnet. Die Betriebsschaltung und die Zündschaltung werden beide von demselben Push-Pull- Wechselrichter mit Energie versorgt. Zur galvanischen Trennung zwischen der Zündschaltung und der Betriebsschaltung sowie zur Kopplung an den Wechselrichter dient ein Übertrager mit zwei Sekundärwicklungen, von denen jeweils eine in der Zündschaltung und in der Betriebsschal- tung angeordnet ist. Nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckent- ladungslampe wird die Zündschaltung bzw. Zündvorrichtung mittels eines steuerbaren Halbleiterschalters deaktiviert.
IL Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit einem vereinfachten Aufbau bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben oder Zünden einer mit einer Zündhilfselektrode versehenen Hochdruckentladungslampe weist ein spannungsab- hängiges Schaltmittel zum Beaufschlagen der Zündhilfselektrode mit der Zündspannung für die Hochdruckentladungslampe, wobei die Schaltschwellenspannung des spannungsabhängigen Schaltmittels größer oder gleich der zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe erforderlichen Zündspannung ist. Unter der Zündspannung soll in diesem Zusammenhang die notwendige Spannung zwi- sehen der Zündhilfselektrode und der zugehörigen Hauptelektrode verstanden werden, die zur Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe erforderlich ist. Dadurch kann eine Zündvorrichtung für eine mit einer Hilfselektrode ausgestattete Hochdruckentladungslampe realisiert werden, die zur Erzeugung der Zündspannungsimpulse ohne Verwendung eines Zündtransformators auskommt. Außer- dem können auch der steuerbare Halbleiterschalter zum deaktivieren der Zündvorrichtung nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe und der Übertrager zur galvanischen Trennung von Zündschaltung und Betriebsschaltung eingespart werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt daher einen einfacheren Aufbau als die Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
Um derart hohe Spannungen, wie zum Zünden der Gasentladung in einer mit einer Hilfselektrode versehenen Hochdruckentladungslampe erforderlich sind, erzeugen zu können, umfasst das spannuiigsabhängige Schaltmittel vorzugsweise mindestens eine Funkenstrecke. Die Schaltschwellenspannung, das heißt, die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke kann durch Verändern des Abstands ihrer Elektroden bzw. des Drucks des verwendeten Füllgases auf den gewünschten Wert bzw. auf einen Wert größer oder gleich der Zündspannung der Hochdruckentladungslampe eingestellt werden. Alternativ können statt einer Funkenstrecke auch mehrere in Serie geschalte- te Funkenstrecken oder eine fremdtriggerbare Funkenstrecke mit zusätzlicher Zündelektrode verwendet werden. Anstelle von Funkenstrecken können aber auch andere spannungsabhängige Schaltmittel, beispielsweise Thyristoren oder spannungsabhängige Widerstände oder eine Kombination der vorgenannten Bauteile eingesetzt werden.
Vorzugsweise ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein auf die Schaltschwellenspannung aufladbares Ladungsspeichermittel vorgesehen, um die Energie für den Durchbruch des spannungsabhängigen Schaltmittels bereitzustellen. Bei dem vorgenannten Ladungsspeichermittel handelt es sich vorzugsweise um einen oder mehrere Kondensatoren, die für hohe Spannungen ausgelegt sind.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung wird das Ladungsspeichermittel vorzugsweise mit Hilfe eines Resonanzkreises oder einer Spannungsver- vielfachungsschaltung oder eines Piezotransformators oder einer Kombination davon auf die Schaltschwellenspannung des spannungsabhängigen Schaltmittels aufgeladen. Mittels eines Resonanzkreises, der während der Zündphase nahe seiner Reso- nanz betrieben wird, oder mittels einer Spannungsvervielfachungsschaltung können auf relative einfache Weise die erforderlichen hohen Spannungen von mehreren Kilovolt erzeugt werden. Die Spannungsvervielfachungsschaltung kann beispielsweise über einen in den Lampenstromkreis geschalteten Transformator oder einen Resonanzkreis mit Energie versorgt werden.
