DE102008009144A1

DE102008009144A1 - Verfahren zum Zünden der Gasentladung in einer Hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE102008009144A1
Application number: DE200810009144
Authority: DE
Inventors: Michael Bönigk
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2008-02-14
Publication date: 2009-08-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zünden der Gasentladung in einer Hochdruckentladungslampe, die ein Entladungsgefäß (10) mit darin angeordneten Gasentladungselektroden (11, 12) und im Entladungsgefäß eingeschlossenem, Edelgas sowie Metallhalogenide enthaltendem Entladungsmedium besitzt, wobei das Entladungsgefäß (10) mit einer Zündhilfsbeschichtung (107) versehen ist. Zum Zünden der Gasentladung wird in dem Entladungsmedium zwischen mindestens einer Gasentladungselektrode (11, 12) und der Zündhilfsbeschichtung (107) ein elektrisches Wechselfeld mit einer Frequenz größer oder gleich 20 Kilohertz erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zünden der Gasentladung in einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
I. Stand der Technik
Die EP 1 632 985 A1 offenbart eine Hochdruckentladungslampe für Kraftfahrzeugscheinwerfer, die ein Entladungsgefäß mit darin angeordneten Gasentladungselektroden und im Entladungsgefäß eingeschlossenem, Edelgas und Metallhalogenide enthaltendem Entladungsmedium besitzt, wobei das Entladungsgefäß auf seiner Außenseite mit einer Zündhilfsbeschichtung, die eine kapazitive Kopplung zu den Elektroden bewirkt, versehen ist. Zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe wird eine Impulszündvorrichtung verwendet, welche die sockelnahe Gasentladungselektrode während der Zündphase mit Hochspannungsimpulsen beaufschlagt.
Die EP 0 715 487 A2 offenbart ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Zünden einer Hochdruckentladungslampe mittels eines HF-Zündgeräts, das eine hochfrequente Zündspannung für die Hochdruckentladungslampe generiert.
II. Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Zünden einer Hochdruckentladungslampe bereitzustellen, das eine Reduktion der erforderlichen Zündspannung erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Zünden der Gasentladung in einer Hochdruckentladungslampe, die ein Entladungsgefäß mit darin angeordneten Gasentladungselektroden und im Entladungsgefäß eingeschlossenem, Edelgas sowie Metallhalogenide enthaltendem Entladungsmedium besitzt, wobei das Entladungsgefäß mit einer Zündhilfsbeschichtung versehen ist, zeichnet sich dadurch aus, dass zum Zünden der Gasentladung in dem Entladungsmedium zwischen mindestens einer Gasentladungselektrode und der Zündhilfsbeschichtung ein elektrisches Wechselfeld mit einer Frequenz größer oder gleich 20 Kilohertz erzeugt wird. Mit Hilfe des vorgenannten elektrischen Wechselfeldes wird eine dielektrisch behinderte Entladung zwischen der Zündhilfsbeschichtung und der mindestens einen Gasentladungselektrode erzeugt, die freie Ladungsträger im Entladungsmedium generiert, die wiederum die Durchbruchsspannung für die Entladung zwischen den beiden Gasentladungselektroden verringern.
Vorteilhafterweise wirkt das elektrische Wechselfeld während des gesamten Zeitraums bis zum Zünden der Gasentladung bzw. bis zum Ausbilden der vorgenannten dielektrisch behinderten Entladung und vorzugsweise wird die Feldstärke des elektrischen Wechselfeldes fortwährend erhöht, um einen hohen Energieeintrag in das Entladungsmedium zu erreichen und die Zündspannung deutlich zu senken.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das elektrische Wechselfeld zwischen der Zündhilfsbeschichtung und der mindestens einen Gasentladungselektrode dadurch erzeugt, dass eine hochfrequente Wechselspannung mit einer Frequenz von größer oder gleich 20 Kilohertz an die beiden Gasentladungselektroden angelegt wird. Durch die kapazitive Kopplung zwischen der Zündhilfsbeschichtung und der mindestens einen Gasentladungselektrode wird mittels der vorgenannten hochfrequenten Wechselspannung ein elektrisches Wechselfeld zwischen der mindestens einen Gasentladungselektrode und der Zündhilfsbeschichtung generiert, das eine dielektrisch behinderte Entladung zwischen der mindestens einen Gasentladungselektrode und der Zündhilfsbeschichtung verursacht und auf diese Weise freie Ladungsträger in dem Entladungsmedium erzeugt, welche die Durchbruchsspannung für die Entladung zwischen den beiden Gasentladungselektroden herabsetzen.
