CN102227800B - 集成的气体放电灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种集成的气体放电灯,具有灯底座、气体放电灯燃烧器和点火电子设备,其中集成的气体放电灯包括用于使气体放电灯燃烧器工作的驱动电子设备,并且气体放电灯燃烧器、点火电子设备以及驱动电子设备不可分离地相互连接。

Description

集成的气体放电灯
技术领域
本发明涉及一种集成的气体放电灯,具有气体放电灯燃烧器和点火电子设备。
背景技术
本发明从一种根据独立权利要求的类型的集成的气体放电灯出发,具有气体放电灯燃烧器和点火电子设备。
由WO2002027746A1已知了一种集成的气体放电灯,其具有气体放电灯燃烧器和点火电子设备。曲折形弯曲的印刷电路板处于集成的气体放电灯的灯底座中,该印刷电路板容纳了点火电子设备和变压器。变压器将输入端直流电压转换为用于灯工作的矩形交流电压。集成的气体放电灯的功率调节利用使灯驱动的电子驱动设备实现。然而该集成的气体放电灯的缺点在于,电子设备由于曲折形弯曲的印刷电路板而必须投入大并且昂贵地制造,并且该集成的气体放电灯为了进行工作还需要外部的电子驱动设备。
发明内容
本发明的目的在于,提出一种集成的气体放电灯,其具有气体放电灯燃烧器和点火电子设备,该集成的气体放电灯不再具有上述缺点。
该目的根据本发明利用一种集成的气体放电灯来实现,其具有灯底座、气体放电灯燃烧器和点火电子设备,其特征在于,该集成的气体放电灯包括驱动电子设备,用于使气体放电灯燃烧器工作,并且气体放电灯燃烧器、点火电子设备以及驱动电子设备不可分离地相互连接。因此可以实现一种集成的气体放电灯,其不再具有带有高电压的接口并且因此显著提高了操作安全性。
集成的气体放电灯的点火电子设备和驱动电子设备优选地布置在底座中的不同的平面上。由此灯更紧凑地但也更高地构造。在点火电子设备和驱动电子设备之间优选地安装了可导电的和/或可导热的板。其引起了驱动电子设备和点火电子设备的更好的冷却。如果集成的气体放电灯的点火电子设备和驱动电子设备布置在一个平面中,则因此灯不会这么高,但也在宽度方面紧凑程度更低。
集成的气体放电灯具有基准环,该基准环限定了基准平面,该基准平面可以和光学系统连接,并且基准环能够实现气体放电电弧或气体放电灯电极相对于基准环的基准平面的限定的空间位置。由此可以实现良好的光学系统。
如果底座由绝缘塑料制成并且由可导电的壳体围绕,或者由绝缘塑料制成并且利用可导电的涂层覆盖,或者由导电塑料制成,则实现了一种改进的电磁兼容性。如果集成的气体放电灯具有底座板,该底座板由可导电的和/或可导热的材料制成,或者由可导热的、配有可导电的涂层的材料制成,则更好地对驱动电子设备进行冷却,并且在四周对集成的气体放电灯进行屏蔽。如果在底座板的面向气体放电灯燃烧器的表面上布置了驱动电子设备,则得出了集成的气体放电灯的一种简化的并且更加价廉的结构。
优选地,底座板在背离气体放电灯燃烧器的表面上具有表面增大的结构,该表面增大的结构在安装位置上有利于自然对流。由此特别良好地对驱动电子设备进行冷却。如果底座板在底座板的外侧面上具有涂层,该涂层引起了提高的热辐射,则可以进一步改进冷却。
集成的气体放电灯的底座和底座板优选地借助于卷边连接、锁定连接、超声波焊接、钎焊连接、或熔焊连接来实现连接。因此确保了可靠的连接。
集成的气体放电灯的灯底座在燃烧器一侧的端部上优选地具有密封件,该密封件防水地密封与集成的气体放电灯连接的光学系统。因此可以制造不封装的、更小和更价廉的探照灯。此外,集成的气体放电灯被明显更良好地冷却。如果密封件同时在基准环上这样施加预应力,即集成的气体放电灯相对于光学系统保持在安装位置上,则因此也确保了更安全的位置,而不需要另一个部件。这附加地降低了费用。
如果驱动电子设备布置在印刷电路板上,该印刷电路板在印刷电路板的边缘上具有环绕的可导电的圆环,并且底座和底座板分别具有至少一个壁,这些壁这样相互作用,即可导电的圆环至少部分地放置在两个壁上并且印刷电路板被机械固定,以及由此可导电的圆环与底座板和/或与底座电连接,则因此确保了驱动电子设备在壳体上的优越的大面积的接地连接,这种接地连接实现了集成的气体放电灯的突出的电磁兼容性。
集成的气体放电灯优选地应用在机动车中的前探照灯中或工作探照灯中。集成的气体放电灯但也可以应用在手电筒中或可携带的搜索探照灯中。通过灯的简单的操作和简单的供电实现了特别优选的应用领域,其中灯可以将气体放电灯技术的优点和白炽灯的简单的工作方式的优点相结合。集成的气体放电灯优选地从蓄电池-或燃料电池系统中供给能量。
集成的气体放电灯在固定的工作中,在点火-和起动阶段之后,优选地这样工作,即为气体放电灯燃烧器输送在7W和50W之间的电功率,特别是在18W和45W之间的功率。因此确保了气体放电灯燃烧器的优化的起动,而不使得供电负载过高。所给出的在7W和50W之间的功率范围此外一方面能够实现在气体放电灯中的高效的光产生,这是因为其随着电功率的增加而升高,另一方面然而还利用合理的投入实现在集成的气体放电灯中的驱动电子设备的冷却,这是因为随着增加的电功率,其以预期的紧凑的形式不断变大。
如果集成的气体放电灯的容积的大小在44cm3和280cm3之间,特别是在65cm3和120cm3之间,则集成的气体放电灯具有容积与功率之间的优化的比例,其中驱动电子设备不会过热并且灯不会过大。特别优选地,集成的气体放电灯具有直径与高度之间的比例,该比例在0.8和10之间的范围中,特别是在2和7之间的范围中。因此也确保了由使用者感觉到的紧凑性,并且表面与容积之间的平衡的比例有助于灯实现良好的电效率和平衡的温度管理。集成的气体放电灯优选地具有一个质量,该质量在36g和510g之间的范围中,特别是在52g和178g之间的范围中。因此灯也良好地适合于机动车-探照灯。
根据本发明的集成的气体放电灯的其它的有利的改进方案和设计方案由其它从属权利要求和下面的说明中给出。
附图说明
本发明的其它的优点、特征和细节根据下面对实施例的说明以及根据附图给出,其中相同或功能相同的元件具有相同的参考标号。图中示出:
图1示出了在第一个实施方式中的根据本发明的集成的气体放电灯的截面图,
图2示出了在第一个实施方式中的集成的气体放电灯的机械部件的分解图,
图3示出了在第二个实施方式中的根据本发明的集成的气体放电灯的截面图,
图4示出了在第二个实施方式中的根据本发明的集成的气体放电灯的透视图,
图5示出了探照灯/气体放电灯的接口的视图,
图6示出了电接触的详细视图,
图7示出了机械接触的详细视图,
图8示出了集成的气体放电灯的第三个实施方式的截面图,
图9示出了在第四个实施方式中的根据本发明的集成的气体放电灯的透视图,
图10示出了集成的气体放电灯的点火变压器的透视图,
图11示出了点火变压器的上方部件的透视图,
图12示出了点火变压器的下方部件的透视图,
图13示出了具有可见的次级绕组的点火变压器的下方部件的透视图,
图14示出了在第二个圆形的实施方式中的点火变压器的分解图,
图15示出了在第二个圆形的实施方式中的点火变压器的截面图,
图16示出了在第三个圆形的实施方式中的点火变压器的分解图,具有双线圈的初级绕组,
图17示出了在第三个圆形的实施方式中的点火变压器的截面图,具有双线圈的初级绕组,
图18a示出了根据现有技术的不对称的脉冲点火的示意性电路图,
图18b示出了根据现有技术的对称的脉冲点火器的示意性电路图,
图19示出了不对称的脉冲点火器的示意性电路图,
图20示出了集成的气体放电灯的扩展电路的示意性电路图,
图21示出了具有底座结构的集成的气体放电灯的气体放电灯燃烧器的截面图,
图22示出了气体放电灯燃烧器在其燃烧持续时间期间的工作频率的图表,
图23示出了在第一个实施方式中的用于具有矫正的放电电弧的工作状态的电路拓扑,
图24示出了在第二个实施方式中的用于具有矫正的放电电弧的工作状态的电路拓扑,
图25示出了在第三个实施方式中的用于具有矫正的放电电弧的工作状态的电路拓扑,
图26示出了用于直流变压器的简化的工作状态的电路拓扑,
图27示出了一个图表,该图表显示了在气体放电灯燃烧器的标准化的额定燃烧功率和累积加权的燃烧持续时间之间的功能上的关联,
图28示出了加权函数γ的图表,
图29示出了函数α的图表,
图30示出了取决于气体放电灯燃烧器的标准化的累积的燃烧持续时间的标准化的额定光通量的图表,
图31示出了在第五个实施方式中的根据本发明的集成的气体放电灯的截面图,
图32示出了用于使集成的气体放电灯工作的方法的第一个实施方式的一个变体的流程图,
图33示出了用于使集成的气体放电灯工作的方法的第一个实施方式的另一个变体的流程图,
图34示出了用于使集成的气体放电灯工作的方法的第二个实施方式的流程图。
具体实施方式
机械集成
图1示出了集成的气体放电灯5的第一个实施方式的截面图。作为集成的气体放电灯5在下面也称为气体放电灯5,气体放电灯在气体放电灯5的灯底座中集成了点火电子设备和驱动电子设备。集成的气体放电灯5也就向外不再具有特殊的灯接口,而是可以直接连接在一般通常使用并且广泛普及的供电电网上。在一个作为汽车探照灯的设计方案中,集成的气体放电灯5的接口因此是汽车电路的常见的12V电源。在另一个作为汽车车灯的设计方案中,集成的气体放电灯5的接口也可以是现代的汽车-电路的未来的42V-电源。但集成的气体放电灯5也可以设计用于,连接到电动汽车的高压电路上,该电动汽车的蓄电池电压从例如48V,96V,120V直至例如360V。此外,集成的气体放电灯可以设计用于,在具有电池缓冲的低压电路的应急电源上工作。这种灯同样可以用在低压-独立电网中,如其例如应用在山间小屋上那样。在传统的低压系统中迄今为止使用了低压-卤素灯,也可以考虑应用这种低压系统。在便携式装置如手电筒中这样的灯是有利的,这是因为不需要在灯和工作设备之间的电线连接。由于取消了电线,因此去除了附加的成本、电线投入以及不必要的故障来源。集成的气体放电灯5在下面也就意味着这样的气体放电灯,其在灯自身中集成了所有的对于工作所必需的电子设备,因此其可以直接连接在传统的电源上。
灯燃烧器50由金属夹52夹持住,该金属夹安装在4个夹持片53上。夹持片53浇注或喷射注塑到灯底座70中。灯底座70优选地由塑料制成,并且通过浇注方法或通过注塑方法制造。为了改进电屏蔽效果,灯底座70的塑料可以是可导电的或喷镀金属。特别有利的是,在外侧上对灯底座喷镀金属,随后是在背离于点火-和驱动电子设备910,920的侧面上喷镀金属。除了喷镀金属之外也可以对金属导体或金属编织物进行压力注塑包封,从而产生在灯底座70的壁中的导电外皮。如果不应用可传导的或喷镀金属的塑料,则因此塑料底座利用由可传导的材料、例如金属制成的可导电的壳体72所围绕。金属例如可以是防腐蚀的铁片或有色金属,如铝、镁或黄铜。在可导电的壳体72的燃烧器一侧的终端上设有密封环71,通常也称为O形环,其实现了朝向于反射器的密封。通过这种措施可以构造密封的探照灯系统,而不必将灯完全装入到密封的探照灯中。由于灯位于探照灯的外部,因此对位于底座中的点火-和驱动电子设备910,920的冷却明显比利用传统的结构进行的冷却更加良好和简单,在该传统的结构中气体放电灯5装入到密封的探照灯中,其中仅可以进行微弱地形成的冷却的对流。在所述的密封的探照灯内部的近似于不流动的空气带来了所谓的过热,过热导致了驱动电子设备的比在所提出的实施方式中明显更高的温度,在所提出的实施方式中,灯在背离于光出射面的侧面上位于外部、例如发动机舱中。
底座70在背离于灯燃烧器50的侧面上由底座板74封闭。底座板74优选地由导热良好,如导电良好的材料、例如铝或镁制成。为了实现和底座70的机械连接以及和可导电壳体72的电连接,其在背离于灯燃烧器50的侧面上具有多个接片722,这些接片在组装集成的气体放电灯5时被压弯到底座板74上,并且因此建立了所需要的连接。此外通过这种连接技术将灯燃烧器50、点火电子设备910和驱动电子设备920相互之间不可分开地连接组成集成的气体放电灯5。这对于机动车-制造厂商的有利之处在于,即与传统的由工作设备和气体放电灯组成的系统相反,集成的气体放电灯5从后勤方面并且在安装时仅仅还只是一个部分,更低的复杂性导致费用减少并且排除了在具有相同功能但不同设计方案、例如工作设备的不同产品变体的组件之间的混淆危险。对于终端用户、例如机动车所有人来说由此得到的优点是,即降低的复杂性相对于现有技术明显简化并加速了对损坏的集成的气体放电灯的更换,并且使得寻找故障变得更加容易以及为了更换灯所需要的知识和能力也更少。取消在组件之间的电线以及插接式连接器还减少了费用,提高了可靠性并且降低了重量。
底座板优选地由铝压铸件或由镁压铸件制成。这如同机械的以及电的高质量的变体那样也是同样对成本有利的。在至少表面可导电的灯底座70或可导电的壳体72以及同样也可导电的底座板74之间的可良好导电的连接特别对于良好的电磁屏蔽来说是必需的。这种屏蔽减少了相邻的电的或电子的组件的干扰。此外屏蔽确保了,即组件对于点火-和驱动电子设备910,920的功能不具有负面影响。在底座板74和底座70之间布置有密封环73,该密封环确保了在底座70和底座板74之间的防水的和气密封的连接。在一个可替换的实施方式中,底座70以及底座板74这样设计,即两个部分可以彼此插入并且在锁定位置上同时在可导电壳体72和底座板74之间存在一个或多个接触点,以便产生对于电屏蔽的良好的连接。在此也又在底座和底座板之间布置有密封环,密封环确保了底座在背离于气体放电灯燃烧器50的侧面上的密封性。在底座70的内部设有两个平面,这两个平面容纳了点火-和驱动电子设备。第一个较小的平面最接近灯燃烧器50,该平面容纳了具有点火变压器80的点火电子设备910。在后面对于点火变压器80的结构还要加以探讨。第二个较大的平面容纳了对于放电灯燃烧器50的工作所必需的驱动电子设备920。点火-和驱动电子设备可以安放在任何形式的印刷电路板(也称为电路板)上。可以使用的是传统的印刷电路板、金属芯印刷电路板、LTCC-技术的印刷电路板、氧化的或涂层的带有厚膜技术的印刷电路的金属板、MID中的塑料印刷电路板、或MID热压技术或适合的另外的可能的用于制造耐高温的印刷电路板的技术。构成点火-和驱动电子设备的电子组件和元件可以分别位于两个印刷电路板的顶部和底部上以及内部。在图1中出于简明性的原因,除了变压器80之外未示出印刷电路板上的另外的电子组件或元件。如果用于点火电子设备910的印刷电路板和用于驱动电子设备920的印刷电路板由同一种材料制成,则它们可以有利地为了同一种应用制造。可以在电路板之间装配桥,该桥在分开和插入到灯底座70中时用作为电路板之间的电连接。例如单线、扁平带电线或刚性-柔性的印刷电路板都可用作为桥。两个印刷电路板的电连接这样设计,即它们无损地经受住由于热膨胀、特别是由于热的周期性负荷而引起的在点火-和驱动电子设备的两个印刷电路板之间的间距变化。为此例如在壳体内部设有具有足够长度和相应的布置的电线。可替换地例如可以应用一个或多个插针板和插槽板,它们这样规定尺寸和布置,即它们允许两个印刷电路板在气体放电灯燃烧器的纵轴线方向上的热膨胀并且尽管如此仍然在任何情况下都确保了电连接。为此例如将插针板的插针垂直于各自的印刷电路板表面布置并且这样规定插槽的插入长度,即与其由于在插槽内部的热膨胀所限制地所需的距离相比,插槽为插针提供更长的距离。
