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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zünden der Gasentladung
in einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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I. Stand der Technik
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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.
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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.
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II. Darstellung der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Zünden
einer Hochdruckentladungslampe bereitzustellen, das eine Reduktion
der erforderlichen Zündspannung erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch
1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen
der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen
beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
Seitenansicht einer Hochdruckentladungslampe für Kraftfahrzeugscheinwerfer
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2 Den
zeitlichen Verlauf der hochfrequenten Wechselspannung zum Zünden
der Gasentladung in der in 1 abgebildeten
Hochdruckentladungslampe
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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.
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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.
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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.
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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) |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1632985
A1 [0002]
- - EP 0715487 A2 [0003]