Vorteilhafterweise ist ein Spannungswandler vorgesehen, um aus der Netzspannung, beispielsweise aus dem 230 Volt Niederspannungswechselstromnetz, oder aus der Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeugs, die Spannungsversorgung des spannungsabhängigen Schaltmittels während der Zündphase der Hochdruckentladungslampe sicherzustellen und die Versorgung der Hochdruckentladungslampe mit einem Strom wechselnder Polarität zu gewährleisten. Mit Hilfe des Spannungsvvandlers können unterschiedliche Betriebsmodi realisiert werden, um die unterschiedlichen Erfordernisse der Hochdruckentladungslampe während ihrer Zündphase und während des Lampenbetriebs nach Beendigung der Zündphase zu erfüllen. Vorzugsweise wird mittels des Spannungswandlers während der Zündphase der Hochdruckentladungs- lampe eine erste Versorgungsspannung für das spannungsabhängige Schaltmittel generiert und nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe eine zweite Versorgungsspannung zum Erzeugen eines Lampenstroms mit wechselnder Polarität generiert.
Der Spannungswandler ist daher vorzugsweise als Wechselrichter bzw. Wech- selspannungsumrichter ausgebildet, der mit unterschiedlichen Takt- oder Schaltfrequenzen betreibbar ist. Zum Erzeugen der oben genannten ersten und zweiten Versorgungsspannung wird der Wechselrichter vorzugsweise mit Schaltfrequenzen aus unterschiedlichen Frequenzbereichen betrieben. Dadurch kann auf einfache Weise sichergestellt werden, dass nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hoch- druckentladungslampe an dem spannungsabhängigen Schaltmittel nur noch eine geringere Spannung als seine Schaltschwellenspannung anliegt und somit keine weiteren Zündspannungsimpulse generiert werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst nur wenige Bauelemente und kann daher im Lampensockel einer Hochdruckentladungslampe untergebracht werden. Daher lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders vorteilhaft bei mit einer Zündhilfselektrode versehenen Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen für Kraftfahrzeugscheinwerfer, insbesondere auch bei quecksilberfreien Halogen- Metalldampf-Hochdruckentladungslampen für Kraftfahrzeugscheinwerfer verwenden.
III. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Nachstehend wird die Erfindung anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 Eine Schaltskizze der Vorrichtung gemäß dem ersten Alisführungsbeispiel der Erfindung Figur 2 Eine Schaltskizze der Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung
Figur 3 Eine Schaltskizze der Vorrichtung gemäß dem dritten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung
Figur 4 Eine Schaltskizze der Vorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung
Figur 5 Eine Seitenansicht der von den erfindungsgemäßen Vorrichtungen betriebenen Hochdruckentladungslampe in schematischer Darstellung
Figur 6 Eine Schaltskizze der Vorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbei- spiel der Erfindung
In Figur 1 ist schematisch die Schaltskizze des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung zum Betreiben der mit einer Zündhilfselektrode 181 versehenen Fahrzeugscheinwerfer-Hochdruckentla- dungslampe 18 umfasst einen Spannungswandler 10, der aus der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs eine hochfrequente Wechselspannung generiert. Die außerhalb des Entladungsgefäßes der Hochdruckentladungslampe angeordnete Zündhilfselektrode 181 der Hochdruckentladungslampe 18 ist kapazitiv an eine der innerhalb des Entladungsgefäßes angeordneten Gasentladungselektroden der Hochdruckentladungslampe 18 gekoppelt. Die Vorrichtung umfasst einen Spartransformator 1 1 mit einem Primär- I Ia und einem Sekundärwicklungsabschnitt 1 1 b, einen parallel zur Entladungsstrecke der Plochdruckentladungslampe 18 geschalteten Kondensator 12, eine Gleichrichterdiode 13, Widerstände 14, 17, einen Kondensator 15 und eine Funkenstrecke 16. Die Diode 13 ist für Spannungen bis 30 IcV ausgelegt, beispielsweise eine Diode des Typs BY724. Der Kondensator 15 besitzt eine Kapazität von 100 pF und ist für eine Spannung von bis zu 15 kV ausgelegt. Der in Figur 1 gestrichelt gezeichnete Widerstand 17 ist optional und kann ggf. entfallen. Er besitzt einen Widerstandswert von 20 Megaohm und ist insbesondere im Fall einer Funkenstrecke mit geringem Isolationswiderstand zu verwenden, da er eine Aufladung der aus Zünd- hilfselektrode und Hauptelektrode resultierenden Kapazität verhindert. Die Durch- bruchsspannung der Funkenstrecke 16 beträgt 12 kV. Die zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe 18 erforderliche Zündspannung beträgt bei einer Leerlaufspannung von 2 Kilovolt, gemessen von Spitze zu Spitze, typischerweise 5 Kilovolt bis 10 Kilovolt.. Der Widerstand 14 begrenzt den Strom durch Dio- de 13, insbesondere bei einem entladenen Kondensator 15, und besitzt einen Widerstandswert von 47 Kiloohm gewählt.
Zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslanipe 18 wird der Spannungswandler 10 mit einer Schaltfrequenz betrieben, die nahe bei der Resonanzfrequenz des aus den Bauteilen 1 Ia und 12 bestehenden Serienresonanzkreises liegt. Im Sekundärwicklungsabschnitt I Ib des Spartransformators 11 wird dadurch eine hohe Spannung induziert, die ausreicht, den Kondensator 15 über die Gleichrichterdiode 13 und den Widerstand 14 auf die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke 16 aufzuladen. Erreicht die Spannung am Kondensator 15 die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke 16, so entlädt sich dieser über die Funkenstrecke 16 und die Zünd- hilfselektrode 181 wird mit Hochspannungsinipulsen beaufschlagt, die zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslanipe 18 führen. Nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslanipe 18 wird der Resonanzkondensator 12 durch die leitfällige Entladungsstrecke der Hochdruckentladungslanipe überbrückt und der Serienresonanzkreis bedampft, so dass in der Sekundär- wicklung I Ib keine ausreichend hohe Spannung induziert wird, um den Kondensator 15 auf die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke 16 aufzuladen. Die Zündvorrichtung wird damit automatisch nach erfolgter Zündung der Gasentladung deaktiviert. Außerdem sorgt die Funkenstrecke 16 dadurch nach erfolgter Zündung der Gasentladung für eine galvanische Trennung der Zündhilfselektrode 181 von der Vorrichtung. Die Zündhilfselektrode 181 ist nach Beendigung der Zündphase potentialfrei und verursacht daher keine Natrium-Migration, die im Entladungsgefäß der Hochdruckentladungslampe 18 zu einem Natriumverlust und somit zu einem frühzeitigen Ausfall der Hochdruckentladungslampe 18 führen würde.
Nach Beendigung der Zündphase der Hochdruckentladungslampe 18 wird die Schalt- frequenz des Spannungswandlers 10 mittels seiner Ansteuerungsvorrichtung so ge- wählt, dass die Hochdruckentladungslampe 18 im Fall einer quecksilberhaltigen Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit einer Brennspannung von ca. 85 Volt und im Fall einer quecksilberfreien Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit einer Brennspannung von ca. 40 Volt betrieben wird. Die Hoch- druckentladungslampe 18 wird mit einem Wechselstrom gespeist, dessen Frequenz oberhalb von 100 kHz liegt. Der Kondensator 15 wird nach Beendigung der Zündphase auf eine Spannung aufgeladen, die unterhalb der Durchbruchsspannung der Funkenstrecke 16 liegt.
In Figur 2 ist die Schaltskizze des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsge- mäßen Vorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung zum Betreiben der mit einer Zünd- hilfselektrode 281 versehenen Fahrzeugscheinwerfer-Hochdruckentladungslampe 28 umfasst einen Spannungswandler 20, der aus der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs eine hochfrequente Wechselspannung generiert. Die außerhalb des Entladungsgefäßes der Hochdruckentladungslampe angeordnete Ziindhilfselektrode 281 der Hochdruckentladungslampe 28 ist kapazitiv an eine der innerhalb des Entladungsgefäßes angeordneten Gasentladungselektroden der Hochdruckentladungslampe 28 gekoppelt. Die Vorrichtung umfasst einen Transformator 21 mit einer Primär- 21a und einer Sekundärwicklung 21b, einen parallel zur Entladungsstrecke der Hochdruckentladungslampe 28 geschalteten Kondensator 22, eine Funkenstrecke 26 und Widerstände 24, 27 sowie eine symmetrische Spannungsverdopplungsschaltung, die von den Dioden 231, 232 und den Kondensatoren 251, 252 gebildet wird. Die in Figur 2 gestrichelt dargestellten Widerstände 24, 27 sind optional.
Zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe 28 wird der Spannungswandler 20 mit einer Schaltfrequenz betrieben, die nahe bei der Resonanzfre- quenz des aus den Bauteilen 21a und 22 bestehenden Serienresonanzkreises liegt. In der Sekundärwicklung 21b des Transformators 21 wird dadurch eine hohe Spannung induziert, die von der vorgenannten Spannungsverdopplungsschaltung um den Faktor zwei erhöht wird, so dass die Kondensatoren 251 , 252 auf die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke 26 aufgeladen werden. Erreicht die Spannung an den Kondensato- ren 251, 252 die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke 26, so entladen sich diese über die Funkenstrecke 26 und die Zündhilfselektrode 281 wird mit Hochspannungsimpulsen beaufschlagt, die zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe 28 führen. Nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe 28 wird der Resonanzkondensator 22 durch die leitfähige Entla- dungsstrecke der Hochdruckentladungslampe überbrückt und der Serienresonanzkreis bedämpft, so dass in der Sekundärwicklung 21b keine ausreichend hohe Spannung induziert wird, um die Kondensatoren 251, 252 auf die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke 26 aufzuladen. Die Zündvorrichtung wird damit automatisch nach erfolgter Zündung der Gasentladung deaktiviert. Außerdem sorgt die Funkenstrecke 26 dadurch nach erfolgter Zündung der Gasentladung für eine galvanische Trennung der Zündhilfselektrode 281 von der Vorrichtung.
Nach Beendigung der Zündphase der Hochdruckentladungslampe 28 wird die Schaltfrequenz des Spannungswandlers 20 mittels seiner Allsteuerungsvorrichtung so gewählt, dass die Hochdruckentladungslampe 28 im Fall einer quecksilberhaltigen Ha- logen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit einer ßrennspannung von ca. 85 Volt und im Fall einer quecksilberfreien Halogen-Metalldampf-Hochdruckent- ladungslampe mit einer Brennspannung von ca. 40 Volt betrieben wird. Die Hochdruckentladungslampe 28 wird mit einem nahezu rechteckförmigen Wechselstrom einer Frequenz von 400 Hertz gespeist. Die Kondensatoren 251, 252 werden nach Beendigung der Zündphase auf eine Spannung aufgeladen, die unterhalb der Durchbruchsspannung der Funkenstrecke 26 liegt. Das weiter unten erläuterte, in Figur 6 abgebildete Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom zweiten Ausführungsbei- spiel lediglich dadurch, dass die Positionen der Primärwicklung 21a und des Resonanzkondensators 22 gegenüber der Darstellung in Figur 2 vertauscht sind. Die Zün- dung erfolgt analog zu der im zweiten Ausführungsbeispiel , wohingegen der Betrieb mit einem näherungsweise sinusförmigen Lampenstrom mit einer Frequenz oberhalb von 1 MHz erfolgt, und dieser Lampenstrom durch den Resonanzkondensator 22 fließt.
In Figur 3 ist die Schaltskizze des dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemä- ßen Vorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung zum Betreiben der mit einer Zündhilfs- elektrode 381 versehenen Fahrzeugscheinwerfer-Hochdruckentladungslampe 38 um- fasst einen Spannungswandler 30, der aus der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs eine hochfrequente Wechselspannung generiert. Die außerhalb des Entladungsgefäßes der Hochdruckentladungslampe angeordnete Zündhilfselektrode 381 der Hoch- druckentladungslampe 38 ist kapazitiv an eine der innerhalb des Entladungsgefäßes angeordneten Gasentladungselektroden der Hochdruckentladungslampe 38 gekoppelt. Die Vorrichtung umfasst einen Spartransformator 31 mit einem Primär- 31a und einem Sekundärwicklungsabschnitt 31b, einen parallel zur Entladungsstrecke der Hochdruckentladungslampe 38 geschalteten Kondensator 32, eine Funkenstrecke 36 und einem Widerstand 37 sowie eine unsymmetrische Spannungsverdopplungsschal- tung, die von den Dioden 331, 332 und den Kondensatoren 351, 352 gebildet wird. Der in Figur 3 gestrichelt dargestellte Widerstand 27 ist optional. Die Dioden 331, 332 sind jeweils für eine Spannung von 25 kV ausgelegt, die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke 36 beträgt 22 kV. Die in Figur 3 abgebildete Vorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel funktioniert vollkommen analog zu der in Figur 2 abgebildeten Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Anstelle der hier beschriebenen einstufigen Kaskadenschaltung ist eine mehrstufige Kaskade, die auch als Cockroft- Walton-Schaltung bezeichnet wird, verwendbar.