用于点火电子设备910的印刷电路板在面对驱动电子设备的侧面上具有导电的屏蔽面,以便使得由于点火电子设备中的高压所引起的干扰尽可能远离驱动电子设备。在金属的或金属芯电路板中这种表面是原本就存在的,在另外的电路板材料中优选地将铜表面或类似表面安设在这一侧上。如果应用了金属芯电路板,则也可以利用其冷却点火变压器80,该点火变压器由于靠近气体放电灯燃烧器50而经受了特别高的热负荷。在点火电子设备910和驱动电子设备920之间的导电的屏蔽面也可以可替换地通过金属板实现,该金属板插入在两个印刷电路板之间并且以有利的方式导电地和可导电壳体72连接。如果该屏蔽面也应该用于冷却点火变压器80,则其因此有利之处在于,即金属板也例如借助于在可导电壳体72上的导热薄膜或导热膏而具有良好的热连接。
用于驱动电子设备920的印刷电路板夹在底座70和底座板74之间。用于驱动电子设备920的印刷电路板在其周围分别在顶部和底部上具有环绕的地线轨道、所谓的接地环,其基于通孔敷镀而导电地相互连接。这种通孔敷镀通常称为Vias(通孔),并且是电接触,其延伸经过印刷电路板。该接地环通过夹在底座70和底座板74之间而形成了到底座板74的电接触,由此通过压弯的接片722确保了驱动电子设备920到可导电的壳体72的接地连接。
图2示出了在第一个实施方式中的集成的气体放电灯5的机械部件的分解图。在此,底座是正方形的,原则上其但也可以具有许多其它的适合的形状。特别有利的另外的实施方式可能是圆形的、六角形的、八角形的或矩形的。为了确定实施方式的外轮廓,可以考虑垂直于气体放电灯燃烧器50的纵轴线的截面,该截面穿过包含电子设备的壳体部件,并且考虑所得出的外轮廓,其中可以忽略在壳体边棱上的圆形。在图1和2中示出的第一个实施方式的情况下,取决于所选出的截面是否更接近点火电子设备910或更接近驱动电子设备920,而得出两个正方形。第一个实施方式因此涉及了一个正方形的实施方式。第一个得出的接近点火电子设备910的外轮廓小于第二个外轮廓,这基本上由此来限定,即点火电子设备920的印刷电路板的尺寸小于驱动电子设备910的印刷电路板的尺寸。然而这不必强制性地是这种情况,并且这样一个实施方式是可能的,即该实施方式在两个具有相同的大小的外轮廓中并且因此仅仅存在一个唯一的外轮廓。在不同的区域中的外轮廓的两个几何尺寸也不必是相同的。特别地,在点火电子设备的区域中的小的、圆形的以及在驱动电子设备中的较大的、六角形的外轮廓显示为一个特别有利的实施方式。
用于驱动电子设备920的电路板在此如上述地夹在底座70和底座板74之间。密封环73如用于驱动电子设备920的印刷电路板那样处于底座70和底座板74之间,并且布置在用于驱动电子设备920的印刷电路板的外部。
图3示出了集成的气体放电灯5的第二个实施方式的截面图。第二个实施方式类似于第一个实施方式,因此仅仅描述了与第一个实施方式的不同之处。在第二个实施方式中,点火电子设备910和驱动电子设备920在一个共同的平面中布置在一个印刷电路板上作为总驱动电子设备930。通过该措施,根据本发明的气体放电灯5的底座可以设计为更扁平的,由此应用该气体放电灯5的探照灯同样也显示为深度更小。点火变压器80在此位于气体放电灯燃烧器50下方的中心位置。点火变压器80的中心点优选地处于气体放电灯燃烧器50的纵轴线中。用于接近底座的气体放电灯燃烧器电极的馈电线在此伸入点火变压器的中间部分中。点火变压器不安装在印刷电路板上,而是利用其远离气体放电灯燃烧器的端部处于如同印刷电路板的背离气体放电灯燃烧器的侧面的大约相同的高度上。总驱动电子设备930的印刷电路板为此在这个位置上开槽,因此点火变压器80插入总驱动电子设备930的印刷电路板中。为了改进电磁兼容性,壳体例如可以通过由铝片或Mu金属制成的接片而配有壁和小室并且由此实现相对于外界环境以及抵抗外界环境的不同的开关部件的电的、磁性的和电磁的屏蔽。屏蔽也可以通过另外的措施来获得,特别是在注塑方法的范畴中可容易地实现在底座板74中以及在灯底座70中的型腔的设计方案。
在集成的气体放电灯5的壳体内部的剩余的空腔,特别是围绕点火变压器80并且在总驱动电子设备930的两侧上,填充有填料。这具有多个优点,因此例如电的飞弧,特别是通过由点火变压器所产生的高压所引起的飞弧被安全地防止,确保了电子设备的良好的散热,以及实现了机械上非常坚固的单元,其特别良好地经受住外界环境影响、如湿度和高加速度。特别为了减少重量然而也可以实现仅仅部分的填充,例如在点火变压器80的区域中。
图8示出了根据本发明的集成的气体放电灯5的第三个实施方式。第三个实施方式类似于第一个实施方式,因此仅仅描述了相对于第一个实施方式的不同之处。在第三个实施方式中,底座板74在其外侧上配有冷却肋片。也可以考虑的是,即灯底座70和可导电的壳体72也分别配有冷却肋片。此外,驱动电子设备920的印刷电路板的功能同样也通过底座板来满足,这是因为其在其内侧上具有不导电的区域,例如由阳极的氧化铝形成的区域,其配有导电结构,例如以厚膜技术的印刷电路,并且其和总驱动电子设备的元件导电地、例如通过钎焊连接。通过这种措施特别良好地冷却了驱动电子设备920,这是因为其直接地安设在冷却体上。冷却肋片优选地这样设计,即在集成的气体放电灯5的安装位置上有利于自然对流。如果集成的气体放电灯5应该可以在不同的安装位置上工作,那么因此也可以相应地设计冷却的表面并且该表面例如由圆形的、六边形的、正方形的或矩形的指形物组成,从而可以在多个空间方向上实现自然对流。点火电子设备910如在第一个实施方式中那样位于放置在上方的印刷电路板上,并且和驱动电子设备920通过合适的措施电连接。这可以通过弹簧触点或插接触点来实现,但也可以通过在底座中延伸的印刷电路或者压印在底座的内侧上的、和点火电子设备910以及驱动电子设备920连接的印刷电路来实现。
图9示出了根据本发明的集成的气体放电灯5的第四个实施方式。第四个实施方式类似于第二个实施方式,因此仅仅描述了与第二个实施方式的不同之处。在第四个实施方式中,底座板74通过在内侧上并且进而如在上述实施例中所述地同样也在单侧上装配的金属芯电路板来实现。然而底座板74不再是如同图4中那样的电路板而是具有升高的侧壁的底座杯。下面因此出于简明性的原因将底座板称为底座杯。底座杯同样也可以由可良好导热的材料制成。特别良好地适合的是金属合金,其可以良好地,例如通过深冲来成型。同样也良好地适合的是可良好导热的塑料,其可以通过注塑来成型。具有基准环702以及基准凸起部703的底座70在该实施方式中基本上由六边形板组成,燃烧器在该六边形板上在基准环内部调整和固定。底座杯容纳了总驱动电子设备930,该总驱动电子设备位于自身的印刷电路板上或底座杯的内底面上。在气体放电灯燃烧器50的馈电线56,57上安装有插接触点,该插接触点在组装底座杯和底座70时啮入底座杯的相应的对应触点中并且提供了可靠的接触。
如果底座杯和底座70由金属制成,则这两个部分可以通过压弯,如在咖啡罐或罐头中那样连接。但也可以如同在图9中所示地那样仅仅将底座杯的多个接片压弯到底座上,以便产生机械和电的良好的连接。为了形成连接但也可以应用已知的钎焊-和熔焊方法。
如果底座杯和底座70由塑料制成,则该连接优选地可以通过超声波焊接实现。这引起了可靠的并且牢固的连接,其在可传导的塑料的情况下也引起了可传导的连接。该连接但也同样可以通过相应的联锁来实现,为此随之在底座杯或底座70上预设相应的锁紧凸出部或凹进处。
下面应该进一步独立于几何结构来定义集成的气体放电灯5的直径(D)和高度(h),以便最能够使得说明更加简单。集成的气体放电灯的高度(h)可理解为基准平面到底座板(74)的背离燃烧器的外侧面的最大间距,下面还要对该基准平面进行详细探讨。直径(D)可理解为在集成的气体放电灯内部的最长的路段,其中该路段在任一个平面内部,其中该平面平行于基准平面延伸。
下面的表格示出了在图9中示出的气体放电灯5的第四个实施方式的不同的设计方案的一些几何尺寸:
在表格中示出的不同的设计方案的从7W至50W的电功率涉及气体放电灯燃烧器的名义电功率。应用了结构类型相同的气体放电灯燃烧器的不同的几何结构和尺寸。
如在图4中可良好看出地,根据第二个和第四个实施方式的集成的气体放电灯5的灯底座具有六边形的形状,其自身带来了多个优点。一方面可以这样良好地握紧集成的气体放电灯5,以便在其规定的地点上使用气体放电灯。另一方面,集成的总驱动电子设备930的印刷电路板的使用可以这样设计,即出现仅仅更少的废料并且因此可以实现良好的成本效率。通过底座的扁平的设计方案可以实现非常短地组装的探照灯,这特别在现代的机动车中具有优点。点对称的六边形的形状在这种应用中具有圆形形状的所有优点,但并不具有其缺点。
如在图3和4中示出地,在灯的底座70的一侧上,触点210,220相对于气体放电灯燃烧器50的纵向轴线径向地从底座中向外伸出。这些触点用于使得集成的气体放电灯5与探照灯电接触。这种触点在制造灯底座70时在塑料-注塑-方法的范畴中进行压力注塑包封。其优点在于,不需要特别的插头系统,但仍然可以确保防水的和气密封的封装,如其已经如上所述地那样。
探照灯接口在集成的气体放电灯5和探照灯3之间的相互作用在图5中示出。在第二个实施方式中的气体放电灯5具有特殊的电接口,通过该接口为气体放电灯供给电能。电接口这样设计,即在将气体放电灯5插入探照灯3中时其不仅机械地和探照灯3连接,而且也同时电连接。类似构造的接口也应用在用于汽车探照灯的现代的卤素白炽灯中并且例如由欧司朗公司以“Snap Lite”的名字销售。如果集成的气体放电灯5因此插入到反射器或探照灯中,则因此在插入过程中所有的对于正常的工作所必需的机械的和电的触点都和其在探照灯3中现有的相应的对应触点相连接。底座70在其通向探照灯3的接口上具有从基准环702中向外伸出的凸起部703,这些凸起部限定了基准平面。在图7中示出了一个详细视图。这三个凸起部在插入集成的气体放电灯5时抵靠在探照灯3的相应的对应件上。电极或气体放电灯燃烧器50的放电电弧在集成的气体放电灯5的制造过程中相对于基准平面调整。由此集成的气体放电灯5的电弧在反射器中在其插入到探照灯中时占据了限定的位置,该位置能够实现精确的光学成像。插入到探照灯中在根据图3&4的第二个实施方式中通过将与基准环在侧面相对的接片704推动穿过探照灯3的反射器33的反射器底部来实现。此后将集成的气体放电灯5相对于反射器33进行旋转,紧接着,安装在接片704的底座一侧的表面上的凸起部703将集成的气体放电灯向内拉动并且在旋转结束时锁紧到反射器底部上的为此预设的基准面中。密封环71在此被压到一起并且这样使得系统保持压力,即凸起部703压向位于反射器底部中的基准面。因此相对于反射器33精确地调整和固定了集成的气体放电灯5和进而是气体放电灯燃烧器50的放电电弧的位置。在所述的探照灯接口的所有三个空间方向上,机械定位的高的重复精度典型地优于0.1mm,这可以实现光学性能突出的探照灯系统。这样的探照灯系统特别可以应用在机动车中,在这之前其在相应的设计方案中的特征在于明确的并且良好限定的明-暗-边界。
为此,适合的探照灯3具有:反射器33形式的光引导装置;用于集成的气体放电灯5的容纳部;和支撑部件35,其中在支撑部件上布置了配有用于集成的气体放电灯5的电触点210,220,230,240的对应触点的连接件。集成的气体放电灯5的电触点210,220,230,240径向相对于气体放电灯燃烧器50的纵向轴线从灯底座70中向外伸出。其用于为总驱动电子设备930供给电能。在探照灯中通过安装过程安装集成的气体放电灯5,该安装过程基本上基于在其后跟随了向右旋转运动的插接运动,在这种安装之后,其触点210,220,230,240布置在连接件35的狭槽351,352中,如在图6中的详细视图所示的那样。该狭槽351,352是指用于对应于集成的气体放电灯5的电触点210,220,230,240的电的对应触点350的狭槽。由此取消了根据现有技术的探照灯中的用于接触集成的气体放电灯5的配有连接电线的插头。特别地,集成的气体放电灯5的电触点在插入到探照灯中时直接和在支撑部件35上的其连接件的对应触点350接触。由此通过自由振动的电线减少了电连接的机械负荷。此外减少了每个探照灯的所需要的连接电线的数量并且进而也减少了在制造期间的混淆危险。此外,该措施也能够实现在制造探照灯时的更高的自动化程度,这是因为必须手动安装的电线变得更少。替代如迄今为止根据现有技术借助于插接在灯底座上并且配有连接电线的插头来为探照灯中的所有光源供给能量的方式,在根据本发明的探照灯中将探照灯的现有的供电触点连接到电路电压上就已经足以为集成的气体放电灯5供给电能。通过探照灯的供电触点为探照灯中的灯供电,这种供电通过探照灯中的固定的布线来实现。由此大大简化了探照灯3或集成的气体放电灯5的布线。
