DE19909529A1 - Einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampe mit im Sockel integrierter Zündvorrichtung - Google Patents
Einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampe mit im Sockel integrierter ZündvorrichtungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampe, deren Stromrückleitung (13) mit Hilfe eines bidirektionalen Schwellenwertschalters (D) vor hohen Induktionsspannungen der mit der Stromrückleitung (13) verbundenen Funkentstördrossel (L1) geschützt wird.
Description
Die Erfindung betrifft eine einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampe gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Hochdruckentladungslampe ist beispielsweise in der internationalen
Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 98/53647 offenbart. Diese
Offenlegungsschrift beschreibt eine einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampe
mit einer im Sockel angeordneten Impulszündvorrichtung. Zusätzlich ist im Sockel
mindestens eine Funkentstördrossel untergebracht, die über eine Stromzuführung mit
einer Gasentladungselektrode der Hochdruckentladungslampe verbunden ist. Eine
dieser Stromzuführungen ist als vom sockelfernen Ende des Entladungsgefäßes zum
Sockel zurückgeführte Stromrückleitung ausgebildet. Diese Stromrückleitung ver
läuft außerhalb der Lampengefäße und weist stellenweise keine elektrische Isolation
auf. Die zum Zünden der Gasentladung in dem Entladungsgefäß erforderliche Hoch
spannung wird der Hochdruckentladungslampe, aus Sicherheitsgründen, über die
sockelnahe Stromzuführung, die vollständig von den Lampengefäßen bzw. vom Soc
kel umschlossen ist, zugeführt. Die sockelferne Gasentladungselektrode ist während
des Lampenbetriebs über die Stromrückleitung mit dem Massepotential verbunden,
damit an der nur teilweise elektrisch isolierten Stromrückleitung während des Lam
penbetriebs keine hohen elektrischen Spannungen auftreten.
Allerdings treten in den Funkentstördrosseln, die zur Funkentstörung des Lampen
stroms dienen, während der Zündphase hohe elektrische Spannungen auf. Dadurch
wird insbesondere die unzureichend elektrisch isolierte Stromrückleitung während
der Zündphase, trotz ihrer Verbindung zum Massepotential, mit Hochspannungsim
pulsen von bis zu 6 kV beaufschlagt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine einseitig gesockelte Hochdruckentladungs
lampe mit einer im Sockel integrierten Zündvorrichtung bereitzustellen, die eine
deutliche Verminderung der am Stromrückleiter während der Zündphase anliegenden
Spannung gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des
Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampe weist einen
Sockel mit mindestens zwei elektrischen Anschlüssen zur Spannungsversorgung der
Hochdruckentladungslampe und ein zweiseitig verschlossenes Entladungsgefäß auf,
das ein sockelnahes und ein sockelfernes verschlossenes Ende besitzt. In dem Entla
dungsgefäß ist eine ionisierbare Füllung zur Erzeugung einer lichtemittierenden Ga
sentladung eingeschlossen. Außerdem sind in dem Sockel mindestens eine Funkent
stördrossel und eine Zündvorrichtung zum Zünden einer Gasentladung in dem Entla
dungsgefäß angeordnet. Ferner besitzt die erfindungsgemäße Hochdruckentladungs
lampe mindestens zwei innerhalb des Entladungsgefäßes angeordnete Gasentla
dungselektroden, wobei zumindest eine erste Gasentladungselektrode über eine aus
dem sockelfernen Ende herausgeführte Stromrückleitung und über die mindestens
eine Funkentstördrossel mit einem ersten elektrischen Anschluß der Hochdruckent
ladungslampe verbunden ist, und wobei zumindest eine zweite Gasentladungselek
trode mittels einer aus dem sockelnahen Ende herausgeführten Stromzuführung mit
einem zweiten elektrischen Anschluß der Hochdruckentladungslampe verbunden ist.
