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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbesserung der elektromagnetischen
Verträglichkeit
einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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I. Stand
der Technik
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Die
Offenlegungsschrift
EP
1 033 906 A2 offenbart eine Hochdruckentladungslampe für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer
mit einer im Sockel der Hochdruckentladungslampe angeordneten Impulszündvorrichtung
zum Zünden
der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe und zwei Funkentstördrosseln,
die in Serie zur Entladungsstrecke der Hochdruckentladungslampe
geschaltet sind und vom Lampenstrom durchflossen werden.
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II. Darstellung
der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Verbesserung der
elektromagnetischen Verträglichkeit
einer mit Wechselstrom betriebenen Hochdruckentladungslampe, insbesondere
einer im Kraftfahrzeugscheinwerfer verwendbaren Hochdruckentladungslampe
bereitzustellen. Die Vorrichtung soll eine Filterung von leistungsgebundenen
Störungen
der Hochdruckentladungslampe im Ultra-Kurzwellen- und FM-Bereich
mit geringer Beeinflussung der Zündfähigkeit
der Hochdruckentladungslampe und ihres Lampennutzstroms ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte
Ausführungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen
beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit einer mit einem elektrischen
Strom wechselnder Polarität
betriebenen Hochdruckentladungslampe umfasst zumindest ein während des
Lampenbetriebs vom Lampenstrom durchflossenen induktives Bauteil,
das einen magnetischen Kern besitzt und derart ausgebildet ist,
dass der Sättigungswert
der magnetischen Flussdichte des induktiven Bauelements bei einer
Stromstärke
erreicht wird, die kleiner als die Amplitude des Lampenstroms ist.
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Es
hat sich gezeigt, dass nennenswerte elektromagnetischen Störungen von
der Hochdruckentladungslampe hauptsächlich während des Nulldurchgangs und
Polaritätswechsels
ihres Lampenstroms verursacht werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
muss daher im wesentlichen nur während
eines engen Zeitfensters um den Nulldurchgang des Lampenstroms wirksam
sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
weist zu diesem Zweck zumindest ein induktives Bauelement auf, dessen
magnetischer Kern so ausgebildet ist, dass der Sättigungswert der magnetischen
Flussdichte bei einer Stromstärke
erreicht wird, die kleiner als die Amplitude des Lampenstroms und
vorzugsweise sogar kleiner als 50 Prozent der Amplitude des Lampenstroms
ist. Dadurch befindet sich der magnetische Kern des induktiven Bauelements
außerhalb
des vorgenannten Zeitfensters in Sättigung und seine Induktivität kann den
Lampenstrom nicht beeinflussen. Innerhalb des vorgenannten Zeitfensters
ist der Betrag des Lampenstroms klein und die Induktivität des induktiven
Bauelements hingegen wirksam, so dass das induktive Bauelement etwaige
elektromagnetische Störungen
abschwächt.
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Der
magnetische Kern des induktiven Bauelements der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist vorteilhafterweise als Nickel-Zink-Ferrit ausgebildet, um eine
optimale Filterwirkung für
elektromagnetische Störungen
im Frequenzbereich des FM-Bandes zu erzielen.
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Um
eine hohe Induktivität
zu gewährleisten, ist
der Magnetkern des induktiven Bauelements vorzugsweise als geschlossener
Kern, beispielsweise als Ringkern ausgebildet.
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Vorteilhafterweise
sind der magnetische Kern und die Wicklung bzw. Wicklungen des induktiven
Bauelements in einer elektrisch isolierenden Vergussmasse oder einem
elektrisch isolierenden Kunststoffgehäuse eingebettet, um eine ausreichende
Hochspannungsfestigkeit zu gewährleisten.
Während
der Zündung
der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe generiert das induktive
Bauelement eine maximale Spannung von ca. 6000 Volt bis 8000 Volt.