在图1&2中的灯的第一个实施方式示出了机械的调整的另一个变体。在此,凸起部703布置在基准环702的面向气体放电灯燃烧器50的侧面上。在这个变体中,将凸起部703放置在反射器的背面上的相应的对应面上,以便由此限定集成的气体放电灯5相对于反射器33的位置。集成的气体放电灯5在此从后方压到反射器33的基准面上。但是该变体带来的缺点在于,即在起光学作用的反射器内侧和在反射器的背面上的基准面之间的位置必须被非常准确地确定公差,以便实现精确的光学成像。
第二个实施方式的探照灯接口的系统同样也适合于,在现代的总线系统中实现另一种简化的布线。因此集成的气体放电灯5除了两个电触点210,220之外还具有另外的触点230,240,通过该另外的触点实现了和机动车的电路电子设备的通信。连接元件35具有两个带有相应的各2个对应触点的狭槽351,352。在另一个未示出的实施例中仅仅存在三个在灯上的电触点,两个基本上用于输送电灯功率,和一个逻辑-输入端、也称为Remote-Enable-Pin(远程-使能-针脚),由此可以通过机动车的电路电子设备几乎无功率地连接和断开灯。
这种“Snap Lite”-接口的一个优点是排除了换错电接口的可能性,并且除了这个优点之外,其另一个优点是:由于只有当灯处于其在探照灯中的符合规定的位置上时才被供给功率,因此仅仅当集成的气体放电灯5肯定不工作时,气体放电灯燃烧器50的背离底座的馈电线57才可以被接触。这样一种高压放电灯的操作安全性由此大大提高。通过在探照灯3中的集成的气体放电灯5的简单的安装,使得终端用户能够更换这样一种灯。由此,集成的气体放电灯5对于终端用户来说是更加价廉的,这是因为为了更换灯不必寻找车间。
通过将集成的气体放电灯5插入到反射器33中,还实现了灯和探照灯壳体的接地连接。这例如可以通过固定在反射器33上并且和机动车的接地可能性相联系的弹簧板条实现。在将灯插入探照灯中时,弹簧板条接触集成的气体放电灯5的导电的壳体表面并且形成在机动车地线和集成的气体放电灯的内部地线或地线屏蔽物之间的电连接。这种接触例如可以在侧壁上或壳体72的端面上实现。在当前的情况下,接地连接借助于可传导的密封环71实现。如果壳体表面不是或者不完全是可导电的,则弹簧板条在接触面上在集成的气体放电灯的壳体表面上的接触得以实现。该一个接触面或该多个接触面具有通向集成的气体放电灯的内部地线或地线屏蔽物的导电的连接。
图31示出了另一个第五个实施方式,具有到达探照灯的传统的接口。在此,借助于保持夹705将具有基准面702的集成的气体放电灯5压到探照灯容纳部的相应的对应面上。集成的气体放电灯5以传统的方式和探照灯电连接。保持夹705用于,使得集成的气体放电灯5连同其基准面702良好地连接到探照灯中的容纳部上,并且进而在探照灯的光学系统中实现电极的精确的对准。集成的气体放电灯5的气体放电灯燃烧器50的电极504在集成的气体放电灯5的制作过程中相对于基准面702调整。由此,集成的气体放电灯5的电弧在反射器中当气体放电灯插入到探照灯中时占据了一个限定的位置,该位置能够实现精确的光学成像。通过保持夹705的弹簧作用,这种成像也在变得更加困难的条件下如同可能在汽车探照灯中出现的振动那样得到确保。保持夹又在探照灯一侧钩入到凹槽7051中,该凹槽将保持夹固定保持住,但当更换灯时保持夹仍可能会容易地从凹槽中脱出。在底面一侧,保持夹705利用两个凸出部7053啮入底座板74中。但也可以考虑的是,即保持夹705不具有凸出部并且因此放置在底座板的肋片上。利用根据本发明的气体放电灯5的第五个实施方式可以实现简单且价廉的连接到探照灯上,其在探照灯的光学系统中的位置精度方面不会受到限制。
点火变乐器
下面说明集成的气体放电灯5的点火变压器80的结构。图10示出了第一个实施方式中的点火变压器80的透视图,其中点火变压器80具有正方形的扁平的形状。然而也可以考虑另外的实施方式,其中点火变压器80可以具有圆形的、六角形的、八角形的或另一种适合的形状。另外的实施方式在下面进一步说明。形状在此理解为点火变压器的基本上是棱柱形的外部尺寸的底面,其中忽略了在物体边棱上的曲率。在这里示出的特别有利的实施方式中,棱柱具有较小的高度、特别是小于形成底面的几何结构的对角线或直径的1/3的高度。
点火变压器80具有铁氧体磁芯81,该铁氧体磁芯由第一个铁氧体磁芯一半部分811和相同的第二个铁氧体磁芯一半部分812组成。点火变压器80在侧面上具有多个向外指向的接片868,869,这些接片用于机械固定点火变压器80。
图11示出了点火变压器的上部部分的透视图,其中不可看到初级绕组和第二个铁氧体磁芯一半部分812。第一个铁氧体磁芯一半部分811由正方形的侧壁8112构成,半个空心圆筒8110从该侧壁中在中心向内部伸出。正方形的侧壁8112的内侧面具有从外向内延伸的、在面向绕组的侧面上的长形的凹进处81121。通过该凹进处可以将浸渍漆或填料从外向内灌入到点火变压器80中,可以在高压绝缘完成之后将点火变压器80引入到浸渍漆或填料中,以便均匀地润湿点火变压器80的所有线圈。
在两个铁氧体磁芯一半部分811,812之间的外边缘上设有初级绕组86,该初级绕组由冲压折弯件构成,该冲压折弯件由金属板形成。金属板优选地由有色金属,如铜、青铜或黄铜制成。金属板优选地可弹性变形并且弹动。初级绕组86基本上是长形带,该长形带在外部在两个铁氧体磁芯一半部分811和812之间延伸。初级绕组86在第一个变体中利用仅仅一个线圈经过点火变压器80的3个角,而第四个角是打开的。初级绕组86的板带也就是围绕点火变压器的外轮廓的四分之三线圈并且分别在第四个角之前一小段距离处中止。初级绕组86的板带具有上面已经描述的接片866,867,868和869,它们安装在板带的侧面的方向上。第四个接片用于机械固定点火变压器80,为此其例如可以作为扁平的SMD-接片或焊片焊接到点火电子设备910的电路板上。接片但也可以具有另一个90°-弯曲,其中接片随后穿过点火电子设备910的电路板插入,并且在另一侧上咬合连接、旋转或焊接,如在图12中示出地那样。初级绕组86的板带的两个端部利用一个半径以大约180°向外弯曲,从而端部又从第四个角远离指向。在图12中示出了两个大约以90°向外弯曲的端部和标号为8620或8640的半径。在板带的外端部上安装了各一个侧面突出的接片862,864,该接片用于电接触。在图12中示出了两个接片862,864的一个可替换的实施方式。通过借助于两个半径8620或8640的180°的半径的柔性连接,吸收了在初级绕组和电路板之间的连接部中的、可能由于温度波动而产生的张力。接片优选地如同SMD元件那样焊接到点火电子设备910的电路板上。通过之前描述的板带的180°弯曲,焊接部位未加载所述的机械张力,并且焊接部位的击穿危险和疲劳危险大大降低。接片862,864的可替换的实施方式具有接片自身中的另一个270°半径,其进一步降低了在组装状态中的机械张力。
在铁氧体磁芯的空心圆柱形的内部部件的中心处装入了接触体85,该接触体引起了在气体放电灯燃烧器50和次级绕组87的内部端部(未示出)之间的电接触。接触体85由弯曲的板件构成,该弯曲的板件和气体放电灯燃烧器50的接近底座的馈电线56连接。接触体85在其远离燃烧器的端部上具有两个用于接触高压放电灯电极的顶盖面。优选地,接触体85在远离燃烧器的端部的两个相对的侧面上具有两个顶盖面851和852,它们成双坡顶形地相对倾斜,并且在两个顶盖面在其上相接触的端部上这样成形,即高压气体放电灯燃烧器50的馈电线56在中心被夹住。为此,两个顶盖面851和852在两个顶盖面851和852在其上相接触的端部上带有V形的轮廓。但该轮廓同样可以是圆形的或以另一种合适的方式来实现。为了进行安装,馈电线56穿过接触体85插入,调整到预定的剩余量,并随后优选地借助于激光器和接触体85焊接在一起。
图12示出了点火变压器的下方部件的透视图。附图还示出了第二个铁氧体磁芯一半部分812,其和第一个铁氧体磁芯一半部分811相同地形成。第二个铁氧体磁芯一半部分也由正方形的侧壁8122构成,一半的空心圆柱体8120在中心向内部从其中伸出。正方形的侧壁8122的内侧面具有从外向内延伸的长形的凹进处81221。在附图中可看到接触体85的接近燃烧器的侧面,带有该接触体的六边形的打开的形状和穿过延伸的馈电线56。如果将两个一半部分组装在一起,则在内部产生空心圆柱体,接触体装入该空心圆柱体中。铁氧体磁芯81在组装后具有录音带-或胶卷轴的形状,仅仅该外轮廓不是圆形的,而是带有成倒圆的角的正方形。
在第一个角上,点火变压器具有第一个回路铁氧体814。第二个以及第三个角同样也带有第二个回路铁氧体815以及第三个回路铁氧体816。三个回路铁氧体由初级绕组86保持住。为此,初级绕组86的板带在三个角上具有圆柱形的、向内指向的圆形部分861,863和865,回路铁氧体814-816夹入到这些圆形部分中。通过可弹动弹性变形的材料,三个回路铁氧体814-816在生产期间安全地停留在其位置上。回路铁氧体代表点火变压器80的磁通量回路,通过其将磁力线保持在磁性材料中,并且磁力线因此不会引起在点火变压器外部的干扰。这还提高了点火变压器的效率,特别也显著提高了可达到的点火电压的高度。
图13示出了点火变压器80的下方部件的透视图,点火变压器带有可看到的次级绕组87,如其插入点火变压器80的第二个铁氧体磁芯一半部分812中那样。次级绕组87由绝缘的金属带组成,该金属带如同胶卷一样以预定的线圈数量缠绕到胶卷轴形式的铁氧体磁芯上,其中传导高压的端部布置在内部,穿过胶卷轴形式的铁氧体磁芯的中间芯引导并且导电地和接触体85相连接。绝缘件可以全方面地安设在金属带上,但其也可以由绝缘薄膜组成,该薄膜和金属带共同缠绕。绝缘薄膜优选地比金属带更宽,以便确保足够的绝缘距离。金属薄膜这样和绝缘薄膜一起缠绕,即金属薄膜抵靠在绝缘薄膜的中心处。由此在缠绕体中产生了螺旋形的间隙,该间隙在浸渍或浇注后填充浸渍漆或填料并因此产生了次级绕组87的良好的绝缘。
次级绕组87在其内部的传导高压的端部871上和接触体85连接。次级绕组87的外部的传导低压的端部872和初级绕组86连接。连接可以通过钎焊、熔焊或另一种合适的连接方式来形成。在当前的实施方式中以激光焊接的方式来形成连接。为此,对每个端部优选地应用了两个焊点,这些焊点将两个部分安全并且导电地相互连接。次级绕组87的内端部871穿过铁氧体磁芯81的两个空心圆柱体一半部分8110,8120,并且由它们夹住。次级绕组87的外端部872这样和初级绕组86的端部连接,即次级绕组87的缠绕方向反向于初级绕组86的缠绕方向。但根据需要,次级绕组87的外端部也可以和初级绕组86的另外的端部连接,从而使得初级绕组的和次级绕组的缠绕方向相同。
下面应该进一步不取决于点火变压器的几何结构并基于铁氧体磁芯的尺寸来限定安设在集成的气体放电灯5中的点火变压器80的直径和高度,以便能够进行更简单的说明。点火变压器的高度是指在两个侧壁的分别两个远离绕组的外表面之间的间距,这大约相应于一个侧壁的双倍厚度以及绕组宽度的总和。点火变压器80的直径在下面不取决于侧壁的形状是指在两个侧壁中的一个的内部的最长的距离,其中该距离处于任意一个平面内,其中该平面平行于各自的侧壁的外表面延伸。
在一个特别有利的实施方式中,点火变压器的铁氧体磁芯具有8mm的高度和26mm的直径。在此,侧壁具有26mm的直径和2mm的厚度,以及中间芯当高度为6mm时具有11.5mm的直径。次级绕组由一个宽度为5.5mm并且厚度为55μm的Kapton薄膜的42个线圈组成并且涂覆到在纵向方向上对中心的宽度为4mm并且厚度为35μm的铜镀层上。在另一个特别有利的实施方式中,次级绕组由两个分开的、上下重叠放置的薄膜来缠绕,其中应用了厚度为75μm的铜薄膜和厚度为50μm的Kapton薄膜。在两个实施方式中,次级绕组导电地和包括线圈的初级绕组连接,其中初级绕组利用包括800V的火花间隙的脉冲产生单元来控制。
图14示出了在第二个实施方式中的点火变压器80的分解图。由于第二个实施方式类似于点火变压器80的第一个实施方式,因此在下面仅仅描述了相对于第一个实施方式的不同之处。在第二个实施方式中的点火变压器80具有圆形的形状,与胶卷轴的情况相类似。通过圆形的形状取消了回路铁氧体814-816,并且初级绕组86具有更简单的形状。在侧面突出的、用于变压器的机械固定的接片在此设计为SMD-接片,其具有270°-弯曲,以便对焊接部位进行保护从而防止过大的机械张力的损害。两个用于电接触的接片862,864以相同的方式设计并且径向地布置在点火变压器80的圆周上。第二个实施方式的铁氧体磁芯82设计为由三个部分组成,其具有空心圆柱形的中间芯821,该中间芯在其两个端部上由圆形板822封闭。圆形板822在中心位于空心圆柱体821上,因此获得了上述的胶卷轴形状。空心圆柱体具有狭槽823(在图中不可看到),以便可以使得次级绕组87的内端部引导穿入空心圆柱体的内部中。
图15示出了点火变压器80的第二个实施方式的截面图。在此可以良好地理解铁氧体磁芯81的结构。在该视图中也可识别出狭槽823,次级绕组87的内端部穿过该狭槽引导。
图16示出了在第三个圆形的实施方式中的点火变压器的分解图,点火变压器具有双线圈的初级绕组。由于第三个实施方式非常类似于点火变压器80的第二个实施方式,因此在下面仅仅描述了相对于第二个实施方式的不同之处。在第三个实施方式中,点火变压器80具有带有两个线圈的初级绕组。初级绕组86的金属带也就几乎两次围绕点火变压器。在两个端部上又安装了用于点火变压器80的电接触的接片,这些接片设计为SMD-变体。用于点火变压器80的机械固定的接片在这个实施方式中不存在,点火变压器80也就必须在其它方面机械固定。其例如可以通过夹紧点火变压器80来实现,如其在图3中示出地那样。点火变压器80在此夹紧在底座70和底座板74之间。底座板74为此具有底座板圆拱部741,和在装入状态中将点火变压器80夹紧的、在底座板上的升高部。这种结构形式的优点在于点火变压器80的良好的散热。点火变压器可能在工作时变得非常热,这是因为其非常接近集成的气体放电灯5的气体放电灯燃烧器50。通过可良好地导热的底座板74可以将从气体放电灯燃烧器50引入到点火变压器80中的一部分热量再次排出并且有效地冷却了点火变压器80。