Erfindungsgemäß ist die Stromrückleitung über einen im Sockel angeordneten, bidi
rektionalen Schwellenwertschalter mit dem zweiten elektrischen Anschluß der
Hochdruckentladungslampe verbunden und der erste elektrische Anschluß ist über
die mindestens eine Funkentstördrossel und über den bidirektionalen Schwellenwert
schalter mit dem zweiten elektrischen Anschluß der Hochdruckentladungslampe ver
bunden. Vorteilhafterweise befindet sich der bidirektionale Schwellenwertschalter im
thermischen Kontakt mit einer Wärmesenke.
Durch die vorgenannten erfindungsgemäßen Merkmale wird der Spannungsabfall an
der Stromrückleitung während der Zündphase auf maximal 1 kV begrenzt, so daß
elektrische Überschläge vom Rückleiter auf in der Umgebung angeordnete elektrisch
leitende Bauteile, insbesondere auf die metallisierte Reflektoroberfläche, vermieden
werden und ferner eine Beschädigung durch Spannungsüberlastung des an die Hoch
druckentladungslampe angeschlossenen Betriebsgerätes verhindert wird. Als bidi
rektionaler Schwellenwertschalter werden vorteilhafterweise ein Varistor oder eine
bidirektionale Diodenschaltung verwendet, da diese Bauteile für hohe Spannungen
und hohe Ströme besonders geeignet sind. Wird die Durchbruchsspannung dieser
Bauteile überschritten, so können sie die freigesetzte elektrische Energie, selbst bei
vergleichsweise hohen Kurzschlußströmen, in Wärme umwandeln. Die bidirektio
nale Diodenschaltung ist vorteilhafterweise derart ausgeführt, daß sie als Ersatz
schaltbild zwei gegensinnig in Serie geschaltete Zenerdioden besitzt. Sie eignet sich
besonders gut zur Begrenzung hochfrequenter Spannungen bzw. zur Begrenzung von
Spannungsimpulsen sowohl negativer als auch positiver Polarität. Beispielsweise
handelt es sich bei dieser Diodenschaltung um eine von der Firma SGS Thomson
unter dem Markennamen Transil™-Diode vertriebene bidirektionale Diodenanord
nung.
Der bidirektionale Schwellenwertschalter ist vorteilhafterweise derart dimensioniert,
daß er eine Durchbruchsspannung von mindestens 600 V besitzt und eine Klemm
spannung von mindestens 800 V verträgt, ohne Schaden zu nehmen.
Nachstehend wird die Erfindung anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der im Sockel der erfindungsgemäßen
Hochdruckentladungslampe angeordneten Schaltungsanordnung gemäß
des ersten Ausführungsbeispiels
Fig. 2 eine schematische Darstellung der im Sockel der erfindungsgemäßen
Hochdruckentladungslampe angeordneten Schaltungsanordnung gemäß
des zweiten Ausführungsbeispiels
Fig. 3 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslam
pe in schematischer Darstellung
Bei dem bevorzugten, in Fig. 3 abgebildeten Ausführungsbeispiel der erfindungs
gemäßen Hochdruckentladungslampe handelt es sich um eine einseitig gesockelte
Halogenmetalldampfhochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungs
aufnahme von ungefähr 35 W, die zum Einsatz in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer
vorgesehen ist. Die Hochdruckentladungslampe LP besitzt einen Sockel 10 und ein
zweiseitig verschlossenes Entladungsgefäß 11 mit einem sockelnahen 11a und einem
sockelfernen Ende 11b. Das Entladungsgefäß 11 ist von einem gläsernen, am Entla
dungsgefäß befestigten Außenkolben 12 umgeben. Die aus dem Entladungsgefäß 11
und dem Außenkolben 12 bestehende Baueinheit ist in einer Aufnahmevorrichtung
des Sockels 10 verankert. In dem Entladungsgefäß 11 sind eine ionisierbare Füllung
und zwei Gasentladungselektroden E1, E2 zur Erzeugung einer lichtemittierenden
Gasentladung eingeschlossen. Die sockelferne Gasentladungselektrode E1 ist über
eine aus dem sockelfernen Entladungsgefäßende 11b herausgeführte, zum Sockel 10
zurückgeführte Stromrückleitung 13 mit einer im Sockel 10 angeordneten ersten
Funkentstördrossel L1 bzw. L3 verbunden. Der längs des Außenkolbens 12 verlau
fende Abschnitt der Stromrückleitung 13 ist von einer Keramikisolierung 14 umge
ben. Die sockelnahe Gasentladungselektrode E2 ist über eine aus dem sockelnahen
Entladungsgefäßende 11a herausgeführte Stromzuführung 15, die vollständig inner
halb des Sockels 10 bzw. innerhalb der Lampengefäße 11, 12 verläuft, mit der Se
kundärwicklung N2 bzw. N4 eines Zündtransformators TR bzw. TR' einer ebenfalls
im Sockel 10 angeordneten Impuls-Zündvorrichtung Z bzw. Z' verbunden.
