Technisches GebietTechnical area
Die
Erfindung geht aus von einer integrierten Gasentladungslampe nach
der Gattung des Hauptanspruchs, mit in den Sockel integrierter Zündelektronik,
die einen Zündtransformator, einen Zündkondensator,
sowie ein gesteuertes Schaltelement aufweist.The
The invention is based on an integrated gas discharge lamp
the genus of the main claim, with in the socket integrated ignition electronics,
which has an ignition transformer, a starting capacitor,
and having a controlled switching element.
Stand der TechnikState of the art
Aus
der US 5 036 256 ist
eine Schaltungsanordnung mit einer symmetrischen Impulszündung bekannt,
die einen Zündtransformator 20 sowie ein gesteuertes
Schaltelement SG aufweist. Die Sekundärwicklung des Zündtransformators
ist zweigeteilt, und je eine Hälfte der Sekundärwicklung
wirkt auf je eine Elektrode der Gasentladungslampe. Die symmetrische
Impulszündung ist sehr effektiv, weist jedoch den Nachteil
auf, dass der Gasentladungslampenbrenner dann ebenfalls symmetrisch
gesockelt sein sollte, damit Überschläge beim
Zünden der Lampe vermieden werden.From the US 5 036 256 a circuit arrangement with a symmetrical pulse ignition is known, which is an ignition transformer 20 and a controlled switching element SG has. The secondary winding of the ignition transformer is divided into two, and one half of the secondary winding acts on one electrode of the gas discharge lamp. The symmetrical pulse ignition is very effective, but has the disadvantage that the gas discharge lamp burner should then also be socketed symmetrically, so that flashovers when igniting the lamp can be avoided.
Aus
der DE 198 03 189
A1 ist eine Gasentladungslampe mit einem integriertem Zündgerät
bekannt, dass eine unsymmetrische Impulszündung verwirklicht.
Der Zündtransformator Transformator weist eine Sekundärwicklung
auf, die auf eine Elektrode der Gasentladungslampe wirkt. Dieses
Zündschema wird sehr häufig auf einseitig gesockelte Gasentladungslampen
angewendet, da die gesamte Zündspannung an einer Elektrode
anfällt, und an der anderen Elektrode im Zündmoment
nur sehr wenig Spannung anliegt. Diese Elektrode ist die sockelferne
Elektrode und wird über einen sogenannten Rückleiter
mit der Zünd- beziehungsweise Betriebselektronik verbunden.
Diese Topologie birgt den Nachteil, dass an der Sockelnahen Elektrode,
die auch gerne als 'heiße' Elektrode bezeichnet wird, die
gesamte Zündspannung anfällt, was höhere
Verluste durch kapazitive Effekte und Koronaentladungen nach sich zieht.From the DE 198 03 189 A1 is a gas discharge lamp with an integrated ignitor known that realizes a single-ended pulse ignition. The ignition transformer transformer has a secondary winding which acts on an electrode of the gas discharge lamp. This ignition scheme is very often applied to single-ended gas discharge lamps, since the entire ignition voltage is applied to one electrode, and at the other electrode in the ignition torque is applied very little voltage. This electrode is the base remote electrode and is connected via a so-called return conductor with the ignition or operating electronics. This topology has the disadvantage that at the base near electrode, which is also often referred to as 'hot' electrode, the entire ignition voltage is obtained, resulting in higher losses due to capacitive effects and corona discharges.
Aufgabetask
Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine integrierte Gasentladungslampe anzugeben,
die eine in den Sockel integrierte Zündelektronik mit einem
Zündtransformator, einen Zündkondensator sowie
einem gesteuerten Schaltelement anzugeben, die die vorgenannten
Nachteile vermeidet.It
The object of the invention is to provide an integrated gas discharge lamp,
the one integrated in the socket ignition with a
Ignition transformer, a firing capacitor and
to provide a controlled switching element, the aforementioned
Disadvantages avoids.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die
Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
einer integrierten Gasentladungslampe mit in den Sockel integrierter
Zündelektronik, die einen Zündtransformator, einen
Zündkondensator, sowie ein gesteuertes Schaltelement aufweist,
wobei die integrierte Zündelektronik zum Generieren eines asymmetrischen
Zündpulses ausgelegt ist, und das Spannungsverhältnis
zwischen der sockelnahen ersten Lampenelektrode und der sockelfernen
zweiten Lampenelektrode von 22:1 bis zu 5:4 reicht.The
Solution of the problem is inventively with
an integrated gas discharge lamp with integrated into the socket
Ignition electronics, an ignition transformer, a
Firing capacitor, and having a controlled switching element,
the integrated ignition electronics for generating an asymmetric
Ignition pulse is designed, and the voltage ratio
between the sockelahen first lamp electrode and the base remote
second lamp electrode from 22: 1 to 5: 4 is enough.
Die
Dauer der ersten Halbschwingung des asymmetrischen Zündpulses
liegt bevorzugt in einem Bereich zwischen 10 ns und 100 us, insbesondere zwischen
40 ns und 1 us. Die durch den asymmetrischen Zündpuls generierbare
Spannung an der sockelnahen ersten Lampenelektrode beträgt
dabei 4 kV–25 kV, die durch den asymmetrischen Zündpuls generierbare
Spannung an der sockelfernen zweiten Lampenelektrode beträgt
dabei 0,5 kV–8 kV. Dies stellt eine sichere und zuverlässige
Zündung des Gasentladungslampenbrenners sicher.The
Duration of the first half-cycle of the asymmetrical ignition pulse
is preferably in a range between 10 ns and 100 μs, in particular between
40 ns and 1 us. The generatable by the asymmetric ignition pulse
Voltage is at the socket near the first lamp electrode
while 4 kV-25 kV, which can be generated by the asymmetric ignition pulse
Voltage is at the socket remote second lamp electrode
while 0.5 kV-8 kV. This represents a safe and reliable
Ignition of the gas discharge lamp burner safe.
Der
Zündtransformator weist dabei bevorzugt eine zweigeteilte
Sekundärwicklung auf, wobei ein erster Teil der ersten
Lampenelektrode zugeordnet ist, ein zweiter Teil der zweiten Lampenelektrode zugeordnet
ist und für das Windungsverhältnis nS1:nS2 folgende
Gleichung gilt: nS2 = 0,04...0,8·nS1. Dies stellt ein Ausgewogenes
Verhältnis zwischen der Spannung an der ersten sockelnahen
Lampenelektrode und der zweiten sockelfernen Lampenelektrode sicher.
Der Zündtransformator weist dabei bevorzugt 1–4
Primärwindungen auf und 40–380 Sekundärwindungen.
Mit diesen Windungszahlen kann ein Gasentladungslampenbrenner sicher
und zuverlässig gezündet werden.Of the
Ignition transformer has preferably a two-part
Secondary winding on, with a first part of the first
Lamp electrode associated with, associated with a second part of the second lamp electrode
is and for the turns ratio nS1: nS2 following
Equation applies: nS2 = 0.04 ... 0.8 · nS1. This provides a balance
Relationship between the voltage at the first socket close
Lamp electrode and the second sockelfernen lamp electrode safe.
The ignition transformer has preferably 1-4
Primary turns on and 40-380 secondary turns.
With these numbers of turns, a gas discharge lamp burner can be safe
and be reliably ignited.
Die
Zündelektronik weist in einer bevorzugten Ausführungsform
einen Schwellwertschalter auf, dessen Schaltspannung zwischen 350
V und 1300 V liegt. Weiterhin weist die Zündelektronik
in der bevorzugten Ausführungsform zwei Induktivitäten
auf, die je zwischen einer Lampenelektrode und einem hochspannungsseitigen
Sekundäranschluss des Zündtransformators geschaltet
sind, und einen Brennerkondensator, der zwischen die beiden Lampenelektroden
geschaltet ist, wobei der Brennerkondensator eine Kapazität
kleiner 22 pF aufweist, und vorzugsweise eine Kapazität
zwischen 3 pF und 15 pF aufweist. Diese Maßnahmen stellen
sicher, dass hochfrequente Störungen, die beim Durchbruch
des Entladungsbogens des Gasentladungslampenbrenners der integrierten
Gasentladungslampe entstehen, möglichst am Ort ihrer Entstehung
bedämpft werden und so keine Gefahr mehr für die
vorgeschaltete Elektronik darstellen.The
Ignition electronics has in a preferred embodiment
a threshold switch whose switching voltage is between 350
V and 1300 V is located. Furthermore, the ignition electronics
in the preferred embodiment, two inductors
on, each between a lamp electrode and a high-voltage side
Secondary connection of the ignition transformer switched
and a torch capacitor between the two lamp electrodes
is switched, wherein the burner capacitor has a capacity
less than 22 pF, and preferably a capacity
between 3 pF and 15 pF. These measures provide
sure that high-frequency interference, the breakthrough
Discharge arc of gas discharge lamp burner of integrated
Gas discharge lamp arise, if possible at the place of their formation
be damped and so no more danger to the
represent upstream electronics.
Wenn
die Zündelektronik einen Rückschlusskondensator
aufweist, der zwischen die niederspannungsseitigen Sekundäranschlüsse
des Zündtransformators geschaltet ist, und eine Kapazität
von 68 pF bis 22 nF aufweist, so werden etwaige bis zum Eingang
der Zündschaltung gelangende Störungen gefiltert.
Die Zündelektronik kann in einer bevorzugten Ausführungsform
eine Rückleiterdrossel aufweisen, die zusammen mit dem
Rückschlusskondensator einen Tiefpass bildet. Dies steigert
die Filterwirkung weiter, und filtert hochfrequente von dem Gasentladungslampenbrenner
kommende Störungen aus.If the ignition electronics has a return capacitor, which is connected between the low-voltage side secondary terminals of the ignition transformer, and has a capacity of 68 pF to 22 nF, then any filtered until the input of the ignition circuit reaching disturbances. In a preferred embodiment, the ignition electronics can have a return conductor throttle, which forms a low-pass filter together with the return capacitor. This further enhances the filtering effect and filters out high frequency noise from the gas discharge lamp burner.
Wenn
die Zündelektronik eine stromkompensierte Drossel aufweist,
die in den Eingang der Zündelektronik geschaltet ist, so
wird die elektromagnetischen Verträglichkeit der Schaltungsanordnung
weiter verbessert. Um hohe Spannungsspitzen auszufiltern, weist
die Zündelektronik bevorzugt eine TVS-Diode auf, die zwischen
die Eingangsanschlüsse der Zündelektronik geschaltet
ist.If
the ignition electronics has a current-compensated choke,
which is connected in the input of the ignition electronics, so
becomes the electromagnetic compatibility of the circuit
further improved. To filter out high voltage peaks, points
the ignition electronics preferably a TVS diode on between
the input terminals of the ignition electronics switched
is.
Um
sicherzustellen, dass der Rückleiter nicht berührt
werden kann, wenn eine Spannung an ihm anliegt, weist die Gasentladungslampe
bevorzugt einen Sockel auf, der beim Einsetzen in einen Reflektor gleichzeitig
mit der mechanischen Fixierung gleichzeitig auch die elektrische
Kontaktierung bewerkstelligt.Around
Ensure that the return line is not touched
can be when a voltage is applied to it, the gas discharge lamp
prefers a pedestal on when inserted into a reflector at the same time
with the mechanical fixation at the same time the electrical
Contacting accomplished.
Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
integrierten Gasentladungslampe ergeben sich aus weiteren abhängigen
Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.Further
advantageous developments and refinements of the invention
integrated gas discharge lamp result from further dependent
Claims and from the following description.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)Short description of the drawing (s)
Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand
der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche
Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:Further
Advantages, features and details of the invention will be apparent from
the following description of exemplary embodiments
and with reference to the drawings in which the same or the same function
Elements are provided with identical reference numerals. Showing:
1 eine
Schnittansicht einer erfindungsgemäßen integrierten
Gasentladungslampe in einer ersten Ausführungsform, 1 a sectional view of an integrated gas discharge lamp according to the invention in a first embodiment,
2 eine
Explosionsansicht der mechanischen Bauteile der integrierten Gasentladungslampe in
der ersten Ausführungsform, 2 an exploded view of the mechanical components of the integrated gas discharge lamp in the first embodiment,
3 eine
Schnittansicht einer erfindungsgemäßen integrierten
Gasentladungslampe in einer zweiten Ausführungsform, 3 a sectional view of an integrated gas discharge lamp according to the invention in a second embodiment,
4 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
integrierten Gasentladungslampe in einer zweiten Ausführungsform, 4 a perspective view of an integrated gas discharge lamp according to the invention in a second embodiment,
5 eine
Ansicht der Schnittstelle Scheinwerfer/Gasentladungslampe, 5 a view of the interface headlight / gas discharge lamp,
6 eine
Detailansicht der elektrischen Kontaktierung, 6 a detailed view of the electrical contact,
7 eine
Detailansicht der mechanischen Kontaktierung, 7 a detailed view of the mechanical contact,
8 eine
Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der integrierten
Gasentladungslampe, 8th a sectional view of a third embodiment of the integrated gas discharge lamp,
9 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
integrierten Gasentladungslampe in einer vierten Ausführungsform, 9 a perspective view of an integrated gas discharge lamp according to the invention in a fourth embodiment,
10 eine
perspektivische Ansicht eines Zündtransformators der integrierten
Gasentladungslampe, 10 a perspective view of an ignition transformer of the integrated gas discharge lamp,
11 eine
perspektivische Ansicht des oberen Teils des Zündtransformators, 11 a perspective view of the upper part of the ignition transformer,
12 eine
perspektivische Ansicht des unteren Teils des Zündtransformators, 12 a perspective view of the lower part of the ignition transformer,
13 eine
perspektivische Ansicht des unteren Teils des Zündtransformators
mit sichtbarer Sekundärwicklung, 13 a perspective view of the lower part of the ignition transformer with visible secondary winding,
14 eine
Explosionsansicht des Zündtransformators in einer zweiten
runden Ausführungsform, 14 an exploded view of the ignition transformer in a second round embodiment,
15 eine
Schnittansicht des Zündtransformators in einer zweiten
runden Ausführungsform, 15 a sectional view of the ignition transformer in a second round embodiment,
16 eine Explosionsansicht des Zündtransformators
in einer dritten runden Ausführungsform mit zweiwindiger
Primärwicklung, 16 an exploded view of the ignition transformer in a third round embodiment with two-winding primary winding,
17 eine Schnittansicht des Zündtransformators
in einer dritten runden Ausführungsform mit zweiwindiger
Primärwicklung, 17 a sectional view of the ignition transformer in a third round embodiment with two-winding primary winding,
18a ein schematisches Schaltbild einer unsymmetrischen
Impulszündung nach dem Stand der Technik, 18a a schematic diagram of a single-ended pulse ignition according to the prior art,
18b ein schematisches Schaltbild eines symmetrischen
Impulszündgerätes nach dem Stand der Technik, 18b a schematic diagram of a symmetrical Impulsekündgerätes according to the prior art,
19 ein schematisches Schaltbild eines asymmetrischen
Impulszündgerätes, 19 a schematic diagram of an asymmetric Impulszündgerätes,
20 ein schematisches Schaltbild einer erweiterten
Schaltung der integrierten Gasentladungslampe, 20 a schematic diagram of an extended circuit of the integrated gas discharge lamp,
21 eine Schnittansicht des Gasentladungslampenbrenners
der integrierten Gasentladungslampe mit der Sockelkonstruktion, 21 a sectional view of the gas discharge lamp burner of the integrated gas discharge lamp with the base construction,
22 ein Diagramm der Betriebsfrequenz des Gasentladungslampenbrenners über
seiner Brenndauer, 22 a diagram of the operating frequency of the gas discharge lamp burner over its burning time,
23 eine Schaltungstopologie für eine Betriebsweise
mit begradigtem Entladungsbogen in einer ersten Ausführungsform, 23 a circuit topology for a straightened discharge arc operation in a first embodiment;
24 eine Schaltungstopologie für eine Betriebsweise
mit begradigtem Entladungsbogen in einer zweiten Ausführungsform, 24 a circuit topology for a straightened discharge arc operation in a second embodiment,
25 eine Schaltungstopologie für eine Betriebsweise
mit begradigtem Entladungsbogen in einer dritten Ausführungsform, 25 a circuit topology for a straightened discharge arc operation in a third embodiment,
26 eine Schaltungstopologie für eine vereinfachte
Betriebsweise eines Gleichspannungswandlers, 26 a circuit topology for a simplified operation of a DC-DC converter,
27 eine Graphik, die den funktionalen Zusammenhang
zwischen der normierten Sollbrennleistung und der kumulierten gewichteten
Brenndauer des Gasentladungslampenbrenners darstellt, 27 a graph showing the functional relationship between the normalized nominal burn power and the cumulative weighted burn time of the gas discharge lamp burner,
28 eine graphische Darstellung der Gewichtsfunktion γ, 28 a graphical representation of the weight function γ,
29 eine graphische Darstellung der Funktion α, 29 a graphic representation of the function α,
30 eine graphische Darstellung des normierten
Solllichtstromes in Abhängigkeit von der normierten kumulierten
Brenndauer des Gasentladungslampenbrenners. 30 a graphical representation of the normalized nominal luminous flux as a function of the normalized cumulative burning time of the gas discharge lamp burner.
Bevorzugte Ausführung
der ErfindungPreferred embodiment
the invention
Mechanische IntegrationMechanical integration
1 zeigt
eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der integrierten
Gasentladungslampe 5. Ein Lampenbrenner 50 wird
von einer Metallklammer 52 gehaltert, die an 4 Halteblechen 53 angebracht
ist. Die Haltebleche 53 sind in einen Lampensockel 70 eingegossen
beziehungsweise eingespritzt. Der Lampensockel 70 besteht
vorzugsweise aus Kunststoff, und wird über ein Spritzgussverfahren
oder über ein Gießverfahren hergestellt. Um die elektrische
Abschirmung zu verbessern, kann der Kunststoff des Lampensockels 70 elektrisch
leitfähig oder metallisiert sein. Besonders vorteilhaft
ist eine Metallisierung des Lampensockels auf der Außenseite,
folglich auf dem der Zünd- und Betriebselektronik 910, 920 abgewandten
Seite. Neben einer Metallisierung ist auch das Umspritzen von metallischen
Leitern oder eines metalli schen Geflechts möglich, so dass
eine in der Wand des Lampensockels 70 befindliche elektrisch
leitende Haut entsteht. Wird kein leitfähiger oder metallisierter
Kunststoff verwendet, so ist der Kunststoffsockel mit einem elektrisch
leitfähigen Gehäuse 72 aus einem leitfähigen
Material wie z. B. Metall umschlossen. Das Metall kann z. B. ein
korrosionsgeschütztes Eisenblech oder aber auch ein Buntmetall
wie Aluminium, Magnesium oder Messing sein. Am brennerseitigen Abschluss
des elektrisch leitfähigen Gehäuses 72 sitzt
ein Dichtring 71, in- und wieder auch als O-Ring bezeichnet,
der eine Abdichtung zum Reflektor hin bewerkstelligt. Durch diese Maßnahme
kann ein dichtes Scheinwerfersystem aufgebaut werden, ohne die Lampe
komplett in einen abgedichteten Scheinwerfer einbauen zu müssen. Dadurch,
dass die Lampe außen am Scheinwerfer sitzt, ist die Kühlung
einer im Sockel befindlichen Zünd- und Betriebselektronik 910, 920 bedeutend besser
und einfacher als mit einem herkömmlichen Aufbau, bei dem
die Gasentladungslampe 5 in einen dichten Scheinwerfer
eingebaut wird, bei dem nur eine schwach ausgeprägte kühlende
Konvektion stattfinden kann. Die näherungsweise stehende
Luft innerhalb des beschriebenen, dichten Scheinwerfers bedingt
einen sogenannten Wärmestau, der zu deutlich höheren
Temperaturen der Betriebselektronik führt, als in der vorgeschlagenen
Ausführung, bei der die Lampe auf der von der Lichtaustrittsfläche
abgewandten Seite ins Freie, beispielsweise in den Motorraum, steht. 1 shows a sectional view of a first embodiment of the integrated gas discharge lamp 5 , A lamp burner 50 is from a metal clip 52 held on 4 retaining plates 53 is appropriate. The retaining plates 53 are in a lamp base 70 poured or injected. The lamp base 70 is preferably made of plastic, and is produced via an injection molding process or via a casting process. To improve the electrical shielding, the plastic of the lamp base can 70 be electrically conductive or metallized. Particularly advantageous is a metallization of the lamp cap on the outside, consequently on that of the ignition and operating electronics 910 . 920 opposite side. In addition to a metallization and the encapsulation of metallic conductors or Metalli rule braid is possible, so that in the wall of the lamp cap 70 located electrically conductive skin arises. If no conductive or metallized plastic is used, then the plastic base with an electrically conductive housing 72 made of a conductive material such. B. metal enclosed. The metal can z. As a corrosion-protected sheet iron or even a non-ferrous metal such as aluminum, magnesium or brass. At the burner end of the electrically conductive housing 72 sits a sealing ring 71 , in and again referred to as O-ring, which accomplishes a seal towards the reflector. By this measure, a dense headlight system can be constructed without having to install the lamp completely in a sealed headlight. Due to the fact that the lamp is located on the outside of the headlight, the cooling of an ignition and operating electronics located in the base 910 . 920 significantly better and easier than with a conventional construction, where the gas discharge lamp 5 is installed in a dense headlight, where only a slight cooling convection can take place. The approximately stationary air within the described, dense headlamp causes a so-called heat accumulation, which leads to significantly higher temperatures of the operating electronics, as in the proposed embodiment, in which the lamp is on the side facing away from the light exit surface side into the open, for example in the engine compartment ,
Der
Sockel 70 wird auf der dem Lampenbrenner 50 abgewandten
Seite von einer Sockelplatte 74 abgeschlossen. Die Sockelplatte 74 besteht vorzugsweise
aus einem thermisch wie elektrisch gut leitfähigem Material
wie z. B. Aluminium oder Magnesium. Um eine mechanische Verbindung
mit dem Sockel 70 sowie eine elektrische Verbindung mit
dem elektrisch leitfähigen Gehäuse 72 herzustellen,
weist dieses an der dem Lampenbrenner 50 abgewandten Seite
mehrere Laschen 722 auf, die beim Zusammenbau der integrierten
Gasentladungslampe 5 auf die Sockelplatte 74 umgebördelt
werden, und so die benötigten Verbindungen herstellen.
Unter anderem durch diese Art der Verbindungstechnik werden Lampenbrenner 50,
Zündelektronik 910 und Betriebselektronik 920 untrennbar
mit einander verbunden. Dies hat für den Kraftfahrzeug-Hersteller
den Vorteil, dass die gesamte integrierte Gasentladungslampe 5 von
Seiten der Logistik als auch bei der Montage als ein Teil betrachtet
werden kann, die geringere Komplexität führt zu
reduzierten Kosten und eine Verwechslungsgefahr zwischen Komponenten
mit gleicher Funktion aber unterschiedlicher Ausgestaltung, wie
etwa unterschiedlichen Produktversionen, ist eliminiert. Für
den Endkunden, beispielsweise den Fahrzeugeigentümer, ergibt
sich hieraus der Vorteil, dass die reduzierte Komplexität
den Austausch einer defekten integrierten Gasentladungslampe gegenüber
dem Stand der Technik deutlich vereinfacht und beschleunigt, die
Fehlersuche erleichtert und geringere Kenntnisse und Fähigkeiten
für die Durchführung eines Lampenwechsels erforderlich
sind. Der Wegfall der Kabel sowie Steckverbinder zwischen den Komponenten
reduziert zudem die Kosten, erhöht die Zuverlässigkeit
und reduziert das Gewicht.The base 70 will be on the lamp burner 50 opposite side of a base plate 74 completed. The base plate 74 preferably consists of a thermally and electrically good conductive material such. As aluminum or magnesium. To make a mechanical connection with the socket 70 and an electrical connection to the electrically conductive housing 72 manufacture, this points to the lamp burner 50 opposite side several tabs 722 on when assembling the integrated gas discharge lamp 5 on the base plate 74 be crimped, and so make the necessary connections. Among other things, this type of connection technology become lamp burners 50 , Ignition electronics 910 and operating electronics 920 inseparable from each other. This has the advantage for the motor vehicle manufacturer that the entire integrated gas discharge lamp 5 The lower complexity leads to reduced costs and a likelihood of confusion between components with the same function but different design, such as different product versions, is eliminated. For the end customer, such as the vehicle owner, this results in the advantage that the reduced complexity significantly simplifies and speeds up the replacement of a defective integrated gas discharge lamp over the prior art, facilitates troubleshooting and less knowledge and skills required to perform a lamp replacement. Of the Loss of cables and connectors between components also reduces costs, increases reliability and reduces weight.
Die
Sockelplatte ist bevorzugt aus Aluminiumdruckguss oder aus Magnesiumdruckguss
ausgeführt. Dies ist eine ebenso kostengünstige
wie mechanisch sowie elektrisch hochwertige Variante. Eine elektrisch
gut leitfähige Verbindung zwischen dem zumindest oberflächlich
elektrisch leitfähigen Lampensockel 70 oder dem
elektrisch leitfähigen Gehäuse 72 und
der ebenfalls elektrisch leitfähigen Sockelplatte 74 ist
insbesondere für eine gute elektromagnetische Abschirmung
erforderlich. Diese Abschirmung verhindert die Störung
benachbarter elektrischer oder elektronischer Baugruppen. Darüber
hinaus gewährleistet die Abschirmung, dass die Baugruppen
keinen negativen Einfluss auf die Funktion der Zünd- und
Betriebselektronik 910, 920 haben. Zwischen die
Sockelplatte 74 und den Sockel 70 ist ein Dichtungsring 73 angeordnet,
der eine wasser- und luftdichte Verbindung zwischen dem Sockel 70 und
der Sockelplatte 74 gewährleistet.The base plate is preferably made of die-cast aluminum or die-cast magnesium. This is an inexpensive as well as mechanically and electrically high-quality variant. An electrically good conductive connection between the at least superficially electrically conductive lamp base 70 or the electrically conductive housing 72 and also electrically conductive base plate 74 is particularly required for good electromagnetic shielding. This shield prevents the interference of adjacent electrical or electronic assemblies. In addition, the shield ensures that the modules have no negative impact on the function of the ignition and operating electronics 910 . 920 to have. Between the base plate 74 and the pedestal 70 is a sealing ring 73 arranged, providing a water and airtight connection between the base 70 and the base plate 74 guaranteed.
In
einer alternativen Ausführungsform ist der Sockel 70 sowie
die Sockelplatte 74 derart ausgebildet, dass beide Teile
ineinander einrastbar sind und in Rastlage gleichzeitig ein oder
mehrere Kontaktpunkte zwischen dem elektrisch leitfähigem
Gehäuse 72 und der Sockelplatte 74 bestehen,
um eine gute Anbindung für die elektrische Abschirmung
zu generieren. Auch hier ist wieder zwischen Sockel und Sockelplatte
ein Dichtungsring angeordnet, der die Dichtheit des Sockels auf
der dem Gasentladungslampenbrenner 50 abgewandten Seite
gewährleistet.In an alternative embodiment, the base is 70 as well as the base plate 74 designed such that both parts are latched into one another and in latching position at the same time one or more points of contact between the electrically conductive housing 72 and the base plate 74 exist to generate a good connection for the electrical shielding. Again, between the base and base plate, a sealing ring is arranged, the tightness of the base on the gas discharge lamp burner 50 guaranteed side away.
Im
Inneren des Sockels 70 sind zwei Ebenen vorgesehen, die
die Zünd- und Betriebselektronik aufnehmen. Eine erste
kleinere Ebene, die dem Lampenbrenner 50 am nächsten
liegt, nimmt die Zündelektronik 910 mit dem Zündtransformator 80 auf.
Auf die Konstruktion des Zündtransformators 80 wird später
noch eingegangen werden. Eine zweite größere Ebene
nimmt die für den Betrieb des Entladungslampenbrenners 50 notwendige
Betriebselektronik 920 auf. Die Zünd- sowie die
Betriebselektronik kann auf jeder geeigneten Art von Leiterplatte,
auch Platine genannt, angesiedelt sein. In Frage kommen konventionelle
Leiterplatten, Metallkernleiterplatten, Leiterplatten in LTCC-Technologie,
oxidierte oder beschichtete Metallplatten mit Leiterbahnen in Dickschichttechnik,
Kunststoffleiterplatten in MID oder MID Heißprägetechnik
oder geeignete andere mögliche Technologien zur Herstellung
von temperaturfesten Leiterplatten. Die elektronischen Komponenten und
Bauelemente welche die Zünd- und Betriebselektronik bilden,
können sich dabei jeweils auf der Ober- und Unterseite
sowie im Inneren der beiden Leiterplatten befinden. In der 1 sind
der Einfachheit halber außer dem Transformator 80 keine
weiteren elektronischen Komponenten oder Bauelemente, auf der Leiterplatte
dargestellt. Sofern die Leiterplatte für die Zündelektronik 910 und
die Leiterplatte für die Betriebselektronik 920 aus
demselben Material bestehen, können sie vorteilhafter weise
auf demselben Nutzen gefertigt werden. Dabei können zwischen den
Platinen Brücken bestückt werden, die beim Vereinzeln
und Einbringen in den Lampensockel 70 als elektrische Verbindungen
zwischen den Platinen dienen. Als Brücken können
beispielsweise Einzeldrähte, Flachbandleitungen oder starr-flexible
Leiterplatten dienen. Die elektrische Verbindung der beiden Leiterplatten
wird dabei so ausgeführt, dass sie eine Abstandsänderung
zwischen den beiden Leiterplatten der Zünd- und Betriebselektronik
durch thermische Ausdehnung, insbesondere durch eine thermische
Zyklenbeanspruchung, unbeschadet übersteht. Hierzu sind
beispielsweise die Drähte mit ausreichender Länge
und entsprechender Verlegung innerhalb des Gehäuses zu
versehen. Alternativ können beispielsweise eine oder mehrere
Stift- und Buchsenleisten verwendet werden, die so bemessen und angeordnet
sind, dass sie eine thermische Ausdehnung in Richtung der Längsachse
des Gasentladungslampenbrenners der beiden Leiterplatten zulassen
und dennoch in allen Fällen eine elektrische Verbindung
gewährleisten. Hierzu sind beispielsweise die Stifte der
Stiftleiste senkrecht zur jeweiligen Leiterplattenoberfläche
angeordnet und die Einführlänge der Buchsen so
bemessen, dass sie mehr Weg für die Stifte zur Verfügung
stellen, als diese bedingt durch die thermische Ausdehnung innerhalb
der Buchsen benötigen.Inside the pedestal 70 Two levels are provided, which accommodate the ignition and operating electronics. A first smaller level, the lamp burner 50 is closest, takes the ignition electronics 910 with the ignition transformer 80 on. On the design of the ignition transformer 80 will be discussed later. A second larger level takes the for the operation of the discharge lamp burner 50 necessary operating electronics 920 on. The ignition and the operating electronics can be located on any suitable type of circuit board, also called circuit board. Conventional PCBs, metal-core PCBs, LTCC technology PCBs, thick-layered, oxidized or coated metal plates, MID or MID hot-stamping PCBs, or any other suitable technology for producing temperature-resistant printed circuit boards are possible. The electronic components and components that make up the ignition and operating electronics can each be located on the top and bottom as well as inside the two printed circuit boards. In the 1 are for convenience except the transformer 80 no further electronic components or components, shown on the circuit board. If the circuit board for the ignition electronics 910 and the circuit board for the operating electronics 920 Made of the same material, they can be advantageously manufactured on the same benefit. In this case, bridges can be fitted between the boards, which when separating and placing in the lamp base 70 serve as electrical connections between the boards. As bridges, for example, single wires, ribbon cables or rigid-flexible circuit boards can be used. The electrical connection of the two printed circuit boards is designed so that it survives a change in distance between the two circuit boards of the ignition and operating electronics by thermal expansion, in particular by a thermal cycle stress, unscathed. For this purpose, for example, the wires are to be provided with sufficient length and appropriate installation within the housing. Alternatively, for example, one or more male and female headers may be used which are sized and arranged to permit thermal expansion in the direction of the longitudinal axis of the gas discharge lamp burner of the two circuit boards and still provide electrical connection in all cases. For this purpose, for example, the pins of the pin header are arranged perpendicular to the respective circuit board surface and the insertion length of the sockets dimensioned so that they provide more path for the pins available, as they require due to the thermal expansion within the sockets.