图17示出了在第三个圆形的实施方式中的点火变压器80的截面图,点火变压器具有双线圈的初级绕组。该截面图又非常良好地示出了铁氧体磁芯82的芯构造。铁氧体磁芯82如在第二个实施方式中那样由三部分组成,也就是由一个中间芯824和两个板825,826组成。中间芯824同样也是空心圆柱形的并在一个端部上具有凸肩827,该凸肩啮入第一个板825的圆形的缺口中并且该第一个板固定在中间芯824上。第二个板826同样也具有圆形的缺口,该缺口的内半径相应于中间芯824的外半径。该板在安装了次级-和初级绕组之后插在中间芯上并且由此固定。板这样插上,直到其抵靠到次级绕组上为止,以便实现点火变压器80中的尽可能最佳的磁通量。
不对称点火脉冲
下面说明了集成的气体放电灯5的点火器的工作方式。
图18a示出了根据现有技术的不对称的脉冲点火器的示意性电路图。在不对称的点火器中,点火变压器TIP接入到在这里显示为等效电路图的气体放电灯燃烧器50的引线之一中。这导致了点火脉冲,点火脉冲由大多情况下和气体放电灯燃烧器的另外的引线相连接的接地基准电位仅仅在一个“方向”上产生一个电压;也就或者产生了相对于接地基准电位是正的电压脉冲或者相对于接地基准电位是负的电压脉冲。不对称脉冲点火器的工作原理此外是已知的并且不应在此进一步说明。不对称电压良好的适合于在单侧插上的灯,这是因为点火电压仅仅施加在两个气体放电灯燃烧器电极之一上。为此规律性地选择了接近底座的电极,这是因为其不可接触并且因此在不适当的使用中不产生对于人员的危险电位。在通常打开引导的回路导线中未施加对于人员是危险的电压,因此利用不对称点火器进行工作的灯确保了一定程度的安全性。然而不对称点火器具有的缺点在于,将全部点火电压施加在气体放电灯电极上。因此提高了由于电晕放电而引起的损耗以及另外的受高压限制的效果。这意味着,即仅仅一部分所产生的点火电压实际上施加在气体放电灯燃烧器50上。因此必须产生比所需要的更高的点火电压,这是投入大且昂贵的。
图18b示出了根据现有技术的对称的脉冲点火器的示意性电路图。对称的脉冲点火器具有点火变压器TIP,该点火变压器具有两个次级绕组,这些次级绕组和初级绕组共同磁性地耦合。两个次级绕组这样导向,即两个次级绕组所产生的电压在灯上相加。因此电压大约一半对一半地分配到两个气体放电灯电极上。
如上面已经描述地,因此降低了由于电晕放电而引起的损耗以及另外的寄生效果。在对称的脉冲点火中的对于通常更高的点火电压的起因在进一步观察寄生电容时才是可以看出的。对此,在图18b中可看到气体放电灯燃烧器50的灯等效电路图。一大部分(如果不是甚至最大部分的话)的寄生的灯电容CLa并不由于灯自身,而是由于在灯和点火单元之间的连接而引起,例如由于灯电线而引起。其然而并不仅仅具有从导体到导体的寄生电容,而是也具有在导体和外界环境之间的寄生电容。如果简单地从对集中的蓄能器的描述出发,则可以将两个导体或两个气体放电灯电极之间的寄生电容概括为CLa,2,如在图18b中示出地那样。分别存在于导体和外界环境之间的寄生电容通过CLa,1或CLa,3调制。下面将外界环境的、例如壳体的电位视为空间上恒定的并且通过接地符号表示,即使当其并不必须和根据低压网络的PE或PEN相一致时也是这样。此外应该从对称的结构和进而从CLa,1=CLa,3出发。寄生的灯电容根据扩展的等效电路图得出为CLa,2+1/2CLa,1
在不对称脉冲点火和对称脉冲点火之间的区别当考虑到转换器以及点火单元也相对于外界环境具有寄生电容时是明显的。这部分地被故意地提高(例如网络滤波器)并且通常明显大于灯相对于外界环境的上面所观察的寄生电容,并且因此可以简化地对于点火的观察来说从位于外界环境电位上的电子设备出发。在忽略电压UW的情况下,因此在不对称点火CLa,1和CLa,2的情况下加载到点火电压,反之在对称的点火CLa,2的情况下加载到点火电压和在CLa,1以及CLa,3的情况下分别加载到一半点火电压。在假设为对称结构的情况下、亦即当CLa,1=CLa,3时,因此对于寄生电容的加载来说在对称脉冲点火的情况下所需要的能量少于对于不对称的变体所需要的能量。在极端情况下、亦即当CLa,1=CLa,3>>CLa,2时,根据图18a的点火单元和根据图18b相比几乎提供了双倍的能量。
对称点火的另一个优点在于相对于外界环境的更少的所需要的绝缘强度,这是因为出现的电压UIsol,1和UIsol,2与在不对称点火的情况下的电压UIsol相比仅仅具有一半的值。这同时显示了对称脉冲点火的缺点和为何其通常不能被使用的原因:在对称点火的情况下,两个灯接口传导高压,这通常出于安全原因是不被允许的,这是因为在许多灯-或底座结构中两个灯接口中的一个、通常是也称为“灯回路导线”的远离灯的那个灯接口可以被接触。
这显示出,即对称点火方法最佳地适合于在两侧插接的气体放电灯,该气体放电灯已经在机械结构方面设计为对称的。在单侧插接的气体放电灯中如前面描述地存在点火电压的问题,这种点火电压施加在打开的、可由使用者触及的远离底座的气体放电灯电极上。另一个问题是施加在远离底座的气体放电灯电极上的、在反射器的电位方面的电压。在其中安装了气体放电灯的反射器通常被接地。因此在点火瞬间高电压施加在远离底座的电极的回路导线和反射器之间。这可以导致反射器上的飞弧,这些飞弧又导致了功能故障。出于这个原因,对称点火对于在单侧插接的气体放电灯来说是不适合的。
此外可以看出,即绝缘投入非线性地随着需要绝缘的电压而升高。由于在绝缘材料中的非线性的效果的限制而必须典型地在电压翻倍时使两个导体之间的距离更多地翻倍,从而不出现飞弧/击穿。
除了上面所观察地、外界环境或有关的绝缘材料的纯粹电容式的性能之外,还可以从一个特定的电压或得出的在绝缘材料中的以及在其边界表面上的场强起,不再忽略例如由于电晕放电、部分放电等等所引起的绝缘材料中的有效功率转换。在上述的等效电路图中,需要并联于电容添加附加的非线性的电阻。在这个方面,对称的脉冲点火也优于不对称的脉冲点火。
最后观察到,即从绝缘材料的一个特定的电压负载起该绝缘材料显著更快地老化并且因此在略微降低电压的情况下已经可以预期到明显提高的使用寿命。
将两种点火方法的优点统一起来的一种良好的折衷方案是不对称脉冲点火,如其在图19中在示意性视图中可看到地那样。其具有如同对称点火一样的类似的结构,然而两个次级绕组具有不同大小的线圈数。对称的点火方法的缺点特别在于,即不能排除使用者在点火期间无意地接触回路导线和进而接触传导高压的金属部件。在具有根据图5的上述的探照灯接口的集成的气体放电灯5中,这一点可以被排除,这是因为电子设备的供电只有当插入到探照灯中时才能实现。因此不可能当其传导电压时在功能正常的探照灯中接触到远离底座的电极的回路导线。如上面所述地,对称点火在此也是不可能的,这是因为必须担心通常在接地的反射器上的飞弧。因此提出了一种不对称的点火,这种不对称的点火例如将3/4的点火电压发出到接近底座的电极上,并且例如将1/4的点火电压发出到远离底座的电极上。在气体放电灯燃烧器50的电极、亦即接近底座的第一灯电极和远离底座的第二灯电极之间的准确的电压比在此取决于许多因素、灯的大小和底座结构。在接近底座的第一灯电极和远离底座的第二灯电极之间的电压比可以达到从22∶1至5∶4。通过点火变压器TIP的回路导线-次级绕组IPSR优选地产生了2..8kV的电压,并且通过点火变压器TIP的输送导体(Hinleiter)-次级绕组IPSH优选地产生23..17kV的电压。因此得出了在两个次级绕组之间的不等于1的优选的线圈匝数比,亦即nIPSR∶nIPSH=2∶23...8∶17。这也可以表示为等式nIPSR=0.04..0.8nIPSH。因此这种结构虽然类似于对称点火器,然而次级绕组并不均匀地分布。
点火变压器TIP的初级线圈nP的数量在此优选地在1和4之间,两个次级绕组IPSH和IPSR的线圈数量的总和优选地在40和380之间。
图19中的脉冲点火单元Z由现有技术也是已知的并且在此因此不再详细说明。其在此由至少一个电容器组成,该电容器通过开关元件连接到点火变压器的初级绕组上。优选地应用了具有在350V和1300V之间的额定-触发电压的开关元件。其可以是放电间隙或具有相应的控制电路的晶闸管。在当前的第一个实施方式中,点火变压器TIP具有的线圈匝数比nIPP∶nIPSR∶nIPSH为1∶50∶150个线圈,其利用点火单元Z基于400V的火花间隙、也就是说利用具有名义的400V触发电压的火花间隙工作。点火变压器TIP在气体放电灯燃烧器50的远离底座的电极上将+5kv的峰值电压向地面输送并且在气体放电灯燃烧器50的接近底座的电极上将-15kv的峰值电压向地面输送。
在另一个第二个实施方式中,点火变压器设计具有3∶50∶100个线圈的线圈匝数比,并且利用点火单元Z基于800V的火花间隙工作。其在气体放电灯燃烧器50的远离底座的电极上将-8kv的峰值电压向地面输送并且在气体放电灯燃烧器50的接近底座的电极上将+16kv的峰值电压向地面输送。
图20示出了集成的气体放电灯5的扩展电路的示意性电路图。在此,一个或两个不饱和扼流圈LNS1和L NS2分别在各一个次级绕组的传导高压的端部和各自的燃烧器接口之间连接,以便防止具有高电压峰值(所谓的短时脉冲波形干扰)的干扰脉冲。在此应用的电感值为从0.5uH至25uH,优选为从1uH至8uH。此外可以直接并联于气体放电灯燃烧器和因此在气体放电灯燃烧器与不饱和扼流圈之间接入高电压强度的电容器CB(所谓的“燃烧器-电容器”)。其通常具有小于22pF的电容并且不需要过于强烈地使点火脉冲衰减。优选地,其具有在3pF和15pF之间的电容。电容器可以在结构上通过例如以板的形式的进行压力注塑包封的灯馈电装置的一个相应的布置和设计方案来实现。电容器具有两个正面影响:一方面其对于灯的EMV-性能是有利的,这是因为由灯产生的高频的干扰直接在产生地点发生短路,另一方面其确保燃烧器的低欧姆的击穿,这特别使得通过工作电路20进行控制变得更加容易。
借助于带有优选地在68pF和22nF之间的电容值的回路-电容器CRS,对于通过点火变压器TIP产生的非常快的脉冲实现了脉冲点火器相对于EVG的闭合,其具有非常低的阻抗。由此,所产生的高压点火脉冲在非常良好的接近距离中完全施加在燃烧器上。回路-电容器CRS和回路导线扼流圈LR共同构成了低通滤波器。该低通滤波器反作用于电磁性的干扰并且保护EVG-输出端防止受到不被允许的高电压的损害。扩展电路同样具有电流补偿的扼流圈LSK,其同样也反作用于电磁性的干扰。也称为钳位二极管的抑制器二极管DTr限定了基于点火过程在工作电路20上产生的电压并且因此保护了工作电路20的输出端。
集成的气体放电灯5的气体放电灯燃烧器50借助于一个金属夹52和四个夹持片53固定在底座70上(例如参见图1)。如在图20中已经表明地,现在将该金属夹52接地,亦即在用于汽车的集成的气体放电灯中例如接入到车身接地上。通过金属夹的接地安全地中断了从金属夹到探照灯的飞弧,这是因为两个部件也在点火期间位于同一个电位上。此外,通过金属夹的接地产生了到达位于气体放电灯燃烧器容器上的点火辅助涂层的特别良好的电容耦合。这些点火辅助涂层经常在高压放电灯燃烧器的情况下进行涂覆,以便降低很高的点火电压。该措施提高了位于气体放电灯燃烧器容器上的点火辅助涂层的点火电压下降的性能。特别有利的在于,即提高了金属夹在气体放电灯燃烧器上(也可能包括其点火辅助涂层)的电容影响。为此,另外的导电部件电镀地或电容地耦合在金属夹上。由此获得了一种“第三电极”,其由多个“相互耦合的单独电极”组成并且在一侧接地。例如该第三电极可以除了金属夹之外还包括在外管壳上的金属涂层54,如其在图21中显示地那样。涂层在此可以涂覆在外管壳的外侧面和/或内侧面上。涂层由可导电的、例如金属的材料制成并且优选地安设在平行于回路导线的条中。由此在视觉上并不出现金属涂层54并且此外获得了到燃烧器容器上的点火辅助涂层的最小距离和进而最大的耦合电容。在外管壳上的涂层可以电容地或电镀地耦合到金属夹上。对于电镀耦合来说特别有利的是,即外涂层和金属夹的电接触通过燃烧器固定在金属夹中来实现,这可以无需附加更多投入地通过根据现有技术的常见的安装技术来实现。涂层优选地在外管壳圆周的1%至20%上延伸。
接地的金属夹在气体放电灯的点火电压上的正面作用通过下面的物理性的关联来实现:由于在接地的金属夹的情况下和在金属夹与两个气体放电灯电极之间的不对称脉冲点火的情况下施加了高电压,因此在两个气体放电灯电极的附近对外管壳中的介电阻挡的放电产生益处。外管壳中的介电阻挡的放电有利于燃烧器容器中的击穿。其通过UV-光获得益处,该光在介电阻挡的放电的情况下产生并且几乎不会通过燃烧器容器吸收,并且在电极上以及在放电室中有利于自由的载流子的产生并且进而降低了点火电压。
金属夹和相对于集成的气体放电灯5的反射器的基准平面可以由一个金属部件组成,该金属部件具有相应的电枢,该电枢通过塑料来进行压力注塑包封并且确保了通向底座70的良好的机械连接。金属夹的接地随后自动地通过将灯插入到反射器或探照灯中来实现。这使得基准平面现在有利地相对于机械磨损更加坚固,这由于集成的气体放电灯5的提高的重量而引起。根据现有技术的设计方案仅仅将塑料-注塑部件预定为基准平面。
在集成的气体放电灯5的一个优选的实施方式中,底座由两个部分组成。第一个部分带有已经调整好的气体放电灯燃烧器50,该气体放电灯燃烧器借助于金属夹52、和夹持片53置入到由塑料制成的底座中,该底座如上述地具有金属加强的基准平面。该第一个部分和第二个部分相连接,该第二个部分包含点火-和驱动电子设备。用于灯以及馈电线的连接部可以通过熔焊、钎焊或通过机械连接部、如插接触点或绝缘位移触点来实现。