Fig. 1 zeigt die im Sockel 10 der Hochdruckentladungslampe LP angeordnete, aus
der Impulszündvorrichtung Z und den Funkentstördrosseln L1, L2 sowie dem bidi
rektionalen Schwellenwertschalter D bestehende Zündschaltungsanordnung gemäß
des ersten Ausführungsbeispiels. Die Impulszündvorrichtung Z umfaßt einen Zünd
transformator TR mit einer Primärwicklung N 1 und einer Sekundärwicklung N2 so
wie den Zündkondensator C1 und die Funkenstrecke FS. Die sockelferne Gasentla
dungselektrode E1 ist über die Stromrückleitung 13 und über die erste Funkentstör
drossel L1 mit einem ersten elektrischen Anschluß j1 des Sockels 10 verbunden. Au
ßerdem ist die sockelferne Gasentladungselektrode E1 über die Stromrückleitung 13
und über den bidirektionalen Schwellenwertschalter D mit einem zweiten elektri
schen Anschluß j2 des Sockels 10 verbunden. Der erste elektrische Anschluß j1 ist
über die erste Funkentstördrossel L1 und über den bidirektionalen Schwellenwert
schalter D mit dem zweiten elektrischen Anschluß j2 verbunden. Die sockelnahe
Gasentladungselektrode E2 ist über die Stromzuführung 15, über die zweite Funkent
stördrossel L2 und über die Sekundärwicklung N2 des Transformators TR mit dem
zweiten elektrischen Anschluß j2 des Sockels 10 verbunden. Ein dritter elektrischer
Anschluß j3 des Sockels 10 ist über den Zündkondensator C1 mit dem zweiten elek
trischen Anschluß j2 des Sockels 10 verbunden. Die aus der Primärwicklung N1 des
Zündtransformators TR und der Funkenstrecke FS bestehende Serienschaltung ist
parallel zum Zündkondensator C1 angeordnet. Der zweite j2 und der dritte elektri
sche Anschluß j3 dienen als Spannungseingang für die Impulszündvorrichtung Z.
Die drei elektrischen Anschlüsse j1, j2, j3 (in Fig. 3 nicht abgebildet) des Sockels
10 werden bei der Montage der Hochdruckentladungslampe LP im Kraftfahrzeug mit
entsprechenden Anschlüssen eines im Kraftfahrzeug angeordneten Betriebsgerätes
verbunden, das an den Anschlüssen j2, j3 die Versorgungsspannung für die Zündvor
richtung Z und an den Anschlüssen j1, j2 die Betriebsspannung für die Hochdruck
entladungslampe LP generiert. Der Anschluß j1 ist ferner mit dem schaltungsinternen
Massepotential des Betriebsgerätes verbunden.