Die
Leiterplatte für die Zündelektronik 910 weist
auf der der Betriebselektronik zugewandten Seite eine elektrisch
leitende Abschirmfläche auf, um Störungen, die
durch die Hochspannung in der Zündelektronik zustande kommen,
möglichst von der Betriebselektronik fernzuhalten. Bei
einer metallischen oder Metallkernplatine ist diese Fläche
inhärent vorhanden, bei anderen Platinenmaterialien wird
vorzugsweise eine Kupferfläche oder Ähnliches
auf dieser Seite aufgebracht. Wird eine Metallkernplatine verwendet,
so kann mit dieser auch der Zündtransformator 80 gekühlt
werden, der aufgrund der Nähe zum Gasentladungslampenbrenner 50 einer
besonders hohen thermischen Belastung ausgesetzt ist. Eine elektrisch
leitende Abschirmfläche zwischen der Zündelektronik 910 und
der Betriebselektronik 920 kann alternativ auch durch ein
metallisches Blech erfolgen, das zwischen den beiden Leiterplatten
eingebracht ist und vorteilhafter Weise elektrisch leitend mit dem elektrisch
leitfähigen Gehäuse 72 verbunden ist.
Soll diese Abschirmfläche auch zur Kühlung des
Zündtransformators 80 dienen, so ist es von Vorteil,
wenn das metallische Blech auch eine gute thermische Anbindung beispielsweise
durch eine Wärmeleitfolie oder Wärmeleitpaste
an das elektrisch leitfähige Gehäuse 72 aufweist.The circuit board for the ignition electronics 910 has on the side facing the operating electronics on an electrically conductive shielding surface to keep disturbances that come about by the high voltage in the ignition electronics, as far as possible to keep away from the operating electronics. In the case of a metallic or metal core board, this surface is inherently present, in the case of other board materials, preferably a copper surface or the like is applied to this side. If a metal core board is used, so can the ignition transformer with this 80 be cooled due to the proximity to the gas discharge lamp burner 50 is exposed to a particularly high thermal load. An electrically conductive shielding surface between the ignition electronics 910 and the operating electronics 920 Alternatively, it can be done by a metallic sheet, which is introduced between the two circuit boards and advantageously electrically conductive with the electrically conductive housing 72 connected is. Should this shielding also for cooling the ignition transformer 80 serve, it is advantageous if the metallic sheet also has a good thermal connection, for example by a heat conducting foil or thermal paste to the electrically conductive housing 72 having.
Die
Leiterplatte für die Betriebselektronik 920 ist
zwischen dem Sockel 70 und der Sockelplatte 74 eingeklemmt.
Die Leiterplatte für die Betriebselektronik 920 weist
an Ihrem Umfang jeweils auf der Ober- und Unterseite eine umlaufende
Masseleiterbahn, so genannte Masseringe auf, die aufgrund von Durchkontaktierungen
elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Diese Durchkontaktierungen
werden üblicherweise als Vias bezeichnet, und sind elektrische
Kontaktierungen, die durch die Leiterplatte verlaufen. Diese Masseringe
stellen durch die Einklemmung zwischen dem Sockel 70 und
der Sockelplatte 74 einen elektrischen Kontakt zur Sockelplatte 74 her,
wodurch die Masseanbindung der Betriebselektronik 920 zum
elektrisch leitfähigem Gehäuse 72 über
die umgebördelten Laschen 722 gewährleistet ist.The printed circuit board for the operating electronics 920 is between the pedestal 70 and the base plate 74 trapped. The printed circuit board for the operating electronics 920 has on its circumference in each case on the top and bottom of a circumferential ground trace, so-called ground rings, which are electrically conductively connected to each other due to vias. These vias are commonly referred to as vias, and are electrical contacts that pass through the circuit board. These mass rings set by the entrapment between the pedestal 70 and the base plate 74 an electrical contact to the base plate 74 ago, whereby the ground connection of the operating electronics 920 to the electrically conductive housing 72 over the flanged tabs 722 is guaranteed.
2 zeigt
eine Explosionsansicht der mechanischen Bauteile der integrierten
Gasentladungslampe 5 in der ersten Ausführungsform.
Hier ist der Sockel quadratisch, im Prinzip kann er aber auch viele
andere geeignete Formen aufweisen. Besonders günstige weitere
Ausführungsformen wären rund, sechseckig, achteckig
oder rechteckig. Zur Bestimmung der Außenkontur der Ausführungsform
wird in Gedanken ein Schnitt senkrecht zur Längsachse des Gasentladungslampenbrenners 50 durch
das die Elektronik beinhaltende Gehäuseteil durchgeführt, und
die sich ergebende Außenkontur betrachtet, wobei Rundungen
an den Gehäusekanten zu vernachlässigen sind.
Im Fall der in 1 und 2 dargestellten
ersten Ausführungsform ergeben sich abhängig davon
ob sich die gewählte Schnittfläche näher bei
der Zündelektronik 910 oder näher bei
der der Betriebselektronik 920 befindet, zwei Quadrate.
Bei der ersten Ausführungsform handelt es sich deshalb
um eine quadratische Ausführungsform. Die erste sich ergebende
Außenkontur in der Nähe der Zündelektronik 910 ist
kleiner als die zweite, was im Wesentlichen dadurch bedingt ist,
dass die Leiterplatte der Zündelektronik 920 geringere
Abmessungen besitzt als die der Betriebelektronik 910.
Dies muss jedoch nicht zwingend der Fall sein und eine Ausführungsform
in der beiden Außenkonturen die gleiche Größe besitzen
und es folglich nur eine Einzige Außenkontur gibt, ist
möglich. Auch müssen die beiden Geometrien der
Außenkonturen in den verschiedenen Bereichen nicht identisch
sein. Insbesondere eine im Bereich der Zündelektronik kleine,
runde und eine im Bereich der Betriebselektronik größere,
sechseckige Außenkontur erscheint als eine besonders vorteilhafte
Ausführungsform. 2 shows an exploded view of the mechanical components of the integrated gas discharge lamp 5 in the first embodiment. Here the pedestal is square, but in principle it can also have many other suitable shapes. Particularly favorable further embodiments would be round, hexagonal, octagonal or rectangular. In order to determine the outer contour of the embodiment, a cut is made in the direction perpendicular to the longitudinal axis of the gas discharge lamp burner 50 performed by the electronics housing housing part, and the resulting outer contour considered, with roundings on the edges of the housing are negligible. In the case of in 1 and 2 shown first embodiment, depending on whether the selected interface is closer to the ignition electronics 910 or closer to the operating electronics 920 located, two squares. The first embodiment is therefore a quadratic embodiment. The first resulting outer contour near the ignition electronics 910 is smaller than the second, which is essentially due to the fact that the circuit board of the ignition electronics 920 has smaller dimensions than that of the operating electronics 910 , However, this need not necessarily be the case and an embodiment in the two outer contours have the same size and consequently there is only a single outer contour is possible. Also, the two geometries of the outer contours need not be identical in the different areas. In particular, in the field of ignition electronics small, round and larger in the field of operating electronics, hexagonal outer contour appears as a particularly advantageous embodiment.
Die
Platine für die Betriebselektronik 920 ist dabei,
wie oben schon dargelegt, zwischen den Sockel 70 und die
Sockelplatte 74 eingeklemmt. Der Dichtungsring 73 kommt
wie die Leiterplatte für die Betriebselektronik 920 zwischen
dem Sockel 70 und der Sockelplatte 74 zu liegen,
und ist außerhalb der Leiterplatte für die Betriebselektronik 920 angeordnet.The board for the operating electronics 920 is, as already stated above, between the base 70 and the base plate 74 trapped. The sealing ring 73 comes like the PCB for the operating electronics 920 between the pedestal 70 and the base plate 74 to lie, and is outside the PCB for the operating electronics 920 arranged.
3 zeigt
eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der integrierten
Gasentladungslampe 5. Die zweite Ausführungsform
ist ähnlich zur ersten Ausführungsform, es werden
daher lediglich die Unterschiede zur ersten Ausführungsform
beschrieben. In der zweiten Ausführungsform sind die Zündelektronik 910 und
die Betriebselektronik 920 in einer gemeinsamen Ebene auf
einer Leiterplatte als Gesamtbetriebselektronik 930 angeordnet.
Durch diese Maßnahme kann der Sockel der erfindungsgemäßen
Gasentladungslampe 5 flacher Ausfallen, wodurch auch ein
Scheinwerfer, der diese Gasentladungslampe 5 verwendet
ebenfalls weniger Tiefe zeigt. Der Zündtransformator 80 sitzt
dabei mittig unter dem Gasentladungslampenbrenner 50. Dabei liegt
der Mittelpunkt des Zündtransformators 80 bevorzugt
in der Längsachse des Gasentladungslampenbrenners 50.
Die Stromzuführung für die sockelnahe Gasentladungslampenbrennerelektrode
ragt dabei in den mittleren Teil des Zündtransformators
hinein. Der Zündtransformator ist nicht auf der Leiterplatte
montiert, sondern sitzt mit seinem gasentladungslampenbrennerfernen
Ende in etwa auf gleicher Höhe wie die gasentladungslampenbrennerabgewandte
Seite der Leiterplatte. Die Leiterplatte der Gesamtbetriebselektronik 930 ist
dazu an dieser Stelle ausgespart, so dass der Zündtransformator 80 in
die Leiterplatte der Gesamtbetriebselektronik 930 eingesetzt
ist. Zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit
kann das Gehäuse, beispielsweise durch Stege aus Aluminiumblech
oder Mu-Metall, mit Wänden und Kammern versehen sein und hierdurch
eine elektrische, magnetische und elektromagnetische Schirmung von
unterschiedlichen Schaltungsteilen gegeneinander sowie gegen die Umgebung
erfolgen. Die Schirmung kann auch durch andere Maßnahmen
erzielt werden, insbesondere ist die Ausbildung von Kavitäten
in der Sockelplatte 74 sowie im Lampensockel 70 im
Rahmen des Spritzgussverfahrens leicht realisierbar. 3 shows a sectional view of a second embodiment of the integrated gas discharge lamp 5 , The second embodiment is similar to the first embodiment, therefore, only the differences from the first embodiment will be described. In the second embodiment, the ignition electronics 910 and the operating electronics 920 in a common plane on a printed circuit board as a total operating electronics 930 arranged. By this measure, the base of the gas discharge lamp according to the invention 5 flat fail, whereby a headlamp these gas discharge lamp 5 also uses less depth shows. The ignition transformer 80 sits in the middle under the gas discharge lamp burner 50 , This is the center of the ignition transformer 80 preferably in the longitudinal axis of the gas discharge lamp burner 50 , The power supply for the near-base gas discharge lamp burner electrode protrudes into the central part of the ignition transformer. The ignition transformer is not mounted on the circuit board, but sits with his gas discharge lamp burner remote end at about the same height as the gas discharge lamp burner side facing away from the circuit board. The circuit board of the total operating electronics 930 is omitted at this point, so that the ignition transformer 80 into the circuit board of the overall operating electronics 930 is used. To improve the electromagnetic compatibility, the housing, for example, by webs of aluminum sheet or mu-metal, be provided with walls and chambers and thereby carried an electrical, magnetic and electromagnetic shielding of different circuit parts against each other and against the environment. The shielding can also be achieved by other measures, in particular the formation of cavities in the base plate 74 as well as in the lamp base 70 within the scope of the injection molding process easily feasible.
Die
verbleibenden Hohlräume innerhalb des Gehäuses
der integrierten Gasentladungslampe 5, insbesondere um
den Zündtransformator 80 und auf beiden Seiten
der Gesamtbetriebselektronik 930, sind mit Vergussmasse
ausgefüllt. Dies hat mehrere Vorteile, so werden beispielsweise
elektrische Überschläge, insbesondere durch die
vom Zündtransformator erzeugte Hochspannung, sicher verhindert, eine
gute Entwärmung der Elektronik gewährleistet, sowie
eine mechanisch sehr robuste Einheit geschaffen, die insbesondere
Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit und hohen Beschleunigungen
sehr gut widersteht. Insbesondere zur Reduktion des Gewichts kann
jedoch auch nur ein teilweiser Verguss, beispielsweise im Bereich
des Zündtransformators 80, realisiert werden.The remaining cavities within the housing of the integrated gas discharge lamp 5 , in particular to the ignition transformer 80 and on both sides of the total operating electronics 930 , are filled with potting compound. This has several advantages, such as electrical flashovers, in particular by the high voltage generated by the ignition transformer safely prevented, ensuring a good cooling of the electronics, as well as a mechanically very robust unit created that very well withstand environmental influences such as moisture and high accelerations. However, in particular for reducing the weight, only a partial casting, for example in the region of the ignition transformer 80 , will be realized.
8 zeigt
eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
integrierten Gasentladungslampe 5. Die dritte Ausführungsform
ist ähnlich zur ersten Ausführungsform, daher
werden nur die Unterschiede zur ersten Ausführungsform
beschrieben. In der dritten Ausführungsform ist die Sockelplatte 74 auf
ihrer Außenseite mit Kühlrippen versehen. Es ist auch
denkbar, dass auch der Lampensockel 70 und das elektrisch
leitfähige Gehäuse 72 jeweils mit Kühlrippen
versehen werden. Zudem wird die Funktion der Leiterplatte der Betriebselektronik 920 ebenfalls durch
die Sockelplatte erfüllt, da diese auf ihrer Innenseite
elektrisch nicht leitende Bereiche aufweist, beispielsweise Bereiche
aus anodisch oxidiertem Aluminium, die mit leitenden Strukturen
versehen sind, beispielsweise Leiterbahnen in Dickschichttechnik,
und die mit den Bauelementen der Gesamtbetriebselektronik elektrisch
leitend, beispielsweise durch Löten, verbunden sind. Durch
diese Maßnahme wird die Betriebselektronik 920 besonders
gut gekühlt, da sie direkt auf einem Kühlkörper
aufgebracht ist. Die Kühlrippen sind vorzugsweise so ausgestaltet,
dass eine natürliche Konvektion in Einbaulage der integrierten
Gasentladungslampe 5 begünstigt wird. Soll die
integrierte Gasentladungslampe 5 in verschiedenen Einbaulagen
betrieben werden können, so kann die Kühlende
Oberfläche auch dementsprechend ausgestaltet sein und z.
B. aus runden, Hexagonalen, quadratischen oder rechteckigen Fingern
bestehen, so dass eine natürliche Konvektion in mehreren
Raumrichtungen stattfinden kann. Die Zündelektronik 910 findet
wie bei der ersten Ausführungsform auf einer darüber
liegenden Leiterplatte Platz, und ist mit der Betriebselektronik 920 durch
geeignete Maßnahmen elektrisch verbunden. Dies kann durch
Federkontakte oder Steckkontakte bewerkstelligt werden, aber auch
durch in dem Sockel verlaufende Leiterbahnen oder auf der Innenseite des
Sockels aufgeprägte Leiterbahnen, die mit der Zündelektronik 910 und
der Betriebselektronik 920 verbunden werden. 8th shows a third embodiment of the integrated gas discharge lamp according to the invention 5 , The third embodiment is similar to the first embodiment, therefore, only the differences from the first embodiment will be described. In the third embodiment, the base plate 74 provided with cooling fins on its outside. It is also conceivable that even the lamp base 70 and the electrically conductive housing 72 each be provided with cooling fins. In addition, the function of the circuit board of the operating electronics 920 also met by the base plate, as this has on its inside electrically non-conductive areas, such as areas of anodized aluminum, which are provided with conductive structures, such as printed conductors in thick-film technology, and electrically conductive with the components of the overall operating electronics, for example by soldering, are connected. By this measure, the operating electronics 920 cooled particularly well, as it is applied directly to a heat sink. The cooling fins are preferably designed such that a natural convection in the installed position of the integrated gas discharge lamp 5 is favored. Should the integrated gas discharge lamp 5 can be operated in different mounting positions, the cooling surface can also be configured accordingly and z. B. from round, hexagonal, square or rectangular fingers, so that a natural convection can take place in several directions in space. The ignition electronics 910 As with the first embodiment, it fits on an overlying printed circuit board, and is compatible with the operating electronics 920 electrically connected by suitable measures. This can be accomplished by spring contacts or plug contacts, but also by running in the base tracks or on the inside of the base printed conductors, with the ignition electronics 910 and the operating electronics 920 get connected.
9 zeigt
eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
integrierten Gasentladungslampe 5. Die vierte Ausführungsform
ist ähnlich zur zweiten Ausführungsform, daher
werden nur die Unterschiede zur zweiten Ausführungsform
beschrieben. In der vierten Ausführungsform wird die Sockelplatte 74 durch
eine auf der Innenseite, und damit wie im vorherigen Ausführungsbeispiel ebenfalls
einseitig, bestückte Metallkernplatine realisiert. Die
Sockelplatte 74 ist jedoch, wie auf der 4 gut
zu erkennen ist, keine Platte mehr sondern ein Sockelbecher mit hochgezogenen
Seitenwänden. Im Folgenden wird die Sockelplatte daher
aus Gründen der Übersichtlichkeit als Sockelbecher
bezeichnet. Der Sockelbecher kann ebenfalls aus einem thermisch
gut leitfähigem Material bestehen. Besonders gut geeignet
sind Metalllegierungen, die gut, z. B. durch Tiefziehen, umgeformt
werden können. Ebenfalls gut geeignet ist ein thermisch
gut leitender Kunststoff, der durch Spritzgießen in Form
gebracht werden kann. Der Sockel 70 mit dem Referenzring 702 und
den Referenznoppen 703 besteht in dieser Ausführungsform
im wesentlichen aus einer hexagonalen Platte, auf der der Brenner
gegenüber dem Referenzring justiert befestigt ist. Der
Sockelbecher beherbergt die Gesamtbetriebselektronik 930,
die auf einer eigenen Leiterplatte oder am Innenboden des Sockelbechers
Platz findet. An den Stromzuführungen 56, 57 des
Gasentladungslampenbrenners 50 sind Steckkontakte angebracht,
die beim Zusammenbau des Sockelbechers und des Sockels 70 in
entsprechende Gegenkontakte des Sockelbechers eingreifen und einen
zuverlässigen Kontakt herstellen. 9 shows a fourth embodiment of the integrated gas discharge lamp according to the invention 5 , The fourth embodiment is similar to the second embodiment, therefore, only the differences from the second embodiment will be described. In the fourth embodiment, the base plate 74 realized by a on the inside, and thus, as in the previous embodiment also on one side, stocked metal core board. The base plate 74 is, however, how on the 4 It is easy to see, no longer a plate but a base cup with raised side walls. Hereinafter, the base plate is therefore referred to for clarity as a socket cup. The base cup may also consist of a thermally highly conductive material. Particularly suitable are metal alloys that are good, z. B. by deep drawing, can be reshaped. Also suitable is a thermally well conductive plastic that can be brought into shape by injection molding. The base 70 with the reference ring 702 and the reference knobs 703 consists in this embodiment essentially of a hexagonal plate on which the burner is fixed relative to the reference ring. The base cup houses the total operating electronics 930 , which fits on its own circuit board or on the inner bottom of the base cup. At the power supply lines 56 . 57 of the gas discharge lamp burner 50 Plug contacts are attached when assembling the base cup and the socket 70 engage in corresponding mating contacts of the base cup and establish a reliable contact.
Sind
der Sockelbecher und der Sockel 70 aus Metall, so können
die beiden Teile durch Umbördeln wie bei einer Kaffeedose
oder Konservendose verbunden werden. ES können aber auch,
wie in der 9 gezeigt, lediglich mehrere
Laschen des Sockelbechers auf den Sockel aufgebördelt werden,
um eine mechanisch wie elektrisch gute Verbindung zu erzeugen. Zur
Herstellung der Verbindung können aber auch die bekannten
Löt- und Schweißverfahren verwendet werden.Are the base cup and the pedestal 70 made of metal, so the two parts can be connected by crimping like a coffee can or tin can. But you can also, as in the 9 shown, only a plurality of flaps of the base cup are crimped onto the base to produce a mechanically and electrically good connection. For the preparation of the compound but also the known soldering and welding methods can be used.
Sind
der Sockelbecher und der Sockel 70 aus Kunststoff, so kann
die Verbindung bevorzugt durch Ultraschallschweißen erfolgen.
Dies hat eine zuverlässige und feste Verbindung zur Folge,
die im Falle eines leitfähigen Kunststoffes auch eine leitfähige
Verbindung nach sich zieht. Die Verbindung kann aber ebenso durch
entsprechende Verrastungen erfolgen, dazu sind dann am Sockelbecher
beziehungsweise dem Sockel 70 entsprechende Rastnasen bzw.
Vertiefungen vorzusehen.Are the base cup and the pedestal 70 made of plastic, so the connection can preferably be made by ultrasonic welding. This results in a reliable and firm connection, which in the case of a conductive plastic also leads to a conductive connection. But the connection can also be done by appropriate locking, this is then the base cup or the base 70 provide corresponding locking lugs or depressions.
Im
Folgenden soll der Durchmesser (DIA) und die Höhe (HIG)
der integrierten Gasentladungslampe 5 weitgehend unabhängig
von der Geometrie definiert werden, um in Folgenden eine einfachere Beschreibung
vornehmem zu können. Unter der Höhe (HIG) der
integrierten Gasentladungslampe wird der maximale Abstand der Referenzebene,
auf die weiter unten näher eingegangen wird, zur brennerabgewandten
Außenseite der Sockelplatte (74) verstanden. Unter
dem Durchmesser (DIA) wird die längste Strecke innerhalb
der integrierten Gasentladungslampe verstanden, wobei die Stecke
innerhalb einer beliebigen Ebene liegt, wobei diese Ebene parallel
zur Referenzebene verläuft.The following is the diameter (DIA) and the height (HIG) of the integrated gas discharge lamp 5 are defined largely independently of the geometry, in order to be able to make a simpler description in the following. Below the height (HIG) of the integrated gas discharge lamp, the maximum distance of the reference plane, which will be discussed in more detail below, to the burner facing away outside of the base plate ( 74 ) Understood. The diameter (DIA) is understood to be the longest distance within the integrated gas discharge lamp, the plug lying within any plane, this plane running parallel to the reference plane.
Wie
in 4 gut zu sehen ist, weist der Lampensockel der
integrierten Gasentladungslampe 5 gemäß der
zweiten und der vierten Ausführungsform eine hexagonale
Form auf, die mehrere Vorteile mit sich bringt. Einerseits ist die
integrierte Gasentladungslampe 5 so gut zu greifen, um
sie an ihrem Bestimmungsort einzusetzen. Andererseits kann der Nutzen
der Leiterplatte der integ rierten Gesamtbetriebselektronik 930 so
gestaltet werden, dass ein nur geringer Verschnitt auftritt und
so eine gute Kosteneffizienz möglich wird. Durch die flache
Ausgestaltung des Sockels kann ein sehr kurz bauender Scheinwerfer
gestaltet werden, was insbesondere bei modernen Kraftfahrzeugen
von Vorteil ist. Die punktsymmetrische hexagonale Form genießt
alle Vorteile einer runden Form, ohne aber deren Nachteile aufzuweisen.As in 4 is clearly visible, the lamp base of the integrated gas discharge lamp 5 according to the second and fourth embodiments, a hexagonal shape, which brings several advantages. On the one hand is the integrated gas discharge lamp 5 so good to use them at their destination. On the other hand, the Benefits of the printed circuit board of the integrated overall operating electronics 930 be designed so that only a small waste occurs and so a good cost efficiency is possible. Due to the flat design of the base, a very short-built headlights can be designed, which is particularly advantageous in modern motor vehicles. The point-symmetrical hexagonal shape enjoys all the advantages of a round shape, but without having its disadvantages.
Wie
in 3 und 4 dargestellt, ragen an einer
Seite des Sockels 70 der Lampe Kontakte 210, 220 radial
zur Längsachse des Gasentladungslampenbrenners 50 aus
dem Sockel heraus. Sie dienen der elektrischen Kontaktierung der
integrierten Gasentladungslampe 5 mit einem Scheinwerfer.
Diese Kontakte werden bei der Herstellung des Lampensockels 70 in
Rahmen eines Kunststoff-Spritzguss-Verfahrens umspritzt. Dies hat
den Vorteil, dass kein besonders Steckersystem erforderlich ist,
aber dennoch die wasser- und luftdichte Kapselung, wie sie bereits
weiter oben beschrieben wurde, gewährleistet werden kann.As in 3 and 4 shown protrude on one side of the base 70 the lamp contacts 210 . 220 radially to the longitudinal axis of the gas discharge lamp burner 50 out of the socket. They serve to make electrical contact with the integrated gas discharge lamp 5 with a headlight. These contacts are used in the manufacture of the lamp cap 70 encapsulated in a plastic injection molding process. This has the advantage that no particular plug system is required, but nevertheless the water and airtight enclosure, as has already been described above, can be guaranteed.
ScheinwerferschnittstelleSpotlight interface
Das
Zusammenspiel zwischen integrierter Gasentladungslampe 5 und
Scheinwerfer 3 ist in 5 gezeigt.
Die Gasentladungslampe 5 in der zweiten Ausführungsform
besitzt eine spezielle elektrische Schnittstelle, über
die sie mit elektrischer Leistung versorgt wird. Die elektrische
Schnittstelle ist derart ausgebildet, dass beim Einsetzen der Gasentladungslampe 5 in
einen Scheinwerfer 3 diese nicht nur mechanisch mit dem
Scheinwerfer 3 verbunden wird, sondern auch gleichzeitig
elektrisch. Eine ähnlich aufgebaute Schnittstelle wird
auch in moder nen Halogenglühlampen für Automobilscheinwerfer
verwendet und z. B. von der Fa. Osram unter dem Namen „Snap
Lite” vertrieben. Wird die integrierte Gasentladungslampe 5 also
in einen Reflektor oder Scheinwerfer eingesetzt, so werden beim
Vorgang des Einsetzens alle für den ordnungsgemäßen Betrieb
benötigten mechanischen und elektrischen Kontakte mit ihren
im Scheinwerfer 3 vorhandenen entsprechenden Gegenkontakten
verbunden. Der Sockel 70 weist an seiner Schnittstelle
zum Scheinwerfer 3 aus einem Referenzring 702 heraustretende Noppen 703 auf,
die eine Referenzebene definieren. Eine Detaildarstellung ist in 7 gezeigt.
Diese drei Noppen liegen beim Einsetzen der integrierten Gasentladungslampe 5 am
entsprechenden Gegenstück des Scheinwerfers 3 an.
Die Elektroden beziehungsweise der Entladungsbogen des Gasentladungslampenbrenners 50 werden
im Fertigungsprozess der integrierten Gasentladungslampe 5 gegenüber
der Referenzebene justiert. Dadurch nimmt der Lichtbogen der integrierten
Gasentladungslampe 5 im Reflektor bei ihrem Einsetzen in
den Scheinwerfer eine definierte Position ein, die eine präzise
optische Abbildung ermöglicht. Das Einsetzen in den Scheinwerfer erfolgt
in der zweiten Ausführungsform nach 3 & 4 durch
ein Hindurchstecken der vom Referenzring lateral abstehenden Laschen 704 durch
den Reflektorboden eines Reflektors 33 des Scheinwerfers 3.
Danach erfolgt eine Drehung der integrierte Gasentladungslampe 5 relativ
zum Reflektor 33, woraufhin die Noppen 703, die
an der sockelseitigen Fläche der Laschen 704 angebracht
sind, die integrierte Gasentladungslampe nach innen ziehen und am Ende
der Drehung in dafür vorgesehene Referenzflächen
am Reflektorgrund einrasten. Der Dichtungsring 71 wird
dabei zusammengepresst und hält das System so auf Spannung,
dass die Noppen 703 gegen die im Reflektorgrund befindlichen
Referenzflächen gedrückt werden. Damit ist die
Lage der integrierten Gasentladungslampe 5 und damit des
Entladungsbogens des Gasentladungslampenbrenners 50 gegenüber
dem Reflektor 33 präzise justiert und fixiert.