In Figur 4 ist die Schaltskizze des vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemä- ßen Vorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung zum Betreiben der mit einer Zündhilfselektrode 481 versehenen Fahrzeugscheinwerfer-Hochdruckentladungslampe 48 umfasst einen Spannungswandler 40, der aus der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs eine hochfrequente Wechselspannung generiert. Die außerhalb des Entladungsgefä- ßes der Hochdruckentladungslampe angeordnete Zündhilfselektrode 481 der Hoch- druckentladungslampe 48 ist kapazitiv an eine der innerhalb des Entladungsgefäßes angeordneten Gasentladungselektroden der Hochdruckentladungslampe 48 gekoppelt. Die Vorrichtung umfasst einen Transformator mit einer parallel zur Entladungsstrecke der Hochdruckentladungslampe 48 geschalteten Primärwicklung 41a und einer Sekundärwicklung 41b, eine Gleichrichterdiode 43, Widerstände 44, 47, einen Kondensator 45 und eine Funkenstrecke 46. Der in Figur 4 gestrichelt dargestellte Widerstand 47 ist optional. Führt man den Transformator mit einer ausreichend ge- ringen Kopplung zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung aus, kann auf den Widerstand 44 verzichtet werden, analog zum Widerstand 24 gemäß der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform.
Während der Zündphase der Hochdruckentladungslampe 48 wird in der Sekundär- wicklung 41b des Transformators eine ausreichend hohe Spannung induziert, um den Kondensator 45 über die Gleichrichterdiode 43 und den Widerstand 44 auf die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke 46 aufzuladen. Erreicht die Spannung am Kondensator 45 die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke 46, so entlädt sich dieser über die Funkenstrecke 46 und die Zündhilfselektrode 481 wird mit Hochspan- nungsimpulsen beaufschlagt, die zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe 48 führen.
Nach Beendigung der Zündphase der Hochdruckentladungslampe 48 wird die Schalt- frequenz des Spannungswandlers 40 mittels seiner Ansteuerungsvorrichtung so gewählt, dass die Hochdruckentladungslampe 48 im Fall einer quecksilberhaltigen Ha- logen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit einer Brennspannung von ca. 85 Volt und im Fall einer quecksilberfreien Halogen-Metalldampf-Hochdruckent- ladungslampe mit einer Brennspannung von ca. 40 Volt betrieben wird. Die Hochdruckentladungslampe 48 wird mit einem Wechselstrom gespeist, dessen Frequenz oberhalb von 100 kHz liegt. Der Kondensator 45 wird nach Beendigung der Zünd- phase nur noch auf eine Spannung aufgeladen, die unterhalb der Durchbruchsspannung der Funkenstrecke 46 liegt.
Bei der in Figur 5 schematisch dargestellten Hochdruckentladungslampe 18, 28, 38, 48 gemäß der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung handelt es sich um eine Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe für einen Kraftfahrzeug- Scheinwerfer.