图21示出了气体放电灯燃烧器50,在下面对其进行描述。气体放电灯燃烧器50优选地是无汞的气体放电灯燃烧器,然而同样可以应用含有汞的气体放电灯燃烧器。气体放电灯燃烧器50提供了气密封闭的放电容器502,在该放电容器中为了产生气体放电而包含了电极504和可离子化的填料,其中可离子化的填料优选地设计为无汞的填料,其包括氙和金属钠、钪、锌和铟的卤化物,并且锌和铟的卤化物的重量比例在从20至100的范围中,优选为50,以及其中氙气的冷充压力在从1.3百万帕斯卡至1.8百万帕斯卡的范围中。证明了,即由此可以使得光通量的减少量随着气体放电灯燃烧器50的工作持续时间减少并且使得气体放电灯燃烧器50的点火电压的增加量随着其工作持续时间减少。也就是说,气体放电灯燃烧器50与根据现有技术的气体放电灯燃烧器相比具有更好的光通量-保持状态并且基于在工作持续时间上的减少的点火电压升高量而证明具有更长的使用寿命。此外,气体放电灯燃烧器50在其工作持续时间期间仅仅显示出由其发出的光的色迹(Farbort)的很小的偏移。特别地,色迹仅仅在根据ECE标准99所允许的界限之内移动。不仅是氙的相对较高的冷充压力而且锌的卤化物的相对较高的重量比都非常有助于调节气体放电灯燃烧器50的点火电压、亦即在点火阶段结束之后在似稳的工作状态中通过气体放电灯燃烧器50的放电间隙进行调节的电压。铟的卤化物以这样少的重量比为代表,即卤化物虽然有助于调节由气体放电灯燃烧器发出的光的色迹,但是没有对气体放电灯燃烧器50的点火电压的调节提供有效的帮助。铟的卤化物在气体放电灯燃烧器50中、如同钠和钪的卤化物一样主要用于光辐射。
有利地,锌的卤化物的重量比在每1mm3放电容器容积从0.88微克至2.67微克的范围中,和铟的卤化物的重量比在每1mm3放电容器容积从0.026微克至0.089微克的范围中。作为卤化物可以应用碘化物、嗅化物或氯化物。
钠的卤化物的重量比有利地在每1mm3放电容器容积从6.6微克至13.3微克的范围中,和钪的卤化物的重量比在每1mm3放电容器容积从4.4微克至11.1微克的范围中,以便确保,即气体放电灯燃烧器50产生带有大约4000开尔文的色温的白光并且色迹在气体放电灯燃烧器50的使用寿命期间保持在白光的区域中,优选地保持在狭窄的界限中。在更低的重量比的情况下,钠的损失(由于通过放电容器的容器壁的漫射而引起)以及钪的损失(由于和放电容器的石英玻璃的化学反应而引起)不再平衡并且在更高的重量比的情况下改变了色迹和色温。
放电容器的容积有利地小于23mm3,以便尽可能接近点光源的理想状态。对于应用作为一种机动车探照灯中或另一种光学系统中的光源来说,放电容器502的发光部分、也就是说具有包含在其中的电极的放电室具有尽可能小的尺寸。理想地,光源应该是点状的,以便可以将其布置在光学成像系统的燃点中。根据本发明的高压放电灯5与根据现有技术的高压放电灯相比更接近这个理想状态,这是因为其优选地具有带有更小的容积的放电容器502。高压放电灯5的放电容器502的容积因此有利地处于从大于等于10mm3至小于26mm3的范围中。
在气体放电灯燃烧器的电极504之间的间距优选地小于5毫米,以便尽可能接近点光源的理想状态。对于应用作为一种机动车探照灯中的光源来说,电极间距优选为3.5毫米。由此使得气体放电灯燃烧器50最佳地匹配于机动车探照灯中的成像比例。
气体放电灯燃烧器的电极502的厚度或直径有利地在从0.20毫米至0.36毫米的范围中。带有在这个数值范围中的厚度的电极还可以足够安全地置入到放电容器的石英玻璃中并且同时具有充足的载流量,其特别在高压放电灯的所谓的起动阶段期间是重要的,在此期间高压放电灯以3至5倍的其额定功率和其额定电流进行工作。在更薄的电极的情况下可能在当前的具有无汞的填料的实施方式中不再确保充足的载流量并且在更厚的电极504的情况下可能在放电容器中产生形成裂缝的危险,这通过由于放电容器材料的和电极材料的明显不同的热膨胀系数而出现的机械应力引起,该放电容器材料是指石英玻璃,该电极材料是指钨或添加有钍或钍氧化物的钨。
电极分别和置入到放电容器的材料中的钼薄膜506连接,其能够实现气密的电流引导。并且各自的钼薄膜506相对于和其连接的电极的伸入到放电容器502的内室中的端部之间的最小间距有利地为至少4.5mm,以便确保在各自的钼薄膜506和放置在伸入到放电容器502中的电极顶部上的气体放电部分之间的尽可能大的间距。这种由此实现的在钼薄膜506和气体放电部分之间的相对较大的最小间距的优点在于,即钼薄膜506经受由在可离子化的填料的卤素化合物中的卤素所引起的更低的热负载和更低的腐蚀危险。
频率匹配
下面描述了一种用于避免闪烁-或闪光现象的方法,该方法由集成的气体放电灯5的驱动电子设备实施。
在此所考虑的气体放电灯必须利用交流电工作,交流电最初是由驱动电子设备920产生。这种交流电可以是高频的交流电,特别具有处于在气体放电灯中出现的声音谐振之上的频率,其在此所考虑的灯中相应于处于大约1MHz之上的灯电流的频率。然而通常应用了低频的矩形工作方式,对这种工作方式在下面加以探讨。
气体放电灯、特别是高压放电灯在错误的工作方式的情况下原则上倾向于导致在灯电流方向改变、即所谓的换向时电弧的断开,这归因于电极的过低的温度。通常,高压-放电灯利用低频的矩形电流工作,这也称为“不稳的直流电工作”。在此,在灯上施加了基本上成矩形形状的电流,该电流具有从通常的100Hz到几kHz的频率。在每次在基本上由驱动电子设备提供的正的和负的驱动电压之间切换时,灯电流换向,这导致灯电流自身短时间达到零。这种工作方式确保了,即灯的电极尽管在近似于直流电工作状态的情况下仍然均匀地加载。
电弧斑点(Bogenansatz)、亦即电弧在电极上的开始点,在气体放电灯利用交流电工作时通常会产生问题。在利用交流电工作时,在换向期间实现从阴极到阳极和相反地从阳极到阴极。阴极-阳极的过渡在理论上相对是没有问题的,这是因为电极的温度近似地不对其阳极的工作产生影响。在阳极-阴极的过渡中,电极的能够提供足够高电流的能力取决于其温度。如果该温度过低,则电弧在换向期间大多情况下在过零之后从点状的电弧斑点工作方式转换到扩散的电弧斑点工作方式中。这种转换随着光辐射的通常是可见的中断而出现,这可以视为闪光。
合理地,灯也就在点状的电弧斑点工作方式中工作,这是因为电弧斑点在此很小并且进而很热。这导致了,即在此由于在小的开始点上的较高的温度而需要更低的电压以便能够提供充足的电流。
作为换向在下面考察了这个过程,其中更换了气体放电灯燃烧器50的驱动电压的极性,并且其中因此出现了强烈的电流-或电压变化。在灯的基本上对称的工作方式中,电压过零或电流过零处于换向时间的中间。在此需要注意,电压换向通常一直比电流换向更快地进行。
由“The boundary layers of ac-arcs at HID-electrodes:phaseresolved electrical measurements and optical observations”,O.Langenscheidt et al.,J.Phys D 40(2007),第415-431页已知了,即在冷却的电极和扩散的电弧斑点中,电压在换向之后首先升高,这是因为过冷的电极可以仅仅通过较高的电压提供需要的电流。如果用于使气体放电灯工作的装置不能提供这种电压,则出现上述的闪光。
变换的电弧斑点模式的问题主要涉及到气体放电灯,其相对于类似的具有相同额定功率的灯具有相对较大的电极。典型地,当需要“即时光(Sofortlicht)”时,例如在机动车领域中的氙-放电灯,其中基于法律规定必须在4秒后实现80%的光输出,则灯随后过载地工作。这种灯在所谓的也称为起动阶段的“快速起动(Schnellstarts)”期间利用比其额定功率显著更高的功率工作,以便遵守相应的汽车标准或者说规定。因此将电极规定为高的起动功率,但相对于正常的工作状态是过大的。由于电极现在主要通过穿过其流动的灯电流加热,因此特别当气体放电灯老化时出现了闪光的问题,其点火电压在使用寿命结束时提高。由于提高的点火电压,流动的是较小的灯电流,这是因为驱动电子设备在稳定的灯工作状态期间借助于调节作用将灯功率保持为恒定,因此气体放电灯的电极在使用寿命结束时不再被足够地加热。
在集成的气体放电灯中现在存在的一个优点在于,即驱动电子设备不可分离地和气体放电灯燃烧器连接,因此到现在为止的燃烧持续时间、也称为累积的燃烧持续时间tk可以由驱动电子设备以简单的方式测定,该累积的燃烧持续时间通过将气体放电灯燃烧器在其中工作的所有持续时间相加而得出,但并不考虑在此期间的、气体放电灯燃烧器在其中不工作的那些持续时间。这种检测例如可以通过具有非易失存储器的时间测量仪器实现,当气体放电灯燃烧器50工作,并且因此电极之间的电弧燃烧时,则该时间测量仪器始终随后检测了时间。由于闪光的问题尤其是在老化的灯中出现,因此现在提出了一种方法,其中气体放电灯燃烧器利用其工作的那个工作频率这样地匹配于气体放电灯燃烧器的燃烧持续时间,即随着增加的燃烧持续时间也提高了工作频率。这提供了下面的优点:阳极的和阴极的工作阶段的变换随电极峰值的温度调制进行,这种变换在更高的频率中进行地更加快速。随后电极峰值的温度变化在更高的频率的情况下基于其热惯性而更小。令人惊讶地证明为,即在处于灯电极的“临界的最小温度”之上的电极温度的情况下,不再出现闪光。
频率当然不允许任意地提高,这是因为否则可能导致灯中的声音谐振的激励,其可能随着电弧的变形以及同样随着闪光出现。这种效果已经从1kHz的频率起是可能出现的,因此通常为了正常工作、也就是说在点火阶段和起动阶段之后在稳定的工作阶段中选择了400Hz或500Hz的频率。该频率在下面称为最小极限频率。下面将概念“低累积的燃烧持续时间”视为燃烧持续时间,其中气体放电灯5的燃烧器50还未显示出或显示出了很少的老化效果。这是这样的情况,直到累积的燃烧持续时间大约达到气体放电灯5的详细规定的使用寿命的第一个10%处为止。概念“接近详细规定的使用寿命”在下面视为一个使用寿命,其中累积的燃烧持续时间缓慢达到详细规定的使用寿命,例如在详细规定的使用寿命的90%和100%之间。将由制造厂商给出的使用寿命视为详细规定的使用寿命。
图22示出了该方法的第一个实施方式的图表,其中气体放电灯燃烧器的工作频率在其燃烧持续时间上记录。可良好看出的是,即工作频率直到500小时的燃烧持续时间为止恒定地保持在400Hz,随后在500小时至1500小时的燃烧持续时间期间逐渐地以0.5Hz/小时的速度提高到900Hz,并从那时起保持在900Hz。
在500小时至1500小时的范围中的频率升高然而不必连续地进行,而也可以分阶段地进行。因此在图32中示出的该方法的第一个实施方式的第二个变体中,从大约相应于583小时的2097152秒的累积的燃烧持续时间起,始终在大约相应于9.1小时的32768秒的过程之后,频率提高4Hz。频率一直升高,直到达到128个升高为止。随后频率-从400Hz的原始的开始值出发-达到值912Hz。该方法的第一个实施方式的第二个变体特别适合于借助于数字逻辑装置、例如通过微控制器或ASIC中的数字电路来实现,这是因为其仅仅需要离散的时间步骤和频率步骤。
在图33中示出的第一个实施方式的第三个变体中,采用了特别简单的实现方法。在此在大约相应于291小时的1048576秒之后,频率在一个步骤中从400Hz翻倍到800Hz。随后灯一直利用高频率工作。与第一个实施方式的第二个变体相反,仅仅实现了一个唯一的频率步骤。
在图34中示出的第二个实施方式中,上述的方法和用于探测闪光(未示出)的电路布置相结合,以便能够实现频率根据需要匹配于灯燃烧器的需要。用于探测闪光的电路布置在此基于探测电路,该探测电路用于探测灯电压和/或灯电流。可替换地也可以使用在逆变器之前的适合的关联的值来进行探测。电子的驱动设备或镇流器如其通常在机动车中应用地那样并且作为驱动电子设备920可以包括在集成的气体放电灯5中,具有由直流电压转换器和逆变器组成的两级的结构,其通过直流电压中间电路相互耦合,其中直流电压中间电路的时间的电压变化和/或从中间电路流入到逆变器中的电流的时间的电流变化可以考虑作为用于灯的闪光的标准。
用于探测闪光的电路布置现在探测了,即闪光是否在灯中出现。如果是这种情况并且灯的到现在为止的燃烧持续时间大于500小时,则因此开始进行闪光-映射方法。
该方法包括下面的步骤:
-将闪光-最小值-搜索的计数器读数提高一,
-逐步提高从最小极限频率出发的气体放电灯燃烧器的工作频率,
-在选择的工作频率的情况下测量闪光强度。
在此,在选择的工作频率的情况下分别至少存储闪光强度。在需要时存储另外的在工作频率中测量到的参数。闪光强度的测量在此必须在相对较长的时间段上进行,以便使得可能在工作期间出现的统计学上的波动得到均衡。在第二个实施方式中例如设有20-30分钟的测量时间。频率各提高了100Hz,并且随后测量了闪光强度。在第一个阶段中,频率提高直到第一个上极限频率。如果闪光消失或闪光强度降低到允许的阈值之下,则频率不再继续升高,当前的频率也对于非易失存储器中的未来的工作确保安全,从而在下一次重新连接集成的灯时随着最后工作的频率立即起动。
如果闪光可能在尽管提高到第一上限然而仍未被排除或闪光强度并不下降到允许的阈值之下,则因此使得闪光-最小值-搜索的计数器读数提高一并且进一步提高频率,直到第一上极限频率的三倍的值,在这情况下也就是2700Hz,达到了所谓的第二上极限频率。随后适宜地从总共测量的在下极限频率和第二上极限频率之间的范围中选出频率,其中显示了最少量的闪光。属于最少量闪光的闪光强度和大于1的因数相乘并且作为新的允许的阈值存储了所谓的当前的闪光极限。
在下面,对闪光的监测和测量保持激活并且周期性地监测了当前的闪光强度是否处于当前的闪光极限之上。如果是这种情况,则跳到这个频率,其显示了在这种方法的范畴中灯的之前所述的检查中的第二最低的闪光强度。在这种频率的情况下随后使灯工作,其中也进一步使得闪光的监测和测量保持激活。如果当前的闪光强度现在应该在当前的闪光极限之上,则变换到具有第三最低的闪光强度的频率。如果在下面的工作中,当前的闪光强度也在当前的闪光极限之上,则因此重新使得闪光-最小值-搜索的计数器读数提高一并且开始最小值搜索的新的过程,其中在下极限频率和第二上极限频率之间的总体的频率范围被检查。