Die hohe Wiederholgenauigkeit der mechanischen Positionierung von
typischerweise besser als 0,1 mm in allen drei Raumrichtungen der
beschriebenen Scheinwerferschnittstelle ermöglicht die
Realisierung eines optisch hervorragenden Scheinwerfersystems. Ein
solches Scheinwerfersystem kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug
Anwendung finden, nachdem es sich in der entsprechenden Ausgestaltung
durch eine ausgeprägte und wohl definierte Hell-Dunkel-Grenze
auszeichnet.The interaction between integrated gas discharge lamp 5 and headlights 3 is in 5 shown. The gas discharge lamp 5 in the second embodiment has a special electrical interface through which it is supplied with electrical power. The electrical interface is designed such that when inserting the gas discharge lamp 5 in a spotlight 3 not just mechanically with the headlight 3 is connected, but also at the same time electrically. A similarly constructed interface is also used in modern halogen incandescent lamps for automobile headlights and z. B. from the company. Osram under the name "Snap Lite" distributed. Will the integrated gas discharge lamp 5 Thus, when used in a reflector or headlight, so are all required for proper operation mechanical and electrical contacts with their headlights in the process of insertion 3 existing corresponding mating contacts connected. The base 70 indicates at its interface to the headlight 3 from a reference ring 702 emergent pimples 703 which define a reference plane. A detail is in 7 shown. These three pimples are located at the onset of the integrated gas discharge lamp 5 on the corresponding counterpart of the headlamp 3 at. The electrodes or the discharge arc of the gas discharge lamp burner 50 be in the manufacturing process of the integrated gas discharge lamp 5 adjusted relative to the reference plane. As a result, the arc of the integrated gas discharge lamp decreases 5 In the reflector when they are inserted into the headlight a defined position, which allows a precise optical image. The insertion into the headlight takes place in the second embodiment 3 & 4 by passing the tabs laterally projecting from the reference ring 704 through the reflector base of a reflector 33 of the headlight 3 , Thereafter, a rotation of the integrated gas discharge lamp takes place 5 relative to the reflector 33 , whereupon the pimples 703 at the base side of the tabs 704 are attached, pull the integrated gas discharge lamp inwards and engage at the end of the rotation in designated reference surfaces on the reflector base. The sealing ring 71 It is pressed together and keeps the system in tension so that the pimples 703 be pressed against the reference surfaces located in the reflector base. This is the location of the integrated gas discharge lamp 5 and thus the discharge arc of the gas discharge lamp burner 50 opposite the reflector 33 precisely adjusted and fixed. The high repeat accuracy of the mechanical positioning of typically better than 0.1 mm in all three spatial directions of the described headlight interface allows the realization of an optically excellent headlamp system. Such a headlamp system can be found in particular in a motor vehicle application, after it is characterized in the corresponding embodiment by a pronounced and well-defined cut-off.
Ein
geeigneter Scheinwerfer 3 weist hierzu ein Lichtlenkmittel
in Form eines Reflektors 33, eine Aufnahme für
die integrierte Gasentladungslampe 5, und ein Trägerteil 35 auf,
wobei auf dem Trägerteil ein mit Gegenkontakten für
die elektrischen Kontakte 210, 220, 230, 240 der
integrierten Gasentladungslampe 5 versehenes Anschlusselement
angeordnet ist. Die elektrischen Kontakte 210, 220, 230, 240 der integrierten
Gasentladungslampe 5 ragen radial zur Längsachse
des Gasentladungslampenbrenners 50 aus dem Lampensockel 70 heraus.
Sie dienen der Versorgung der Gesamtbetriebselektronik 930 mit elektrischer
Energie. Nach der Montage der integrierten Gasentladungslampe 5 im
Scheinwerfer durch einen Montagevorgang, der im Wesentlichen auf
einer Steckbewegung gefolgt von einer Rechts-Drehbewegung beruht,
sind ihre Kontakte 210, 220, 230, 240 in den
Schlitzen 351, 352 des Anschlusselements 35 angeordnet,
wie in der Detailzeich nung in 6 zu sehen
ist. Bei diesen Schlitzen 351, 352 handelt es sich
um die Schlitze für die elektrischen Gegenkontakte 350 zu
den Kontakten 210, 220, 230, 240 der
integrierten Gasentladungslampe 5. Dadurch entfallen die
mit Anschlusskabeln versehenen Stecker zur Kontaktierung der integrierten
Gasentladungslampe 5 im Scheinwerfer gemäß dem
Stand der Technik. Insbesondere werden die elektrischen Kontakte
der integrierten Gasentladungslampe 5 beim Einsetzen in
den Scheinwerfer unmittelbar mit ihren Gegenkontakten 350 des
Anschlusselements auf dem Trägerteil 35 kontaktiert.
Dadurch wird die mechanische Belastung der elektrischen Anschlüsse
durch frei schwingende Kabel reduziert. Ferner wird die Anzahl der
benötigten Anschlusskabel pro Scheinwerfer verringert und
damit auch die Verwechslungsgefahr während der Fertigung
reduziert. Zusätzlich ermöglicht diese Maßnahme
auch einen höheren Automatisierungsgrad bei der Fertigung
des Scheinwerfers, da weniger Kabel von Hand montiert werden müssen.
Anstatt wie bisher gemäß dem Stand der Technik
alle Lichtquellen im Scheinwerfer mittels einem auf den Lampensockel
aufgesteckten und einem Anschlusskabel versehenen Stecker mit Energie
zu versorgen, genügt es, beim erfindungsgemäßen
Scheinwerfer, vorhandene elektrische Versorgungskontakte des Scheinwerfers
an die Bordnetzspannung anzuschließen, um die integrierte
Gasentladungslampe 5 mit Energie zu versorgen. Die Versorgung
der im Scheinwerfer vorhandenen Lampen durch die Versorgungskontakte
des Scheinwerfers ist durch eine feste Verdrahtung im Scheinwerfer
gegeben. Dadurch wird die Verkabelung des Scheinwerfers 3 bzw. der
integrierten Gasentladungslampe 5 erheblich vereinfacht.A suitable headlight 3 has for this purpose a light-guiding means in the form of a reflector 33 , a receptacle for the integrated gas discharge lamp 5 , and a carrier part 35 on, wherein on the support member with a mating contacts for the electrical contacts 210 . 220 . 230 . 240 the integrated gas discharge lamp 5 provided connecting element is arranged. The electrical contacts 210 . 220 . 230 . 240 the integrated gas discharge lamp 5 project radially to the longitudinal axis of the gas discharge lamp burner 50 from the lamp base 70 out. They serve to supply the overall operating electronics 930 with electrical energy. After mounting the integrated gas discharge lamp 5 in the headlamp by an assembly process, which is essentially based on a plug movement followed by a right-handed rotation, are their contacts 210 . 220 . 230 . 240 in the slots 351 . 352 of the connection element 35 arranged as in the detail drawing in 6 you can see. At these slots 351 . 352 These are the slots for the electrical mating contacts 350 to the contacts 210 . 220 . 230 . 240 the integrated gas discharge lamp 5 , This eliminates the provided with connecting cables plug for contacting the integrated gas discharge lamp 5 in the headlamp according to the prior art. In particular, the electrical contacts of the integrated gas discharge lamp 5 when inserting in the headlight immediately with their Gegenkon overclock 350 of the connection element on the carrier part 35 contacted. As a result, the mechanical load on the electrical connections is reduced by freely oscillating cables. Furthermore, the number of required connection cables per headlamp is reduced, thereby reducing the risk of confusion during manufacture. In addition, this measure also allows a higher degree of automation in the production of the headlamp, since fewer cables must be assembled by hand. Instead of supplying all the light sources in the headlight by means of a plugged onto the lamp base and a connection cable plug with energy, it is sufficient in the inventive headlight to connect existing electrical supply contacts of the headlamp to the electrical system voltage to the integrated gas discharge lamp 5 to provide energy. The supply of existing lamps in the headlamps through the supply contacts of the headlamp is given by a fixed wiring in the headlamp. This will cause the wiring of the headlight 3 or the integrated gas discharge lamp 5 considerably simplified.
Eine
andere Variante der mechanischen Justierung zeigt die erste Ausführungsform
der Lampe in den 1 & 2. Hier
sind die Noppen 703 an der dem Gasentladungslampenbrenner 50 zugewandten Seite
des Referenzringes 702 angeordnet. In dieser Variante kommen
die Noppen 703 auf entsprechenden Gegenflächen
an der Rückseite des Reflektors zu liegen, um dadurch die
Lage der integrierten Gasentladungslampe 5 gegenüber
dem Reflektor 33 zu definieren. Die integrierte Gasentladungslampe 5 wird
dabei von hinten an die Referenzflächen des Reflektors 33 gepresst.
Diese Variante birgt den Nachteil, dass die Lage zwischen der optisch
wirksamen Reflektorinnenseite und den Referenzflächen an
der Rückseite des Reflektors sehr genau toleriert sein muss,
um eine präzise optische Abbildung zu erreichen.Another variant of the mechanical adjustment shows the first embodiment of the lamp in the 1 & 2 , Here are the pimples 703 at the gas discharge lamp burner 50 facing side of the reference ring 702 arranged. In this variant, the nubs come 703 to lie on corresponding mating surfaces on the back of the reflector, thereby the position of the integrated gas discharge lamp 5 opposite the reflector 33 define. The integrated gas discharge lamp 5 is doing from the back to the reference surfaces of the reflector 33 pressed. This variant has the disadvantage that the position between the optically effective reflector inside and the reference surfaces on the back of the reflector must be tolerated very accurately in order to achieve a precise optical imaging.
Das
System der Scheinwerferschnittstelle der zweiten Ausführungsform
ist ebenfalls geeignet, in modernen Bus-Systemen eine weiter vereinfachte Verkabelung
zu realisieren. So besitzt die integrierte Gasentladungslampe 5 neben
den beiden elektrischen Kontakten 210, 220 weitere
Kontakte 230, 240, über die eine Kommunikation
mit der Bordelektronik des Kraftfahrzeugs erfolgt. Das Anschlusselement 35 besitzt
zwei Schlitze 351, 352 mit entsprechend je 2 Gegenkontakten.
In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
sind nur drei elektrische Kontakte an der Lampe vorhanden, zwei
die im Wesentlichen zur Zuführung der elektrischen Lampenleistung
dienen, und ein Logik-Eingang, auch als Remote-Enable-Pin bezeichnet,
mit dessen Hilfe die Lampe durch die Bordelektronik des Kraftfahrzeugs
nahezu leistungslos ein- und ausgeschaltet werden kann.The system of the headlight interface of the second embodiment is also suitable for realizing further simplified wiring in modern bus systems. So has the integrated gas discharge lamp 5 next to the two electrical contacts 210 . 220 further contacts 230 . 240 , via which a communication with the on-board electronics of the motor vehicle takes place. The connection element 35 has two slots 351 . 352 with accordingly 2 mating contacts. In a further embodiment, not shown, only three electrical contacts on the lamp are present, two are essentially used to supply the electrical lamp power, and a logic input, also referred to as a remote enable pin, with the help of the lamp by the on-board electronics of the motor vehicle can be switched on and off almost without power.
Diese „Snap
Lite”-Schnittstelle weist neben dem Vorteil dass ein vertauschen
von elektrischen Anschlüssen ausgeschlossen ist noch einen
weiteren Vorteil auf: Dadurch, dass die Lampe erst dann mit Leistung
versorgt wird wenn sie sich an ihrem bestimmungsgemäßen
Platz im Scheinwerfer befindet, kann die dem Sockel abgewandte Stromzuführung 57 des
Gasentladungslampenbrenners 50 nur dann berührt
werden, wenn die integrierte Gasentladungslampe 5 sicher
außer Betrieb ist. Die Sicherheit im Umgang mit solch einer
Hochdruckentladungslampe wird dadurch drastisch erhöht.
Durch die einfache Installation der integrierten Gasentladungslampe 5 im Scheinwerfer 3 wird
der Endkunde in die Lage versetzt, eine solche Lampe zu ersetzen.
Dadurch ist die integrierte Gasentladungslampe 5 für
den Endkunden kostengünstiger, da zum Lampenwechsel keine Werkstatt
aufgesucht werden muss.This "Snap Lite" interface has in addition to the advantage that a swap of electrical connections is excluded yet another advantage: the fact that the lamp is only supplied with power when it is in its intended place in the headlight, the can Base facing away from the power supply 57 of the gas discharge lamp burner 50 only be touched when the integrated gas discharge lamp 5 safely out of service. The safety in dealing with such a high-pressure discharge lamp is thereby increased drastically. By the simple installation of the integrated gas discharge lamp 5 in the spotlight 3 the end customer is enabled to replace such a lamp. This is the integrated gas discharge lamp 5 less expensive for the end customer, since no workshop needs to be visited to change the lamp.
Durch
das Einsetzen der integrierten Gasentladungslampe 5 in
den Reflektor 33 wird zudem die Masseanbindung der Lampe
mit dem Scheinwerfergehäuse realisiert. Dies kann beispielsweise
durch am Reflektor 33 befestigte und mit dem Massepotenzial
des Fahrzeugs verbundene Federblechstreifen realisiert werden. Beim
Einsetzen der Lampe in den Schweinwerfer berühren die Federblechstreifen
die elektrisch leitende Gehäuseoberfläche der
integrierten Gasentladungslampe 5 und stellen eine elektrische
Verbindung zwischen der Fahrzeugmasse und der internen Masse bzw.
dem Masseschirm der integrierten Gasentladungslampe her. Diese Kontaktierung
kann beispielsweise an der Seitenwand oder an der Stirnseite des
Gehäuses 72 erfolgen. Im vorliegenden Falle erfolgt
die Masseanbindung mittels des Dichtringes 71, der leitfähig
ist. Ist die Gehäuseoberfläche nicht oder nicht
vollständig elektrisch leitfähig, erfolgt die
Kontaktierung der Federblechstreifen an einer Kontaktfläche
auf der Gehäuseoberfläche der integrierten Gasentladungslampe.
Diese Kontaktfläche oder diese Kontaktflächen
weisen eine elektrisch leitende Verbindung zur internen Masse bzw.
dem Masseschirm der integrierten Gasentladungslampe auf.By inserting the integrated gas discharge lamp 5 in the reflector 33 In addition, the ground connection of the lamp is realized with the spotlight housing. This can be done, for example, by the reflector 33 fixed and connected to the ground potential of the vehicle spring strip be realized. When inserting the lamp into the headlamp, the spring strips touch the electrically conductive housing surface of the integrated gas discharge lamp 5 and establish an electrical connection between the vehicle ground and the internal ground of the integrated gas discharge lamp. This contact can, for example, on the side wall or on the front side of the housing 72 respectively. In the present case, the ground connection by means of the sealing ring 71 which is conductive. If the housing surface is not or not completely electrically conductive, the contacting of the spring strip on a contact surface on the housing surface of the integrated gas discharge lamp. This contact surface or these contact surfaces have an electrically conductive connection to the internal ground or the ground shield of the integrated gas discharge lamp.
Zündtransformatorignition transformer
Im
Folgenden wird nun die Konstruktion des Zündtransformators 80 der
integrierten Gasentladungslampe 5 erklärt. 10 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Zündtransformators 80 in
einer ersten Ausführungsform, in der der Zündtransformator 80 eine
quadratische flache Form hat. Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen
denkbar, in denen der Zündtransformator 80 eine
runde, sechseckige, achteckige oder eine andere geeignete Form haben kann.
Weitere Ausführungsformen werden weiter unten beschrieben.
Unter der Form wird hierbei die Form der Grundfläche der
im Wesentlichen prismatischen Außenabmessungen des Zündtransformators verstanden,
wobei die Rundungen an den Körperkanten vernachlässigt
werden. In der hier dargestellten besonders vorteilhaften Ausführungsform
besitzt das Prisma eine geringe Höhe, insbesondere eine Höhe
die kleiner als 1/3 der Diagonalen bzw. dem Durchmesser der die
Grundfläche bildenden Geometrie ist.The following is the construction of the ignition transformer 80 the integrated gas discharge lamp 5 explained. 10 shows a perspective view of the ignition transformer 80 in a first embodiment, in which the ignition transformer 80 has a square flat shape. However, other embodiments are conceivable in which the ignition transformer 80 a round, hexagonal, octagonal or any other suitable shape. Other embodiments will continue un described. In this case, the shape is understood to be the shape of the base area of the essentially prismatic outer dimensions of the ignition transformer, the curves at the body edges being neglected. In the particularly advantageous embodiment shown here, the prism has a small height, in particular a height which is smaller than 1/3 of the diagonal or the diameter of the base surface forming geometry.
Der
Zündtransformator 80 weist einen Ferritkern 81 auf,
der aus einer ersten Ferritkernhälfte 811 und
einer identischen zweiten Ferritkernhälfte 812 zusammengesetzt
ist. Der Zündtransformator 80 weist an den Seiten
mehrere nach außen weisende Laschen 868, 869 auf,
die der mechanischen Befestigung des Zündtransformators 80 dienen.The ignition transformer 80 has a ferrite core 81 on, which consists of a first ferrite core half 811 and an identical second ferrite core half 812 is composed. The ignition transformer 80 has several outwardly facing tabs on the sides 868 . 869 on, the mechanical fastening of the ignition transformer 80 serve.
11 zeigt
eine perspektivische Ansicht des oberen Teils des Zündtransformators,
bei der die Primärwicklung und die zweite Ferritkernhälfte 812 nicht
sichtbar sind. Die erste Ferritkernhälfte 811 ist aus
einer quadratischen Seitenwand 8112 aufgebaut, aus der
mittig nach innen ein halber Hohlzylinder 8110 herausragt.
Die Innenseite der quadratischen Seitenwand 8112 weist
von außen nach innen verlaufende längliche Vertiefungen 81121 auf
der der Wicklung zugewandten Seite auf. Durch diese Vertiefungen
kann ein Tränklack oder eine Vergussmasse, in den oder
die der Zündtransformator 80 nach Komplettierung
zur Hochspannungsisolierung eingebracht wird, von außen
nach innen in den Zündtransformator 80 eindringen,
um alle Windungen des Zündtransformators 80 gleichmäßig
zu benetzen. 11 shows a perspective view of the upper part of the ignition transformer, in which the primary winding and the second ferrite core half 812 are not visible. The first ferrite core half 811 is from a square sidewall 8112 constructed, from the center to the inside half a hollow cylinder 8110 protrudes. The inside of the square side wall 8112 has elongated recesses extending from outside to inside 81121 on the side facing the winding. Through these depressions, a impregnating lacquer or a potting compound, in the or the ignition transformer 80 is introduced after completion to the high voltage insulation, from outside to inside the ignition transformer 80 penetrate all turns of the ignition transformer 80 evenly moisten.
Am äußeren
Rand zwischen den beiden Ferritkernhälften 811, 812 sitzt
eine Primärwicklung 86, die aus einem aus Blech
geformten Stanzbiegeteil besteht. Das Blech ist vorzugsweise aus
einem Buntmetall wie Kupfer, Bronze oder Messing gefertigt. Das
Blech ist dabei bevorzugt elastisch verformbar und federnd. Die
Primärwicklung 86 ist im Wesentlichen ein langes
Band, das außen zwischen beiden Ferritkernhälften 811 und 812 verläuft.
Die Primärwicklung 86 geht in einer ersten Variante
mit nur einer Windung über 3 Ecken des Zündtransformators 80, die
vierte Ecke ist offen. Das Blechband der Primärwicklung 86 ist
also eine dreiviertel Windung um die Außenkontur des Zündtransformators
herumgelegt und endet jeweils ein Stückchen vor der vierten
Ecke. Das Blechband der Primär wicklung 86 weist
die oben schon erwähnten Laschen 866, 867, 868 und 869 auf,
die in lateraler Richtung des Blechbandes angebracht sind. Die vier
Laschen dienen der mechanischen Befestigung des Zündtransformators 80,
dazu können sie z. B. auf eine Platine der Zündelektronik 910 als
flache SMD-Lasche oder Lötfahne aufgelötet werden.
Die Laschen können aber auch eine weitere 90°-Biegung
aufweisen, wobei die Laschen dann durch die Platine der Zündelektronik 910 hindurch gesteckt
werden, und auf der anderen Seite verclincht, verdreht oder verlötet
werden, wie dies in 12 gezeigt ist. Die beiden Enden
des Blechbandes der Primärwicklung 86 sind mit
einem Radius um etwa 180° nach Außen umgebogen,
so dass die Enden wieder von der vierten Ecke weg weisen. In 12 sind
die beiden Enden um ca. 90° nach Außen gebogen
und die Radien mit 8620 beziehungsweise 8640 gekennzeichnet.
Am äußeren Ende des Blechbandes ist je eine lateral
abstehende Lasche 862, 864 angebracht, die der
elektrischen Kontaktierung dient. In 12 ist
eine alternative Ausführungsform der beiden Laschen 862, 864 gezeigt. Durch
die weiche Anbindung mittels des 180° Radius der beiden
Radien 8620 beziehungsweise 8640 werden Spannungen
in der Verbindung zwischen Primärwicklung und Platine,
die durch Temperaturschwankungen entstehen können, aufgefangen.
Die Laschen werden bevorzugt wie ein SMD-Bauelement auf die Platine
der Zündelektronik 910 aufgelötet. Durch
die zuvor beschriebene 180° Biegung des Blechbandes wird
die Lötstelle nicht mit den beschriebenen mechanischen
Spannungen belastet, und die Bruch- und Ermüdungsgefahr
der Lötstelle ist sehr stark vermindert. Die alternative
Ausführungsform der Laschen 862, 864 hat
einen weiteren 270° Radius in der Lasche selbst, der die mechanischen Spannungen
im zusammengebauten Zustand weiter vermindert.At the outer edge between the two ferrite core halves 811 . 812 sits a primary winding 86 , which consists of a formed from sheet metal stamped and bent part. The sheet is preferably made of a ferrous metal such as copper, bronze or brass. The sheet is preferably elastically deformable and resilient. The primary winding 86 is essentially a long band that runs out between both ferrite core halves 811 and 812 runs. The primary winding 86 goes in a first variant with only one turn over 3 corners of the ignition transformer 80 , the fourth corner is open. The sheet metal strip of the primary winding 86 Thus, a three-quarter turn is wrapped around the outer contour of the ignition transformer and ends each one piece before the fourth corner. The sheet metal strip of the primary winding 86 has the tabs already mentioned above 866 . 867 . 868 and 869 on, which are mounted in the lateral direction of the sheet metal strip. The four tabs are used for mechanical fastening of the ignition transformer 80 , you can z. B. on a circuit board of the ignition electronics 910 be soldered as a flat SMD tab or solder tag. But the tabs can also have a further 90 ° bend, the tabs then through the board of the ignition electronics 910 be plugged through, twisted or soldered on the other side, as in 12 is shown. The two ends of the sheet metal strip of the primary winding 86 are bent outwards with a radius of about 180 °, so that the ends point away from the fourth corner. In 12 the two ends are bent by about 90 ° to the outside and the radii with 8620 respectively 8640 characterized. At the outer end of the sheet metal strip is ever a laterally projecting tab 862 . 864 attached, which serves the electrical contact. In 12 is an alternative embodiment of the two tabs 862 . 864 shown. Due to the soft connection by means of the 180 ° radius of the two radii 8620 respectively 8640 Tensions in the connection between the primary winding and the circuit board, which can arise as a result of temperature fluctuations, are absorbed. The tabs are preferably like an SMD component on the board of the ignition electronics 910 soldered. By the above-described 180 ° bending of the sheet metal strip, the solder joint is not burdened with the described mechanical stresses, and the risk of breakage and fatigue of the solder joint is greatly reduced. The alternative embodiment of the tabs 862 . 864 has another 270 ° radius in the tab itself which further reduces the mechanical stresses in the assembled state.
In
der Mitte des hohlzylindrischen inneren Teils des Ferritkerns ist
ein Kontaktkörper 85 eingebracht, der den elektrischen
Kontakt zwischen dem Gasentladungslampenbrenner 50 und
dem inneren Ende der Sekundärwicklung 87 (nicht
gezeigt) herstellt. Der Kontaktkörper 85 besteht
aus einem gebogenen Blechteil, welches mit der sockelnahen Stromzuführung 56 des
Gasentladungslampenbrenners 50 verbunden ist. Der Kontaktkörper 85 weist
an seinem brennerfernen Ende zwei Dachflächen zum Kontaktieren
der Hochdruckentladungslampenelektrode auf. Bevorzugt weist der
Kontaktkörper 85 an zwei gegenüberliegenden
Seiten des brennerfernen Endes zwei Dachflächen 851 und 852 auf,
die satteldachförmig gegeneinander geneigt sind, und an
den Enden, an denen sich die beiden Dachflächen berühren
so ausgeformt sind, dass ein Stromzuführungsdraht 56 des
Hochdruckgasentladungslampenbrenners 50 zentriert geklemmt
wird. Dazu sind die beiden Dachflächen 851 und 852 an
den Enden, an denen sich die beiden Dachflächen 851, 852 berühren, mit
einer V-förmigen Kontur versehen. Die Kontur kann aber
ebenso rund oder in einer anderen geeigneten Weise ausgearbeitet
sein. Zur Montage wird der Stromzuführungsdraht 56 durch
den Kontaktkörper 85 hindurch gesteckt, auf einen
vorbestimmten Überstand abgelängt, und dann bevorzugterweise mittels
Laser mit dem Kontaktkörper 85 verschweißt.In the middle of the hollow cylindrical inner part of the ferrite core is a contact body 85 introduced, the electrical contact between the gas discharge lamp burner 50 and the inner end of the secondary winding 87 (not shown). The contact body 85 consists of a bent sheet metal part, which with the socket near power supply 56 of the gas discharge lamp burner 50 connected is. The contact body 85 has at its burner remote end on two roof surfaces for contacting the high-pressure discharge lamp electrode. Preferably, the contact body 85 on two opposite sides of the burner remote end two roof surfaces 851 and 852 on, the saddle roof shaped inclined towards each other, and at the ends, where the two roof surfaces touch so formed that a power supply wire 56 of high pressure gas discharge lamp burner 50 centered is clamped. These are the two roof areas 851 and 852 at the ends, where the two roof surfaces 851 . 852 touch, provided with a V-shaped contour. However, the contour can also be worked round or in some other suitable way. For mounting the power supply wire 56 through the contact body 85 inserted through, cut to a predetermined supernatant, and then preferably by means of laser with the contact body 85 welded.
12 zeigt
eine perspektivische Ansicht des unteren Teils des Zündtransformators.
Die Figur zeigt unter anderem die zweite Ferritkernhälfte 812, die
identisch zur ersten Ferritkernhälfte 811 geformt ist.
Auch sie ist aus einer quadratischen Seitenwand 8122 aufgebaut,
aus der mittig nach innen ein halber Hohlzylinder 8120 herausragt.
Die Innenseite der quadratischen Seitenwand 8122 weist
von außen nach innen verlaufende längliche Vertiefungen 81221 auf.
In der Figur ist die brennernahe Seite des Kontaktkörpers 85,
mit seiner hexagonalen offenen Form, und dem hindurchlaufenden Stromzuführungsdraht 56 sichtbar.
Werden die beiden Hälften zusammengesetzt, entsteht innen
ein Hohlzylinder, in den der Kontaktkörper eingebracht
ist. Der Ferritkern 81 besitzt nach dem Zusammensetzen
die Form einer Tonband- oder Filmspule, nur dass die Außenkontur nicht
rund ist, sondern quadratisch mit abgerundeten Ecken. 12 shows a perspective view of the lower part of the ignition transformer. The figure shows, inter alia, the second ferrite core half 812 , which are identical to the first ferrite core half 811 is shaped. It too is made of a square sidewall 8122 constructed, from the center to the inside half a hollow cylinder 8120 protrudes. The inside of the square side wall 8122 has elongated recesses extending from outside to inside 81221 on. In the figure, the burner near side of the contact body 85 , with its hexagonal open shape, and the passing power supply wire 56 visible, noticeable. If the two halves are assembled, a hollow cylinder is formed inside, into which the contact body is inserted. The ferrite core 81 has the shape of a tape or film spool after assembly, except that the outer contour is not round, but square with rounded corners.
An
der ersten Ecke weist der Zündtransformator einen ersten
Rückschlussferrit 814 auf. Die zweite sowie dritte
Ecke ist ebenfalls mit einem zweiten Rückschlussferrit 815 sowie
dritten Rückschlussferrit 816 versehen. Die drei
Rückschlussferrite werden von der Primärwicklung 86 gehalten.
Dazu weist das Blechband der Primärwicklung 86 an
den drei Ecken zylinderförmige, nach innen weisende Rundungen 861, 863 und 865 auf,
in die die Rückschlussferrite 814–816 eingeklemmt
sind. Durch das federnd elastisch verformbare Material bleiben die
drei Rückschlussferrite 814–816 während
der Produktion sicher an ihrem Platz. Die Rückschlussferrite
stellen den magnetischen Rückschluss des Zündtransformators 80 dar,
durch den die magnetischen Feldlinien im Magnetmaterial gehalten
werden, und somit keine Störungen außerhalb des
Zündtransformators verursachen können. Dies erhöht
zudem die Effizienz des Zündtransformators, insbesondere
auch die Höhe der erreichbaren Zündspannung, deutlich.At the first corner, the ignition transformer has a first return ferrite 814 on. The second and third corner are also with a second conclusion ferrite 815 and third regression ferrite 816 Mistake. The three inference returns are from the primary winding 86 held. For this purpose, the metal strip of the primary winding 86 at the three corners cylindrical, inwardly pointing curves 861 . 863 and 865 into which the inference returns 814 - 816 are trapped. Due to the elastically deformable material, the three return ferrites remain 814 - 816 safely in place during production. The return ferrites provide the magnetic return of the ignition transformer 80 by which the magnetic field lines are held in the magnetic material, and thus can not cause disturbances outside of the ignition transformer. This also significantly increases the efficiency of the ignition transformer, in particular the height of the achievable ignition voltage.
13 zeigt
eine perspektivische Ansicht des unteren Teils des Zündtransformators 80 mit sichtbarer
Sekundärwicklung 87, wie sie in die zweite Ferritkernhälfte 812 des
Zündtransformators 80 eingelegt ist. Die Sekundärwicklung
besteht aus einem isolierten Metallband, das wie ein Film mit einer
vorbestimmten Windungszahl auf den filmspulenförmigen Ferritkern
aufgewickelt wird, wobei das hochspannungsführende Ende
innen zu liegen kommt, durch den Mittelkern des filmspulenförmigen
Ferritkerns hindurchgeführt ist und elektrisch leitend
mit dem Kontaktkörper 85 verbunden wird. Die Isolation kann
allseitig auf das Metallband aufgebracht sein, sie kann aber auch
aus einer isolierenden Folie bestehen, die mit dem Metallband zusammen
aufgewickelt wird. Die isolierende Folie ist dabei vorzugsweise
breiter als das Metallband, um einen ausreichenden Isolationsabstand
zu gewährleisten. Die Metallfolie ist dabei so mit der
isolierenden Folie aufgewickelt, dass sie in der Mitte der isolierenden
Folie zum liegen kommt. Dadurch entsteht im Wickelkörper
ein spiralförmiger Spalt, der nach dem Tränken
beziehungsweise Vergießen mit dem Tränklack beziehungsweise
der Vergussmasse gefüllt ist und so eine exzellente Isolierung
der Sekundärwicklung 87 bewirkt. 13 shows a perspective view of the lower part of the ignition transformer 80 with visible secondary winding 87 as in the second ferrite core half 812 of the ignition transformer 80 is inserted. The secondary winding consists of an insulated metal strip which is wound onto the film coil-shaped ferrite core like a film having a predetermined number of turns, the high voltage leading end being inside, passing through the center core of the coil core ferrite core, and electrically conductive with the contact body 85 is connected. The insulation can be applied on all sides to the metal strip, but it can also consist of an insulating film which is wound together with the metal strip. The insulating film is preferably wider than the metal strip in order to ensure a sufficient isolation distance. The metal foil is wound with the insulating film so that it comes to rest in the middle of the insulating film. This results in the winding body, a spiral gap, which is filled after impregnation or casting with the impregnating lacquer or the potting compound and so an excellent insulation of the secondary winding 87 causes.