Zum Zünden der Gasentladung in dem Entladungsgefäß 11 der Hochdruckentla
dungslampe LP wird der Zündkondensator C1 über seine Verbindung zu dem Span
nungseingang j1, j3 aufgeladen. Erreicht der Spannungsabfall am Zündkondensator
C 1 die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke FS, so entlädt sich der Zündkon
densator C1 stoßweise über die Primärwicklung N1 des Transformators TR. In der
Sekundärwicklung N2 des Transformators TR werden dadurch Hochspannungsim
pulse von bis zu 25 kV induziert, mit denen die sockelnahe Gasentladungselektrode
E2 beaufschlagt wird. Nach erfolgter Zündung der Gasentladung fließt durch die
Hochdruckentladungslampe, das heißt, über die Entladungsstrecke E1-E2, und durch
die beiden Funkentstördrosseln L1, L2 sowie über die Anschlüsse j1, j2 ein Lampen
strom. Die beiden Funkentstördrosseln L1, L2 dienen zur Funkentstörung dieses
Entladungsstromes durch die Lampe. Während der Zündphase werden auch in den
beiden Funkentstördrosseln L1, L2 Spannungsimpulse von bis zu 6 kV induziert.
Dadurch treten insbesondere an der durch das Keramikrohr 14 nur unvollständig iso
lierten Stromrückleitung 13 während der Zündphase entsprechend hohe Span
nungsimpulse auf, obwohl die Stromrückleitung 13 über den Anschluß j1 mit dem
schaltungsinternen Massepotential verbunden ist. Während der Zündphase ist der
bidirektionale Schwellenwertschalter D in Serie zur Funkentstördrossel L1 geschal
tet, so daß an dem Schwellenwertschalter D die Summe aus der an den Anschlüssen
j1, j2 bereitgestellten Betriebsspannung und der Induktionsspannung der Funkent
stördrossel L1 anliegt. Überschreitet die Summe dieser Spannungen die Durch
bruchsspannung des Schwellenwertschalters D, so wird der Schwellenwertschalter D
elektrisch leitfähig. Dann wird die in der Funkentstördrossel L1 gespeicherte elektri
sche Energie über den bidirektionalen Schwellenwertschalter D abgebaut.
Die Durchbruchsspannung des bidirektionalen Schwellenwertschalters D beträgt
mindestens 550 V. Er ist außerdem so dimensioniert, daß die Klemmspannung zwi
schen 550 V und maximal 740 V beträgt. Bei Spannungen oberhalb der Durch
bruchsspannung fließt durch den Schwellenwertschalter D ein elektrischer Strom, der
zur Erwärmung des Schwellenwertschalters D führt. Der Schwellenwertschalter D
befindet sich daher im thermischen Kontakt mit einer Wärmesenke. Als bidirektio
naler Schwellenwertschalter D wird eine von der Firma SGS Thomson unter dem
Namen bidirektionale Transil™-Diode vertriebene Diodenanordnung verwendet.
Diese bidirektionale Diodenschaltung D besitzt als Ersatzschaltbild zwei gegensinnig
in Reihe geschaltete Zenerdioden. Die Amplitude der von der Funkentstördrossel L1
während der Zündphase generierten hochfrequenten Hochspannungsimpulse, mit
denen die Stromrückleitung 13 beaufschlagt wird, wird durch die bidirektionale
Diodenschaltung D auf einen Maximalwert 1 kV begrenzt. Elektrische Überschläge
von der Stromrückleitung 13 auf den Scheinwerferreflektor, in dem die Hochdruck
entladungslampe angeordnet ist, sind daher nicht zu befürchten.