Die elektrische isolierende Vergussmasse gewährleistet eine Spannungsfestigkeit
von größer gleich
10000 Volt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst vorzugsweise nur ein einziges induktives Bauelement der
oben beschriebenen Art, das vorzugsweise als Drossel ausgebildet
ist. Es hat sich gezeigt, dass bereits mit einem einzigen solchen
induktiven Bauelement eine ausreichende Verbesserung der elektromagnetischen
Verträglichkeit
der Hochdruckentladungslampe erreicht wird, so dass insbesondere
der Rundfunkempfang im FM-Bereich (Frequenzbereich der frequenzmodulierten
Sprachübertragung)
in einem Kraftfahrzeug durch den Betrieb einer Hochdruckentladungslampe
im Kraftfahrzeugscheinwerfer nicht beeinträchtigt wird.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist vorzugsweise entweder im Innenraum des Lampensockels der Hochdruckentladungslampe,
beispielsweise zusammen mit einer Zündvorrichtung zum Zünden der
Gasentladung, untergebracht oder aber als Bestandteil eines Betriebsgerätes, insbesondere
eines elektronischen Vorschaltgerätes für die Hochdruckentladungslampe
ausgebildet.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann zusätzlich
weitere Bauelemente enthalten, wie zum Beispiel ein kapazitives
Bauelement, das zusammen mit dem induktiven Bauelement ein Tiefpassfilter
bildet.
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III. Beschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es
zeigen:
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1 Eine
Schaltskizze einer im Lampensockel einer Hochdruckentladungslampe
untergebrachten Zündeinrichtung
und einem in Serie zur Entladungsstrecke der Hochdruckentladungslampe
geschalteten induktiven Bauelement zur Verbesserung der elektromagnetischen
Verträglichkeit
der Hochdruckentladungslampe
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2 Eine
schematische Darstellung der Zeitabhängigkeit des Lampenstroms und
des Zeitfensters, in dem das induktive Bauelement wirksam ist
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3 Eine
Seitenansicht einer Hochdruckentladungslampe für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer,
in deren Lampensockel die in 1 dargestellte Schaltungsanordnung
untergebracht ist
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4 Eine
Draufsicht auf das induktive Bauelement gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung
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In 1 ist
eine Schaltskizze einer im Lampensockel einer Hochdruckentladungslampe
LP untergebrachten Zündeinrichtung
Z und einer Vorrichtung zur Verbesserung der elektromagnetischen
Verträglichkeit
der Hochdruckentladungslampe LP dargestellt. Die Zündeinrichtung
ist als Impulszündvorrichtung
Z ausgebildet, während
die Vorrichtung zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit
der Hochdruckentladungslampe nur aus einer in Serie zur Entladungsstrecke
der Hochdruckentladungslampe LP geschalteten Drossel L1 und einer Transildiode
D1 besteht, die parallel zu den Stromversorgungsanschlüssen J1,
J2 für
die Hochdruckentladungslampe LP geschaltet ist.
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Die
Impulszündvorrichtung
Z besteht aus dem Zündkondensator
C1, der Funkenstrecke FS, dem Zündtransformator
TR mit seiner Primärwicklung
N1 und Sekundärwicklung
N2 und aus den parallel zum Zündkondensator
C1 geschalteten Widerständen
R1, R2. Während
der Zündphase
der Hochdruckentladungslampe LP wird die Impulszündvorrichtung Z über ihre
Versorgungsanschlüsse
J1, J3 mit Spannung versorgt, so dass sich der Zündkondensator C1 auf die Durchbruchsspannung
der Funkenstrecke FS auflädt.
Beim Erreichen der Durchbruchsspannung der Funkenstrecke FS entlädt sich der
Zündkondensator
C1 stoßweise über die
Funkenstrecke FS und die Primärwicklung
N1 des Zündtransformators
TR, so dass in der Sekundärwicklung N2
des Zündtransformators
TR die zum Zünden
der Gasentladung erforderlichen Zündspannungsimpulse induziert
und über
die sockelseitige Stromzuführung 3a der
sockelnahen Elektrode E1 zugeführt
werden (3). Nach der Zündung der
Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe LP wird die Hochdruckentladungslampe
LP über
ihre Stromversorgungsanschlüsse
J1, J2 mittels eines Spannungswandlers und eines Vollbrückenwechselrichters (nicht
abgebildet) mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Strom wechselnder Polarität und einer Frequenz
im Bereich von ca. 250 Hz bis 800 Hz versorgt. Die Entladungsstrecke
der Hochdruckentladungslampe LP, die Sekundärwicklung N2 und die Drossel
L1 sind in Serie geschaltet, so dass der Lampenstrom während des
Lampenbetriebs, nach Beendigung der Zündphase, sowohl durch die Sekundärwicklung
N2 als auch über
die Drossel L1 fließt.