Die
Sekundärwicklung 87 ist an ihrem inneren hochspannungsführenden
Ende 871 mit dem Kontaktkörper 85 verbunden.
Das äußere niederspannungsführende Ende 872 der
Sekundärwicklung 87 ist mit der Primärwicklung 86 verbunden.
Die Verbindungen können durch Löten, Schweißen
oder eine andere geeignete Verbindungsart hergestellt werden. In
der vorliegenden Ausführungsform werden die Verbindungen
lasergeschweißt. Dazu werden pro Ende vor zugsweise zwei
Schweißpunkte appliziert, die die beiden Teile sicher und
elektrisch leitend miteinander verbinden. Das innere Ende 871 der
Sekundärwicklung 87 geht dabei durch die beiden
Hohlzylinderhälften 8110, 8120 des Ferritkerns 81 hindurch,
und wird von ihnen beklemmt. Das äußere Ende 872 der
Sekundärwicklung 87 ist dabei so mit dem Ende
der Primärwicklung 86 verbunden, dass der Wickelsinn
der Sekundärwicklung 87 dem Wickelsinn der Primärwicklung 86 entgegen
gerichtet ist. Je nach Anforderung kann das äußere
Ende der Sekundärwicklung 87 aber auch mit dem
anderen Ende der Primärwicklung 86 verbunden werden,
so dass der Wickelsinn der Primär- und der Sekundärwicklung
gleich ist.The secondary winding 87 is at its inner high-voltage end 871 with the contact body 85 connected. The outer low-voltage-carrying end 872 the secondary winding 87 is with the primary winding 86 connected. The connections can be made by soldering, welding or other suitable connection method. In the present embodiment, the joints are laser welded. For this purpose, two welding points are preferably applied per end, which connect the two parts safely and electrically conductive together. The inner end 871 the secondary winding 87 goes through the two hollow cylinder halves 8110 . 8120 of the ferrite core 81 through, and is clamped by them. The outer end 872 the secondary winding 87 is doing so with the end of the primary winding 86 connected, that the winding sense of the secondary winding 87 the winding sense of the primary winding 86 directed against. Depending on the requirement, the outer end of the secondary winding 87 but also with the other end of the primary winding 86 be connected so that the winding sense of the primary and the secondary winding is the same.
Im
Folgenden soll der Durchmesser und die Höhe des Zündtransformators 80 welcher
in der der integrierten Gasentladungslampe 5 untergebracht ist,
weitgehend unabhängig von seiner Geometrie und basierend
auf den Abmessungen des Ferritkerns definiert werden, um in Folgenden
eine einfachere Beschreibung vornehmem zu können. Unter
der Höhe des Zündtransformators wird der Abstand
zwischen den beiden jeweils wicklungsfernen Außenflächen
der beiden Seitenwände verstanden, was näherungsweise
der Summe der doppelten Dicke einer Seitenwand sowie der Wicklungsbreite
entspricht. Unter dem Durchmesser des Zündtransformators 80 wird
im Folgenden unabhängig von der Form der Seitenwände
die längste Strecke innerhalb einer der beiden Seitenwände
verstanden, wobei die Stecke innerhalb einer beliebigen Ebene liegt,
wobei diese Ebene parallel zur Außenfläche der
jeweiligen Seitenwand verläuft.The following is the diameter and height of the ignition transformer 80 which in the integrated gas discharge lamp 5 are defined largely independently of its geometry and based on the dimensions of the ferrite core, in order to be able to provide a simpler description in the following. The height of the ignition transformer is understood to mean the distance between the two outer surfaces of the two side walls which are remote from the winding, which corresponds approximately to the sum of twice the thickness of a side wall and the width of the winding. Below the diameter of the ignition transformer 80 is understood below, regardless of the shape of the side walls, the longest distance within one of the two side walls, wherein the Stecke lies within any plane, said plane being parallel to the outer surface of the respective side wall.
In
einer besonders vorteilhaften Ausführung besitzt der Ferritkern
des Zündtransformators eine Höhe von 8 mm und
einen Durchmesser von 26 mm. Dabei besitzen die Seitenwände
mit einem Durchmesser von 26 mm und eine Dicke von 2 mm und der Mittelkern
einen Durchmesser von 11,5 mm bei einer Höhe von 6 mm.
Die Sekundärwicklung besteht aus einer Kaptonfolie mit
55 μm Dicke auf die eine 35 μm Dicke Kupferschicht
aufgebracht wurde. In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführung
wird die Sekundärwicklung aus zwei getrennten, über
einander gelegten Folien gewickelte, wobei eine 55 μm dicke
Kupferfolie und eine 35 μm dicke Kaptonfolie verwendet
wird.In a particularly advantageous embodiment, the ferrite core of the ignition transformer has a height of 8 mm and a diameter of 26 mm. The side walls with a diameter of 26 mm and a thickness of 2 mm and the center core have a diameter of 11.5 mm at a height of 6 mm. The secondary winding consists of a Kapton film with 55 microns thickness was applied to a 35 micron thick copper layer. In a further particularly advantageous embodiment, the secondary winding is wound from two separate, superposed foils, wherein a 55 micron thick copper foil and a 35 micron thick Kapton foil is used.
14 zeigt
eine Explosionsansicht des Zündtransformators 80 in
einer zweiten Ausführungsform. Da die zweite Ausführungsform ähnlich
zur ersten Ausführungsform des Zündtransformators 80 ist, werden
im Folgenden lediglich die Unterschiede zur ersten Ausführungsform
beschrieben. Der Zündtransformator 80 in der zweiten
Ausführungsform hat eine runde Form, ähnlich wie
bei einer Filmspule. Durch die runde Form entfallen die Rückschlussferrite 814–816,
und die Primärwicklung 86 weist eine einfachere
Form auf. Die Lateral abstehenden Laschen für die mechanische
Befestigung des Transformators sind hier als SMD-Laschen ausgeführt,
die eine 270°-Biegung aufweisen, um die Lötstellen
vor zu großen mechanischen Spannungen zu schützen. Die
beiden Laschen 862, 864 zur elektrischen Kontaktierung
sind in gleicher Weise ausgeführt und radial am Umfang
des Zündtransformators 80 angeordnet. Der Ferritkern 82 der
zweiten Ausführungsform ist dreiteilig ausgeführt,
er weist einen hohlzylinderförmigen Mittelkern 821 auf,
der an seinen beiden Enden von runden Platten 822 abgeschlossen
wird. Die runden Platten 822 kommen zentrisch auf dem Hohlzylinder 821 zu
liegen, somit ergibt sich die oben beschriebene Filmspulenform.
Der Hohlzylinder weist einen Schlitz 823 auf (in der Fig.
nicht zu sehen), um das Innere Ende der Sekundärwicklung 87 ins
Innere des Hohlzylinders hindurchführen zu können. 14 shows an exploded view of the ignition transformer 80 in a second embodiment. Since the second embodiment is similar to the first embodiment of the ignition transformer 80 In the following, only the differences from the first embodiment will be described. The ignition transformer 80 in the second embodiment has a round shape, similar to a film spool. Due to the round shape accounts for the Rückschlussferrite 814 - 816 , and the primary winding 86 has a simpler form. The laterally extending tabs for the mechanical attachment of the transformer are here designed as SMD tabs, which have a 270 ° bend to protect the solder joints from excessive mechanical stresses. The two tabs 862 . 864 for electrical contacting are carried out in the same way and radially on the circumference of the ignition transformer 80 arranged. The ferrite core 82 The second embodiment is designed in three parts, it has a hollow cylindrical center core 821 on, at its two ends of round plates 822 is completed. The round plates 822 come centric on the hollow cylinder 821 to lie, thus resulting in the above-described film coil form. The hollow cylinder has a slot 823 on (not visible in the figure) to the inner end of the secondary winding 87 to be able to pass into the interior of the hollow cylinder.
15 zeigt
eine Schnittansicht der zweiten Ausführungsform des Zündtransformators 80.
Hier ist der Aufbau des Ferritkerns 81 gut nachzuvollziehen. In
dieser Ansicht ist auch der Schlitz 823 zu erkennen, durch
den das innere Ende der Sekundärwicklung 87 hindurchgeführt
wird. 15 shows a sectional view of the second embodiment of the ignition transformer 80 , Here is the structure of the ferrite core 81 good to understand. In this view is also the slot 823 to be recognized by the inner end of the secondary winding 87 is passed.
16 zeigt eine Explosionsansicht des Zündtransformators
in einer dritten runden Ausführungsform mit zweiwindiger
Primärwicklung. Da die dritte Ausführungsform
sehr ähnlich zur zweiten Ausführungsform des Zündtransformators 80 ist,
werden im Folgenden lediglich die Unterschiede zur zweiten Ausführungsform
beschrieben. In der dritten Ausführungsform weist der Zündtransformator 80 eine
Primärwicklung mit zwei Windungen auf. Das Metallband der
Primärwicklung 86 geht also knapp zwei mal um
den Zündtransformator herum. An den beiden Enden sind wiederum
Laschen zur elektrischen Kontaktierung des Zündtransformators 80 angebracht,
die als SMD-Variante ausgeführt sind. Die Laschen zur mechanischen
Befestigung des Zündtransformators 80 fehlen in
dieser Ausführungsform, der Zündtransformator 80 muss
also anderweitig mechanisch fixiert werden. Dies kann zum Beispiel durch
eine Einklemmung des Zündtransformators 80 bewerkstelligt
werden, wie dies in 3 angedeutet ist. Der Zündtrans formator 80 ist
hier zwischen den Sockel 70 und die – sockelplatte 74 geklemmt.
Die Sockelplatte 74 weist hierzu einen Sockelplattendom 741 auf,
eine Erhöhung auf der Sockelplatte, die den Zündtransformator 80 im
eingebauten Zustand beklemmt. Der Vorteil dieser Bauweise ist die
gute Entwärmung des Zündtransformators 80.
Dieser kann im Betrieb sehr heiß werden, da er sehr nahe
am Gasentladungslampenbrenner 50 der integrierten Gasentladungslampe 5 sitzt.
Durch die thermisch gut leitfähige Sockelplatte 74 kann
ein Teil der Wärme, die vom Gasentladungslampenbrenner 50 in
den Zündtransformator 80 eingebracht wird, wieder
abgeführt werden und der Zündtransformator 80 wirksam
gekühlt werden. 16 shows an exploded view of the ignition transformer in a third round embodiment with two-winding primary winding. Since the third embodiment is very similar to the second embodiment of the ignition transformer 80 In the following, only the differences from the second embodiment will be described. In the third embodiment, the ignition transformer 80 a primary winding with two turns on. The metal strip of the primary winding 86 So it's just about twice around the ignition transformer. At the two ends are in turn tabs for making electrical contact with the ignition transformer 80 attached, which are designed as an SMD variant. The tabs for mechanical fastening of the ignition transformer 80 are missing in this embodiment, the ignition transformer 80 must therefore be otherwise mechanically fixed. This can be done, for example, by pinching the ignition transformer 80 be done, as in 3 is indicated. The Zündtrans transformer 80 is here between the pedestal 70 and the base plate 74 clamped. The base plate 74 for this purpose has a base plate dome 741 on, an increase on the base plate, which is the ignition transformer 80 clamped in the installed state. The advantage of this design is the good heat dissipation of the ignition transformer 80 , This can get very hot during operation as it is very close to the gas discharge lamp burner 50 the integrated gas discharge lamp 5 sitting. Due to the thermally well conductive base plate 74 Can be a part of the heat coming from the gas discharge lamp burner 50 in the ignition transformer 80 is introduced, be discharged again and the ignition transformer 80 be effectively cooled.
17 zeigt eine Schnittansicht des Zündtransformators 80 in
einer dritten runden Ausführungsform mit zweiwindiger Primärwicklung.
Diese Schnittansicht zeigt wiederum sehr gut den Kernaufbau des
Ferritkerns 82. Der Ferritkern 82 ist wie in der
zweiten Ausführungsform aus drei Teilen aufgebaut, aus
einem Mittelkern 824 und zwei Platten 825, 826.
Der Mittelkern 824 ist ebenfalls Hohlzylindrisch und weist
an einem Ende einen Absatz 827 auf, der in einen runden
Ausschnitt der ersten Platte 825 eingreift und diese auf
dem Mittelkern 824 fixiert. Eine zweite Platte 826 weist
ebenfalls einen runden Ausschnitt auf, dessen Innenradius dem Außenradius des
Mittelkerns 824 entspricht. Diese Platte wird nach der
Montage der Sekundär- und der Primärwicklung auf
dem Mittelkern aufgesteckt und dadurch fixiert. Die Platte wird
soweit aufgesteckt, bis sie auf der Sekundärwicklung zu
liegen kommt, um einen möglichst guten magnetischen Fluss
im Zündtransformator 80 zu erreichen. 17 shows a sectional view of the ignition transformer 80 in a third round embodiment with zweiwindiger primary winding. This sectional view again shows very well the core structure of the ferrite core 82 , The ferrite core 82 is constructed as in the second embodiment of three parts, from a central core 824 and two plates 825 . 826 , The center core 824 is also hollow cylindrical and has a paragraph at one end 827 on, in a round cutout of the first plate 825 engages and this on the center core 824 fixed. A second plate 826 also has a round cutout, the inner radius of the outer radius of the center core 824 equivalent. This plate is attached after mounting the secondary and the primary winding on the center core and thereby fixed. The plate is plugged in until it comes to rest on the secondary winding to ensure the best possible magnetic flux in the ignition transformer 80 to reach.
Asymmetrischer ZündpulsAsymmetrical ignition pulse
Im
Folgenden wird die Arbeitsweise des Zündgerätes
der integrierten Gasentladungslampe 5 erklärt.The following is the operation of the ignitor of the integrated gas discharge lamp 5 explained.
18a zeigt das schematische Schaltbild eines unsymmetrischen
Impulszündgerätes nach dem Stand der Technik.
Beim unsymmetrischen Zündgerät ist der Zündtransformator
TIP in eine der Zuleitungen des Gasentladungslampenbrenners 50, der
hier als Ersatzschaltbild dargestellt ist, geschaltet. Dies hat
einen Zündpuls zur Folge, der vom Massebezugspotential,
das meistens mit der anderen Zuleitung des Gasentladungslampenbrenners
verbunden ist, nur in eine 'Richtung' eine Spannung erzeugt; es
wird also entweder ein gegenüber dem Massebezugspotential
positiver Spannungspuls oder ein gegenüber dem Massebezugspotential
negativer Spannungspuls erzeugt. Die Funktionsweise eines unsymmetrischen
Impulszündgerätes ist weithin bekannt und soll
hier nicht weiter erläutert werden. Die unsymmetrische
Spannung ist für einseitig gesockelte Lampen gut geeignet,
da die Zündspannung lediglich an einer der beiden Gasentladungslampenbrennerelektroden
anliegt. Hierfür wird regelmäßig die
sockelnahe Elektrode gewählt, da sie nicht berührbar
ist und somit bei einer unsachgemäßen Nutzung
kein Gefährdungspotential für den Menschen darstellt. Am üblicherweise
offen geführten Rückleiter liegt keine für
den Menschen gefährliche Spannung an, somit gewährleistet
eine mit einem unsymmetrischen Zündgerät betriebene
Lampe eine gewisse Sicherheit. Das unsymmetrische Zündgerät
weist jedoch den Nachteil auf, die komplette Zündspannung
an eine Gasentladungslampenelektrode anzulegen. Damit steigen die
Verluste durch Koronaentladungen und andere durch die Hochspannung
bedingten Effekte. Dies bedeutet, dass nur ein Teil der erzeugten Zündspannung
wirklich am Gasentladungslampenbrenner 50 anliegt. Es muss
somit eine höhere Zündspannung erzeugt werden
als notwendig, was aufwendig und teuer ist. 18a shows the schematic diagram of a single-ended Impulszündgerätes according to the prior art. In the case of the asymmetrical ignitor, the ignition transformer T IP is in one of the supply lines of the gas discharge lamp burner 50 , which is shown here as an equivalent circuit, switched. This results in a firing pulse which produces voltage only in one 'direction' from the ground reference potential, which is usually connected to the other supply line of the gas discharge lamp torch; So it is either a relation to the ground reference potential positive voltage pulse or ge generated negative voltage pulse relative to the ground reference potential. The operation of an unbalanced pulse ignition device is well known and will not be explained further here. The unbalanced voltage is well suited for single-ended lamps, as the ignition voltage is applied only to one of the two gas discharge lamp burner electrodes. For this purpose, the pedestal near electrode is chosen regularly, since it is not touchable and thus in case of improper use is no hazard to humans. At the normally open guided return conductor is not dangerous for humans voltage, thus ensuring a powered with a single-ended ignitor lamp ensures a certain security. However, the asymmetrical ignitor has the disadvantage of applying the complete ignition voltage to a gas discharge lamp electrode. This increases the losses due to corona discharges and other effects caused by the high voltage. This means that only part of the generated ignition voltage is really at the gas discharge lamp burner 50 is applied. It must therefore be generated a higher ignition voltage than necessary, which is complicated and expensive.
18b zeigt das schematische Schaltbild eines symmetrischen
Impulszündgerätes nach dem Stand der Technik.
Das symmetrische Impulszündgerät weist einen Zündtransformator
TIP auf, der zwei Sekundärwicklungen
besitzt, die zusammen mit der Primärwicklung magnetisch
gekoppelt sind. Die beiden Sekundärwicklungen sind so orientiert,
dass sich die erzeugte Spannung beider Sekundärwicklungen an
der Lampe aufaddiert. Damit ist die Spannung in etwa hälftig
auf die beiden Gasentladungslampenelektroden verteilt. 18b shows the schematic diagram of a symmetrical pulse igniter according to the prior art. The symmetrical pulse ignition device has an ignition transformer T IP , which has two secondary windings, which are magnetically coupled together with the primary winding. The two secondary windings are oriented so that the generated voltage of both secondary windings adds to the lamp. Thus, the voltage is distributed in about half of the two gas discharge lamp electrodes.
Wie
oben schon erwähnt, verringern sich damit die Verluste
durch Koronaentladungen und andere parasitäre Effekte.
Die Ursache für die i. A. höhere Zündspannung
bei der symmetrischen Impulszündung wird erst bei einer
näheren Betrachtung der parasitären Kapazitäten
ersichtlich. Dazu wird das Lampenersatzschaltbild des Gasentladungslampenbrenners 50 in 18b betrachtet. Ein großer, wenn nicht sogar
der größte Anteil der parasitären Lampenkapazität
CLa wird nicht durch die Lampe selbst, sondern durch
die Verbindung zwischen Lampe und Zündeinheit verursacht,
beispielsweise durch die Lampenleitungen. Diese besitzen jedoch
nicht nur parasitäre Kapazitäten von Leiter zu
Leiter, sondern auch zwischen Leiter und Umgebung. Geht man vereinfachend
von einer Beschreibung mit konzentrierten Energiespeichern aus,
lassen sich die parasitären Kapazitäten zwischen
den beiden Leitern bzw. den beiden Gasentladungslampenelektrode
zu CLa,2 zusammenfassen, wie in 18b gezeigt. Die jeweils zwischen Leiter und Umgebung
vorhandenen parasitären Kapazitäten werden durch
CLa,1 bzw. CLa,3 modelliert.
Im Folgenden wird das Potential der Umgebung, beispielsweise des
Gehäuses, als räumlich konstant angesehen und
durch das Erdungssymbol dargestellt, auch wenn dies nicht mit dem
PE bzw. PEN im Sinne eines Niederspannungsnetzes übereinstimmen
muss. Darüber hinaus soll von einem symmetrischen Aufbau
und damit von CLa,1 = CLa,3 ausgegangen
werden. Die parasitäre Lampenkapazität ergibt sich
nach dem erweiterten Ersatzschaltbild zu CLa,2 + 1/2
CLa,1.As mentioned above, the losses are reduced by corona discharges and other parasitic effects. The cause of the i. A. Higher ignition voltage in the case of symmetrical pulse ignition is only apparent after a closer look at the parasitic capacitances. This is the lamp equivalent circuit diagram of the gas discharge lamp burner 50 in 18b considered. A large, if not the largest portion of the parasitic lamp capacitance C La is not caused by the lamp itself, but by the connection between the lamp and the ignition unit, for example by the lamp lines. However, these not only have parasitic capacitances from conductor to conductor, but also between conductor and environment. Assuming a simplification of a description with concentrated energy storage, the parasitic capacitances between the two conductors or the two gas discharge lamp electrode to C La, 2 summarize, as in 18b shown. The respective parasitic capacitances present between the conductor and the environment are modeled by C La, 1 or C La, 3 . In the following, the potential of the environment, for example of the housing, is regarded as spatially constant and represented by the grounding symbol, even if this does not have to match the PE or PEN in the sense of a low-voltage network. In addition, it should be assumed that a symmetrical structure and thus of C La, 1 = C La, 3 . The parasitic lamp capacitance results according to the extended equivalent circuit diagram for C La, 2 + 1/2 C La, 1 .
Der
Unterschied zwischen der unsymmetrischen Impulszündung
und der symmetrischen Impulszündung wird deutlich, wenn
man berücksichtigt, dass auch der Wandler sowie die Zündeinheit
parasitäre Kapazitäten gegenüber der
Umgebung aufweisen. Diese werden teilweise absichtlich erhöht
(z. B. Netzfilter) und sind im Allgemeinen wesentlich größer als
die oben betrachteten parasitären Kapazitäten der
Lampe gegenüber der Umgebung, und daher kann vereinfachend
für die Betrachtung der Zündung von einer auf
Umgebungspotential befindlichen Elektronik ausgegangen werden. Unter
Vernachlässigung der Spannung UW sind damit im Fall der
unsymmetrischen Zündung CLa,1 und
CLa,2 auf die Zündspannung aufzuladen,
wohingegen bei der symmetrischen Zündung CLa,2 auf
die Zündspannung und CLa,1 sowie
CLa,3 jeweils auf die halbe Zündspannung
aufzuladen sind. Unter der Annahme eines symmetrischen Aufbaus,
d. h. CLa,1 = CLa,3,
ist damit für die Aufladung der parasitären Kapazitäten
bei der symmetrischen Impulszündung weniger Energie erforderlich als
für die unsymmetri sche Variante. Im Extremfall CLa,1 = CLa,3 >> CLa,2 hat die
Zündeinheit nach 18a,
verglichen mit der nach 18b,
nahezu die doppelte Energie bereit zu stellen.The difference between the unbalanced pulse ignition and the symmetrical pulse ignition is clear, taking into account that the converter and the ignition unit also have parasitic capacitances with respect to the environment. These are in part intentionally increased (e.g., line filters) and are generally much larger than the parasitic capacitances of the lamp as viewed above with respect to the environment, and therefore, for simplicity, consideration may be given to ignition from ambient potential electronics. Neglecting the voltage UW are thus in the case of asymmetrical ignition C La, 1 and C La, 2 aufzuladen the ignition voltage, whereas in the symmetric ignition C La, 2 to the ignition voltage and C La, 1 and C La, 3 respectively are to be charged half the ignition voltage. Assuming a symmetrical structure, ie C La, 1 = C La, 3 , so that less energy is required for the charging of the parasitic capacitances in the symmetric pulse ignition as for the unsymmetri cal variant. In the extreme case C La, 1 = C La, 3 >> C La, 2 , the ignition unit has after 18a , compared with the after 18b to provide almost twice the energy.
Ein
weiterer Vorteil der symmetrischen Zündung liegt in der
geringeren erforderlichen Isolationsfestigkeit gegenüber
der Umgebung, da die auftretenden Spannungen UIsol,1 und
UIsol,2 nur den halben Wert im Vergleich
zur Spannung UIsol im Fall der unsymmetrischen
Zündung aufweisen. Dies zeigt zugleich den Nachteil der
symmetrischen Impulszündung und den Grund dafür,
weshalb sie häufig nicht eingesetzt werden kann: Im Fall
der symmetrischen Zündung führen beide Lampenanschlüsse
Hochspannung, was oftmals aus Sicherheitsgründen unzulässig
ist, da bei vielen Lampen- bzw. Sockelkonstruktionen einer der beiden
Lampenanschlüsse, üblicherweise der Lampenferne,
der dann als „Lampenrückleiter” bezeichnet
wird, berührt werden kann.Another advantage of the symmetrical ignition is the lower required insulation resistance to the environment, since the occurring voltages U isol, 1 and U isol, 2 have only half the value compared to the voltage U isol in the case of unbalanced ignition. This also shows the disadvantage of symmetrical impulse ignition and the reason why it often can not be used: In the case of symmetrical ignition lead both lamp terminals high voltage, which is often inadmissible for safety reasons, as in many lamp or base constructions one of the two lamp terminals , usually the lamp remote, which is then referred to as "lamp return", can be touched.
Dies
zeigt, dass das symmetrische Zündverfahren optimal für
zweiseitig gesockelte Gasentladungslampen geeignet ist, die schon
vom mechanischen Aufbau her symmetrisch ausgelegt sind. Bei einer
einseitig gesockelten Gasentladungslampe besteht, wie vorher schon
erwähnt, das Problem der Zündspannung, die an
der offenen, vom Benutzer erreichbaren sockelfernen Gasentladungslampenelektrode
anliegt. Ein weiteres Problem ist die an der sockelfernen Gasentladungslampenelektrode
anliegende Spannung bezüglich des Potentials des Reflektors.
Der Reflektor, in den die Gasentladungslampe eingebaut ist, ist üblicherweise
geerdet. Somit liegt im Zündmoment eine hohe Spannung zwischen dem
Rückleiter der sockelfernen Elektrode und dem Reflektor
an. Dies kann zu Überschlägen auf den Reflektor
führen, die Fehlfunktionen zur Folge haben. Aus diesen
Gründen ist eine symmetrische Zündung für
einseitig gesockelte Gasentladungslampen ungeeignet.This shows that the symmetrical ignition method is optimally suited for double-ended gas discharge lamps, which are designed to be symmetrical in terms of mechanical design. In the case of a single-ended gas discharge lamp, as already mentioned, there is the problem of ignition voltage at the open, by the user Reachable remote base gas discharge lamp electrode. Another problem is the voltage applied to the remote base gas discharge lamp electrode voltage with respect to the potential of the reflector. The reflector in which the gas discharge lamp is installed is usually grounded. Thus, a high voltage between the return conductor of the base remote electrode and the reflector is in the ignition. This can lead to flashovers on the reflector, resulting in malfunction. For these reasons, symmetrical ignition is unsuitable for single capped gas discharge lamps.
Darüber
hinaus ist anzumerken, dass der Isolationsaufwand nichtlinear mit
der zu isolierenden Spannung ansteigt. Bedingt durch nichtlineare
Effekte in Isolierstoffen muss typischerweise bei einer Verdoppelung
der Spannung der Abstand zwischen zwei Leitern mehr verdoppelt werden
um keinen Überschlag/Durchschlag zu erhalten.About that
It should also be noted that the isolation effort is nonlinear with
the voltage to be isolated increases. Due to non-linear
Effects in insulating materials typically have to be doubled
the tension of the distance between two conductors can be more doubled
to get no rollover / punch.
Neben
dem oben betrachteten, rein kapazitiven Verhalten der Umgebung bzw.
der beteiligten Isolierstoffe, kann, ab einer bestimmten Spannung bzw.
den sich ergebenden Feldstärken in den Isolierstoffen sowie
an deren Grenzflächen, eine Wirkleistungsumsetzung in den
Isolierstoffen z. B. durch Koronaentladungen, Teilentladungen etc.
nicht mehr vernachlässigt werden. In den obigen Ersatzschaltbildern
sind parallel zu den Kapazitäten zusätzliche nichtlineare
Widerstände zu ergänzen. Auch unter diesem Aspekt
ist die symmetrische Impulszündung der unsymmetrischen
vorzuziehen.Next
the above-considered, purely capacitive behavior of the environment or
the insulating materials involved, can, from a certain voltage or
the resulting field strengths in the insulating materials as well
at their interfaces, a real power conversion in the
Insulating materials z. B. by corona discharges, partial discharges, etc.
no longer be neglected. In the above equivalent circuit diagrams
are parallel to the capacity additional nonlinear
Add resistors. Also under this aspect
is the symmetric pulse ignition of the unbalanced
preferable.
Abschließend
sei die Beobachtung angeführt, dass ab einer bestimmten
Spannungsbelastung des Isolierstoffes dieser erheblich schneller
altert und daher im Fall einer geringfügigen Spannungsreduktion
bereits mit einer deutlich erhöhten Lebensdauer gerechnet
werden kann.Finally
Let the observation be that from a certain point of view
Stress load of the insulating material this much faster
ages and therefore in the case of a slight reduction in tension
already calculated with a significantly increased service life
can be.
Einen
guten Kompromiss, der die Vorteile beider Zündverfahren
in sich vereint, stellt die asymmetrische Impulszündung
dar, wie sie in 19 in schematischer Darstellung
zu sehen ist. Sie besitzt einen ähnlichen Aufbau wie eine
symmetrische Zündung, allerdings besitzen die beiden Sekundärwicklungen
unterschiedlich große Windungszahlen. Der Nachteil des
symmetrischen Zündverfahrens ist ja vor allem, dass ein
versehentliches Berühren des Rückleiters während
der Zündung und damit die Berührung eines hochspannungsführenden
Metallteils durch den Anwender nicht ausgeschlossen werden kann.
Bei der integrierten Gasentladungslampe 5, die die oben
beschriebene Scheinwerferschnittstelle nach 5 aufweist,
kann dies ausgeschlossen werden, da die Spannungsversorgung der
Elektronik erst mit dem Einsetzen in den Scheinwerfer erfolgt. Somit ist
es unmöglich, bei intaktem Scheinwerfer den Rückleiter
der sockelfernen Elektrode zu berühren, wenn er Spannung
führt. Wie oben schon erwähnt, ist eine symmetrische
Zündung auch hier nicht möglich, da Überschläge
auf den üblicherweise geerdeten Reflektor befürchtet
werden müssen. Es wird daher eine asymmetrische Zündung
vorgeschlagen, die z. B. ¾ der Zündspannung auf
die sockelnahe Elektrode gibt, und z. B. ¼ der Zündspannung
auf die sockelferne Elektrode. Das genaue Spannungsverhältnis
zwischen den Elektroden des Gasentladungslampenbrenners 50,
also der der sockelnahen ersten Lampenelektrode und der sockelfernen
zweiten Lampenelektrode hängt dabei von vielen Faktoren,
der Lampengröße und der Sockelkonstruktion ab.