关于闪光-最小值-搜索已经激活的频繁程度的计数器读数,以及当前的闪光极限都存储在驱动电子设备(920,930)的非易失存储器中。这两个值可通过集成的气体放电灯的通信接口,例如通过LIN-总线读取。在机动车的维护的范畴中,例如在保养服务-区间的过程之后的检查的范畴中,或者由于机动车因为损坏而在车间中,读出了两个值并且和极限值比较,其代表了还可确定公差的值。极限值同样可以存储在集成的气体放电灯中并且通过通信总线读出,然而出于简单性的原因在优选的实施方式中存储在车间的诊断仪器中。如果读出的数值处于所属的极限值之上,则集成的气体放电灯(5)可以相对于新的集成的气体放电灯进行更换。这个过程大大提高了照明系统的可用性,而不会引起很高的费用,这是因为不会不必要的提前更换灯并且在维护期间不存在很长的时间的耗费,这是因为车辆总是连接到诊断仪器上。
将来自于驱动电子设备的非易失存储器的数据和极限值进行比较,该极限值可以取决于同样也从非易失存储器中读出的累积的燃烧持续时间(tk)或累积的加权的燃烧持续时间(tkg)改变,因此例如旧的灯的闪光极限可以高于新的灯,而不必更换灯。极限值取决于灯的燃烧持续时间的相互关系通过灯制造厂商提供给机动车制造厂商,从而该机动车制造厂商可以将例如以表格或数据矩阵形式的数据输入其诊断仪器中。
在第三个实施方式中,类似于第二个实施方式提出了,然而特别为了节省微控制器中的存储位置,在上述的搜索中仅仅存储了迄今为止记录的最小闪光强度的数值和所属的工作频率。也就是说取代实际的映射,仅仅进行在闪光强度方面的最小值搜索。如果应该在第一个搜索过程中直到第一上极限值为止未发生上述的搜索中止,则如在第二个实施方式中那样也直到第二个上极限值为止继续进行搜索。随后可以直接跳跃到存储在最小值存储器中的频率。随后灯在这种频率的情况下工作至少30分钟并且在此期间闪光强度在这个时间段上确定。如果其相对于初始情况提高多于一个允许的因数、例如提高20%,则开始重新搜索最佳可能的工作频率并且这样如上述地进行处理。
通过提高气体放电灯燃烧器在其燃烧持续时间时的工作频率,可以明显降低燃烧器的闪光倾向,而不必采取在电路布置自身处的消耗大的措施。由于集成的气体放电灯5的驱动电子设备包括微控制器,因此所有方法可以在微控制器的软件中实施,并且因此不会引起附加的费用。用于探测第二个实施方式的闪光的电路布置也可以在适合的设计中纯粹以软件方式实施。由于为了探测闪光所必需的测量值出于另外的原因已经存在于微控制器上,因此可以通过该值的合适的评估在软件中设定该探测单元。在硬件中必需的电路部分已经出于另外的原因存在并且因此不会引起附加的费用。
通信接口
如上面已经实施地,集成的气体放电灯5可以具有通信装置或至少一个通信接口,其特别能够实现和机动车的车载电器进行通信。特别有利地在于LIN-总线,但也可以借助于CAN-总线将集成的气体放电灯连接于车载电器。
通过通信接口,灯可以有利地和上一级的控制系统、例如机动车中的光模块进行通信。可以通过通信接口将关于集成的气体放电灯5的多方面的信息传输给上一级的控制系统。该信息存储在灯中的非易失存储器中。在生产集成的气体放电灯5时积累了多方面的信息,其可由生产设备收集并且在接近灯生产结束时在灯的非易失存储器中进行编程。信息但也可以直接地写入集成的气体放电灯5的驱动电子设备的非易失存储器中,因此不一定需要通信接口。
在生产时,例如气体放电灯燃烧器50被精确地测量并且在插到底座70上时相对于底座的基准平面固定在底座上的精确限定的位置上。其确保了由集成的气体放电灯5和探照灯3组成的光学系统的高质量,这是因为在气体放电灯电极504之间燃烧的电弧占据了相对于显示出通向探照灯的接口的基准平面的精确的空间位置。对于生产机器由此例如已知了电极的间距和位置。电极间距可以为驱动电子设备显示重要的值,这是因为气体放电灯燃烧器50的电极间距和点火电压相关联。此外,在灯的非易失存储器中可以存储唯一的序号或可替换地存储生产批号,以便确保可追踪性。通过序号可以通过由制造厂商提供的数据库对安装在集成的气体放电灯5中的带有所有可支配数据的部件进行查询,以便在单独部件的生产故障时能够找到相关的灯。
在集成的气体放电灯5的一个优选的实施方式中可以通过车载电器借助于通信接口查询并且也存入另外的在灯工作设备中测量的并且存储在集成的气体放电灯5的非易失存储器中的参数。例如可能合理的是,将组成探照灯的光学系统的数据存储在集成的气体放电灯5中,这是因为其进而可以这样控制气体放电灯燃烧器50的功率,即均匀地实现了探照灯系统的高的光输出。
下面的通信参数被特别考虑为通信参数:
-气体放电灯燃烧器50的累积的燃烧持续时间,
-出现的闪光-效果的数量、亦即超出允许的极限值的数量,
-闪光-最小值-搜索的起动的数量,
-当前的灯功率,
-逆变器的当前的频率,
-灯功率的额定值(=灯目标额定功率),
-灯功率的实际值,
-电子设备的温度,
-序号或批号,
-所有关灯装置的数量以及在过去的一段时间、例如200小时内的关灯装置的数量,
-不点火的数量。
原则上,常见的、不集成在放电灯的灯底座中的驱动电子设备也可能探测了参数并且通过通信接口提供该参数。然而该参数对于在机动车的维护的范畴中的诊断可能不是必需的,这是因为灯任何时间都可以不取决于驱动电子设备更换并且读出的参数随后不必强制性地说明当前存在的由灯和驱动电子设备组成的系统。集成的气体放电灯的所述系统不具有这样的缺点,在该集成的气体放电灯中气体放电灯燃烧器以及用于气体放电灯燃烧器的驱动电子设备彼此分开地集成在灯中。
通信接口在此优选地是LIN-总线或可替换的是CAN-总线。两个接口协议在汽车领域中广泛推广和使用。如果集成的气体放电灯5不应用在汽车中,则因此集成的气体放电灯5的通信接口也可以具有在一般照明装置中推广的协议、如DALI或EIB/Instabus。
基于这些数据(特别是累积的燃烧持续时间),在机动车中的上一级的控制系统例如可以计算集成的气体放电灯5的预期的更换时间点。在机动车的检查日期中可以随后决定,集成的气体放电灯5是否直到下一个检查日期还正常工作,或者是否必须更换它,这是因为例如必须防止不好的光质量或甚至是灯的失灵。
由于关于集成的气体放电灯的通信接口的数据可以读出,因此维护技术员可以从集成的气体放电灯中读出数据并且根据需要在失灵之前更换灯,如这已经进一步地在前面相关于闪光灯所描述地那样。
如果在驱动电子设备的非易失存储器中不改变地存储了来自于集成的气体放电灯的生产的数据,则灯可以在其使用寿命计算中在任何时候访问这些数据,由此可以明显更准确地计算使用寿命,亦即对集成的气体放电灯能够在多长时间内正常工作的时间段的预测明显更准确。优选地,在驱动电子设备的非易失存储器中存储了数据,由这些数据可以推断出生产时间周期。因此,可能的生产错误或仅仅以后在一个生产批次中所确认的缺陷也仍还能在灯失灵之前在现场进行更换。这对于机动车的使用者来说有很大的用处,因为特别在前部探照灯中使用集成的气体放电灯时涉及了一种特别与安全相关的应用。当在驱动电子设备的非易失存储器中存储数据时,通过该数据明确识别了集成的气体放电灯,可以将在生产时在数据库中存储的数据简单且可靠地分配给灯。当在驱动电子设备的非易失存储器中存储了明确且唯一的序号时,则这特别有效地起作用。这也还包含了由所有制造厂商认可的制造厂商编码,从而相同类型的集成的气体放电灯的不同的制造厂商虽然可以在其各自的生产中分配当前的序号,但仍确保了,即不存在第二个具有相同序号的灯。
在集成的气体放电灯的工作期间,在非易失存储器中优选地存储了一个或多个数字,该数字随着燃烧持续时间和/或随着气体放电灯的点火的数量单调地升高。气体放电灯燃烧器的燃烧持续时间被测定、相加并且作为累积的燃烧持续时间存储在驱动电子设备的非易失存储器中。累积的燃烧持续时间优选地作为数字存储在非易失存储器中。燃烧持续时间但也可以通过工作参数进行加权并且作为数字存储在驱动电子设备的非易失存储器中,其中该数字随后相应于累积的加权的燃烧持续时间。对于不同类型的累积的燃烧持续时间以后在下面还要详细地探讨。因此迄今为止的燃烧持续时间可以可靠地和由制造厂商详细规定的使用寿命取得一致,并且做出关于灯的剩余使用寿命的准确的说明。由制造厂商详细规定的使用寿命可以是另外的同样也从非易失存储器中读出的数据的函数,因此其例如可以取决于起动的数量或者灯的所需要的光通量。关于是否必须更换集成的灯的决定可以出于经济性的原因还由存储在保养服务车间的诊断仪器中的数据实现,该数据是在过去的车间-检查的范畴中测定的,并且因此例如可以在需要做出的决定中包含这种信息,即灯在过去的保养服务区间之内的使用频率。
如果存储在驱动电子设备的非易失存储器中的数量做出了关于灯闪光的说明,特别是闪光-最小值-搜索或当前的闪光极限的数量,则集成的气体放电灯的状态可以被准确测定并且根据需要读出。该值可以在集成的气体放电灯处于其中的机动车的保养服务期间用于评判剩余使用寿命。对于保养服务技术人员同样可以有利的是气体放电灯的点火的数量的存储在驱动电子设备的非易失存储器中的数量,这是因为点火的数量同样对使用寿命产生影响,如同燃烧持续时间一样。在机动车的保养服务时间内也就从驱动电子设备的非易失存储器中读出数据并且取决于数据实现在维护时的不同的流程。维护由此更有效率并且更加良好,提早的失灵会很少发生并且提高了用户满意度。对于集成的气体放电灯是否必须被更换的决定可以除了保养服务技术人员的经验之外还建立在从驱动电子设备的非易失存储器中读出的数据的基础上。对于更换集成的气体放电灯的决定优选地当累积的燃烧持续时间和/或累积的加权的燃烧持续时间和/或气体放电灯燃烧器的点火的数量处于特定的极限值之上时来做出。极限值优选地取决于生产时间段和/或允许实现集成的气体放电灯的明确的识别的数据。因此可以实现可靠的和简单的关于集成的气体放电灯的更换的决定。
流明稳定性
存储在集成的气体放电灯5的非易失存储器中的信息但也可以用于,使得集成的气体放电灯5的光输出在其使用寿命期间保持稳定。光输出在气体放电灯的额定功率下在其使用寿命期间改变。随着增加的燃烧持续时间,灯的效率通过放电容器的黑化和放气,通过电极的回烧和由此限定的放电电弧的改变降低。整个光学系统的效率由此进一步变差,这是因为该系统通常尺寸限定为点光源或对于最短的、从最小电极间距中得出的放电电弧,并且在放电电弧延长时在光学系统中失去更多的光。光学系统自身也在其工作期间失去效率,这是由于透镜浊度或由于基于温度循环的散焦或在汽车探照灯中出现的持续的振动。下面提到灯燃烧持续时间tk,和累积的加权的燃烧持续时间tkg,其中累积的加权的燃烧持续时间tkg利用在下面继续说明的加权函数γ加权。
由于集成的气体放电灯5的驱动电子设备在非易失存储器中存储了气体放电灯燃烧器50的相关的参数,因此其可以使得施加在气体放电灯燃烧器50上的工作功率PLA匹配于其累积的燃烧持续时间。由于老化过程非线性进行,因此在驱动电子设备中在一个简单的实施方式中存储了补偿函数β,如其在图27中示出的那样。在此,灯的累积的加权的燃烧持续时间tkg利用在灯功率PLA与气体放电灯燃烧器50的额定功率PN的商来表明。在低于10小时的燃烧持续时间的下方范围中,功率略微提高。这应该会有助于使得气体放电灯燃烧器50达到要求的情况。在此也涉及了集成的气体放电灯5的气体放电灯燃烧器50的“点燃”。如果灯点燃,则其利用略微降低的功率工作(大约为额定功率的90%),这是因为灯的效率也如同镜头那样还是非常良好的。从大约为100小时的累积的加权的燃烧持续时间tkg起,功率重新缓慢升高,以便在达到3000小时的详细规定的使用寿命结束时实现灯功率PLa,其大约超过详细规定的名义的灯燃烧器额定功率10%。因此气体放电灯燃烧器的光输出在其燃烧持续时间期间基本上是恒定的。存储在驱动电子设备中的函数可以由在生产时存储在非易失存储器中的燃烧器参数、例如电极间距来影响。
在通过上一级的控制系统对集成的气体放电灯5进行控制的先进的系统中可以实现另外的光功能、例如取决于速度的对射出的光量的控制。在这样一个先进的实施方式中这样设计驱动电子设备,即该驱动电子设备可以利用低功率或超负荷功率使气体放电灯燃烧器50工作。但如果气体放电灯燃烧器50不利用额定功率工作,则因此其和在利用额定功率工作的情况下相比不同程度地老化。这必须在计算累积的燃烧持续时间时被考虑到。为此在驱动电子设备中存储了加权函数γ,该加权函数是取决于超负荷功率或低功率的因数。图28示出了加权函数γ,用于为了在机动车的前探照灯中的使用而设计的集成的气体放电灯5。如果气体放电灯燃烧器50利用超负荷功率工作,则其老化地更快,这是因为电极过热并且电极材料蒸发。如果气体放电灯燃烧器50利用明显的低功率工作,则其同样老化地更快,这是因为电极过冷并且随后电极材料发生溅射,因此电极材料由于溅射而剥蚀,这是不期望的,因为其减少了灯的使用寿命以及光效。因此集成的气体放电灯5的驱动电子设备必须将这种老化一并计算到累积的加权的燃烧持续时间tkg中。这例如可以通过下面的公式实现:函数f(τ)仅仅代表燃烧函数,也就是说一旦气体放电灯燃烧器50工作,则f(τ)=1,如果气体放电灯燃烧器50不工作,则f(τ)=0。如果集成的气体放电灯5也就利用超负荷功率或低功率工作,则其更快地老化一个因数,该因数可以达到值10。