Der im wesentlichen rechteckförmige
Lampenstrom IL (2) besitzt eine Amplitude von
420 mA. Die Drossel L1 ist derart ausgebildet, dass ihr Magnetkern
bei einer Stromstärke
von 150 mA, also bei ca. 36 Prozent der Amplitude des Lampenstroms
IL, den Sättigungswert
der magnetischen Flussdichte erreicht. Die Induktivität der Drossel
L1 wirkt daher nur in einem schmalen Zeitfenster um den Nulldurchgang bzw.
Polaritätswechsel
des Lampenstroms. Sie reduziert die während des Polaritätswechsels
des Lampenstroms auftretenden hochfrequenten Störspannungen und verbessert
damit die elektromagnetische Verträglichkeit der Hochdruckentladungslampe
LP.
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Die
parallel zu den Anschlüssen
J1, J2 geschaltete Transildiode D1 dient zur Spannungsbegrenzung
und schützt
die Anschlüsse
J1, J2, die den Spannungsausgang des vorgenannten Vollbrückenwechselrichters
bilden, vor einer Spannungsüberlastung
durch die Drossel L1. Die Drossel L1 besitzt einen geschlossenen,
ringförmigen
Ferritkern RK, der aus einem Nickel-Zink-Ferrit besteht, und eine
Wicklung WG mit 29 Windungen. Der Durchmesser des Wicklungsdrahtes
beträgt
0,16 mm und der Gleichstromwiderstand der Wicklung WG beträgt 0,19 Ohm.
Der Ringkern RK besitzt einen Außendurchmesser von 4 mm, einen
Innendurchmesser von 2,4 mm und eine Höhe von 1,5 mm. Der Abstand
zwischen dem Wicklungsanfang und dem Wicklungsende der auf dem Ringkern
RK angeordneten Wicklung WG ist größer gleich 1,0 mm. Die Induktivität der Drossel
L1 beträgt
15 μH. Der
AL-Wert der Drossel L1 beträgt
18 nH/Wdg.2 und die Resonanzfrequenz der
Drossel L1 beträgt
120 MHz ± 40
MHz. Die Wicklung WG und der Ringkern RK der Drossel L1 sind in einer
elektrisch isolierenden Vergussmasse eingebettet oder in einem elektrisch
isolierenden Kunststoffgehäuse
VM angeordnet. Die Außenabmessungen
der Drossel L1 in den drei Raumrichtungen Höhe H, Breite B, Länge L betragen
5,8 mm, 3,5 mm und 9,0 mm. In 4 ist die
Drossel L1 schematisch dargestellt.
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Bei
der Hochdruckentladungslampe handelt es sich um eine Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe
mit einer Leistungsaufnahme von ca. 35 Watt, die für den Einsatz
in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer vorgesehen ist.
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Diese
Hochdruckentladungslampe LP 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 ionisierbare Füllung enthält vorzugsweise
kein Quecksilber. Der Xenon-Kaltfülldruck beträgt ca. 10
bar. Die beiden Enden 1a, 1b des Entladungsgefäßes 1 sind jeweils
mittels einer Molybdänfolien-Einschmelzung 2a, 2b abgedichtet.
Im Innenraum des Entladungsgefäßes 1 befinden
sich zwei Elektroden E1, E2, zwischen denen sich während des
Lampenbetriebes der für
die Lichtemission verantwortliche Entladungsbogen ausbildet. Diese
Elektroden E1, 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
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
Impulszündvorrichtung
Z dient. Der elektrische Anschluss 40 der Hochdruckentladungslampe
LP dient zur Spannungsversorgung der Hochdruckentladungslampe und
der im Lam pensockel 4 angeordneten Impulszündvorrichtung
Z. Der elektrische Anschluss 40 ist über ein abgeschirmtes Verbindungskabel
(nicht abgebildet) mit dem Betriebsgerät EVG (nicht abgebildet) für die Hochdruckentladungslampe,
das den Spannungswandler und den Vollbrückenwechselrichter beinhaltet,
verbunden. Das Abschirmgeflecht des Verbindungskabels (nicht abgebildet)
ist mit dem schaltungsinternen Massepotential des Betriebsgerätes und über einen
Kontakt des elektrischen Anschlusses 40 mit dem Metallgehäuse 41, 42 verbunden,
so dass das Metallgehäuse 41, 42 ebenfalls
auf Massepotential liegt.