Das Spannungsverhältnis zwischen der sockelnahen ersten Lampenelektrode
und der sockelfernen zweiten Lampenelektrode kann dabei von 22:1
bis zu 5:4 reichen. Über der Rückleiter-Sekundärwicklung
IPSR des Zündtransformators TIP werden
bevorzugt Spannungen von 2...8 kV erzeugt, und über der
Hinleiter-Sekundärwicklung IPSH des Zündtransformators
TIP werden bevorzugt Spannungen von 23...17
kV erzeugt. Damit ergeben sich bevorzugte Übersetzungsverhältnisse
zwischen den beiden Sekundärwicklungen ungleich 1, nämlich
nIPSR:nIPSH = 2:23...8:17.
Dies kann auch als Gleichung nIPSR = 0,04...0,8·nIPSH ausgedrückt werden. Damit ist
der Aufbau zwar dem eines symmetrischen Zünders ähnlich,
allerdings sind die Sekundärwicklungen nicht gleichmäßig
verteilt.A good compromise, which combines the advantages of both ignition methods, is the asymmetric impulse ignition, as they are in 19 can be seen in a schematic representation. It has a similar structure as a symmetrical ignition, but the two secondary windings have different numbers of turns. The disadvantage of the symmetrical ignition method is, above all, that an accidental contact with the return conductor during ignition and thus the contact of a high-voltage-carrying metal part by the user can not be excluded. For the integrated gas discharge lamp 5 following the headlamp interface described above 5 This can be ruled out since the power supply to the electronics only takes place when it is inserted into the headlight. Thus, it is impossible to touch the return conductor of the remote base electrode with intact headlight when it leads to voltage. As already mentioned above, a symmetrical ignition is not possible here, as arcing on the usually grounded reflector must be feared. It is therefore proposed an asymmetric ignition z. B. ¾ of the ignition voltage on the base near the electrode, and z. B. ¼ of the ignition voltage on the base remote electrode. The exact voltage relationship between the electrodes of the gas discharge lamp burner 50 , So the socket near the first lamp electrode and the socket-remote second lamp electrode depends on many factors, the lamp size and the base construction. The voltage ratio between the sockelahen first lamp electrode and the sockelfernen second lamp electrode can range from 22: 1 to 5: 4. Voltages of 2 ... 8 kV are preferably generated across the return secondary winding IPSR of the ignition transformer T IP , and voltages of 23 ... 17 kV are preferably generated across the forward secondary winding IPSH of the ignition transformer T IP . This results in preferred transmission ratios between the two secondary windings not equal to 1, namely n IPSR : n IPSH = 2:23 ... 8:17. This can also be expressed as the equation n IPSR = 0.04 ... 0.8 * n IPSH . Thus, the structure is similar to that of a symmetrical igniter, but the secondary windings are not evenly distributed.
Die
Zahl der Primärwindungen np des
Zündtransformators TIP liegt dabei
bevorzugt zwischen 1 und 4, die Summe der Windungszahlen beider
Sekundärwicklungen IPSH und IPSR liegt bevorzugt zwischen
40 und 380.The number of primary windings n p of the ignition transformer T IP is preferably between 1 and 4, the sum of the number of turns of both secondary windings IPSH and IPSR is preferably between 40 and 380.
Die
Impulszündeinheit Z in 19 ist
aus dem Stand der Technik weithin bekannt und wird hier somit nicht
näher erläutert. Sie besteht dabei aus mindestens
einem Kondensator, welcher über ein Schaltelement an die
Primärwicklung des Zündtransformators geschaltet
wird. Dabei wird bevorzugt ein Schaltelement mit einer Nenn-Auslösespannung
zwischen 350 V und 1300 V verwendet. Dies kann eine Schaltfunkenstrecke
oder ein Thyristor mit entsprechender Ansteuerschaltung sein. In
der vorliegenden ersten Ausführungsform besitzt der Zündtransformator
TIP ein Übersetzungsverhältnis
nIPP:nIPSR:nIPSH von 1:50:150 Windungen, der mit einer
Zündeinheit Z basierend auf einer 400 V Funkenstrecke,
das heißt mit einer Funkenstrecke mit einer nominellen
Auslösespannung von 400 V, betrieben wird. Der Zündtransformator
TIP liefert an der sockelfernen Elektrode
des Gasentladungslampenbrenners 50 eine Spitzenspannung
von +5 kV gegen Erde und an der sockelnahen Elektrode des Gasentladungslampenbrenners 50 eine
Spitzenspannung von –15 kV gegen Erde.The pulse ignition unit Z in 19 is well known in the art and is thus not further explained here. It consists of at least one capacitor which is connected via a switching element to the primary winding of the ignition transformer. In this case, a switching element with a nominal tripping voltage between 350 V and 1300 V is preferably used. This can be a switching spark gap or a thyristor with a corresponding drive circuit. In the present first embodiment, the ignition transformer T IP has a transmission ratio n IPP : n IPSR : n IPSH of 1: 50: 150 turns, with an ignition unit Z based on a 400 V spark gap, ie with a spark gap with a nominal tripping voltage of 400 V, is operated. The ignition transformer T IP provides at the base remote electrode of the gas discharge lamp burner 50 a peak voltage of +5 kV to earth and to the near-bottom electrode of the gas discharge lamp burner 50 a peak voltage of -15 kV to ground.
In
einer weiteren zweiten Ausführungsform ist der Zündtransformator
mit einem Übersetzungsverhältnis von 3:50:100
Windungen ausgeführt, und wird mit einer Zündeinheit
Z basierend auf einer 800 V Funkenstrecke betrieben. Dieser liefert
an der sockelfernen Elektrode des Gasentladungslampenbrenners 50 eine
Spitzenspannung von –8 kV gegen Erde und an der sockelnahen
Elektrode des Gasentladungslampenbrenners 50 eine Spitzenspannung von
+16 kV gegen Erde.In a further second embodiment For example, the ignition transformer is implemented with a gear ratio of 3: 50: 100 turns, and is operated with an ignition unit Z based on an 800 V spark gap. This supplies at the base-remote electrode of the gas discharge lamp burner 50 a peak voltage of -8 kV to ground and to the near-bottom electrode of the gas discharge lamp burner 50 a peak voltage of +16 kV to ground.
20 zeigt das schematische Schaltbild einer erweiterten
Schaltung der integrierten Gasentladungslampe 5. Hier sind
eine oder zwei nichtsättigende Drosseln LNS1 und
LNS2 jeweils zwischen das hochspannungsführende
Ende jeweils einer Sekundärwicklung und dem jeweiligen
Brenneranschluss geschaltet, um Störimpulse mit hohen Spannungsspitzen
(sogenannte Glitches) zu verhindern. Dabei werden Induktivitätswerte
von 0,5 uH bis 25 uH, vorzugsweise von 1 uH bis 8 uH verwendet.
Darüber hinaus kann direkt parallel zum Gasentladungslampenbrenner
und somit zwischen den Gasentladungslampenbrenner und die nichtsättigenden
Drosseln ein hochspannungsfester Kondensator CB (ein
sogenannter „Brenner-Kondensator”) geschaltet
werden. Dieser besitzt üblicherweise eine Kapazität
kleiner 22 pF um den Zündimpuls nicht zu stark zu bedämpfen.
Vorzugsweise weist er eine Kapazität zwischen 3 pF und 15
pF auf. Der Kondensator kann konstruktiv durch eine entsprechende
Anordnung und Ausgestaltung der umspritzen Lampenstromzuführungen
beispielsweise in Form von Platten realisiert werden. Der Kondensator
hat zwei positive Einflüsse: Zum einen ist er für
das EMV-Verhalten der Lampe von Vorteil, da hochfrequente Störungen
die durch die Lampe erzeugt werden direkt am Ort der Entstehung
kurzgeschlossen werden, zum anderen gewährleistet er einen
niederohmigeren Durchbruch des Brenners, was insbesondere eine Übernahme
durch die Betriebsschaltung 20 erleichtert. 20 shows the schematic diagram of an extended circuit of the integrated gas discharge lamp 5 , Here, one or two non-saturating inductors L NS1 and L NS2 are each connected between the high voltage leading end of a respective secondary winding and the respective burner terminal to prevent glitches with high voltage spikes (so-called glitches). Inductance values of 0.5 μH to 25 μH, preferably 1 μH to 8 μH are used. In addition, a high-voltage-resistant capacitor C B (a so-called "burner capacitor") can be connected directly in parallel with the gas discharge lamp burner and thus between the gas discharge lamp burner and the non-saturating reactor. This usually has a capacity less than 22 pF in order not to dampen the ignition pulse too strong. Preferably, it has a capacity between 3 pF and 15 pF. The capacitor can be structurally realized by a corresponding arrangement and design of the encapsulated lamp power supply, for example in the form of plates. The capacitor has two positive influences: Firstly, it is for the EMC behavior of the lamp advantageous because high-frequency noise generated by the lamp are short-circuited directly at the place of emergence, on the other hand, it ensures a lower-resistance breakthrough of the burner, especially a takeover by the operating circuit 20 facilitated.
Mittels
eines Rückschluss-Kondensators CRS,
mit einem Kapazitätswert, der vorzugsweise zwischen 68
pF und 22 nF liegt, wird für die durch den Zündtransformator
TIP erzeugten sehr schnellen Pulse ein Abschluss
des Impulszünders gegenüber dem EVG erreicht,
der eine sehr niedrige Impedanz aufweist. Dadurch liegen die erzeugten
Hochspannungszündimpulse in sehr guter Näherung
vollständig am Brenner an. Der Rückschluss-Kondensator CRS bildet zusammen mit einer Rückleiterdrossel
LR einen Tiefpass. Dieser wirkt elektromagnetischen Störungen
entgegen und schützt den EVG-Ausgang vor unzulässig
hohen Spannungen. Die erweiterte Schaltung weist ebenfalls eine
stromkompensierte Drossel LSK auf, die ebenfalls
elektromagnetischen Störungen entgegen wirkt. Eine Suppressordiode DTr, auch Klemmdiode genannt, begrenzt die
aufgrund des Zündvorgangs an der Betriebsschaltung 20 entstehende
Spannung und schützt somit den Ausgang der Betriebsschaltung 20.By means of a inference capacitor C RS , with a capacitance value which is preferably between 68 pF and 22 nF, termination of the pulse igniter is achieved for the very fast pulses generated by the ignition transformer T IP compared to the ECG, which has a very low impedance. As a result, the generated Hochspannungszündimpulse are in a very good approximation completely on the burner. The inference capacitor C RS forms a low-pass filter together with a return inductor L R. This counteracts electromagnetic interference and protects the ECG output from excessive voltages. The extended circuit also has a current-compensated inductor L SK , which also counteracts electromagnetic interference. A suppressor diode D Tr , also called a clamping diode, limits the due to the ignition operation of the operating circuit 20 resulting voltage and thus protects the output of the operating circuit 20 ,
Der
Gasentladungslampenbrenner 50 der integrierten Gasentladungslampe 5 wird
mittels einer Metallklammer 52 und vier Halteblechen 53 am
Sockel 70 befestigt. Wie in 20 schon
angedeutet, wird nun diese Metallklammer 52 geerdet, d.
h. bei einer integrierten Gasentladungslampe für Automobile z.
B. auf Karosseriemasse gelegt. Durch die Erdung der Metallklammer
wird ein Überschlag von der Metallklammer zum Scheinwerfer
sicher unterbunden, da sich beide Teile auch während der
Zündung auf demselben Potenzial befinden. Weiterhin wird
durch die Erdung der Metallklammer eine besonders gute kapazitive
Kopplung zu einer auf dem Gasentladungslampenbrennergefäß befindlichen
Zündhilfsbeschichtung hergestellt. Solche Zündhilfsbeschichtungen
werden bei Hochdruckentladungslampenbrennern oftmals aufgebracht,
um die hohen Zündspannungen einiger Modelle zu senken.
Diese Maßnahme erhöht die zündspannungssenkende
Eigenschaft der auf dem Gasentladungslampenbrennergefäß befindlichen
Zündhilfsbeschichtung. Besonders Vorteilhaft ist es, wenn
der kapazitive Einfluss der Metallklammer auf den Gasentladungslampenbrenner
(gegebenenfalls inklusive seiner Zündhilfsbeschichtung)
erhöht wird. Hierzu werden weitere elektrisch leitende
Teile galvanisch oder kapazitiv an der Metallklammer angekoppelt.
Dadurch ergibt sich eine Art „dritte Elektrode”,
welche aus mehreren „miteinander gekoppelten Einzelelektroden” besteht
und einseitig geerdet ist. Beispielsweise kann diese dritte Elektrode
neben der Metallklammer zusätzlich eine metallische Beschichtung 54 auf
dem Außenkolben umfassen, wie dies in 21 angedeutet ist. Die Beschichtung kann dabei
auf der Außenseite und/oder auf der Innenseite des Außenkolbens
aufgebracht sein. Die Beschichtung besteht aus elektrisch leitfähigem
beispielsweise metallischem Material und ist vorzugsweise in einem
Streifen parallel zum Rückleiter angebracht. Dadurch tritt
die metallische Beschichtung 54 optisch nicht in Erscheinung
und zudem ergibt sich ein minimaler Abstand und damit eine maximale
Koppelkapazität zur Zündhilfsbeschichtung auf
dem Brennergefäß. Die Beschichtung auf dem Außenkolben
kann kapazitiv oder galvanisch an die Metallklammer angekoppelt
sein. Für eine galvanische Kopplung ist es besonders vorteilhaft
wenn die elektrische Kontaktierung der äußeren
Beschichtung mit dem Metallklammer durch das Fixieren des Bren ners
in der Metallklammer erfolgt, was ohne zusätzliche Mehraufwand
durch eine gängige Montagetechnik nach dem Stand der Technik
realisiert werden kann. Die Beschichtung erstreckt sich vorzugsweise über
1% bis 20% des Außenkolbenumfangs.The gas discharge lamp burner 50 the integrated gas discharge lamp 5 is by means of a metal clip 52 and four retaining plates 53 at the base 70 attached. As in 20 already indicated, now this metal clip 52 earthed, ie for an integrated gas discharge lamp for automobiles z. B. placed on body mass. The earthing of the metal clamp reliably prevents a flashover from the metal clamp to the headlight, since both parts are at the same potential during ignition. Furthermore, the grounding of the metal clip produces a particularly good capacitive coupling to an ignition assist coating located on the gas discharge lamp burner vessel. Such priming coatings are often applied to high pressure discharge lamp burners to reduce the high ignition voltages of some models. This measure increases the ignition voltage lowering property of the Zündhilfsbeschichtung located on the gas discharge lamp burner vessel. It is particularly advantageous if the capacitive influence of the metal clip on the gas discharge lamp burner (optionally including its Zündhilfsbeschichtung) is increased. For this purpose, further electrically conductive parts are galvanically or capacitively coupled to the metal clip. This results in a kind of "third electrode", which consists of several "coupled together individual electrodes" and is grounded on one side. For example, this third electrode in addition to the metal clip additionally a metallic coating 54 on the outer bulb, as in 21 is indicated. The coating can be applied to the outside and / or on the inside of the outer bulb. The coating consists of electrically conductive, for example, metallic material and is preferably mounted in a strip parallel to the return conductor. This causes the metallic coating 54 optically not in appearance and also results in a minimum distance and thus a maximum coupling capacity for Zündhilfsbeschichtung on the burner vessel. The coating on the outer bulb may be capacitively or galvanically coupled to the metal clip. For a galvanic coupling, it is particularly advantageous if the electrical contacting of the outer coating with the metal clip takes place by fixing the Bren ners in the metal clip, which can be implemented without additional overhead by a common assembly technique according to the prior art. The coating preferably extends over 1% to 20% of the outer envelope circumference.
Die
positive Wirkung der geerdeten Metallklammer auf die Zündspannung
einer Gasentladungslampe entsteht durch folgenden physikalischen Zusammenhang:
Dadurch dass bei einem geerdeten Metallklammer und einer asymmetrischen
Impulszündung zwischen der Metallklammer und beiden Gasentladungslampenelektroden
eine hohe Spannung anliegt, wird in der Nähe beider Gasentladungslampenelektroden
eine dielektrisch behinderte Entladung im Außenkolben begünstigt.
Die dielektrisch behinderte Entladung im Außenkolben begünstigt
einen Durchschlag im Brennergefäß. Dieser wird
durch das UV-Licht begünstigt, welches bei der dielektrisch behinderten
Entladung entsteht und durch das Brennergefäß kaum
absorbiert wird, und an den Elektroden sowie im Entladungsraum die
Erzeugung freier Ladungsträger begünstigt und
somit die Zündspannung reduziert.The positive effect of the grounded metal clamp on the ignition voltage of a gas discharge lamp is due to the following physical relationship: Metal clamp and an asymmetric pulse ignition between the metal clamp and two gas discharge lamp electrodes is applied a high voltage, a dielectrically impeded discharge in the outer bulb is favored in the vicinity of both gas discharge lamp electrodes. The dielectrically impeded discharge in the outer bulb favors a breakdown in the burner vessel. This is promoted by the UV light, which arises in the dielectrically impeded discharge and is hardly absorbed by the burner vessel, and favors the generation of free charge carriers at the electrodes and in the discharge space and thus reduces the ignition voltage.
Die
Metallklammer und die Referenzebene zum Reflektor der integrierten
Gasentladungslampe 5 können aus einem Metallteil
bestehen, welches entsprechende Anker besitzt, die durch Kunststoff umspritzt
werden und eine gute mechanische Verbindung zum Sockel 70 sicherstellen.
Die Erdung der Metallklammer erfolgt dann automatisch durch das Einsetzen
der Lampe in den Reflektor respektive in den Scheinwerfer. Dies
macht die Referenzebene nun robuster gegenüber mechanischer
Abnutzung, was bedingt durch das erhöhte Gewicht einer
integrierten Gasentla dungslampe 5, vorteilhaft ist. Die Ausbildung
nach dem Stand der Technik sieht nur ein Kunststoff-Spritzgussteil
als Referenzebene vor.The metal clamp and the reference plane to the reflector of the integrated gas discharge lamp 5 can consist of a metal part, which has corresponding anchor, which are encapsulated by plastic and a good mechanical connection to the base 70 to ensure. The grounding of the metal clip is then carried out automatically by inserting the lamp in the reflector respectively in the headlight. This makes the reference plane now more robust against mechanical wear, which due to the increased weight of an integrated gas discharge lamp 5 , is advantageous. The training according to the prior art provides only a plastic injection molded part as a reference plane.
In
einer bevorzugten Ausbildung der integrierten Gasentladungslampe 5 besteht
der Sockel aus 2 Teilen. Einem ersten Teil mit einem bereits justiertem
Gasentladungslampenbrenner 50, der mittels der Metallklammer 52,
und den Halteblechen 53 in einen Sockel aus Kunststoff
eingebettet ist, der wie oben beschrieben eine metallverstärkte
Referenzebene aufweist. Dieses erste Teil wird mit einem zweiten
Teil verbunden, das die Zünd- und Betriebselektronik enthält.
Die Verbindungen für die Lampe sowie die Stromzuführungen
können durch Schweißen, Löten, oder durch
eine mechanische Verbindung wie einem Steckkontakt oder einen Schneidklemmkontakt bewerkstelligt
werden.In a preferred embodiment of the integrated gas discharge lamp 5 the base consists of 2 parts. A first part with an already the adjusted gas discharge lamp burner 50 that by means of the metal clip 52 , and the retaining plates 53 is embedded in a plastic base, which has a metal-reinforced reference plane as described above. This first part is connected to a second part, which contains the ignition and operating electronics. The connections for the lamp and the power supply can be accomplished by welding, soldering, or by a mechanical connection such as a plug-in contact or an insulation displacement contact.
21 zeigt einen Gasentladungslampenbrenner 50,
der im Folgenden beschrieben wird. Der Gasentladungslampenbrenner 50 ist
bevorzugt ein quecksilberfreier Gasentladungslampenbrenner, es kann
jedoch ebenfalls ein quecksilberhaltiger Gasentladungslampenbrenner
verwendet werden. Der Gasentladungslampenbrenner 50 beherbergt
ein gasdicht verschlossenes Entladungsgefäß 502,
in dem Elektroden 504 und eine ionisierbare Füllung zwecks
Erzeugung einer Gasentladung eingeschlossen sind, wobei die ionisierbare
Füllung vorzugsweise als quecksilberfreie Füllung
ausgebildet ist, die Xenon und Halogenide der Metalle Natrium, Scandium,
Zink und Indium umfasst, und das Gewichtsverhältnis der
Halogenide von Zink und Indium im Bereich von 20 bis 100, vorzugsweise
bei 50, liegt und wobei der Kaltfülldruck des Xenongases
im Bereich von 1,3 Megapascal bis 1,8 Megapascal liegt. Es hat sich
gezeigt, dass dadurch die Abnahme des Lichtstroms mit der Betriebsdauer
des Gasentladungslampenbrenners 50 und die Zunahme der
Brennspannung des Gasentladungslampenbrenners 50 mit ihrer
Betriebsdauer verringert werden können. Das heißt,
der Gasentladungslampenbrenner 50 besitzt im Vergleich
zu einem Gasentladungslampenbrenner gemäß dem
Stand der Technik eine verbesserte Lichtstrom-Maintenance und lässt,
aufgrund des geringeren Brennspannungsanstiegs über die
Betriebsdauer, eine längere Lebensdauer erwarten. Außerdem
zeigt der Gasentladungslampenbrenner 50 über seine
Betriebsdauer nur eine geringe Verschiebung des Farbortes des von
ihm emittierten Lichts. Insbesondere wandert der Farbort nur innerhalb
der gemäß der ECE Regel 99 erlaubten
Grenzen. Sowohl der vergleichsweise hohe Kaltfülldruck
des Xenons als auch der vergleichsweise hohe Gewichtsanteil der
Halogenide des Zinks tragen wesentlich zur Einstellung der Brennspannung
des Gasentladungslampenbrenners 50, das heißt
der Spannung, die sich nach Beendigung der Zündphase, im
quasistationären Betriebszustand über der Entladungsstrecke
des Gasentladungslampenbrenners 50 einstellt, bei. Die Halogenide
des Indiums sind in einem so geringen Gewichtsanteil vertreten,
dass sie zwar zur Einstellung des Farbortes des von dem Gasentladungslampenbrenner
emittierten Lichts beitragen, aber keinen nennenswerten Beitrag
zur Einstellung der Brennspannung des Gasentladungslampenbrenners 50 leisten.
Die Halogenide des Indiums dienen bei dem Gasentladungslampenbrenner 50,
ebenso wie die Halogenide von Natrium und Scandium, hauptsächlich
der Lichtemission. 21 shows a gas discharge lamp burner 50 which will be described below. The gas discharge lamp burner 50 is preferably a mercury-free gas discharge lamp burner, however, a mercury-containing gas discharge lamp burner may also be used. The gas discharge lamp burner 50 accommodates a gas-tight sealed discharge vessel 502 in which electrodes 504 and an ionizable filling for generating a gas discharge, wherein the ionizable filling is preferably formed as a mercury-free filling comprising xenon and halides of the metals sodium, scandium, zinc and indium, and the weight ratio of the halides of zinc and indium in the range of 20 to 100, preferably 50, and wherein the cold pressure of the xenon gas is in the range of 1.3 megapascals to 1.8 megapascals. It has been found that thereby the decrease of the luminous flux with the service life of the gas discharge lamp burner 50 and the increase in the burning voltage of the gas discharge lamp burner 50 can be reduced with their service life. That is, the gas discharge lamp burner 50 has improved lumen maintenance compared to a prior art gas discharge lamp torch, and expects a longer life due to the lower increase in operating voltage over the operating period. In addition, the gas discharge lamp burner shows 50 only a slight shift of the color location of the light emitted by it over its service life. In particular, the color locus migrates only within the according to the ECE Rule 99 allowed limits. Both the comparatively high cold pressure of the xenon and the relatively high proportion by weight of the halides of zinc contribute significantly to the setting of the burning voltage of the gas discharge lamp burner 50 , that is to say the voltage which, after completion of the ignition phase, is in the quasi-stationary operating state over the discharge path of the gas discharge lamp burner 50 adjusts. The halides of indium are present in such a small proportion by weight that they indeed contribute to the adjustment of the color locus of the light emitted by the gas discharge lamp burner, but not a significant contribution to the adjustment of the burning voltage of the gas discharge lamp burner 50 Afford. The halides of indium used in the gas discharge lamp burner 50 as well as the halides of sodium and scandium, mainly the light emission.
Vorteilhafterweise
liegt der Gewichtsanteil der Halogenide von Zink im Bereich von
0,88 Mikrogramm bis 2,67 Mikrogramm pro 1 mm3 Entladungsgefäßvolumen
und der Gewichtsanteil der Halogenide von Indium im Bereich von
0,026 Mikrogramm bis 0,089 Mikrogramm pro 1 mm3 Entladungsgefäßvolumen.
Als Halogenide können Jodide, Bromide oder Chloride verwendet
werden.Advantageously, the weight fraction of halides of zinc ranges from 0.88 micrograms to 2.67 micrograms per 1 mm 3 discharge vessel volume and the weight percent of indium halides ranges from 0.026 micrograms to 0.089 micrograms per 1 mm 3 discharge vessel volume. As halides, iodides, bromides or chlorides can be used.
Der
Gewichtsanteil der Halogenide von Natrium liegt vorteilhafterweise
im Bereich von 6,6 Mikrogramm bis 13,3 Mikrogramm pro 1 mm3 des Entladungsgefäßvolumens
und der Gewichtsanteil der Halogenide von Scandium im Bereich von
4,4 Mikrogramm bis 11,1 Mikrogramm pro 1 mm3 des
Entladungsgefäßvolumen, um zu gewährleisten,
dass der Gasentladungslampenbrenner 50 weißes
Licht mit einer Farbtemperatur von ca. 4000 Kelvin erzeugt und der
Farbort während der Lebensdauer des Gasentladungslampenbrenners 50 im
Bereich des weißen Lichts, vorzugsweise in engen Grenzen
bleibt. Bei einem geringeren Gewichtsanteil können die
Verluste an Natrium (bedingt durch Diffusion durch die Gefäßwand
des Entladungsgefäßes) und Scandium (bedingt durch
chemische Reaktion mit dem Quarzglas des Entladungsgefäßes)
nicht mehr ausgeglichen werden und bei einem höheren Gewichtsanteil werden
der Farbort und die Farbtemperatur verändert.The weight fraction of sodium halides is advantageously in the range of 6.6 micrograms to 13.3 micrograms per 1 mm 3 of discharge vessel volume and the weight percent of halides of scandium in the range of 4.4 micrograms to 11.1 micrograms per 1 mm 3 of Discharge vessel volume, to ensure that the gas discharge lamp burner 50 generated white light with a color temperature of about 4000 Kelvin and the color point during the life of the gas discharge lamp burner 50 in the range of white light, preferably within narrow limits. At a lower weight percentage Ver Loss of sodium (due to diffusion through the vessel wall of the discharge vessel) and scandium (due to chemical reaction with the quartz glass of the discharge vessel) are no longer compensated and at a higher weight content of the color and the color temperature are changed.
Das
Volumen des Entladungsgefäßes ist vorteilhafterweise
kleiner als 23 mm3, um dem Ideal einer Punktlichtquelle
möglichst nahe zu kommen. Für die Verwendung als
Lichtquelle in einem Fahrzeugscheinwerfer oder einem anderen optischen System,
sollte der lichtemittierende Teil des Entladungsgefäßes 502,
das heißt, der Entladungsraum mit den darin eingeschlossenen
Elektroden, möglichst geringe Abmessungen besitzen. Idealerweise sollte
die Lichtquelle punktförmig sein, um sie im Brennpunkt
eines optischen Abbildungssystems anordnen zu können. Die
erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe 5 kommt
diesem Ideal näher als eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem
Stand der Technik, da sie vorzugsweise ein Entladungsgefäß 502 mit
einem kleineren Volumen aufweist. Das Volumen des Entladungsgefäßes 502 der
Hochdruckentladungslampe 5 liegt daher vorteilhafterweise im
Bereich von größer gleich 10 mm3 bis
kleiner als 26 mm3.The volume of the discharge vessel is advantageously less than 23 mm 3 in order to come as close as possible to the ideal of a point light source. For use as a light source in a vehicle headlight or other optical system, the light emitting part of the discharge vessel should 502 , That is, the discharge space with the electrodes enclosed therein, have the smallest possible dimensions. Ideally, the light source should be punctiform in order to position it at the focal point of an optical imaging system. The high-pressure discharge lamp according to the invention 5 comes closer to this ideal than a high-pressure discharge lamp according to the prior art, as it is preferably a discharge vessel 502 having a smaller volume. The volume of the discharge vessel 502 the high pressure discharge lamp 5 is therefore advantageously in the range of greater than or equal to 10 mm 3 to less than 26 mm 3 .
Der
Abstand zwischen den Elektroden 504 des Gasentladungslampenbrenners
ist vorzugsweise kleiner als 5 Millimeter, um dem Ideal einer Punktlichtquelle
möglichst nahe zu kommen. Für die Verwendung als
Lichtquelle in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer beträgt
der Elektrodenabstand vorzugsweise 3,5 Millimeter. Dadurch ist der
Gasentladungslampenbrenner 50 optimal an die Abbildungsverhältnisse
im Fahrzeugscheinwerfer angepasst.The distance between the electrodes 504 of the gas discharge lamp burner is preferably less than 5 millimeters in order to come as close as possible to the ideal of a point light source. For use as a light source in a motor vehicle headlight, the electrode spacing is preferably 3.5 millimeters. This is the gas discharge lamp burner 50 optimally adapted to the imaging conditions in the vehicle headlight.
Die
Dicke beziehungsweise der Durchmesser der Elektroden 502 des
Gasentladungslampenbrenners liegt vorteilhafterweise im Bereich
von 0,20 Millimeter bis 0,36 Millimeter. Elektroden mit einer Dicke
in diesem Wertebereich lassen sich noch hinreichend sicher im Quarzglas
des Entladungsgefäßes einbetten und besitzen zugleich
eine ausreichende Stromtragfähigkeit, die insbesondere
während der sogenannten Anlaufphase der Hochdruckentladungslampe
bedeutsam ist, während der sie mit dem 3 bis 5-fachen ihrer
Nennleistung und ihres Nennstroms betrieben wird. Im Fall von dünneren
Elektroden wäre bei der vorliegenden Ausführungsform
mit quecksilberfreier Füllung keine ausreichende Stromtragfähigkeit
mehr gewährleistet und im Fall von dickeren Elektroden 504 bestünde
die Gefahr von Rissbildungen im Entladungsgefäß,
bedingt durch das Auftreten von mechanischen Spannungen aufgrund
der deutlich unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
von dem Entladungsgefäßmaterial, bei dem es sich
um Quarzglas handelt, und dem Elektrodenmaterial, bei dem es sich
um Wolfram oder mit Thorium bzw. Thoriumoxid dotiertem Wolfram handelt.The thickness or the diameter of the electrodes 502 of the gas discharge lamp burner is advantageously in the range of 0.20 millimeters to 0.36 millimeters. Electrodes with a thickness in this range of values can still be embedded sufficiently reliably in the quartz glass of the discharge vessel and at the same time have sufficient current-carrying capacity, which is particularly important during the so-called start-up phase of the high-pressure discharge lamp, during which they have 3 to 5 times their rated power and rated current is operated. In the case of thinner electrodes, in the present embodiment with mercury-free filling, sufficient current-carrying capacity would no longer be guaranteed, and in the case of thicker electrodes 504 There would be a risk of crack formation in the discharge vessel, due to the occurrence of mechanical stresses due to the significantly different thermal expansion coefficients of the discharge vessel material, which is quartz glass, and the electrode material, which is tungsten or doped with thorium or thoria Tungsten is acting.