在一种可以利用超负荷功率或低功率来使气体放电灯燃烧器50工作的先进的控制系统中,也可以实施和上一级的控制器的先进的通信。这可以如下所述,即上一级的控制器不再需要集成的气体放电灯5的特定的功率,而是需要预定的光量。为了能够实现这一点,在集成的气体放电灯5的驱动电子设备中存储了调光曲线。图29在用于汽车技术的集成的气体放电灯5的实例中示出了这样的调光曲线α。调光曲线显示了由气体放电灯燃烧器50发出的光通量φsoll,或如图29中示出的基于额定光通量φN标准化的光通量与电的燃烧器功率PLa,S,或如图29中所示的基于电的额定燃烧器额定功率PN标准化的电的燃烧器功率之间的对应关系。在图29中,其将气体放电灯燃烧器50的累积的加权的燃烧持续时间tkg标示为100小时。对于气体放电灯燃烧器50的另外的累积的加权的燃烧持续时间tkg得出了另外的曲线。在理想情况下,在集成的气体放电灯5的驱动电子设备中也就存储了三维的特性曲线,该特性曲线考虑了气体放电灯燃烧器50的老化。图29因此仅仅是穿过对于100小时的气体放电灯燃烧器的累积的加权的燃烧持续时间tkg的特性曲线的一部分。用于确定灯功率的特性曲线可以除了光通量和累积的加权的燃烧持续时间之外还包含另外的维度,例如自从灯的上一次点火以来的燃烧持续时间或预测的燃烧器温度,特别是产生了直到在点火之后几分钟的范围中的特别的效果,其通过在灯的所谓的“起动”期间的热暂态来限定,其中还导致了填料的蒸发。调光曲线不必强制性地作为特性曲线存储在集成的气体放电灯5的驱动电子设备中,其也可以作为函数存储,因此其可以由集成在驱动电子设备中的微控制器计算出来。为了能够尽可能简单地计算需要调节的灯功率,作为基础的函数或相应的特性曲线可以近似地通过一个乘积来表示,其中作为因数,除了气体放电灯燃烧器的额定功率PN之外,每个单独因数还描述了上述值之一的影响。因此例如可以通过下面的公式表示对于特定的光量的需要的燃烧器功率PLa因数β在此考虑了气体放电灯燃烧器50的老化。函数β也可以包含光学系统的老化,其中这些数据优选地通过通信接口通知给集成的气体放电灯,因此这些影响同样也可以在集成的气体放电灯的驱动电子设备的计算中被考虑。由控制器预定的光量例如可以取决于机动车的速度,在该机动车中使集成的气体放电灯5工作。在缓慢行驶时,灯例如被调光地工作,反之例如在高速公路上快速行驶时灯略微超过额定功率工作,以便确保更宽的视野和车行道的良好的照明。
在集成的气体放电灯5的另一个实施方式的先进的驱动电子设备中也可以或附加地在工作时考虑到气体放电灯燃烧器50的迄今为止的燃烧持续时间。如果累积的加权的燃烧持续时间tkg接近气体放电灯燃烧器的详细规定的使用寿命结束时间,则驱动电子设备可以利用一个功率使燃烧器工作,该功率可以使燃烧器老化程度最小并且进而有效地相对于传统的工作延长其使用寿命。图30示出了这样一种示例性的燃烧器保护曲线,其中光通量商数在累积的标准化的使用寿命上标示。该使用寿命由灯燃烧持续时间tk除以例如为3000小时的灯的额定使用寿命tN来算出。直到其额定使用寿命的3%为止,气体放电灯燃烧器50利用其1.2倍的额定功率工作,以便对气体放电灯燃烧器50进行温度处理和点燃。随后气体放电灯燃烧器50在很长时间内利用额定功率工作。如果气体放电灯燃烧器50达到其80%的使用寿命,则功率逐渐地降低到额定功率的大约0.8倍。图28中的加权函数在进一步考虑中公开了,即灯在利用其额定功率的大约0.8倍工作时最大程度上受到保护。因此集成的气体放电灯5在其使用寿命接近结束时利用这种功率工作,以便确保尽可能长的剩余使用寿命并且避免可能会恰好在汽车领域中产生很不好的后果的突然的灯失灵。取代灯燃烧持续时间tk可以相反于在图30中的显示而也应用累积的加权的燃烧持续时间tkg
集成的气体放电灯5可以基于上述的数据和计算来计算出其气体放电灯燃烧器的剩余使用寿命并且存储在驱动电子设备220,230的非易失存储器中。如果机动车在车间中处于检查中,则可以为了该检查读出相关的灯数据、特别是存储的剩余使用寿命。基于读出的剩余使用寿命随后可以就此作出决定,即集成的气体放电灯5是否必须被更换。也可以考虑的是,即在集成的气体放电灯5中存储了集成的气体放电灯的序号和/或气体放电灯燃烧器50的序号。根据序号,机械师在车间中可以通过制造厂商数据库进行查询,即灯是否正常或可能由于在制造中的或在其安装的组件中的缺陷而必须更换。
在集成的气体放电灯5的另一个有利的实施方式中,相反于前述的在车间中的实施方式,并不读出预期的剩余使用寿命,而是读出这样的数据,即灯实际上如何工作。该数据随后由诊断仪器基于来自于制造厂商数据中的属于各自的序号的额定数据来评估。因此例如带有给出的序号的灯的额定使用寿命tN存储在制造厂商数据库中。在产品缺陷的情况下其可能相应较小。当另外的关于工作情况的数据也存储在驱动电子设备中时,例如点火的数量,则也可以将该参数和制造厂商数据库进行比较,该制造厂商数据库则例如包含对于各个灯的额定点火的数量。由驱动电子设备中读出的高的点火数量接近额定点火,因此其导致了这样的决定,即尽管例如灯的额定使用寿命还未达到,但灯仍然需要更换。通过应用这样的规则以经济的方式提高了光源的可用性。这个过程特别因此视为经济性的,这是因为灯只有当其即将失灵的概率较大时才被更换。在灯的序号的第一个比特中为灯的制造厂商进行编码,因此确保了,即尽管多个灯制造厂商在一定条件下制造了相对彼此可更换的产品,但序号仍然保持为唯一的。当从制造厂商数据库中查询额定数据、例如额定使用寿命或额定点火时,通过在车间和灯制造厂商之间的通信连接,例如通过因特网连接,相反地将从驱动电子设备中读出的数据通过工作设备传输给灯制造厂商。因此实现了在灯的驱动电子设备和制造厂商数据库之间的双向的数据交换。这一方面能够实现对在现场的产品的跟踪,特别是能够实现产品的使用方法的统计学方面的突出优点,这特别对于产品进一步研发是有很大益处的,但只要例如除了序号之外还将机动车的VIN(车辆识别号)一起传输,则独特的数据突出优点也是可能的。此外呈现了针对伪造品的保护的可能性。这种可能性由此实现,即在出现伪造品时序号同样必须被复制,这最终在将数据传输至制造厂商时导致了数据的表面的不一致,这是因为例如被列入序号中的工作小时不能重新变少,这允许对于伪造品的相应的跟踪判断。
电弧矫正
下面描述了一种用于矫正气体放电灯燃烧器的放电电弧的方法,该方法在集成的气体放电灯5的一个实施方式中实施。对于第一个实施方式来说作为基础使用了驱动电子设备920,其具有根据图23的拓扑。在此,驱动电子设备920具有直流电压变换器9210,该矫正由汽车的蓄电池电压供电。直流电压变换器9210通过中间电路电容器CZW接在逆变器9220之前,该逆变器通过灯电路为气体放电灯燃烧器50供给交流电压。灯电路由输出端电容器CA和点火电子设备910组成,具有在灯电路中的点火变压器的初级绕组,以及气体放电灯燃烧器50。借助于这种由现有技术已知的拓扑可以在组件的合适的设计中实现放电电弧的矫正。
被矫正的放电电弧提供了许多优点。第一个明显的优点在于气体放电灯燃烧器50的改进的热量管理,通过燃烧器容器的更均匀的热的壁负载实现。这导致了更好的热的充分利用和进而是燃烧器容器的更长时间的使用寿命。第二个显著的优点在于缩短的电弧,该缩短的电弧具有降低的扩散率。利用这样的“更狭窄的”电弧例如可以更精确地实现探照灯的光学系统并且明显提高探照灯的光效。
由于在集成的气体放电灯5中,点火和-驱动电子设备910,920或总驱动电子设备930(在下面同样也称为驱动电子设备)不可分离地和气体放电灯燃烧器50连接,因此驱动电子设备可以相应于气体放电灯燃烧器50校准以便产生稳定燃烧的直线的电弧。由于基于驱动电子设备920,930和驱动电子设备920,930的气体放电灯燃烧器50之间的不可分离性而也已知了气体放电灯燃烧器50的燃烧持续时间,因此气体放电灯燃烧器50的老化效果可以影响气体放电灯燃烧器50的工作方式。
用于矫正集成的气体放电灯5的电弧的原理性的工作方法在于下面的描述:驱动电子设备920,930在第一次连接时在声音谐振方面测量气体放电灯燃烧器50并且探测适于电弧矫正的频率。这借助于在最小频率和最大频率之间的频率范围的扫描进行。将频率调制为集成的气体放电灯燃烧器的工作频率。在扫描期间测量了气体放电灯燃烧器的阻抗并且分别存储了带有所属频率的最低阻抗。该具有最低阻抗的频率表示了最大可实现的电弧矫正。根据灯类型可以将最小频率一直减低到80kHz的频率,最大频率达到大约300kHz的频率。在典型的用于汽车技术的高压放电灯中,最小频率处于大约110kHz并且最大频率处于大约160kHz。测量对于气体放电灯燃烧器50的制造公差的补偿来说是必需的。在灯的谐振频率方面的典型的老化例如在表格中存储在驱动电子设备920,930的微控制器(未示出)中。表格中的值可以在一定条件下取决于气体放电灯燃烧器的工作方式(循环形式,起动-或调光工作)存储。此外可以在另一个实施方式中,在具有计算出的频率(根据受控制的工作)周围的一个狭窄的范围中的调制频率的被调节的调制工作的情况下,对受控制的工作进行扩展。计算出的频率利用例如为1kHz的调制频率来调制,以便通过激励气体放电灯燃烧器50中的声音谐振防止可能的闪光现象。和根据现有技术的迄今为止的工作仪器相比的优点在于,即频率范围(频率可以在该范围内改变)现在非常小,并且相关于关闭的灯或不稳定的调节器性能的问题变小。然而,在特定的灯类型中可以有利的是,在其闪光性能方面测量自身的调制频率的频率范围,以便能够确保稳定的灯工作。为此在一个实施方式中应用了用于探测闪光的电路布置,并且对于其闪光性能测量接近调制频率的频率。
在根据图23的第一个实施方式中,交流电压变换器9210的频率现在相同于调制频率进行选择。通过中间电路电容器CZW的相应的设计,高频波纹作为调制的高频的交流电压保持在由交流电压变换器9210发出的直流电压上。具有调制的高频的交流电压的直流电压用作为用于逆变器9220的输入端电压。逆变器9220在此设计为全桥,其将直流电压转换为矩形形状的交流电压。调制信号的振幅、也就是说调制的高频交流电压的振幅通过全桥的输出端滤波器(输出端电容器CA)的尺寸以及通过脉冲点火变压器的次级绕组(IPSH,IPSR)的电感确定。由于在集成的气体放电灯5中这些组件不可分离地相互连接,因此可以实现良好地使组件适合于期望的工作方式。通过叠加的高频的电压,发生了放电电弧的期望的矫正。这种实施方式的缺点在于直流电压变换器的频率固定的工作方式,其不能实现有效的电路卸载,因此提高了系统的损耗。
在根据图24的第二个实施方式中,叠加的高频的电压通过信号发生器9230产生。该信号发生器在扼流圈LK和点火电子设备910的点火变压器的初级绕组之间的灯电路中接入高频的电压。点火变压器的接入是重要的,这是因为信号发生器9230还必须高压稳定地设计。扼流圈用于使得中间电路电容器CZK退耦,这是因为其否则可能过度地减弱接入的高频电压。出于这个原因,点火电子设备910的点火变压器的电感也应该尽可能小。信号发生器可以这样设计,即接入的高频电压的频率再次被调制,以便实现气体放电灯燃烧器50的安全的和无闪光的工作。
在图25中示出的第三个实施方式中,将信号发生器集成到点火电子设备910中。在此,气体放电灯燃烧器50通过谐振点火来起动。点火电子设备具有为了高频的工作所设计的点火变压器TIR,该点火变压器由设计为E等级的变换器的信号发生器控制。点火变压器TIR这样设定,即其至少还可以充分良好地传输出现的高频率的基本振动和与E等级的变换器相同的工作频率,特别是其效率在这种频率中优于10%。E等级的变换器的工作频率在点火期间是在80kHz和10MHz之间的一个值。优选地然而选择了300kHz之上的频率,这是因为在此一个小的结构形式是可能的,并且在4MHz之下,这是因为在此可实现的效率特别高。点火变压器的控制通过电镀分离的初级绕组实现。次级绕组分配在两个电镀分离的绕组上,这两个绕组分别在灯电极和逆变器9220之间连接。信号发生器在此通过点火变压器TIR的初级绕组产生了高频电流,该高频电流在次级侧上激励了谐振电路中的谐振,其可以中断气体放电灯燃烧器50。谐振电路在此由点火变压器TIR的次级电感和穿过灯的电容CR2组成。由于电容CR2非常小,因此其不一定必须作为部件集成到点火电子设备910中,而可以通过结构措施产生。
一旦气体放电灯燃烧器50被点燃,则信号发生器的工作方式变化,因此其现在通过点火变压器TIR接入了高频信号,即为了电弧矫正而调制到灯电压上。这带来了优点,即频率和被调制的电压的振幅可相对自由调节,而不必放弃直流电压变换器9210或逆变器9220的优化的工作方式。通过这种电路拓扑可以由点火电子设备910也提供了通过谐振电路产生的用于气体放电灯燃烧器50的提高的接收电压,因此其不必由直流电压变换器9210产生。利用该措施,直流电压变换器9210的工作方式可以进一步优化,这是因为直流电压变换器9210的必需的输出端电压范围更小。逆变器9220也必须转换更小的功率,这是因为一部分灯功率通过调制的灯电压接入。该实施方式因此提供了在转换工作参数时的最大的自由度,因此可以实现在矫正的放电电弧中的气体放电灯燃烧器50的优化的和可靠的工作。
图26示出了一个直流电压变换器9210的相对于现有技术简化的实施方式。用于可在汽车电路上工作的前置仪器的在现有技术中常见的直流电压变换器具有逆向变换器拓扑,其也称为Flyback,这是因为12V的电路电压必须调高到更大的电压。由于在集成的气体放电灯5中,电接触在灯插入到探照灯3中时才实现,因此可以应用升压变流器形式的简化的变换器,也称为Boost-变换器,并且该变换器具有自耦变压器TFB。这是可能的,这是因为在所应用的电磁接口中可以排除变换器输出端和车辆接地之间的无意接触,这种无意接触可能导致Boost变换器的损坏。迄今为止在现有技术中使用的、在逆向变换器拓扑中的直流电压变换器允许了尽管在输出端出现短路时仍可以中断能流。这在当前的根据图26的变换器方案中不是这样的情况,这是因为在此不存在变换器的在功率路径中的电镀的分离,其可能中断从输入端、也就是说12V的电网到输出端、也就是说气体放电灯燃烧器50的馈电线的能流,该馈电线无意地和机动车外壳相连接。否则直流电压变换器以通常的方式构造。其由输入端一侧的EMI-滤波器、输入端电容器C1、变换器开关Q、设计为自耦变压器的电感TFB组成,该电感通过二极管D在中间电路电容器CZW上工作。该变换器相对于在现有技术中应用的逆向变换器明显更加价廉,因此集成的气体放电灯5相对于根据现有技术的具有一个气体放电灯和一个在外部的驱动电子设备的灯系统来说在系统考虑方面是明显更加价廉的。
参考标号表
20电子的驱动设备
210电触点
220电触点
230电触点
240电触点
3探照灯
33探照灯的反射器
35具有对应触点的支架部件
350对应触点
351,352狭槽
5集成的气体放电灯
50气体放电灯燃烧器
502放电容器
504电极
506钼薄膜
52用于夹持住气体放电灯燃烧器的金属夹
53用于金属夹的夹持片
54外管壳的金属涂层
56气体放电灯燃烧器的接近底座的馈电线
57远离底座的馈电线
70灯底座
702基准环
703从基准环中向外伸出的凸起部
705用于气体放电灯的保持夹
7051凹槽,保持夹钩入到该凹槽中