Diese Hochdruckentladungslampe La besitzt ein Entladungsgefäß 1 aus Quarzglas, in dem eine ionisierbare Füllung gasdicht eingeschlossen ist. Die ionisierbare Füllung enthält Xenon und Metallhalogenidverbindungen, vorzugsweise Jodide der Metalle Natrium, Scandium, Zink und Indium und die ionisierbare Füllung enthält vor- zugsweise kein Quecksilber. Der Xenon-Kaltfülldruck beträgt ca. 10 bar. Die beiden Enden Ia, Ib des Entladungsgefäßes 1 sind jeweils mittels einer Molybdänfolien- Einschmelzung 2a, 2b abgedichtet. Im Innenraum des Entladungsgefäßes 1 befinden sich zwei Elektroden El, E2, zwischen denen sich während des Lampenbetriebes der für die Lichtemission verantwortliche Entladungsbogen ausbildet. Diese Hauptelekt- roden El, E2 sind jeweils über eine der Molybdänfolien-Einschmelzungen 2a, 2b elektrisch leitend mit einer aus dem Entladungsgefäß 1 herausgeführten Stromzuführung 3a, 3b verbunden. Das Entladungsgefäß 1 wird von einem gläsernen Außenkolben 5 umhüllt. Die Zündhilfselektrode ZE, die in den Figuren 1 bis 4 mit den Be- zugszeichen 181, 281, 381, 481 bezeichnet ist, wird hier von einer dünnen metallischen Beschichtung auf der inneren Oberfläche des Außenkolbens 5 gebildet. Alternativ kann diese Beschichtung aber auch auf der Außenseite des Entladungsgefäßes 1 angebracht sein. Die dünne metallische Beschichtung ZE besitzt die Form eines lang gestreckten Streifens, der sich vom sockelnahen Ende des Außenkolbens 5 ungefähr bis auf die Höhe des Entladungsgefäßmittelpunktes erstreckt. Die Lampengefäße 1, 5 sind im aus Kunststoff bestehenden Oberteil 411 eines Lampensockels 4 fixiert. Der quaderförmige Teil des Lampensockels 4 ist von einem zweiteiligen metallischen Gehäuse 41, 42 umgeben, das zur elektromagnetischen Abschirmung der im Innenraum des Lampensockels 4 untergebrachten Zünd- bzw. Betriebsvorrichtung der Hochdruckentladungslampe dient. Der elektrische Anschluss 40 der Hochdruckentladungslampe La dient zur Spannungsversorgung der Hochdruckentladungslampe und der im Lampensockel 4 angeordneten Zünd- bzw. Betriebsvorrichtung, die gemäß einem der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele ausgebildet ist.
In Figur 6 ist schematisch die Schaltskizze des fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung zum Betreiben der mit einer Zündhilfselektrode 581 versehenen Fahrzeugscheinwerfer-Hochdruckentladungslampe 58 umfasst einen Spannungswandler 50, der aus der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs eine hochfrequente Wechselspannung generiert. Die außerhalb des Entladungsgefaßes der Hochdruckentladungslampe angeordnete Zündhilfselektrode 581 der Hochdruckentladungslampe 58 ist kapazitiv an eine der innerhalb des Entladungsgefäßes angeordneten Gasentladungselektroden der Hochdruckentladungslampe 58 gekoppelt. Die Vorrichtung umfasst einen Piezotransformator 59, dessen Eingang vom Spannungswandler 50 gespeist wird und an dessen Ausgang eine aus den Dioden 53a und 53b bestehende Spannungsverdopplerschaltung speist, eine in Reihe zum Spannungswandler 50 und zur Entladungsstrecke der Hochdruckentladungslampe geschaltete Resonanz- bzw. Lampendrossel 51 sowie einen parallel zur Entladungsstrecke der Hochdruckentladungslampe 58 geschalteten Resonanzkondensator 52, einen Widerstände 54, einen Kondensator 55, eine Funkenstrecke 56 und einen optionalen Widerstand 57.
Die Dioden 53a und 53b ist für Spannungen bis 25 kV ausgelegt und sind beispielsweise vom Typ BY724. Der Kondensator 15 besitzt eine Kapazität von 220 pF und ist für eine Spannung von bis zu 15 kV ausgelegt. Der in Figur 6 gestrichelt gezeichnete Widerstand 57 ist optional und kann entfallen. Er besitzt einen Widerstandswert von 100 Megaohm. Die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke beträgt 12 IcV. Die zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe 58 erforderliche Zündspannung ist kleiner als 12 kV.
Zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe 58 wird der Spannungswandler 50 mit einer Schaltfrequenz betrieben, die nahe bei der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Transformators liegt, und dabei an seinen Ausgang eine hohen Spannung erzeugt, die durch die Spannungsverdopplerschaltung an seinem Ausgang gleichgerichtet und nochmals erhöht wird, so dass diese ausreicht, den Kondensator 55 über den Widerstand 54 auf die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke 56 aufzuladen. Erreicht die Spannung am Kondensator 55 die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke 56, so entlädt sich dieser über die Funkenstrecke 56 und die Zündhilfselektrode 581 wird mit Hochspannungsimpulsen beaufschlagt, die zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe 58 führen. Die Bauteile 51 und 52 des Serienresonanzkreises werden dabei so dimensioniert, dass sie nahe der Resonanzfrequenz des Piezotransformators ebenfalls in Resonanz sind und so durch die Anregung des Piezotransformators während der Zündung zwischen den beiden Hauptelektroden der Gasentladungslampe eine ausreichend hohe Span- nung mit einer Amplitude von beispielsweise 1200 Volt entsteht, und damit die Zündung einer Entladung zwischen den beiden Hauptelektroden der Gasentladungslampe durch den Spannungsimpuls an der Zündhilfselektrode 581 ermöglicht.