Die
Elektroden sind jeweils mit einer im Material des Entladungsgefäßes
eingebetteten Molybdänfolie 506 verbunden, die
eine gasdichte Stromdurchführung ermöglichen und
der geringste Abstand der jeweiligen Molybdänfolie 506 zu
dem in den Innenraum des Entladungsgefäßes 502 hineinragenden
Ende der mit ihr verbundenen Elektrode beträgt vorteilhafterweise
mindestens 4,5 mm, um einen möglichst großen Abstand
zwischen der jeweiligen Molybdänfolie 506 und
der an den in das Entladungsgefäß 502 hineinragenden
Elektrodenspitzen ansetzenden Gasentladung zu gewährleisten.
Dieser dadurch bedingte, vergleichsweise große Mindestabstand
zwischen den Molybdänfolien 506 und der Gasentladung
hat den Vorteil, dass die Molybdänfolien 506 einer
geringeren thermischen Belastung und einer geringeren Korrosionsgefahr
durch die Halogene in den Halogenverbindungen der ionisierbaren Füllung
ausgesetzt sind.The electrodes are each with a embedded in the material of the discharge vessel molybdenum foil 506 connected, which allow a gas-tight current feedthrough and the smallest distance of the respective molybdenum foil 506 to the interior of the discharge vessel 502 protruding end of the electrode connected to it is advantageously at least 4.5 mm to the largest possible distance between the respective molybdenum foil 506 and the at the in the discharge vessel 502 To ensure protruding electrode tips attaching gas discharge. This consequent, comparatively large minimum distance between the molybdenum foils 506 and the gas discharge has the advantage that the molybdenum foils 506 a lower thermal load and a lower risk of corrosion by the halogens in the halogen compounds of the ionizable filling are exposed.
Frequenzanpassungfrequency adjustment
Im
Folgenden wird ein Verfahren zum Vermeiden von Flicker- oder Flackererscheinungen
beschrieben, das die Betriebselektronik der integrierten Gasentladungslampe 5 ausführt.The following describes a method for avoiding flicker or flicker phenomena, which is the operating electronics of the integrated gas discharge lamp 5 performs.
Die
hier betrachteten Gasentladungslampen müssen mit Wechselstrom
betrieben werden, der primär von der Betriebselektronik 920 erzeugt
wird. Dieser Wechselstrom kann ein hochfrequenter Wechselstrom,
insbesondere mit einer Frequenz oberhalb der in Gasentladungslampen
auftreten akustischen Resonanzen sein, was bei den hier betrachteten
Lampen einer Frequenz des Lampenstromes oberhalb von etwa 1 MHz
entspricht. Üblicherweise verwendet man jedoch den niederfrequenten
Rechteckbetrieb, der in Folgenden betrachtet wird.The gas discharge lamps considered here must be operated with alternating current, which primarily depends on the operating electronics 920 is produced. This alternating current can be a high-frequency alternating current, in particular with a frequency above the acoustic resonances occurring in gas discharge lamps, which in the case of the lamps considered here corresponds to a frequency of the lamp current above approximately 1 MHz. Usually, however, one uses the low-frequency rectangular operation, which is considered below.
Gasentladungslampen,
insbesondere Hochdruckentladungslampen neigen bei falscher Betriebsweise
grundsätzlich zu Abrissen des Lichtbogens beim Richtungswechsel
des Lampenstroms, der so genannten Kommutierung, was auf eine zu niedrige
Temperatur der Elektroden zurückzuführen ist. Üblicherweise
werden Hochdruck-Entladungslampen mit einem niederfrequenten Rechteckstrom betrieben,
was auch „wackelnder Gleichstrombetrieb” genannt
wird. Dabei wird ein im Wesentlichen rechteckförmiger Strom
mit einer Frequenz von üblicherweise 100 Hz bis zu einigen
kHz an die Lampe angelegt. Bei jedem Umschalten zwischen positiver und
negativer treibender Spannung, die im Wesentlichen durch die Betriebelektronik
bereitgestellt wird, kommutiert der Lampenstrom, was ein kurzzeitiges zu
Null werden des Lampenstromes mit sich bringt. Dieser Betrieb stellt
sicher, dass die Elektroden der Lampe trotz eines Quasi-Gleichstrombetriebs
gleichmäßig belastet werden.Gas discharge lamps, in particular high-pressure discharge lamps, in the case of incorrect operation, generally tend to break the arc when the lamp current changes direction, the so-called commutation, which is due to a too low temperature of the electrodes. Usually, high-pressure discharge lamps are operated with a low-frequency rectangular current, which is also called "wobbly DC operation". In this case, a substantially rectangular current with a frequency of usually 100 Hz up to a few kHz is applied to the lamp. At each switching between positive and negative driving voltage, which is essentially provided by the operating electronics, the lamp current commutates, resulting in a brief zeroing of the lamp current. This operation ensures that the electrodes of the lamp are uniformly loaded despite a quasi-DC operation.
Der
Bogenansatz, das heißt der Ansatz des Lichtbogens auf der
Elektrode, ist beim Betrieb einer Gasentladungslampe mit Wechselstrom
grundsätzlich problematisch. Beim Betrieb mit Wechselstrom wird
während einer Kommu tierung die Kathode zur Anode und umgekehrt
eine Anode zur Kathode. Der Übergang Kathode-Anode ist
prinzipbedingt relativ unproblematisch, da die Temperatur der Elektrode näherungsweise
keinen Einfluss auf ihren anodischen Betrieb hat. Beim Übergang
Anode-Kathode hängt die Fähigkeit der Elektrode,
einen ausreichend hohen Strom liefern zu können, von deren
Temperatur ab. Ist diese zu niedrig, wechselt der Lichtbogen während
der Kommutierung, meistens nach dem Nulldurchgang, von einer punktförmigen
Bogenansatzbetriebsweise in eine diffuse Bogenansatzbetriebsweise.
Dieser Wechsel geht mit einem oft sichtbaren Einbruch der Lichtemission
einher, was als Flackern wahrgenommen werden kann.Of the
Bow approach, that is the approach of the arc on the
Electrode, is when operating a gas discharge lamp with alternating current
fundamentally problematic. When operating with alternating current is
during a commu tation, the cathode to the anode and vice versa
an anode to the cathode. The transition is cathode anode
inherently relatively unproblematic because of the temperature of the electrode approximately
has no influence on their anodic operation. At the transition
Anode cathode depends on the ability of the electrode,
to be able to supply a sufficiently high current, of which
Temperature off. If this is too low, the arc changes during
the commutation, usually after the zero crossing, of a punctiform
Bow approach mode in a diffuse Bogenansatzbetriebsweise.
This change takes place with an often visible collapse of the light emission
which can be perceived as flickering.
Sinnvollerweise
wird die Lampe also in punktförmiger Bogenansatzbetriebsweise
betrieben, da der Bogenansatz hier sehr klein und damit sehr heiß ist.
Das hat zur Folge, dass hier aufgrund der höheren Temperatur
am kleinen Ansatzpunkt weniger Spannung benötigt wird,
um ausreichend Strom liefern zu können.Logically,
So the lamp is in punctiform Bogenansatzbetriebsweise
operated, since the bow approach here is very small and therefore very hot.
As a result, here due to the higher temperature
less tension is needed at the small starting point,
to be able to supply enough electricity.
Als
Kommutierung wird im Folgenden der Vorgang betrachtet, bei dem die
Polarität der Spannung wechselt, und bei dem daher eine
starke Strom- oder Spannungsänderung auftritt. Bei einer
im Wesentlichen symmetrischen Betriebsweise der Lampe befindet sich
bei der Mitte der Kommutierungszeit der Spannungs- oder Stromnulldurchgang.
Hierbei ist zu bemerken, dass die Spannungskommutierung üblicherweise
immer schneller abläuft als die Stromkommutierung.When
Commutation is considered below the process in which the
Polarity of the voltage changes, and therefore one
strong current or voltage change occurs. At a
essentially symmetrical mode of operation of the lamp is located
at the middle of the commutation time, the voltage or current zero crossing.
It should be noted that the voltage commutation usually
always faster than the current commutation.
Aus 'The
boundary layers of ac-arcs at HID-electrodes: phase resolved electrical
measurements and optical observations', O. Langenscheidt et al.,
J. Phys D 40 (2007), S. 415–431 ist bekannt, dass bei
einer kalten Elektrode und diffusem Bogenansatz die Spannung nach
der Kommutierung zunächst ansteigt, da die zu kalte Elektrode
den benötigten Strom nur durch eine höhere Spannung
liefern kann. Kann die Vorrichtung zum Betrieb der Gasentladungslampe
diese Spannung nicht liefern, so tritt das o. g. Flackern auf.Out The boundary layers of ac-arcs at HID-electrodes: phase resolved electrical measurements and optical observations', O. Langenscheidt et al., J. Phys. D 40 (2007), pp. 415-431 It is known that with a cold electrode and a diffuse arc approach, the voltage after commutation initially increases because the too cold electrode can supply the required current only by a higher voltage. If the device for operating the gas discharge lamp can not supply this voltage, then the above-mentioned flickering occurs.
Das
Problem des wechselnden Bogenansatzmodus betrifft vor allem Gasentladungslampen, die
gegenüber ähnlichen Lampen gleicher Nennleistung
vergleichsweise große Elektroden besitzen. Typischerweise
werden Lampen dann mit Überlast betrieben, wenn „Sofortlicht” gefordert
ist, wie beispielsweise bei Xenon-Entladungslampen im KfZ-Bereich, bei
denen aufgrund der gesetzlichen Bestimmungen 80% der Lichtabgabe
nach 4 Sekunden erreicht sein müssen. Diese Lampen werden
während einem sogenannten „Schnellstarts”,
auch als Anlaufphase bezeichnet, mit dem mehrfachen ihrer Nennleistung
betrieben, um den geltenden Automobilnormen bzw. Bestimmungen gerecht
zu werden. Daher ist die Elektrode auf die hohe Startleistung dimensioniert,
ist aber bezogen auf den normalen Betriebszustand zu groß.
Da nun die Elektrode hauptsächlich durch den durch sie
hindurch fließenden Lampenstrom geheizt wird, tritt das
Problem des Flackerns vor allem bei gealterten Gasentladungslampen
auf, deren Brennspannung am Lebensdauerende erhöht ist.
Durch die erhöhte Brennspannung fließt ein kleinerer
Lampenstrom, da die Betriebselektronik während das stationären
Lampenbetriebs mittels Regelung die Lampenleistung konstant hält,
weswe gen die Elektroden der Gasentladungslampe am Lebensdauerende
nicht mehr genügend geheizt werden.The
Problem of changing bow approach mode mainly concerns gas discharge lamps, the
compared to similar lamps of the same rated power
have comparatively large electrodes. typically,
lamps are then overloaded when "immediate light" is required
is, as for example in xenon discharge lamps in the automotive sector, at
due to the statutory provisions 80% of the light output
must be reached after 4 seconds. These lamps will be
during a so-called "quick start",
also referred to as start-up phase, with the multiple of their rated power
operated to meet the applicable automotive standards or regulations
to become. Therefore, the electrode is dimensioned for the high starting power,
but is too large in relation to the normal operating condition.
Now, the electrode mainly by the through them
is heated by flowing lamp current that occurs
Problem of flickering especially with aged gas discharge lamps
on, whose burning voltage is increased at the end of life.
Due to the increased burning voltage flows a smaller
Lamp current, since the operating electronics during the stationary
Lamp operation keeps the lamp power constant by means of regulation,
weswe gene the electrodes of the gas discharge lamp at the end of life
no longer be heated enough.
Bei
einer integrierten Gasentladungslampe besteht nun ein Vorteil darin,
dass die Betriebselektronik untrennbar mit dem Gasentladungslampenbrenner
verbunden ist, so dass die bisherige Brenndauer, auch als kumulierte
Brenndauer tk bezeichnet, die sich durch
Summation aller Zeitdauern in denen der Gasentladungslampenbrenner
betrieben wurde, ungeachtet der dazwischen liegenden Zeitdauern
in denen der Gasentladungslampenbrenner nicht betrieben wurde, ergibt,
von der Betriebselektronik auf einfache Weise erfasst werden kann.
Diese Erfassung kann beispielsweise durch ein Zeitmessgerät mit
nichtflüchtigem Speicher erfolgen, das immer dann die Zeit
misst, wenn der Gasentladungslampenbrenner 50 betrieben
wird, folglich ein Lichtbogen zwischen den Elektroden brennt. Da
das Problem des Flackerns vornehmlich bei älteren Lampen
auftritt, wird nun ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Betriebsfrequenz,
mit der der Gasentladungslampenbrenner betrieben wird, derart an
die Brenndauer des Gasentladungslampenbrenners angepasst wird, dass
mit zunehmender Brenndauer auch die Betriebsfrequenz erhöht
wird. Dies bietet folgende Vorteile: Der Wechsel von anodischer
und kathodischer Betriebsphase, welcher mit einer Temperaturmodulation
der Elektrodenspitzen einhergeht, erfolgt bei höherer Frequenz
schneller. Folglich ist bei höherer Frequenz der Temperaturhub
der Elektrodenspitzen aufgrund ihrer thermischen Trägheit
geringer. Erstaunlicherweise hat sich gezeigt, dass bei einer Elektrodentemperatur,
die über einer „kritischen Minimal temperatur” der
Lampenelektroden, liegt, ein Flackern unterbleibt.In an integrated gas discharge lamp, there is now an advantage in that the operating electronics are inseparably connected to the gas discharge lamp burner, so that the previous burning time, also referred to as cumulative burning time t k , which was operated by summation of all periods in which the gas discharge lamp burner, regardless of the between them lying periods in which the gas discharge lamp burner was not operated, results, can be detected by the operating electronics in a simple manner. This detection can be done for example by a timepiece with non-volatile memory, which always measures the time when the gas discharge lamp burner 50 is operated, therefore an arc between the electrodes burns. Since the problem of flicker occurs primarily in older lamps, a method is now proposed in which the operating frequency with which the gas discharge lamp burner is operated is adapted to the burning time of the gas discharge lamp burner in such a way that the operating frequency is increased as the burning time increases. This offers the following advantages: The change of anodic and cathodic operating phase, which is accompanied by a temperature modulation of the electrode tips, is faster at a higher frequency. Consequently, the higher the frequency, the lower the temperature swing of the electrode tips due to their thermal inertia. Surprisingly, it has been shown that at an electrode temperature which is above a "critical minimum temperature" of the lamp electrodes, there is no flicker.
Die
Frequenz darf allerdings nicht beliebig erhöht werden,
da es sonst zu einer Anregung von akustischen Resonanzen in der
Lampe, die mit einer Deformation des Bogens sowie ebenfalls Flackern eingehen
können, kommen kann. Dieser Effekt ist bereits ab Frequenzen
von 1 kHz möglich, weshalb man üblicherweise für
den Normalbetrieb, d. h. nach der Zündungs- und Anlaufphase
im der stationären Betriebsphase, eine Frequenz von 400
Hz bzw. 500 Hz wählt. Diese Frequenz wird im Folgenden
als untere Grenzfrequenz bezeichnet.However, the frequency may not be increased arbitrarily, otherwise it will cause an excitation of acoustic resonances in the lamp, with a Deformation of the bow as well as flicker can come, can come. This effect is already possible from frequencies of 1 kHz, which is why one usually selects for normal operation, ie after the ignition and start-up phase in the stationary operating phase, a frequency of 400 Hz or 500 Hz. This frequency is referred to below as the lower limit frequency.
22 zeigt das Diagramm einer ersten Ausführungsform
des Verfahrens, bei dem die Betriebsfrequenz des Gasentladungslampenbrenners über
seiner Brenndauer aufgetragen ist. Es ist gut zu erkennen, dass
die Betriebsfrequenz bis zu einer Brenndauer von 500 h konstant
bei 400 Hz bleibt, dann während der Brenndauer von 500
h bis 1500 h sukzessive um 0,5 Hz/h bis auf 900 Hz erhöht
wird, um ab dann bei 900 Hz zu bleiben. 22 shows the diagram of a first embodiment of the method in which the operating frequency of the gas discharge lamp burner is plotted over its burning time. It is easy to see that the operating frequency remains constant at 400 Hz for a burning time of 500 h, then gradually increased by 0.5 Hz / h to 900 Hz during the firing time of 500 h to 1500 h, and then off to stay at 900 Hz.
Die
Frequenzerhöhung im Bereich 500 h bis 1500 h muss jedoch
nicht kontinuierlich erfolgen, sondern kann auch in Stufen erfolgen.
So wird in einer zweiten Variante der ersten Ausführungsform
des Verfahrens ab einer kumulierten Brenndauer von 2097152 s, was
etwa 583 h entspricht, immer nach Ablauf von 32768 s, was etwa 9,1
h entspricht, die Frequenz um 4 Hz erhöht. Es wird so lange
die Frequenz erhöht, bis 128 Erhöhungen durchgeführt
wurden. Dann hat die Frequenz – ausgehend vom ursprünglichen
Startwert von 400 Hz – den Wert 912 Hz erreicht. Die zweite
Variante der ersten Ausführungsform des Verfahrens ist
insbesondere für die Realisierung mittels digitaler Logik,
beispielsweise durch einen Mikrocontroller oder eine Digitalschaltung
in einem ASIC, geeignet da sie nur diskrete Zeit- und Frequenzschritte
erfordert.The
Frequency increase in the range 500 h to 1500 h, however, must
not continuously, but can also be done in stages.
Thus, in a second variant of the first embodiment
of the method from a cumulative burning time of 2097152 s, which
about 583 h, always after the expiration of 32768 s, which is about 9.1
h, the frequency is increased by 4 Hz. It will be so long
the frequency increases until 128 increases are made
were. Then the frequency has - starting from the original
Starting value of 400 Hz - reached the value 912 Hz. The second
Variant of the first embodiment of the method is
in particular for the realization by means of digital logic,
for example, by a microcontroller or a digital circuit
in an ASIC, since they only use discrete time and frequency steps
requires.
In
der dritten Variante der ersten Ausführungsform wird eine
besonders einfache Realisierung angewandt. Hier wird nach einer
Zeit von 1048576 s, was etwa 291 h entspricht, die Frequenz in einem
Schritt von 400 Hz auf 800 Hz verdoppelt. Anschließend
wird die Lampe immer mit der hohen Frequenz betrieben. Im Gegensatz
zur zweiten Variante der ersten Ausführungsform erfolgt
lediglich ein einziger Frequenzschritt.In
the third variant of the first embodiment is a
particularly simple realization applied. Here is after a
Time of 1048576 s, which corresponds to about 291 h, the frequency in one
Step from 400 Hz to 800 Hz doubled. Subsequently
the lamp is always operated at high frequency. In contrast
to the second variant of the first embodiment takes place
only a single frequency step.
In
einer zweiten Ausführungsform wird das obige Verfahren
mit einer Schaltungsanordnung zum Detektieren von Flackern (nicht
gezeigt) kombiniert, um eine bedarfsgerechte Anpassung der Frequenz an
die Erfordernisse des Lampenbrenners vornehmen zu können.
Die Schaltungsanordnung zum Detektieren von Flackern basiert dabei
auf einer Detektionsschaltung, die zur Detektion die Lampenspannung
und/oder den Lampenstrom heranzieht. Alternativ können
auch geeignete korrelierende Größen vor dem Wechselrichter
zur Detektion herangezogen werden. Ein elektronisches Betriebs-
oder Vorschaltgerät wie es üblicherweise im Kraftfahrzeug
zur Anwendung kommt und als Betriebselektronik 920 in der
integrierten Gasentladungslampe 5 enthalten sein kann,
besitzt einen zweistufigen Aufbau bestehend aus Gleichspannungswandler
und Wechselrichter die über einen Gleichspannungszwischenkreis
miteinander gekoppelt sind, wobei die zeitliche Spannungsänderung
des Gleichspannungszwischenkreis und/oder die zeitliche Stromänderung
des in den Wechselrichter aus den Zwischenkreis hinein fließenden
Stromes als Maß für das Flackern der Lampe betrachtet
werden können.In a second embodiment, the above method is combined with circuitry for detecting flickering (not shown) to make it possible to tailor the frequency to the requirements of the lamp burner. The circuit arrangement for detecting flickers is based on a detection circuit which uses the lamp voltage and / or the lamp current for detection. Alternatively, suitable correlating variables can be used before the inverter for detection. An electronic operating or ballast as it is usually used in the motor vehicle and as operating electronics 920 in the integrated gas discharge lamp 5 may contain, has a two-stage structure consisting of DC-DC converter and inverters which are coupled together via a DC intermediate circuit, wherein the temporal voltage change of the DC link and / or the temporal change in the current flowing in the inverter from the intermediate circuit current as a measure of the flickering of the lamp can be considered.
Die
Schaltungsanordnung zum Detektieren von Flackern detektiert nun,
ob ein Flackern bei der Lampe auftritt. Ist dies der Fall und die
bisherige Brenndauer der Lampe größer als 500
h, so wird ein Flacker-Kartierungsverfahren in Gang gesetzt.The
Circuit arrangement for detecting flickering now detects
if a flicker occurs at the lamp. Is this the case and the
previous burning time of the lamp greater than 500
h, a Flacker mapping procedure is initiated.
Das
Verfahren umfasst folgende Schritte:
- – Erhöhung
des Zählerstands der Flacker-Minimum-Suche um eins
- – Schrittweise Erhöhung der Betriebsfrequenz des
Gasentladungslampenbrenners ausgehend von der unteren Grenzfrequenz,
- – Messung der Flackerintensität bei der gewählten
Betriebsfrequenz.
The method comprises the following steps: - - Increasing the count of the Flacker minimum search by one
- Stepwise increasing the operating frequency of the gas discharge lamp burner from the lower limit frequency,
- - Measurement of Flackerintensität at the selected operating frequency.
Dabei
wird jeweils mindestens die Flackerintensität bei der gewählten
Betriebsfrequenz abgespeichert. Erforderlichenfalls werden weitere,
bei der Betriebsfrequenz gemessene Parameter abgespeichert. Die
Messung der Flackerintensität muss dabei über
einen vergleichsweise großen Zeitraum erfolgen, um statistische
Schwankungen, die während des Betriebes auftreten können,
auszugleichen. In der zweiten Ausführungsform ist z. B.
eine Messzeit von 20–30 Minuten vorgesehen. Die Frequenz
wird dabei um je 100 Hz erhöht, und dann die Flackerintensität
gemessen. In einer ersten Stufe wird die Frequenz bis zu einer ersten
oberen Grenzfrequenz von 900 Hz erhöht. Sobald das Flackern
verschwindet bzw. die Flackerintensität unter einen zulässigen Schwellwert
absinkt wird mit der Erhöhung der Frequenz nicht weiter
fortgefahren, die aktuelle Frequenz auch für den zukünftigen
Betrieb in einem nicht-flüchtigen Speicher gesichert, so
dass beim nächsten Wiedereinschalten der integrierten Lampe gleich
mit der zuletzt betriebenen Frequenz gestartet wird.there
in each case at least the Flackerintensität in the selected
Operating frequency stored. If necessary, further,
stored at the operating frequency measured parameters. The
Measurement of Flackerintensität must be about
a comparatively large period of time to statistical
Fluctuations that may occur during operation
compensate. In the second embodiment, for. B.
a measuring time of 20-30 minutes provided. The frequency
is increased by 100 Hz, and then the Flackerintensität
measured. In a first stage, the frequency is up to a first
increased upper limit frequency of 900 Hz. Once the flicker
the intensity of the flickering disappears below a permissible threshold value
decreases with the increase of the frequency does not continue
continued, the current frequency also for the future
Operation secured in a non-volatile memory, so
that the next time you turn on the integrated lamp the same
is started with the last operated frequency.
Konnte
das Flackern trotz einer Erhöhung bis zur ersten Obergrenze
nicht beseitigt werden bzw. die Flackerintensität nicht
unter einen zulässigen Schwellwert gesenkt werden, so wird
der Zählerstands der Flacker-Minimum-Suche um eins erhöht und
die Frequenz weiter erhöht, bis der dreifache Wert der
ersten oberen Grenzfrequenz, in diesem Fall also 2700 Hz, der sogenannten
zweiten oberen Grenzfrequenz erreicht ist. Danach wird gezielt die Frequenz
aus dem gesamten gemessenen Bereich zwischen der unteren Grenzfrequenz
und der zweiten oberen Grenzfrequenz ausgewählt, bei der
sich das geringste Flackern gezeigt hat. Der zum geringsten Flackern
gehörige Flackerintensität wird mit einem Faktor
größer 1 multipliziert und als neuen zulässigen
Schwellwert die sogenannte aktuelle Flackergrenze abgespeichert.If the flicker could not be removed despite an increase up to the first upper limit or the Flackerintensität not be lowered below an allowable threshold, the count of the flicker minimum search is increased by one and the frequency further increased until the triple value of the first upper limit frequency, in this case 2700 Hz, the so-called second upper limit frequency is reached. After that, the frequency is targeted from the entire measured range is selected between the lower limit frequency and the second upper limit frequency at which the slightest flicker has occurred. The flicker intensity associated with the slightest flickering is multiplied by a factor greater than 1 and the so-called flicker limit is stored as the new permissible threshold value.
Im
Folgenden bleibt die Überwachung und Messung des Flackerns
aktiviert und es wird periodisch überprüft ob
die aktuelle Flackerintensität oberhalb der aktuellen Flackergrenze
liegt. Sollte des der Fall sein, wird zur der Frequenz gesprungen,
die die zweitniedrigsten Flackerintensitäten bei der zuvor beschriebenen
Untersuchung der Lampe im Rahmen dieses Verfahrens gezeigt hat.
Bei dieser Frequenz wird dann die Lampe betrieben wobei auch weiterhin die Überwachung
und Messung des Flackerns aktiviert bleibt. Sollte nun abermals
die aktuelle Flackerintensität oberhalb der aktuellen Flackergrenze liegen
wird zu der Frequenz mit der drittniedrigsten Flackerintensität
gewechselt. Sollte im nachfolgenden Betrieb auch hier die die aktuelle
Flackerintensität oberhalb der aktuellen Flackergrenze
liegen, so wird der Zählerstand der Flacker-Minimum-Suche
erneut um eins erhöht und mit einem neuen Durchlauf der Minimumssuche
begonnen, wobei der gesamte Frequenzbereich zwischen der unteren
Grenzfrequenz und der zweiten oberen Grenzfrequenz untersucht wird.in the
Following remains the monitoring and measurement of the flicker
activated and it is checked periodically whether
the current flicker intensity above the current flicker limit
lies. Should that be the case, the frequency is jumped to,
the second lowest Flicker intensities in the previously described
Examination of the lamp has shown in the context of this procedure.
At this frequency then the lamp is operated while continuing to monitor
and measurement of the flicker remains activated. Should now again
the current flicker intensities are above the current flicker limit
becomes the frequency with the third lowest flicker intensity
changed. Should be in the subsequent operation here, the current
Flicker intensity above the current flicker limit
lie, then the count of the Flacker minimum search
again increased by one and with a new pass of the minimum search
started, with the entire frequency range between the lower
Limit frequency and the second upper limit frequency is examined.
Der
Zählerstand wie oft Flacker-Minimum-Suche bereits aktiviert
wurde sowie die aktuelle Flackergrenze werden im dem nichtflüchtigen
Speicher der Betriebselektronik (920, 930) abgelegt.
Diese beiden Werte sind über die Kommunikationsschnittstelle
der integrierten Gasentladungslampe beispielsweise über
einen LIN-Bus auslesbar. Im Rahmen der Wartung des Kraftfahrzeugs,
beispielsweise im Rahmen der Inspektion nach Ablauf eines Service-Intervalls,
oder weil sich das Kraftfahrzeug wegen eines Defekts in der Werkstatt
befindet, werden die beiden Werte ausgelesen und mit Grenzwerten
verglichen, welche die noch zu tolerierende Werte repräsentieren.
Die Grenzwerte können ebenfalls in der integrierten Gasentladungslampe
gespeichert sein und über den Kommunikationsbus ausgelesen werden,
sind jedoch der Einfachheit halber in der bevorzugten Ausführung
im Diagnosegerät der Werkstatt abgelegt. Liegt einer der
ausgelesenen Werte oberhalb des zugehörigen Grenzwerts
ist die integrierte Gasentladungslampe (5) gegen eine neue
integrierte Gasentladungslampe auszutauschen. Dieses Vorgehen erhöht
die Verfügbarkeit des Beleuchtungssystems erheblich, ohne
dabei nennenswerte Kosten zu verursachen, da die Lampe nicht unnötig frühzeitig
ausgewechselt wird und während der Wartung kein nennenswerter
zeitlicher Mehraufwand entsteht, da das Fahrzeug ohnehin an das
Diagnosegerät angeschlossen wird.The count of how often flicker-minimum-search has already been activated as well as the current flicker limit are stored in the non-volatile memory of the operating electronics ( 920 . 930 ) filed. These two values can be read out via the communication interface of the integrated gas discharge lamp, for example via a LIN bus. As part of the maintenance of the motor vehicle, for example in the context of inspection after expiry of a service interval, or because the motor vehicle is due to a defect in the workshop, the two values are read and compared with limit values representing the still tolerated values. The limits may also be stored in the integrated gas discharge lamp and read out via the communication bus, but for convenience in the preferred embodiment are stored in the workshop diagnostic tool. If one of the read-out values lies above the associated limit value, the integrated gas discharge lamp ( 5 ) for a new integrated gas discharge lamp. This approach significantly increases the availability of the lighting system without incurring significant costs, since the lamp is not unnecessarily replaced early and during maintenance no significant additional time, since the vehicle is already connected to the diagnostic device.