7053保持夹中的凸出部
71用于反射器的密封环
72可导电的壳体
722接片
73在底座板和底座之间的密封环
74底座板
741底座板圆拱部
80点火变压器
81铁氧体磁芯
811第一个铁氧体磁芯一半部分
8110铁氧体磁芯的内部部分的第一个一半部分
8112第一个铁氧体磁芯一半部分的侧壁
81121长形的凹进处
812第二个铁氧体磁芯一半部分
814-816回路铁氧体
8120铁氧体磁芯的内部部分的第二个一半部分
8122第二个铁氧体磁芯一半部分的侧壁
81221长形的凹进处
821空心圆柱体
822圆形板
823狭槽
824空心圆柱形的中间芯
825第一个板
826第二个板
827凸肩
85接触体
851第一顶盖面
852第二顶盖面
86初级绕组
861,863,
865圆柱形的、向内指向的圆形部分
862,864用于电接触的接片
8620,8640在初级绕组的板带的端部上的半径或曲率
866-869用于机械固定的固定接片
87次级绕组
871次级绕组的内端部
872次级绕组的外端部
910点火电子设备
920驱动电子设备
930总驱动电子设备
9210直流电压变换器
9220逆变器
9230信号发生器

Claims (47)

1.一种集成的气体放电灯(5),具有:
-灯底座(70),
-气体放电灯燃烧器(50),
-点火电子设备(910),
其中,所述灯底座(70)由两个部分组成,其中第一部分带有已经调整好的所述气体放电灯燃烧器(50),并且第二部分包含所述点火电子设备(910),
-驱动电子设备(920),用于使所述气体放电灯燃烧器(50)工作,其中
-所述气体放电灯燃烧器(50)、所述点火电子设备(910)以及所述驱动电子设备(920)不可分离地相互连接,
其中,所述气体放电灯燃烧器(50)由金属夹夹持住,所述金属夹安装在多个夹持片上,所述夹持片又连接至所述灯底座的所述第一部分;
其中,所述灯底座的所述第一部分包括基准环并且所述基准环部分或者完全地包括金属材料。
2.根据权利要求1所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)的所述点火电子设备(910)和所述驱动电子设备(920)布置在所述底座(70)中的不同的平面上。
3.根据权利要求2所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,在所述点火电子设备(910)和所述驱动电子设备(920)之间安装了可导电的和/或可导热的板。
4.根据权利要求1所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)的所述点火电子设备(910)和所述驱动电子设备(920)布置在一个平面中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述基准环限定了基准平面,所述基准平面能够和光学系统(3)连接,并且所述基准环限定了气体放电电弧相对于所述基准环的所述基准平面的限定的空间位置。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述灯底座(70)由绝缘塑料制成并且由可导电的壳体围绕,或者由绝缘塑料制成并且利用可导电的涂层覆盖,或者由导电塑料制成。
7.根据权利要求5所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述灯底座(70)由绝缘塑料制成并且由可导电的壳体围绕,或者由绝缘塑料制成并且利用可导电的涂层覆盖,或者由导电塑料制成。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯具有封闭所述灯底座(70)的背离于所述气体放电灯燃烧器(50)的侧面的底座板(74),所述底座板由可导电的和/或可导热的材料制成,或者由可导热的、配有可导电的涂层的材料制成。
9.根据权利要求7所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯具有封闭所述灯底座(70)的背离于所述气体放电灯燃烧器(50)的侧面的底座板(74),所述底座板由可导电的和/或可导热的材料制成,或者由可导热的、配有可导电的涂层的材料制成。
10.根据权利要求8所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,在所述底座板的面向所述气体放电灯燃烧器的表面上布置了所述驱动电子设备。
11.根据权利要求9所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,在所述底座板的面向所述气体放电灯燃烧器的表面上布置了所述驱动电子设备。
12.根据权利要求8所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述底座板在背离所述气体放电灯燃烧器的表面上具有表面增大的结构,所述表面增大的结构在安装位置上有利于自然对流。
13.根据权利要求10所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述底座板在背离所述气体放电灯燃烧器的表面上具有表面增大的结构,所述表面增大的结构在安装位置上有利于自然对流。
14.根据权利要求11所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述底座板在背离所述气体放电灯燃烧器的表面上具有表面增大的结构,所述表面增大的结构在安装位置上有利于自然对流。
15.根据权利要求8所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述底座板在所述底座板的外侧面上具有涂层,所述涂层导致了增强的热辐射。
16.根据权利要求11所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述底座板在所述底座板的外侧面上具有涂层,所述涂层导致了增强的热辐射。
17.根据权利要求14所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述底座板在所述底座板的外侧面上具有涂层,所述涂层导致了增强的热辐射。
18.根据权利要求8所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)的所述底座(70)和所述底座板(74)借助于卷边连接、锁定连接、超声波焊接、钎焊连接、或熔焊连接来实现连接。
19.根据权利要求17所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)的所述底座(70)和所述底座板(74)借助于卷边连接、锁定连接、超声波焊接、钎焊连接、或熔焊连接来实现连接。
20.根据权利要求1至4中任一项所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)的所述灯底座在燃烧器一侧的端部上具有密封件(71),所述密封件防水地密封与所述集成的气体放电灯(5)连接的所述光学系统(3)。
21.根据权利要求19所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)的所述灯底座在燃烧器一侧的端部上具有密封件(71),所述密封件防水地密封与所述集成的气体放电灯(5)连接的所述光学系统(3)。
22.根据权利要求5所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述密封件同时在所述基准环上这样施加预应力,即所述集成的气体放电灯(5)相对于所述光学系统(3)保持在安装位置上。
23.根据权利要求21所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述密封件同时在所述基准环上这样施加预应力,即所述集成的气体放电灯(5)相对于所述光学系统(3)保持在安装位置上。
24.根据权利要求8所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述驱动电子设备布置在印刷电路板上,所述印刷电路板在所述印刷电路板的边缘上具有环绕的可导电的圆环,并且所述底座(70)和所述底座板(74)分别具有至少一个壁,所述壁这样相互作用,即所述可导电的圆环至少部分地放置在两个所述壁上并且所述印刷电路板被机械固定,以及所述可导电的圆环与所述底座板和/或与所述底座导电地连接。
25.根据权利要求23所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述驱动电子设备布置在印刷电路板上,所述印刷电路板在所述印刷电路板的边缘上具有环绕的可导电的圆环,并且所述底座(70)和所述底座板(74)分别具有至少一个壁,所述壁这样相互作用,即所述可导电的圆环至少部分地放置在两个所述壁上并且所述印刷电路板被机械固定,以及所述可导电的圆环与所述底座板和/或与所述底座导电地连接。
26.根据权利要求1至4中任一项所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)应用在机动车中的前探照灯中或工作探照灯中。
27.根据权利要求25所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)应用在机动车中的前探照灯中或工作探照灯中。
28.根据权利要求1至4中任一项所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)应用在手电筒中或可携带的搜索探照灯中。
29.根据权利要求27所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)应用在手电筒中或可携带的搜索探照灯中。
30.根据权利要求1至4中任一项所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)由蓄电池或燃料电池系统中供给能量。
31.根据权利要求29所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)由蓄电池或燃料电池系统中供给能量。
32.根据权利要求1至4中任一项所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)在固定的工作中,在点火和起动阶段之后,这样工作,即为所述气体放电灯燃烧器输送在7W和50W之间的电功率。
33.根据权利要求32所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,为所述气体放电灯燃烧器输送在18W和45W之间的功率。
34.根据权利要求31所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)在固定的工作中,在点火和起动阶段之后,这样工作,即为所述气体放电灯燃烧器输送在7W和50W之间的电功率。
35.根据权利要求34所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,为所述气体放电灯燃烧器输送在18W和45W之间的功率。
36.根据权利要求1至4中任一项所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)的容积的大小在44cm3和280cm3之间。
37.根据权利要求36所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)的容积的大小在65cm3和120cm3之间。
38.根据权利要求35所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)的容积的大小在44cm3和280cm3之间.
39.根据权利要求38所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)的容积的大小在65cm3和120cm3之间。
40.根据权利要求1至4中任一项所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)具有直径(D)与高度(h)之间的比例,所述比例在0.8和10之间的范围中。
41.根据权利要求40所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述比例在2和7之间的范围中。
42.根据权利要求39所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)具有直径(D)与高度(h)之间的比例,所述比例在0.8和10之间的范围中。
43.根据权利要求42所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述比例在2和7之间的范围中。
44.根据权利要求1至4中任一项所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)具有一个质量,所述质量在36g和510g之间的范围中。
45.根据权利要求44所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述质量在52g和178g之间的范围中。
46.根据权利要求43所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述集成的气体放电灯(5)具有一个质量,所述质量在36g和510g之间的范围中。
47.根据权利要求46所述的集成的气体放电灯(5),其特征在于,所述质量在52g和178g之间的范围中。
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