Nach Beendigung der Zündphase der Hochdruckentladungslampe 58 wird die Schalt- frequenz des Spannungswandlers 50 so gewählt, dass die Hochdruckentladungslampe 58 im Fall einer quecksilberhaltigen Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit einer Brennspannung von ca. 85 Volt und im Fall einer quecksilberfreien Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit einer Brennspannung von ca. 40 Volt betrieben wird. Die Hochdruckentladungslampe 58 wird mit einem Wechsel- ström gespeist, dessen Frequenz oberhalb von 100 kHz liegt. Durch die geänderte Frequenz erzeugt der piezoelektrische Transformator keine so hohe Ausgangsspannung mehr, was letztlich dazu führt, dass der Kondensator 55 nach Beendigung der Zündphase auf eine Spannung aufgeladen wird, die unterhalb der Durchbruchsspan- nung der Funkenstrecke 56 liegt.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Betreiben oder Zünden einer mit einer Zündhilfselektrode (ZE, 181) versehenen Hochdruckentladungslampe (18), wobei die Vorrichtung ein spannungsabhängiges Schaltmittel (16) zum Beaufschlagen der Zündhilfselektrode (ZE, 181) mit der Zündspannung für die Hochdruckentla-
5 dungslampe (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltschwellenspannung des spannungsabhängigen Schaltmittels (16) größer oder gleich der Zündspannung der Hochdruckentladungslampe (18) ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das spannungsabhängige Schaltmittel mindestens eine Funkenstrecke (16) umfasst.
10 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ladungsspeichermittel (15) vorgesehen ist, das auf die Schaltschwellenspannung aufladbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladungsspeichermittel mindestens einen Kondensator (15) umfasst.
/J 5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungswandler (10) vorgesehen ist, der zur Spannungsversorgung des spannungsabhängigen Schaltmittels (16) und zur Versorgung der Hochdruckentladungslampe (18) mit einem Strom wechselnder Polarität dient.
20 6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufladen des Ladungsspeichermittels (15) ein Resonanzkreis (I Ia, 12) oder bzw. und eine Spannungsvervielfachungsschaltung (231 , 232, 251, 252) oder bzw. und einen Piezotransformator (59) vorgesehen ist bzw. sind.
7. Lampensockel (4) für eine mit einer Zündhilfselektrode (ZE, 181) versehenen 25 Hochdruckentladungslampe (18) mit einer Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6.
8. Beleuchtungssystem mit mindestens einer mit einer Zündhilfselektrode versehenen Hochdruckentladungslampe und mindestens einer Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6.
9. Verfahren zum Betreiben einer mit einer Zündhilfselektrode (ZE, 181) verse- henen Hochdruckentladungslampe (18), wobei die Zündhilfselektrode (ZE,
181) mittels eines spannungsabhängigen Schaltmittels (16) mit Spannungsimpulsen zum Zünden einer Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe (ZE, 18) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltschwellenspannung des spannungsabhängigen Schaltmittels (16) größer oder gleich der zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe erforderlichen Zündspannung ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe (18) ein Ladungsspeichermittel (15) auf die Schaltschwellenspannung des spannungsabhängigen Schaltmittels (16) aufgeladen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe eines Spannungswandlers (10) während der Zündphase der Hochdruckentladungslampe (18) eine erste Versorgungsspannung für das spannungsabhängige Schaltmittel (16) und nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe (18) eine zweite Versorgungsspannung für die
Hochdruckentladungslampe (18), zum Erzeugen eines Lampenstroms mit wechselnder Polarität bereitgestellt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (10) als Wechselrichter oder Wechselspannungsumrichter ausgebil- det ist, der zum Erzeugen der ersten und zweiten Versorgungsspannung mit
Schaltfrequenzen aus unterschiedlichen Frequenzbereichen betrieben wird.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladungsspeichermittel (15) nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe (18) auf eine Spannung aufgeladen wird, die kleiner als die Schaltschwellenspannung des spannungs¬ abhängigen Schaltmittels (16) ist.
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