Die
Grenzwerte mit denen die Daten aus dem nichtflüchtigen
Speicher der Betriebselektronik verglichen werden, können
abhängig von der ebenfalls aus dem nichtflüchtigen
Speicher ausgelesenen kumulierten Brenndauer (tk)
oder der kumulierten gewichteten Brenndauer (tkg)
verändert werden, so dass beispielsweise die Flackergrenze
einer alten Lampe höher liegen darf als einer neuen Lampe
ohne dass die Lampe ausgetauscht werden müsste. Die Abhängigkeiten
der Grenzwerte abhängig von der Brenndauer der Lampe werden
durch den Lampenhersteller dem Kraftfahrzeughersteller zur Verfügung
gestellt, so dass dieser die Daten beispielsweise in Form einer
Tabelle oder Datenmatrix in sein Diagnosegerät einpflegen
kann.The limit values with which the data from the nonvolatile memory of the operating electronics are compared can be changed as a function of the cumulative burning time (t k ) or the cumulative weighted burning time (t kg ) likewise read from the nonvolatile memory, such that, for example, the flicker limit of an old one Lamp may be higher than a new lamp without the lamp would have to be replaced. The dependencies of the limit values as a function of the burning time of the lamp are made available to the motor vehicle manufacturer by the lamp manufacturer so that the latter can enter the data into his diagnostic device, for example in the form of a table or data matrix.
In
einer dritten Ausführungsform wird analog zur zweiten Ausführungsform
vorgegangen, allerdings wird, insbesondere um Speicherplatz im Mikrocontroller
zu sparen, bei der oben beschriebenen Suche nur der Wert der bisher
minimal aufgetretenen Flackerintensität und die zugehörige
Betriebsfrequenz abgespeichert. Das heißt anstelle einer
echten Kartierung wird nur eine Minimumssuche bzgl. der Flackerintensität
durchgeführt. Sollte beim ersten Suchvorgang bis zur ersten
oberen Grenzfrequenz keine oben ausgeführter Abbruch der
Suche erfolgt sein, wird wie im zweiten Ausführungsform
auch bis zur zweiten oberen Grenzfrequenz weitergesucht. Anschließend
kann direkt an die im Minimumspeicher abgelegten Frequenz gesprungen
werden. Anschließend wird die Lampe für min destends
30 min bei dieser Frequenz betrieben und während dieser Zeit
die Flackerintensität über diesen Zeitraum bestimmt.
Ist diese um mehr als einen zulässigen Faktor beispielsweise
20% gegenüber dem ursprünglich erhöht
wird eine neue Suche nach der bestmöglichen Betriebsfrequenz
gestartet und so verfahren wie oben beschrieben.In
A third embodiment is analogous to the second embodiment
The procedure, however, is, in particular to storage space in the microcontroller
to save, in the search described above, only the value of the previously
minimal flickering intensity and the associated
Operating frequency stored. That means instead of one
real mapping will only be a minimum search for Flicker intensity
carried out. Should the first search until the first
upper cutoff frequency no abortion performed at the top
Search will be done, as in the second embodiment
also continued to the second upper limit frequency. Subsequently
can jump directly to the frequency stored in the minimum memory
become. Subsequently, the lamp is at least destends
Operated at this frequency for 30 min and during that time
determines flicker intensity over this period.
Is this more than a permissible factor, for example
20% over the originally raised
will do a new search for the best possible operating frequency
started and proceeded as described above.
Durch
die Erhöhung der Betriebsfrequenz des Gasentladungslampenbrenners über
seiner Brenndauer kann eine Flackerneigung des Brenners deutlich
reduziert werden, ohne dass kostenintensive Maßnahmen an
der Schaltungsanordnung selbst notwendig wären. Dadurch,
dass die Betriebselektronik der integrierten Gasentladungslampe 5 einen
Mikrocontroller enthält, kann das gesamte Verfahren in der
Software des Mikrocontrollers implementiert werden, und verursacht
somit keine zusätzlichen Kosten. Auch die Schaltungsanordnung
zum Detektieren von Flackern der zweiten Ausführungsform
kann bei geschickter Auslegung rein in Software ausgeführt
werden. Dadurch, dass die zur Detektion von Flackern notwendigen
Messgrößen aus anderen Gründen schon
am Mikrocontroller anliegen, kann durch geeignete Auswertung dieser
Größen eine Detektionseinheit in Software ausgeführt
werden. Die in Hardware notwendigen Schaltungsteile sind dabei schon aus
anderen Gründen vorhanden und verursachen so keine zusätzlichen
Kosten.By increasing the operating frequency of the gas discharge lamp burner over its burning time, a flickering tendency of the burner can be significantly reduced, without costly measures would be necessary to the circuit itself. Due to the fact that the operating electronics of the integrated gas discharge lamp 5 contains a microcontroller, the entire process can be implemented in the software of the microcontroller, and thus causes no additional cost. The circuit arrangement for detecting flickering of the second embodiment can also be implemented purely in software with skillful design. Due to the fact that the measured quantities necessary for the detection of flickers already rest on the microcontroller for other reasons, a detection unit can be implemented in software by suitable evaluation of these variables. The circuit parts required in hardware are already present for other reasons and cause so no extra costs.
KommunikationsschnittstelleCommunication Interface
Wie
bereits oben ausgeführt, kann die integrierte Gasentladungslampen 5 über
Kommunikationsmittel bzw. mindestens eine Kommunikationsschnittstelle
verfügen, die insbesondere eine Kommunikation mit der Bordelektronik
des Kraftfahrzeugs ermöglicht. Besonders vorteilhaft erscheint
ein LIN-Bus, aber auch die Anbindung der integrierten Gasentladungslampe
mittels eines CAN-Bus and die Bordelektronik ist möglich.As stated above, the integrated gas discharge lamps 5 have communication means or at least one communication interface, which in particular allows communication with the on-board electronics of the motor vehicle. Particularly advantageous appears a LIN bus, but also the connection of the integrated gas discharge lamp by means of a CAN bus and the on-board electronics is possible.
Durch
die Kommunikationsschnittstelle kann die Lampe in vorteilhafter
Weise mit dem übergeordneten Steuersystem, z. B. einem
Lichtmodul in einem Kfz kommunizieren. Dabei können über
die Kommunikationsschnittstelle vielfältige Informationen über die
integrierte Gasentladungslampe 5 an das übergeordnete
Steuersystem übermittelt werden. Diese Informationen sind
in einem nichtflüchtigen Speicher in der Lampe abgelegt.
Bei der Produktion der integrierten Gasentladungslampe 5 fallen
vielfältige Informationen an, die von der Produktionsanlage
gesammelt werden können und gegen Ende der Produktion der Lampe
in den nichtflüchtigen Speicher der Lampe programmiert
werden. Die Informationen können aber auch direkt in den
nichtflüchtigen Speicher der Betriebselektronik der integrierten
Gasentladungslampe 5 geschrieben werden, daher ist eine
hierfür eine Kommunikationsschnittstelle nicht unbedingt notwendig.Due to the communication interface, the lamp can advantageously with the higher-level control system, eg. B. communicate with a light module in a car. In the process, a variety of information about the integrated gas discharge lamp can be obtained via the communication interface 5 be transmitted to the higher-level control system. This information is stored in a non-volatile memory in the lamp. In the production of the integrated gas discharge lamp 5 generate a variety of information that can be collected from the production facility and programmed towards the end of lamp production in the non-volatile memory of the lamp. The information can also directly into the non-volatile memory of the operating electronics of the integrated gas discharge lamp 5 therefore a communication interface is not necessary for this purpose.
Bei
der Produktion wird z. B. der Gasentladungslampenbrenner 50 exakt
vermessen und beim Sockeln auf den Sockel 70 gegenüber
einer Referenzebene des Sockels in einer exakt definierten Lage am
Sockel befestigt. Dies stellt eine hohe Güte des optischen
Systems aus integrierte Gasentladungslampe 5 und Scheinwerfer 3 sicher,
da der zwischen den Gasentladungslampenelektroden 504 brennende
Lichtbogen eine exakte Raumlage gegenüber der Referenzebene,
die die Schnittstelle zum Scheinwerfer darstellt, einnimmt. Der
Produktionsmaschine ist dadurch z. B. der Abstand und die Lage der
Elektroden bekannt. Der Elektroden abstand kann aber für die
Betriebselektronik eine wichtige Größe darstellen,
da der Elektrodenabstand des Gasentladungslampenbrenners 50 mit
der Brennspannung korreliert. Weiterhin kann eine einmalige Seriennummer oder
alternativ eine Produktionschargennummer im nichtflüchtigen
Speicher der Lampe abgelegt werden, um eine Rückverfolgbarkeit
zu gewährleisten. Über die Seriennummer können über
eine vom Hersteller gepflegte Datenbank die in der integrierte Gasentladungslampe 5 verbauten
Teile mit allen verfügbaren Daten abgefragt werden, um
bei Produktionsfehlern einzelner Teile die betroffenen Lampen ausfindig
machen zu können.In the production z. B. the gas discharge lamp burner 50 Measure exactly and when socketing on the pedestal 70 attached to a reference plane of the base in a precisely defined position on the base. This represents a high quality of the integrated gas discharge lamp optical system 5 and headlights 3 sure, because of the between the gas discharge lamp electrodes 504 burning arcs occupy an exact spatial position in relation to the reference plane, which is the interface to the headlight. The production machine is characterized z. B. the distance and the position of the electrodes known. However, the electrode spacing can represent an important factor for the operating electronics, since the electrode spacing of the gas discharge lamp burner 50 correlated with the burning voltage. Furthermore, a unique serial number or alternatively a production batch number can be stored in the non-volatile memory of the lamp to ensure traceability. About the serial number can be maintained in the integrated gas discharge lamp via a database maintained by the manufacturer 5 assembled parts are queried with all available data in order to identify the affected lamps in case of production errors of individual parts.
In
einer bevorzugten Ausführungsform der integrierten Gasentladungslampe 5 können
weitere im Lampenbetrieb gemessene und im nichtflüchtigen Speicher
der integrierten Gasentladungslampe 5 abgespeicherte Parameter über
die Bordelektronik mittels der Kommunikationsschnittstelle abgefragt
und auch eingespeichert werden. Es kann zum Beispiel sinnvoll sein,
die Daten des optischen Systems, aus dem der Scheinwerfer besteht,
in der integrierten Gasentladungslampe 5 abzuspeichern,
da diese damit die Leistung des Gasentladungslampenbrenners 50 so
steuern kann, dass eine gleichmäßig hohe Lichtabgabe
des Scheinwerfersystems erreicht wird.In a preferred embodiment of the integrated gas discharge lamp 5 can be measured in the lamp operation and in the non-volatile memory of the integrated gas discharge lamp 5 stored parameters are queried via the on-board electronics by means of the communication interface and also stored. For example, it may be useful to have the data of the optical system that makes up the headlight in the integrated gas discharge lamp 5 save as this so the performance of the gas discharge lamp burner 50 can control so that a uniform high light output of the headlamp system is achieved.
Als
Kommunikationsparameter kommen insbesondere folgende Kommunikationsparameter
in Frage:
- – Die kumulierte Brenndauer
des Gasentladungslampenbrenners 50,
- – die Anzahl der aufgetretenen Flicker-Effekte,
- – die aktuelle Lampenleistung,
- – die aktuelle Frequenz des Wechselrichters,
- – der Sollwert der Lampenleistung (= Lampenzielsollleistung),
- – der Istwert der Lampenleistung,
- – die Temperatur der Elektronik,
- – die Seriennummer beziehungsweise die Chargennummer,
- – die Anzahl der Lampenverlöscher insgesamt
sowie die Anzahl der Lampenverlöscher innerhalb einer zurückliegenden
Zeitspannung z. B. 200 h,
- – die Anzahl der Nicht-Zündungen.
As communication parameters in particular the following communication parameters come into question: - - The cumulative burning time of the gas discharge lamp burner 50 .
- The number of flicker effects,
- - the current lamp power,
- - the current frequency of the inverter,
- - the nominal value of the lamp power (= target lamp power),
- - the actual value of the lamp power,
- - the temperature of the electronics,
- - the serial number or the batch number,
- - The total number of lamp extinguishers and the number of lamp extinguishers within a past time span z. 200 h,
- - the number of non-ignitions.
Die
Kommunikationsschnittstelle ist dabei bevorzugt ein LIN-Bus oder
alternativ ein CAN-Bus. Beide Schnittstellenprotokolle sind im Automobilsektor
weit verbreitet und eingeführt. Wird die integrierte integrierte
Gasentladungslampe 5 nicht in einem Automobil verwendet,
so kann die Kommunikationsschnittstelle der integrierten Gasentladungslampe 5 auch
ein in der Allgemeinbeleuchtung verbreitetes Protokoll wie DALI
oder EIB/Instabus aufweisen.The communication interface is preferably a LIN bus or alternatively a CAN bus. Both interface protocols are widely used and implemented in the automotive sector. Will the integrated integrated gas discharge lamp 5 not used in an automobile, so the communication interface of the integrated gas discharge lamp 5 also have a common in general lighting protocol such as DALI or EIB / Instabus.
Aufgrund
dieser Daten (vor allem der kumulierten Brenndauer) kann das im
Kfz vorhandene übergeordnete Steuersystem z. B. den voraussichtlichen
Austauschzeitpunkt der integrierten Gasentladungslampe 5 berechnen.
Bei einem Inspektionstermin des Kfz kann dann entschieden werden,
ob die integrierte Gasentladungslampe 5 noch bis zum nächsten
Inspektionstermin hält, oder ob sie ausgetauscht werden
muss.Based on these data (especially the cumulative burning time), the existing in the vehicle higher-level control system z. B. the expected exchange time of the integrated gas discharge lamp 5 to calculate. At an inspection date of the vehicle can then be decided whether the integrated gas discharge lamp 5 until the next inspection date, or if it needs to be replaced.
Lumenkonstanzlumen Konstanz
Die
im nichtflüchtigen Speicher der integrierten Gasentladungslampe 5 abgelegten
Informationen können aber auch dazu benutzt werden, die Lichtabgabe
der integrier ten Gasentladungslampe 5 über ihrer
Lebensdauer konstant zu halten. Die Lichtabgabe bei Nennleistung
von Gasentladungslampen ändert sich über deren
Lebensdauer. Mit zunehmender Brenndauer sinkt der Wirkungsgrad der Lampe
durch Schwärzung und Entglasung des Entladungsgefäßes,
durch den Rückbrand der Elektroden und die dadurch bedingte
Veränderung des Entladungsbogens. Der Wirkungsgrad des
gesamten optischen Systems wird dadurch weiter verschlechtert, da
diese Systeme üblicherweise auf eine Punktlichtquelle dimensioniert
sind, und bei einer Verlängerung des Entladungsbogens mehr
Licht im optischen System verloren geht. Auch das optische System
selbst verliert während seiner Betriebsdauer an Effizienz, sei
es durch Linsentrübungen oder durch Defokussierung aufgrund
von Temperaturzyklen oder den bei einem Automobilscheinwerfer auftretenden
permanenten Vibrationen. Im folgenden wird von einer Lampenbrenndauer
tk, und von einer kumuliert gewichteten
Brenndauer tkg gesprochen, wobei die kumuliert
gewichtete Brenndauer tkg mit einer weiter
unten erläuterten Gewichtsfunktion γ gewichtet
wird.The non-volatile memory of the integrated gas discharge lamp 5 stored information can also be used to the light output of the integra th gas discharge lamp 5 constant over their lifetime. The Light output at nominal power of gas discharge lamps changes over their lifetime. As the burning time increases, the efficiency of the lamp decreases due to blackening and devitrification of the discharge vessel, as a result of the burn-back of the electrodes and the consequent change in the discharge arc. The efficiency of the entire optical system is thereby further degraded, since these systems are usually dimensioned to a point light source, and with an extension of the discharge arc more light is lost in the optical system. Also, the optical system itself loses efficiency during its service life, whether through lens opacification or defocusing due to temperature cycling or the permanent vibration experienced by an automotive headlamp. The following is a lamp burning time t k , and a cumulative weighted burning time t kg spoken, the cumulative weighted burning time t kg is weighted with a below-explained weighting function γ.
Da
die Betriebselektronik der integrierten Gasentladungslampe 5 die
relevanten Parameter des Gasentladungslampenbrenners 50 im
nichtflüchtigen Speicher abgelegt hat, kann sie die am
Gasentladungslampenbrenner 50 anliegende Betriebsleistung
PLA an seine kumulierte Brenndauer anpassen. Da
der Alterungsprozess nicht linear verläuft, ist in der
Betriebselektronik in einer einfachen Ausführungsform eine
Kompensationsfunktion β abgespeichert, wie sie in 27 dargestellt ist. Hier ist die kumuliert gewichtete
Brenndauer tkg der Lampe über dem
Quotienten aus der Lampenleistung PLA zur Nennleistung
PN des Gasentladungslampenbrenners 50 aufgetragen.
Im unteren Bereich unter 10 h Brenndauer ist die Leistung leicht
erhöht. Dies soll helfen, denn Gasentladungslampenbrenner 50 zu
konditionieren. Man spricht hier auch gerne vom „Einbrennen” der
integrierten Gasentladungslampe 5. Ist die Lampe eingebrannt,
wird sie mit leicht verminderter Leistung betrieben (etwa 85% der
Nennleistung), da der Wirkungsgrad der Lampe wie auch der Optik noch
sehr gut ist. Ab einer kumuliert gewichteten Brenndauer tkg von etwa 100 h steigt die Leistung wieder
an, um bei Erreichen des spezifizierten Lebensdauerendes von 3000
h eine Lampenleistung PLa zu erreichen,
die etwa 10% über der spezifizierten nominalen Lampenbrennernennleistung
liegt. Damit ist die Lichtabgabe der Gasentladungslampenbrenners über
seine Brenndauer im Wesentlichen konstant. Die in der Betriebselektronik
abgespeicherte Funktion kann von im nichtflüchtigen Speicher
bei der Produktion abgelegten Brennerparametern, wie z. B. dem Elektrodenabstand
beeinflusst werden.As the operating electronics of the integrated gas discharge lamp 5 the relevant parameters of the gas discharge lamp burner 50 stored in the non-volatile memory, it can be at the gas discharge lamp burner 50 adjoining operating power P LA to its cumulative burning time. Since the aging process is not linear, a compensation function β is stored in the operating electronics in a simple embodiment, as described in US Pat 27 is shown. Here is the cumulative weighted burning time t kg of the lamp over the quotient of the lamp power P LA to the nominal power P N of the gas discharge lamp burner 50 applied. In the lower range under 10 h burning time, the performance is slightly increased. This should help, because gas discharge lamp burners 50 to condition. One also likes to talk about "burning in" the integrated gas discharge lamp 5 , When the lamp is burned in, it is operated at slightly reduced power (about 85% of the rated power), since the efficiency of the lamp as well as the optics is still very good. From a cumulative weighted burning time t kg of about 100 hours, the power increases again to reach a lamp power P La which is about 10% higher than the specified nominal lamp burner rated power when the specified end of life of 3000 hours is reached. Thus, the light output of the gas discharge lamp burner is essentially constant over its burning time. The stored in the operating electronics function can be stored in non-volatile memory during production burner parameters such. B. the electrode spacing can be influenced.
Bei
einem fortgeschrittenem System mit einer Steuerung der integrierten
Gasentladungslampe 5 durch ein übergeordnetes
Steuersystem können weitere Lichtfunktionen, wie z. B.
die geschwindigkeitsabhängige Steuerung der abgegebenen
Lichtmenge realisiert werden. In solch einer fortgeschrittenen Ausführungsform
ist die Betriebselektronik so ausgelegt, dass sie den Gasentladungslampenbrenner 50 mit
einer Unter- oder Überleistung betreiben kann. Wird der
Gasentladungslampenbrenner 50 aber nicht mit Nennleistung
betrieben, so altert er schneller. Dies muss in der Berechnung der
kumulierten Brenndauer berücksich tigt werden. Dazu ist
in der Betriebselektronik eine Gewichtsfunktion γ abgespeichert,
die einen von der Über- oder Unterleistung abhängigen
Faktor darstellt. 28 zeigt die Gewichtsfunktion γ für
eine für den Einsatz im Frontscheinwerfer eines Kraftfahrzeugs
ausgelegte integrierte Gasentladungslampe 5. Wird der Gasentladungslampenbrenner 50 mit Überleistung
betrieben, so altert er schneller, da die Elektroden zu heiß werden
und Elektrodenmaterial abdampft. Wird der Gasentladungslampenbrenner 50 mit
Unterleistung betrieben, so altert er ebenfalls schneller, da die
Elektroden zu kalt sind und in Folge Elektrodenmaterial absputtert,
folglich Elektrodenmaterial durch Sputtern abgetragen wird, was
unerwünscht ist da dies die Lebensdauer der Lampe sowie
die Lichtausbeute reduziert. Daher muss die Betriebselektronik der
integrierten Gasentladungslampe 5 diese Alterung in die kumuliert
gewichtete Brenndauer tkg mit einrechnen. Dies
kann z. B. durch folgende Formel bewerkstelligt werden: die Funktion f(τ)
steht dabei lediglich für die Brennfunktion, d. h. sobald
der Gasentladungslampenbrenner 50 in Betrieb ist, ist f(τ)
= 1, ist der Gasentladungslampenbrenner 50 nicht in Betrieb,
ist f(τ) = 0. Wird die integrierte Gasentladungslampe 5 also
mit Über- oder Unterleistung betrieben, so altert sie um einen
Faktor, der den Wert 10 erreichen kann schneller.In an advanced system with integrated gas discharge lamp control 5 by a higher-level control system more lighting functions such. B. the speed-dependent control of the emitted light quantity can be realized. In such an advanced embodiment, the operating electronics is designed to be the gas discharge lamp burner 50 can operate with an under or over power. Will the gas discharge lamp burner 50 but not powered by rated power, it ages faster. This must be taken into account in the calculation of the cumulative burning time. For this purpose, a weighting function γ is stored in the operating electronics, which represents a dependent of the positive or negative power factor. 28 shows the weighting function γ for a designed for use in the headlight of a motor vehicle integrated gas discharge lamp 5 , Will the gas discharge lamp burner 50 operated with excess power, it ages faster because the electrodes are too hot and evaporates electrode material. Will the gas discharge lamp burner 50 operated with underpowering, it also ages faster because the electrodes are too cold and spins off electrode material in consequence, thus electrode material is removed by sputtering, which is undesirable because this reduces the life of the lamp and the light output. Therefore, the operating electronics of the integrated gas discharge lamp 5 this aging into the cumulated weighted burning time t kg into account. This can be z. B. be accomplished by the following formula: the function f (τ) stands only for the burning function, ie as soon as the gas discharge lamp burner 50 is in operation, f (τ) = 1, is the gas discharge lamp burner 50 not in operation, f (τ) = 0. Will the integrated gas discharge lamp 5 So with over or under power operated, it ages by a factor that can reach the value of 10 faster.
Bei
einem fortgeschrittenen Steuerungssystem, das den Gasentladungslampenbrenner 50 mit Über-
oder Unterleistung betreiben kann, kann auch eine fortgeschrittene
Kommunikation mit dem übergeordneten Steuergerät
implementiert werden. Dies kann sich dahingehend äußern,
dass das übergeordnete Steuergerät nicht mehr
eine bestimmte Leistung von der integrierten Gasentladungslampe 5 anfordert,
sondern eine vorbestimmte Lichtmenge. Um dies bewerkstelligen zu
können, ist in der Betriebselektronik der integrierten
Gasentladungslampe 5 eine Dimmkurve abgespeichert. 29 zeigt eine solche Dimmkurve α am Beispiel
einer integrierten Gasentladungslampe 5 für die
Automobiltechnik. Die Dimmkurve zeigt die Abhängigkeit
des von dem Gasentladungslampenbrenner 50 abgegebenen Lichtstroms ϕSoll, beziehungsweise wie in 29 dargestellt den auf den Nennlichtstrom ϕN normierten Lichtstrom von
der elektrischen Brennerleistung PLa,S,
beziehungsweise wie in 29 dargestellt
die auf die elektrische Nennbrennernennleistung PN normierte
elektrische Brennerleistung In
der 29 ist dies bei einer kumuliert
gewichteten Brenndauer tkg des Gasentladungslampenbrenners 50 von
100 h aufgetragen. Für eine andere kumuliert gewichtete
Brenndauer tkg des Gasentladungslampenbrenners 50 ergeben sich
andere Kurvenverläufe. Im Idealfall ist in der Betriebselektronik
der integrierten Gasentladungslampe 5 also ein dreidimensionales
Kennfeld abgespeichert, das das Alter des Gasentladungslampenbrenners 50 mit
berücksichtigt. Die 29 ist
somit lediglich ein Schnitt durch das Kennfeld für eine
kumuliert gewichtete Brenndauer tkg des
Gasentladungslampenbrenners von 100 h. Die Dimmkurve muss natürlich
nicht als Kennfeld in der Betriebselektronik der integrierten Gasentladungslampe 5 abgespeichert sein,
sie kann auch als Funktion abgelegt werden, so dass sie von einem
in der Betriebselektronik integrierten Mikrocontroller ausgerechnet
werden kann. Um die Brenndauer des Gasentladungslampenbrenners 50 in
die Rechnung einzubeziehen, genügt näherungsweise
auch ein Quotient, der in die Berechnung eingeht. Somit kann die
erforderliche Brennerleistung PLa für
eine bestimmte Lichtmenge beispielhaft durch folgende Formel dargestellt
werden: der Faktor β berücksichtigt
hier die Alterung des Gasentladungslampenbrenners 50. Die
Funktion β kann auch die Alterung des optischen Systems
beinhalten, wobei diese Daten vorzugsweise über den Kommunikationsschnittstelle
der integrierten Gasentladungslampe mitgeteilt werden, so dass diese
Einflüssen ebenfalls in der Berechung von der Betriebselelektronik
der integrierten Gasentladungslampe berücksichtigt werden
kann. Die vom Steuergerät vorgegebene Lichtmenge kann dabei
z. B. von der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs abhängen,
in dem die integrierte Gasentladungslampe 5 betrieben wird.
Bei langsamer Fahrt wird die Lampe z. B. gedimmt betrieben, wohingegen
sie bei schneller Fahrt etwa auf der Autobahn etwas über
der Nennleistung betrieben wird, um eine weite Sicht und eine gute
Ausleuchtung der Fahrbahn zu gewährleisten.In an advanced control system, the gas discharge lamp burner 50 can operate with over or under power, also an advanced communication with the higher-level control unit can be implemented. This may manifest itself in that the higher-level control unit no longer has a certain power from the integrated gas discharge lamp 5 request, but a predetermined amount of light. In order to accomplish this is in the operating electronics of the integrated gas discharge lamp 5 saved a dimming curve. 29 shows such a dimming curve α using the example of an integrated gas discharge lamp 5 for the automotive industry. The dimming curve shows the dependence of the gas discharge lamp burner 50 emitted luminous flux φ target , or as in 29 represented the normalized to the nominal luminous flux φ N luminous flux from the electric burner power P La, S , or as in 29 shows the normalized to the rated electrical nominal rated power P N electrical burner power In the 29 this is at a cumulative weighted burning time t kg of the gas discharge lamp burner 50 applied for 100 h. For another cumulative weighted burning time t kg of the gas discharge lamp burner 50 arise other curves. Ideally, in the operating electronics of the integrated gas discharge lamp 5 So stored a three-dimensional map, the age of the gas discharge lamp burner 50 taken into account. The 29 is thus only a section through the map for a cumulative weighted burning time t kg of the gas discharge lamp burner of 100 h. Of course, the dimming curve does not have to be used as a characteristic diagram in the operating electronics of the integrated gas discharge lamp 5 it can also be stored as a function so that it can be calculated by a microcontroller integrated in the operating electronics. To the burning time of the gas discharge lamp burner 50 To include in the calculation, approximately a quotient is sufficient, which is included in the calculation. Thus, the required burner power P La for a given amount of light can be exemplified by the following formula: the factor β takes into account the aging of the gas discharge lamp burner here 50 , The function β can also include the aging of the optical system, wherein these data are preferably communicated via the communication interface of the integrated gas discharge lamp, so that these influences can also be taken into account in the calculation of the operating electronics of the integrated gas discharge lamp. The predetermined by the controller light quantity can be z. B. depend on the speed of a motor vehicle, in which the integrated gas discharge lamp 5 is operated. When driving slowly, the lamp z. B. operated dimmed, whereas it is operated at high speed about on the highway slightly above the rated power to ensure a wide view and good illumination of the road.
Bei
einer fortgeschrittenen Betriebselektronik der integrierten Gasentladungslampe 5 kann auch
die bisherige Brenndauer des Gasentladungslampenbrenners 50 beim
Betrieb berücksichtigt werden. Wenn die kumuliert gewichtete
Brenndauer tkg sich dem spezifiziertem Lebensdauerende
des Gasentladungslampenbrenners nähert, kann die Betriebselektronik
den Brenner mit einer Leistung betreiben, die ihn am wenigsten schadet
und so seine Lebensdau er verlängern. 30 zeigt eine solche beispielhafte Brennerschonkurve,
in der der Lichtstromquotient über
der kumulierten spezifizierten Lebensdauer aufgetragen
ist. Bis zu 3% seiner Nennlebensdauer wird der Gasentladungslampenbrenner 50 mit dem
1,2fachen seiner Nennleistung betrieben, um den Gasentladungslampenbrenner 50 zu
Konditionieren und Einzubrennen. Danach wird der Gasentladungslampenbrenner 50 für
geraume Zeit mit Nennleistung betrieben. Erreicht der Gasentladungslampenbrenner 50 80%
seiner Lebensdauer, wird die Leistung sukzessive auf etwa das 0,8fache
der Nennleistung heruntergefahren. Die Gewichtsfunktion in 28 offenbart bei näherer Betrachtung,
dass die Lampe beim Betrieb mit in etwa dem 0,8fachen ihrer Nennleistung
am meisten geschont wird. Daher wird die integrierte Gasentladungslampe 5 gegen
Ende ihrer Lebensdauer mit dieser Leistung betrieben, um eine möglichst
lange Restlebensdauer zu gewährleisten und einen plötzlichen
Lampenausfall, der gerade im Automobilbereich fatale Folgen haben
kann zu vermeiden. Die integrierte Gasentladungslampe 5 kann
aufgrund der oben genannten Daten und Berechnungen die voraussichtliche
Restlebensdauer ihres Gasentladungslampenbrenners berechnen und in
einem nichtflüchtigen Speicher der Betriebselektronik 220, 230 ablegen.
Ist das Kraftfahrzeug bei einer Inspektion in der Werkstatt, so
können für die Inspektion interessante Lampendaten,
insbesondere die gespeicherte Restlebensdauer ausgelesen werden.