Zur Erhöhung der Feldstärke des elektrischen Wechselfeldes zwischen der mindestens einen Gasentladungselektrode und der Zündhilfsbeschichtung und zur Erhöhung des Energieeintrage in das Entladungsmedium wird vorteilhafterweise die Amplitude der vorgenannten hochfrequenten Wechselspannung während des Zeitraums bis zum Ausbilden der dielektrisch behinderten Entladung fortwährend erhöht.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft bei Hochdruckentladungslampen mit geringer Nennleistung von kleiner oder gleich 35 Watt, wie beispielsweie bei Hochdruckentladungslampen für Kraftfahrzeugscheinwerfer und insbesondere bei solchen mit quecksilberfreier Füllung einge setzt werden, weil letztere eine besonders hohe Zündspannung besitzen, die aus der vergleichsweise geringen Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs generiert werden muss.
III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 Eine Seitenansicht einer Hochdruckentladungslampe für Kraftfahrzeugscheinwerfer
2 Den zeitlichen Verlauf der hochfrequenten Wechselspannung zum Zünden der Gasentladung in der in 1 abgebildeten Hochdruckentladungslampe
Bei der in 1 schematisch dargestellten Lampe handelt es sich um eine quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von ungefähr 35 Watt, bei der das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise verwendet wird, um die Zündspannung zu verringern. Diese Lampe ist für den Einsatz in einem Fahrzeugscheinwerfer vorgesehen. Sie besitzt ein zweiseitig abgedichtetes Entladungsgefäß 30 aus Quarzglas mit einem Volumen von 24 mm³, in dem eine das Entladungsmedium bildende Füllung, bestehend aus Xenon und Halogeniden der Metalle Natrium, Scandium, Zink und Indium, gasdicht eingeschlossen ist. Im Bereich des Entladungsraumes 106 ist die Innenkontur des Entladungsgefäßes 10 kreiszylindrisch und seine Außenkontur ellipsoidförmig ausgebildet. Der Innendurchmesser des Entladungsraumes 106 beträgt 2,6 mm und sein Außendurchmesser beträgt 6,3 mm. Die beiden Enden 101, 102 des Entla dungsgefäßes 10 sind jeweils mittels einer Molybdänfolien-Einschmelzung 103, 104 abgedichtet. Im Innenraum des Entladungsgefäßes 10 befinden sich zwei Elektroden 11, 12, zwischen denen sich während des Lampenbetriebes der für die Lichtemission verantwortliche Entladungsbogen ausbildet. Die Elektroden 11, 12 bestehen aus Wolfram. Ihre Dicke bzw. ihr Durchmesser beträgt 0,30 mm. Der Abstand zwischen den Elektroden 11, 12 beträgt 4,2 mm. Die Elektroden 11, 12 sind jeweils über eine der Molybdänfolien-Einschmelzungen 103, 104 und über den sockelfernen Stromzuführungsdraht 13 und die Stromrückführung 17 bzw. über den sockelseitigen Stromzuführungsdraht 14 elektrisch leitend mit einem elektrischen Anschluss des im wesentlichen aus Kunststoff bestehenden Lampensockels 15 verbunden. Das Entladungsgefäß 10 wird von einem gläsernen Außenkolben 16 umhüllt. Der Außenkolben 16 besitzt einen im Sockel 15 verankerten Fortsatz 161. Das Entladungsgefäß 10 weist sockelseitig eine rohrartige Verlängerung 105 aus Quarzglas auf, in der die sockelseitige Stromzuführung 14 verläuft.
Der der Stromrückführung 17 zugewandte Oberflächenbereich des Entladungsgefäßes 10 ist mit einer lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Zündhilfsbeschichtung 107 versehen. Diese Beschichtung 107 erstreckt sich in Längsrichtung der Lampe über die gesamte Länge des Entladungsraumes 106 und über einen Teil, ca. 50 Prozent, der Länge der abgedichteten Enden 101, 102 des Entladungsgefäßes 10. Die Zündhilfsbeschichtung 107 ist auf der Außenseite des Entladungsgefäßes 10 angebracht und erstreckt sich über ca. 5 Prozent bis 10 Prozent des Umfangs des Entla dungsgefäßes 10. Die Beschichtung 107 bedeckt hier in symmetrischer Weise beide Enden 101, 102 des Entladungsgefäßes 10. Die Beschichtung 107 besteht aus dotiertem Zinnoxid, beispielsweise aus mit Fluor oder Antimon dotiertem Zinnoxid oder beispielsweise aus mit Bor und/oder Lithium dotiertem Zinnoxid. Diese Hochdruckentladungslampe wird in horizontaler Lage betrieben, das heißt, mit in einer horizontalen Ebene angeordneten Elektroden 11, 12, wobei die Lampe derart ausgerichtet ist, dass die Stromrückführung 17 unterhalb des Entladungsgefäßes 30 und des Außenkolbens 16 verläuft.
Zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe werden die beiden Gasentladungselektroden 11, 12 mit einer Wechselspannung mit einer Frequenz von 25 Kilohertz beaufschlagt. Die Amplitude dieser Wechselspannung beträgt zu Beginn der Zündphase ca. 6 Kilovolt (in der negativen Halbwelle) und wird fortwährend mit einer Zuwachsrate von 10 Kilovolt pro Sekunde erhöht. Am Ende des Zeitraums T1, also nach ca. 23 Millisekunden, hat die Amplitude der Wechselspannung einen Wert von ca. 7,5 Kilovolt (in der negativen Halbwelle) angenommen. Während des nachfolgenden Zeitraums T2 bildet sich aufgrund der kapazitiven Kopplung zwischen der Zündhilfsbeschichtung 107 und der Gasentladungselektrode 11 bzw. 12 eine dielektrisch behinderte Entladung zwischen der Zündhilfsbeschichtung 107 und der Gasentladungselektrode 11 bzw. 12 aus, die im Innenraum des Entladungsgefäßes 10 freie Ladungsträger generiert. Dadurch sinkt der Spannungsabfall über den Gasentladungselektroden 11, 12. Am Ende des Zeitraums T2 und zu Beginn des darauf folgenden Zeitraums T3 findet die Übernahme des Entladungsbogens und der Durchbruch der Entladungsstrecke zwischen den beiden Gasentladungselektroden 11, 12 statt. In der 2 ist der zeitliche Verlauf der hochfrequenten Wechselspannung zwischen den beiden Gasentladunsgelektroden 11 und 12 während der Zündphase dargestellt. Auf der horizontalen Achse ist die Zeit in Millisekunden [ms] und auf der vertikalen Achse die Spannung in Kilovolt [kV] abgetragen.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die erforderliche Spannung zum Zünden der Gasentladung im Vergleich zur üblichen Zündung mittels einer Impulszündvorrichtung nahezu halbiert werden. Die nachstehende Tabelle zeigt einen Vergleich der Zündspannungen für zwei quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen, die jeweils zehnmal mittels einer Impulszündvorrichtung in konventioneller Weise durch Beaufschlagen der Gasentladungselektrode 12 mit einem Hochspannungszündimpuls (Spalte 2) und in erfindungsgemäßer Weise mit Hilfe einer hochfrequenten Wechselspannung (Spalte 3) gezündet wurden. In Spalte 2 ist für die beiden Hochdruckentladungslampen jeweils der mittlere Spannungswert des Hochspannungsimpulses aus den zehn Impulszündungen angegeben, der zum Zünden der Gasentladung nötig war. In Spalte 3 ist für dieselben Hochdruckentladungslampen der Mittelwert der Amplitude der hochfrequenten Wechselspannung aus zehn Zündungen dieser Lampen entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren angegeben, wobei diese Werte den Spannungsamplituden am Ende des Zeitraums T1 aus 2 entsprechen. Tabelle: Vergleich der Zündspannungswerte für zwei Hochdruckentladungslampen, die mittels Impulszündung und mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gezündet wurden

	Konventionelle Zündung mittels eines Hochspannungsimpulses (Mittelwert aus 10 Zündungen) Zündspannung	Erfindungsgemäßes Zündverfahren mittels Wechselspannung von 25 kHz (Mittelwert aus 10 Zündungen) Zündspannung
Lampe Nr. 1	16,8 kV (1 Spannungsimpuls)	7,8 kV (Amplitudenwert)
Lampe Nr. 2	15,9 kV (1 Spannungsimpuls)	8,6 kV (Amplitudenwert)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1632985 A1 [0002]
- EP 0715487 A2 [0003]

Claims

Verfahren zum Zünden der Gasentladung in einer Hochdruckentladungslampe, die ein Entladungsgefäß (10) mit darin angeordneten Gasentladungselektroden (11, 12) und im Entladungsgefäß (10) eingeschlossenem, Edelgas sowie Metallhalogenide enthaltendem Entladungsmedium besitzt, wobei das Entladungsgefäß (10) mit einer Zündhilfsbeschichtung (107) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zünden der Gasentladung in dem Entladungsmedium zwischen mindestens einer Gasentladungselektrode (11, 12) und der Zündhilfsbeschichtung (107) ein elektrisches Wechselfeld mit einer Frequenz größer oder gleich 20 Kilohertz erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Feldstärke des elektrischen Wechselfeldes während der Zeitdauer bis zum Zünden der Gasentladung fortwährend erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das elektrische Wechselfeld mit Hilfe einer Wechselspannung erzeugt wird, die an die Gasentladungselektroden angelegt wird und deren Frequenz größer oder gleich 20 Kilohertz ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Amplitude der Wechselspannung während der Zeitdauer bis zum Zünden der Gasentladung fortwährend erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren auf eine Hochdruckentladungslampe mit einer Nennleistung von kleiner oder gleich 35 Watt angewendet wird.