Anhand der ausgelesenen Restlebensdauer kann dann darüber
entschieden werden, ob die integrierte Gasentladungslampe 5 ausgetauscht
werden muss. Es ist auch denkbar, dass in der integrierte Gasentladungslampe 5 die
Seriennummer der integrierte Gasentladungslampe und/oder die Seriennummer
des Gasentladungslampenbrenners 50 abgespeichert ist. Anhand
der Seriennummer kann der Mechaniker in der Werkstatt über
eine Herstellerdatenbank abfragen, ob die Lampe in Ordnung ist oder evtl.
aufgrund von Mängeln der verbauten Komponenten ausgetauscht
werden muss.In an advanced operating electronics of the integrated gas discharge lamp 5 can also the previous burning time of the gas discharge lamp burner 50 be taken into account during operation. When the cumulatively weighted burning time t kg approaches the specified end of life of the gas discharge lamp burner, the operating electronics can operate the burner with a power that causes least damage to it and thus extend its service life. 30 shows such an exemplary Brennerschonkurve in which the luminous flux quotient over the accumulated specified life is applied. Up to 3% of its rated life becomes the gas discharge lamp burner 50 operated at 1.2 times its rated power to the gas discharge lamp burner 50 to condition and single burn. Thereafter, the gas discharge lamp burner 50 operated for a long time with rated power. Reached the gas discharge lamp burner 50 80% of its life, the power is gradually reduced to about 0.8 times the rated power. The weight function in 28 discloses on closer inspection that the lamp is spared the most in operation at about 0.8 times its rated power. Therefore, the integrated gas discharge lamp 5 operated at the end of their life with this power to ensure the longest possible residual life and a sudden lamp failure, which can have fatal consequences especially in the automotive sector. The integrated gas discharge lamp 5 can calculate the expected remaining life of its gas discharge lamp burner based on the above data and calculations and in a non-volatile memory of the operating electronics 220 . 230 lay down. If the motor vehicle is in an inspection in the workshop, interesting lamp data, in particular the stored remaining service life, can be read out for the inspection. On the basis of the read remaining life can then be decided whether the integrated gas discharge lamp 5 must be replaced. It is also conceivable that in the integrated gas discharge lamp 5 the serial number of the integrated gas discharge lamp and / or the serial number of the gas discharge lamp burner 50 is stored. Based on the serial number, the mechanic in the workshop can query via a manufacturer database whether the lamp is in order or may need to be replaced due to defects in the installed components.
Bogenbegradigungarc straightening
Im
Folgenden wird nun ein Verfahren zur Begradigung des Entladungsbogens
des Gasentladungslampenbrenners beschrieben, welches in einer Ausführungsform
der integrierten Gasentladungslampe 5 implementiert ist.
Für eine erste Ausführungsform wird eine Betriebselektronik 920 zugrunde gelegt,
die eine Topologie nach 23 aufweist.
Dabei weist die Betriebselektronik 920 einen Gleichspannungswandler 9210 auf,
der von der Batteriespannung eines Automobils versorgt wird. Dem Gleichspannungswandler 9210 ist über
einen Zwischenkreiskondensator CZW ein Wechselrichter 9220 nachgeschaltet,
der über einen Lampenkreis einen Gasentladungslampenbrenner 50 mit
einer Wechselspannung versorgt. Der Lampenkreis besteht aus einem
Ausgangskondensator CA und der Zündelektronik 910,
mit der Primärwicklung des Zündtransformators
im Lampenkreis, sowie dem Gasentladungslampenbrenner 50.
Mittels dieser Topologie, die aus dem Stand der Technik weithin
bekannt ist, kann bei geschickter Auslegung der Komponenten eine
Begradigung des Entladungsbogens erreicht werden.In the following, a method for straightening the discharge arc of the gas discharge lamp burner is described, which in one embodiment of the integrated gas discharge lamp 5 is implemented. For a first embodiment, an operating electronics 920 based on a topology 23 having. In this case, the operating electronics 920 a DC-DC converter 9210 that is powered by the battery voltage of an automobile. The DC-DC converter 9210 is an inverter via an intermediate circuit capacitor C ZW 9220 connected downstream of a lamp circuit a gas discharge lamp burner 50 supplied with an AC voltage. The lamp circuit consists of an output capacitor CA and the ignition electronics 910 , with the primary winding of the ignition transformer tor in the lamp circuit, as well as the gas discharge lamp burner 50 , By means of this topology, which is well known from the prior art, with a skillful design of the components, a straightening of the discharge arc can be achieved.
Ein
begradigter Entladungsbogen bietet viele Vorteile. Ein erster bedeutender
Vorteil ist der bessere ther mische Haushalt des Gasentladungslampenbrenners 50,
gewonnen durch eine gleichmäßigere thermische
Wandbelastung des Brennergefäßes. Dies führt
zu einer besseren thermischen Ausnutzung und damit längeren
Lebensdauer des Brennergefäßes. Ein zweiter bedeutender
Vorteil ist ein kontrahierter Lichtbogen, der eine verringerte Diffusität besitzt.
Mit solch einem 'schmaleren' Bogen kann z. B. die Optik eines Scheinwerfers
präziser ausfallen und die Lichtausbeute des Scheinwerfers
deutlich erhöht werden.A straightened discharge arc offers many advantages. A first significant advantage is the better ther mix household of the gas discharge lamp burner 50 , obtained by a more uniform thermal wall load of the burner vessel. This leads to a better thermal utilization and thus longer life of the burner vessel. A second significant advantage is a contracted arc that has reduced diffusivity. With such a 'narrower' bow can z. B. the appearance of a headlight can be made more precise and the luminous efficacy of the headlamp can be significantly increased.
Da
bei der integrierte Gasentladungslampe 5 die Zünd-
und Betriebselektronik 910, 920 beziehungsweise
die Gesamtbetriebselektronik 930 (im Folgenden ebenfalls
Betriebselektronik genannt) untrennbar mit dem Gasentladungslampenbrenner 50 verbunden
ist, kann sich die Betriebselektronik auf den Gasentladungslampenbrenner 50 kalibrieren
um einen stabil brennenden geraden Bogen zu erzeugen. Da aufgrund
der Untrennbarkeit von Betriebselektronik 920, 930 und
Gasentladungslampenbrenner 50 der Betriebselektronik 920, 930 auch
die Brenndauer des Gasentladungslampenbrenners 50 bekannt
ist, können Alterungseffekte des Gasentladungslampenbrenners 50 die
Betriebsweise des Gasentladungslampenbrenners 50 beeinflussen.As with the integrated gas discharge lamp 5 the ignition and operating electronics 910 . 920 or the overall operating electronics 930 (hereinafter also called operating electronics) inseparable from the gas discharge lamp burner 50 connected, the operating electronics can on the gas discharge lamp burner 50 calibrate to produce a stable burning straight arc. Because of the inseparability of operating electronics 920 . 930 and gas discharge lamp burner 50 the operating electronics 920 . 930 also the burning time of the gas discharge lamp burner 50 is known, can aging effects of the gas discharge lamp burner 50 the operation of the gas discharge lamp burner 50 influence.
Die
grundsätzliche Vorgehensweise zur Begradigung des Bogens
der integrierten Gasentladungslampe 5 ist folgende: Die
Betriebselektronik 920, 930 vermisst beim ersten
Einschalten den Gasentladungslampenbrenner 50 bezüglich
akustischer Resonanzen und detektiert die zur Bogenbegradigung geeigneten
Frequenzen. Dies geschieht mittels einem durchscannen der Frequenzbereiche
zwischen einer Minimalfrequenz und einer Maximalfrequenz. Die Frequenzen
werden auf die Betriebsfrequenz des integrierten Gasentladungslampenbrenners
aufmoduliert. Während des Scannens wird die Impedanz des
Gasentladungslampenbrenners vermessen und jeweils die niedrigste
Impedanz mit der dazugehörigen Frequenz abgespeichert.
Diese Frequenz mit der niedrigsten Impedanz kennzeichnet die maximal
erreichbare Bogenbegradigung. Je nach Lampentyp kann die Minimalfrequenz
bis auf eine Frequenz von 80 kHz sinken, die Maximalfrequenz eine
Frequenz von etwa 300 kHz erreichen. Bei einer typischen Hochdruckentladungslampe
für die Automobiltechnik liegt die Minimalfrequenz bei
etwa 110 kHz und die Maximalfrequenz bei etwa 160 kHz. Das Vermessen
ist zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen des Gasentladungslampenbrenners 50 notwendig.
Die typische Alterung bezüglich der Resonanzfrequenzen
der Lampe ist in einem Mikrocontroller (nicht gezeigt) der Betriebselektronik 920, 930 z.
B. in einer Tabelle abgelegt. Die Werte in der Tabelle können
gegebenenfalls abhängig von der Betriebsweise des Gasentladungslampenbrenners
(Zyklenform, Anlauf- oder gedimmter Betrieb) abgelegt sein. Zusätzlich
kann der gesteuerte Betrieb in einer weiteren Ausführungsform
um einen geregelten Modulationsbetrieb mit einer Modulationsfrequenz
in einem schmalen Bereich um die errechnete Frequenz (gemäß des
gesteuerten Betriebs) erweitert werden. Die errechnete Frequenz
wird mit einer Modulationsfrequenz von z. B. 1 kHz moduliert, um
eventuellen Flackererscheinungen durch Anregung akustischer Resonanzen
im Gasentladungslampenbrenner 50 vorzubeugen. Ein Vorteil
im Vergleich zu bisherigen Betriebsgeräten nach dem Stand
der Technik ist, dass nun der Frequenzbereich (innerhalb dessen
die Frequenz variiert werden darf) sehr klein ist, und die Probleme
bezüg lich verlöschender Lampen oder instabilem
Reglerverhalten kleiner sind. Nichtsdestotrotz kann es bei bestimmten
Lampentypen sinnvoll sein, die Frequenzbereiche um die eigentliche
Modulationsfrequenz bezüglich ihres Flackerverhaltens zu vermessen,
um einen stabilen Lampenbetrieb gewährleisten zu können.
Dazu wird in einer Ausführungsform die Schaltungsanordnung
zum Detektieren von Flackern verwendet, und nahe an der Modulationsfrequenz
liegenden Frequenzen auf ihr Flackerverhalten hin vermessen.The basic procedure for straightening the arc of the integrated gas discharge lamp 5 is the following: The operating electronics 920 . 930 misses the gas discharge lamp burner when first switched on 50 with respect to acoustic resonances and detects the frequencies suitable for bow straightening. This is done by scanning the frequency ranges between a minimum frequency and a maximum frequency. The frequencies are modulated to the operating frequency of the integrated gas discharge lamp burner. During scanning, the impedance of the gas discharge lamp burner is measured and stored in each case the lowest impedance with the associated frequency. This frequency with the lowest impedance characterizes the maximum achievable arc straightening. Depending on the lamp type, the minimum frequency can fall to a frequency of 80 kHz, the maximum frequency reach a frequency of about 300 kHz. In a typical automotive high pressure discharge lamp, the minimum frequency is about 110 kHz and the maximum frequency is about 160 kHz. The measurement is to compensate for manufacturing tolerances of the gas discharge lamp burner 50 necessary. The typical aging with respect to the resonant frequencies of the lamp is in a microcontroller (not shown) of the operating electronics 920 . 930 z. B. stored in a table. Optionally, the values in the table may be stored depending on the operation of the gas discharge lamp burner (cycle shape, start-up or dimmed operation). In addition, in another embodiment, the controlled operation may be extended by a controlled modulation mode having a modulation frequency in a narrow range around the calculated frequency (in accordance with the controlled operation). The calculated frequency is at a modulation frequency of z. B. 1 kHz modulates to eventual flicker by excitation of acoustic resonances in the gas discharge lamp burner 50 submissions. An advantage over previous prior art devices is that now the frequency range (within which the frequency may be varied) is very small, and the problems with respect to extinguishing lamps or unstable regulator behavior are smaller. Nevertheless, it may be useful for certain lamp types to measure the frequency ranges by the actual modulation frequency with respect to their Flackerverhaltens to ensure stable lamp operation can. For this purpose, in one embodiment, the circuit arrangement is used for detecting flickering, and measures frequencies lying close to the modulation frequency for their flicker behavior.
In
einer ersten Ausführungsform nach 23 wird
die Frequenz des Gleichspannungswandlers 9210 nun gleich
der Modulationsfrequenz gewählt. Durch entsprechende Auslegung
des Zwischenkreiskondensators CZW bleibt
ein Hochfrequenzrippel als aufmodulierte hochfrequente Wechselspannung
auf der vom Gleichspannungswandler 9210 ausgegebenen Gleichspannung.
Die Gleichspannung mit der aufmodulierten hochfrequenten Wechselspannung
dient als Eingangsspannung für den Wechselrichter 9220.
Der Wechselrichter 9220 ist hier als Vollbrücke
ausgebildet, die die Gleichspannung in eine rechteckförmige
Wechselspannung umwandelt. Die Amplitude des Modulationssignals, also
der aufmodulierten hochfrequenten Wechselspannung, ist durch die
Dimensionierung des Ausgangsfilters der Vollbrücke (Ausgangskondensator CA) sowie durch die Induktivität
der Sekundärwicklung (IPSH, IPSR) des Impulszündtransformators festgelegt.
Dadurch, dass bei der integrierten Gasentladungslampe 5 diese
Komponenten untrennbar miteinander verbunden sind, ist eine gute
Abstimmung der Komponenten auf die gewünschte Betriebsweise
möglich. Durch die überlagerte hochfrequente Spannung
tritt die gewünschte Begradigung des Entladungsbo gens ein.
Der Nachteil dieser Ausführungsform ist die festfrequente
Betriebsweise des Gleichspannungswandlers, die keine effektive Schaltentlastung
ermöglicht, so dass die Verluste des Systems steigen.In a first embodiment according to 23 becomes the frequency of the DC-DC converter 9210 now chosen equal to the modulation frequency. By appropriate design of the DC link capacitor C ZW remains a high-frequency ripple as aufmodulierte high-frequency AC voltage on the DC-DC converter 9210 output DC voltage. The DC voltage with the modulated high-frequency AC voltage serves as the input voltage for the inverter 9220 , The inverter 9220 is designed here as a full bridge, which converts the DC voltage into a rectangular AC voltage. The amplitude of the modulation signal, ie the modulated high-frequency alternating voltage, is determined by the dimensioning of the output filter of the full bridge (output capacitor C A ) and by the inductance of the secondary winding (IPSH, IPSR) of the pulse ignition transformer. Because of the integrated gas discharge lamp 5 these components are inextricably linked together, a good matching of the components to the desired mode of operation is possible. Due to the superimposed high-frequency voltage, the desired straightening of the discharge beam occurs. The disadvantage of this embodiment is the fixed-frequency operation of the DC-DC converter, which does not allow effective switching discharge, so that the losses of the system increase.
In
einer zweiten Ausführungsform nach 24 wird
die überlagerte hochfrequente Spannung durch einen Signalgenerator 9230 erzeugt.
Dieser koppelt die hochfrequente Spannung im Lampenkreis zwischen
einer Drossel LK und der Primärwicklung
des Zündtransformators der Zündelektronik 910 ein.
Die Einkopplung vor dem Zündtrafo ist wichtig, da der Signalgenerator 9230 sonst
hochspannungsfest ausgeführt sein müsste. Die
Drossel dient dazu, den Zwischenkreiskondensator CZK zu
entkoppeln, da er sonst die eingekoppelte hochfrequente Spannung
zu sehr bedämpfen würde. Aus diesem Grund sollte
auch die Induktivität des Zündtransformators der
Zündelektronik 910 möglichst klein sein.
Der Signalgenerator kann dabei so ausgelegt sein, dass die Frequenz
der eingekoppelten hochfrequenten Spannung wiederum moduliert wird,
um einen sichereren und flackerfreien Betrieb des Gasentladungslampenbrenners 50 zu
erreichen.In a second embodiment according to 24 is the superimposed high-frequency voltage through a signal generator 9230 generated. This couples the high-frequency voltage in the lamp circuit between a choke L K and the primary winding of the ignition transformer of the ignition electronics 910 one. The coupling in front of the ignition transformer is important because the signal generator 9230 otherwise would have to be designed high voltage resistant. The choke is used to decouple the DC link capacitor C ZK , otherwise it would dampen the coupled high-frequency voltage too much. For this reason, the inductance of the ignition transformer of the ignition electronics should 910 be as small as possible. The signal generator can be designed so that the frequency of the injected high-frequency voltage is in turn modulated to a safer and flicker-free operation of the gas discharge lamp burner 50 to reach.
In
einer dritten Ausführungsform, die in 25 gezeigt ist, ist der Signalgenerator in die
Zündelektronik 910 integriert. Hier wird der Gasentladungslampenbrenner 50 durch
eine Resonanzzündung gestartet. Die Zündelektronik
weist einen für hochfrequenten Betrieb ausgelegten Zündtransformator
TIR auf, der von einem Signalgenerator,
der als Klasse-E Wandler ausgeführt ist, angesteuert wird. Der
Zündtransformator TIR ist so zu
dimensionieren, dass der zumindest die Grundschwingung der auftretenden
Hochfrequenz und die identisch mit der Schaltfrequenz des Klasse-E-Wandler
ist noch hinreichend gut übertragen kann, insbesondere
sein Wirkungsgrad bei dieser Frequenz besser als 10% ist. Die Schaltfrequenz
des Klasse-E-Wandlers während der Zündung beträgt
einen Wert zwischen 80 kHz und 10 MHz. Vorzugsweise wählt
man die Frequenz jedoch oberhalb von 300 kHz da hier eine kleine
Bauform möglich ist und unterhalb von 4 MHz da hier die
erreichbaren Wirkungsgrade besonders hoch sind. Die Ansteuerung
des Zündtransformators erfolgt über eine galvanisch
getrennte Primärwicklung. Die Sekundärwicklung
ist auf zwei galvanisch getrennte Wicklungen aufgeteilt, die jeweils
zwischen eine Lampenelektrode und den Wechselrichter 9220 geschaltet
sind. Der Signalgenerator erzeugt hier einen hochfrequenten Strom
durch die Primärwicklung des Zündtransformators
TIR, der auf der Sekundärseite
eine Resonanz in einem Resonanzkreis anregt, die den Gasentladungslampenbrenner 50 durchbrechen lässt.
Der Resonanzkreis besteht dabei aus der Sekundärinduktivität
des Zündtransformators TIR und
einer über der Lampe liegenden Kapazität CR2. Da die Kapazität CR2 sehr
klein ist, muss sie nicht unbedingt als Bauteil in die Zündelektronik 910 integriert
sein, sondern kann durch bauliche Maßnahmen erzeugt werden.In a third embodiment, the in 25 is shown, the signal generator is in the ignition electronics 910 integrated. Here is the gas discharge lamp burner 50 started by a resonance ignition. The ignition electronics has a designed for high-frequency operation ignition transformer T IR , which is controlled by a signal generator, which is designed as a class-E converter. The ignition transformer T IR is to be dimensioned so that the at least the fundamental of the occurring high frequency and identical to the switching frequency of the class E converter is still sufficiently well transmitted, in particular its efficiency at this frequency is better than 10%. The switching frequency of the class E converter during ignition is between 80 kHz and 10 MHz. Preferably, however, the frequency is chosen above 300 kHz because a small design is possible here and below 4 MHz since the achievable efficiencies are particularly high. The ignition transformer is controlled via a galvanically isolated primary winding. The secondary winding is divided into two galvanically isolated windings, each between a lamp electrode and the inverter 9220 are switched. The signal generator generates here a high-frequency current through the primary winding of the ignition transformer T IR , which excites resonance on the secondary side in a resonant circuit, which is the gas discharge lamp burner 50 break through. The resonant circuit consists of the secondary inductance of the ignition transformer T IR and a lying over the lamp capacitance C R2 . Since the capacitance C R2 is very small, it does not necessarily have to be part of the ignition electronics 910 be integrated, but can be generated by structural measures.
Sobald
der Gasentladungslampenbrenner 50 gezündet hat,
wird die Betriebsweise des Signalgenerators umgestellt, so dass
er nun ein hochfrequentes Signal über den Zündtransformator
TIR einkoppelt, dass zur Bogenbegradigung
auf die Lampenspannung aufmoduliert wird. Dies birgt den Vorteil,
dass die Frequenz und die Amplitude der aufmodulierten Spannung
relativ frei einstellbar ist, ohne dass auf eine optimierte Betriebsweise
des Gleich spannungswandlers 9210 oder des Wechselrichters 9220 verzichtet
werden muss. Durch diese Schaltungstopologie kann von der Zündelektronik 910 auch
eine über den Resonanzkreis erzeugte erhöhte Übernahmespannung
für den Gasentladungslampenbrenner 50 zur Verfügung
gestellt werden, so dass diese nicht vom Gleichspannungswandler 9210 erzeugt
werden muss. Mit dieser Maßnahme kann die Betriebsweise
des Gleichspannungswandlers 9210 weiter optimiert werden,
da der notwendige Ausgangsspannungsbereich des Gleichspannungswandlers 9210 kleiner
wird. Auch muss der Wechselrichter 9220 weniger Leistung
umsetzen, da ein Teil der Lampenleistung über die aufmodulierte
Lampenspannung eingekoppelt wird. Diese Ausführungsform bietet
somit die größte Freiheit bei der Umsetzung der
Betriebsparameter, so dass ein optimierter und zuverlässiger
Betrieb des Gasentladungslampenbrenners 50 bei begradigtem
Entladungsbogen möglich wird.Once the gas discharge lamp burner 50 ignited, the mode of operation of the signal generator is switched so that it now injects a high-frequency signal via the ignition transformer T IR that is aufmoduliert to Bogengradradigung on the lamp voltage. This has the advantage that the frequency and the amplitude of the modulated voltage is relatively freely adjustable without an optimized operation of the DC voltage converter 9210 or the inverter 9220 must be waived. Through this circuit topology of the ignition electronics 910 also an increased transfer voltage for the gas discharge lamp burner generated via the resonant circuit 50 be made available, so that these are not from the DC-DC converter 9210 must be generated. With this measure, the operation of the DC-DC converter 9210 be further optimized because the necessary output voltage range of the DC-DC converter 9210 gets smaller. Also, the inverter needs 9220 Implement less power as part of the lamp power is coupled in via the modulated lamp voltage. This embodiment thus offers the greatest freedom in the implementation of the operating parameters, so that an optimized and reliable operation of the gas discharge lamp burner 50 is possible with straightened discharge arc.
26 zeigt eine gegenüber dem Stand der Technik
vereinfachte Ausführungsform eines Gleichspannungswandlers 9210.
Die im Stand der Technik üblichen Gleichspannungswandler
für Vorschaltgeräte, die an einem Bordnetz eines
Automobils betreibbar sind, weisen eine Sperrwandlertopologie, die auch
als Flyback bezeichnet wird, auf, da die Bordspannung von 12 V auf
eine größere Spannung hochgesetzt werden muss.
Dadurch, dass bei der integrierten Gasentladungslampe 5 die
elektrische Kontaktierung erst beim Einsetzen der Lampe in den Scheinwerfer 3 erfolgt,
kann ein vereinfachter Wandler in Form eines Hochsetzstellers, auch
als Boost-Wandler bezeichnet, mit einem Spartransformator TFB verwendet werden. Dies ist möglich,
da bei der verwendeten elektromechanischen Schnittstelle eine versehentliche
Kontaktierung des Wandlerausgangs mit Fahrzeugmasse, die eine Zerstörung
des Boost-Wandlers zur Folge hätte, ausgeschlossen werden
kann. Die bisher im Stand der Technik eingesetzten Gleichspannungswandler
in Sperrwandlertopologie erlauben eine Unterbrechung des Energieflusses
trotz ausgangsseitigem Kurzschluss. Dies ist im vorliegenden Wandlerkonzept
nach 26 nicht der Fall, da hier
keine galvanische Trennung im Leistungspfad des Wandlers vorhanden
ist, der den Energiefluss vom Eingang, also dem 12 V Bordnetz, zum
Ausgang, also zur Stromzuführung des Gasentladungslampenbrenner 50 die
versehentlich mit der Fahrzeugmasse verbunden wurde, unterbrechen könnte.
Ansonsten ist der Gleichspannungswandler in üblicher Weise
aufgebaut. Er besteht aus einem eingangsseitigem EMI-Filter, einem
Eingangskondensator C1, einem Wandlerschalter Q, einer als Spartransformator
ausgeführten Induktivität TFB,
die über eine Diode D auf den Zwischenkreiskondensator
CZW arbeitet. Dieser Wandler ist gegenüber
den im Stand der Technik verwendeten Sperrwandlern erheblich kostengünstiger,
somit ist die integrierte Gasentladungslampe 5 gegenüber
einem Lampensystem nach dem Stand der Technik, mit einer Gasentladungslampe
und einem externen elektronischen Betriebsgerät in der
Systembetrachtung erheblich kostengünstiger. 26 shows a comparison with the prior art simplified embodiment of a DC-DC converter 9210 , The usual in the art DC-DC converter for ballasts, which are operable on an electrical system of an automobile, have a flyback converter topology, which is also referred to as flyback, because the on-board voltage of 12 V must be set to a higher voltage. Because of the integrated gas discharge lamp 5 the electrical contact only when inserting the lamp in the headlight 3 takes place, a simplified converter in the form of a boost converter, also referred to as a boost converter, can be used with an autotransformer T FB . This is possible because in the electromechanical interface used an accidental contacting of the converter output with vehicle ground, which would have a destruction of the boost converter result, can be excluded. The DC-DC converter used in the prior art in flyback converter topology allow an interruption of the energy flow despite output short circuit. This is in the present converter concept after 26 not the case, since there is no galvanic isolation in the power path of the converter, the energy flow from the input, so the 12 V electrical system, to the output, ie the power supply of the Gasent discharge lamp burner 50 accidentally connected to the vehicle mass could interrupt. Otherwise, the DC-DC converter is constructed in the usual way. It consists of an input-side EMI filter, an input capacitor C1, a converter switch Q, an inductance T FB designed as an autotransformer which operates via a diode D on the intermediate circuit capacitor C ZW . This converter is considerably less expensive than the flyback converters used in the prior art, thus the integrated gas discharge lamp 5 compared to a lamp system according to the prior art, with a gas discharge lamp and an external electronic control gear in the system view considerably cheaper.
-
2020
-
elektronisches
Betriebsgerätelectronic
control gear
-
210210
-
elektrischer
Kontaktelectrical
Contact
-
220220
-
elektrischer
Kontaktelectrical
Contact
-
230230
-
elektrischer
Kontaktelectrical
Contact
-
240240
-
elektrischer
Kontaktelectrical
Contact
-
33
-
Scheinwerferheadlights
-
3333
-
Reflektor
des Scheinwerfersreflector
of the headlight
-
3535
-
Trägerteil
mit Gegenkontaktensupport part
with mating contacts
-
350350
-
Gegenkontaktemating contacts
-
351,
352351,
352
-
Schlitzeslots
-
55
-
Integrierte
Gasentladungslampeintegrated
Gas discharge lamp
-
5050
-
GasentladungslampenbrennerGas discharge lamp burner
-
502502
-
Entladungsgefäßdischarge vessel
-
504504
-
Elektrodenelectrodes
-
506506
-
Molybdänfoliemolybdenum foil
-
5252
-
Metallklammer
zum Halten des Gasentladungslampenbrennersmetal clip
for holding the gas discharge lamp burner
-
5353
-
Halteblech
für MetallklammerHalteblech
for metal bracket
-
5454
-
metallische
Beschichtung des Außenkolbensmetallic
Coating of the outer bulb
-
5656
-
sockelnahe
Stromzuführung des Gasentladungslampenbrennerspedestal near
Power supply of the gas discharge lamp burner
-
5757
-
sockelferne
Stromzuführungremote from the base
power supply
-
7070
-
Lampensockellamp base
-
702702
-
Referenzringreference ring
-
703703
-
aus
dem Referenzring heraustretende Noppenout
the reference ring protruding pimples
-
7171
-
Dichtring
zum Reflektorseal
to the reflector
-
7272
-
elektrisch
leitfähiges Gehäuseelectrical
conductive housing
-
7373
-
Dichtungsring
zwischen Sockelplatte und Sockelsealing ring
between base plate and base
-
7474
-
Sockelplatteplinth
-
741741
-
SockelplattendomSockelplattendom
-
8080
-
Zündtransformatorignition transformer
-
8181
-
Ferritkernferrite
-
811811
-
erste
Ferritkernhälftefirst
ferrite core
-
81108110
-
erste
Hälfte des inneren Teils des Ferritkernsfirst
Half of the inner part of the ferrite core
-
81128112
-
Seitenwand
der ersten FerritkernhälfteSide wall
the first ferrite core half
-
8112181121
-
längliche
Vertiefungenelongated
wells
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812812
-
zweite
Ferritkernhälftesecond
ferrite core
-
814–816814-816
-
RückschlussferriteConclusion ferrites
-
81208120
-
zweite
Hälfte des inneren Teils des Ferritkernssecond
Half of the inner part of the ferrite core
-
81228122
-
Seitenwand
der zweiten FerritkernhälfteSide wall
the second ferrite core half
-
8122181221
-
längliche
Vertiefungenelongated
wells
-
821821
-
Hohlzylinderhollow cylinder
-
822822
-
runde
Plattenround
plates
-
823823
-
Schlitzslot
-
824824
-
hohlzylindrischer
Mittelkernhollow cylindrical
central core
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825825
-
erste
Plattefirst
plate
-
826826
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zweite
Plattesecond
plate
-
827827
-
Absatzparagraph
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8585
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KontaktkörperContact body
-
851851
-
erste
Dachflächefirst
roof
-
852852
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zweite
Dachflächesecond
roof
-
8686
-
Primärwicklungprimary
-
861,
863, 865861,
863, 865
-
Zylinderförmige
nach innen weisende Rundungencylindrical
inward-pointing curves
-
862,
864862,
864
-
Laschen
zur el. Kontaktierungtabs
for el. contacting
-
8620,
86408620,
8640
-
Radien
bzw. Rundungen am Enden des Blechbandes der Primärwicklungradii
or curves at the ends of the sheet metal strip of the primary winding
-
866–869866-869
-
Befestigungslaschen
zur mech. Befestigungmounting tabs
to mech. attachment
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8787
-
Sekundärwicklungsecondary winding
-
871871
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inneres
Ende der Sekundärwicklunginner
End of the secondary winding
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872872
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äußeres
Ende der Sekundärwicklungouter
End of the secondary winding
-
910910
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Zündelektronikignition electronics
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920920
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Betriebselektronikoperating electronics
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930930
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GesamtbetriebselektronikTotal operating electronics
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92109210
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GleichspannungswandlerDC converter
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92209220
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Wechselrichterinverter
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92309230
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Signalgeneratorsignal generator
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
- US 5036256 [0002] - US 5036256 [0002]
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- DE 19803189 A1 [0003] - DE 19803189 A1 [0003]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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- 'The boundary
layers of ac-arcs at HID-electrodes: phase resolved electrical measurements
and optical observations', O. Langenscheidt et al., J. Phys D 40
(2007), S. 415–431 [0117] - 'The boundary layers of ac-arcs at HID-electrodes: phase resolved electrical measurements and optical observations', O. Langenscheidt et al., J. Phys. D 40 (2007), pp. 415-431 [0117]