In Fig. 2 ist die im Sockel 10 der Hochdruckentladungslampe LP angeordnete, aus
der Impulszündvorrichtung Z' und der Funkentstördrossel L3 sowie dem bidirektio
nalen Schwellenwertschalter D' bestehende Zündschaltungsanordnung gemäß des
zweiten Ausführungsbeispiels dargestellt. Die Impulszündvorrichtung Z' umfaßt
einen Zündtransformator TR' mit einer Primärwicklung N3 und einer Sekundär
wicklung N4 sowie den Zündkondensator C2, einen parallel zur Entladungsstrecke
E1-E2 der Lampe geschalteten Kondensator C4 und die Funkenstrecke FS'. Die soc
kelferne Gasentladungselektrode E1 ist über die Stromrückleitung 13 und über die
Funkentstördrossel L3 mit einem ersten elektrischen Anschluß j4 des Sockels 10
verbunden. Außerdem ist die sockelferne Gasentladungselektrode E1 über die Strom
rückleitung 13 und über den bidirektionalen Schwellenwertschalter D' mit einem
zweiten elektrischen Anschluß j5 des Sockels 10 verbunden. Der erste elektrische
Anschluß j4 ist über die Funkentstördrossel L3 und über den bidirektionalen
Schwellenwertschalter D' mit dem zweiten elektrischen Anschluß j5 verbunden. Par
allel zu den Anschlüssen j4 und j5 ist ein Kondensator C3 geschaltet, der den Span
nungsanstieg dU/dt zwischen diesen beiden Anschlüssen j4, j5 begrenzt. Die sockel
nahe Gasentladungselektrode E2 ist über die Stromzuführung 15 und über die Se
kundärwicklung N4 des Transformators TR' mit dem zweiten elektrischen Anschluß
j5 des Sockels 10 verbunden. Ein dritter elektrischer Anschluß j6 des Sockels 10 ist
über den Zündkondensator C2 mit dem zweiten elektrischen Anschluß j5 des Sockels
10 verbunden. Die aus der Primärwicklung N4 des Zündtransformators TR' und der
Funkenstrecke FS' bestehende Serienschaltung ist parallel zum Zündkondensator C2
angeordnet. Der zweite j5 und der dritte elektrische Anschluß j6 dienen als Span
nungseingang für die Impulszündvorrichtung Z'. Die drei elektrischen Anschlüsse j4,
j5, j6 (in Fig. 3 nicht abgebildet) des Sockels 10 werden bei der Montage der Hoch
druckentladungslampe LP im Kraftfahrzeug mit entsprechenden Anschlüssen eines
im Kraftfahrzeug angeordneten Betriebsgerätes verbunden, das an den Anschlüssen
j5, j6 die Versorgungsspannung für die Zündvorrichtung Z' und an den Anschlüssen
j4, j5 die Betriebsspannung für die Hochdruckentladungslampe LP generiert. Der
Anschluß j4 ist ferner mit dem schaltungsinternen Massepotential des Betriebsgerä
tes verbunden. Diese Schaltungsanordnung unterscheidet sich von der Schaltungsan
ordnung gemäß des ersten Ausführungsbeispiels durch die zusätzlichen Kondensato
ren C3, C4 und dadurch, daß sie nur eine statt zwei Funkentstördrosseln besitzt. Zur
Funkentstörung des Lampenstroms genügt auch eine Funkentstördrossel L3. An dem
Kondensator C4 wird die Zündspannung für die Hochdruckentladungslampe bereit
gestellt. Während der Zündphase ist der bidirektionale Schwellenwertschalter D' in
Serie zur Funkentstördrossel L3 geschaltet, so daß an dem Schwellenwertschalter D'
die Summe aus der an den Anschlüssen j4, j5 bereitgestellten Betriebsspannung und
der Induktionsspannung der Funkentstördrossel L3 anliegt. Überschreitet die Summe
dieser Spannungen die Durchbruchsspannung des Schwellenwertschalters DX so
wird der Schwellenwertschalter D' elektrisch leitfähig. Dann wird die in der Funk
entstördrossel L3 gespeicherte elektrische Energie über den bidirektionalen Schwel
lenwertschalter D' abgebaut. Die Durchbruchsspannung des bidirektionalen Schwel
lenwertschalters D' beträgt mindestens 550 V. Er ist außerdem so dimensioniert, daß
die Klemmspannung zwischen 550 V und maximal 740 V beträgt. Bei Spannungen
oberhalb der Durchbruchsspannung fließt durch den Schwellenwertschalter D' ein
elektrischer Strom, der zur Erwärmung des Schwellenwertschalters D' führt. Als
bidirektionaler Schwellenwertschalter D' wird eine von der Firma SGS Thomson
unter dem Namen bidirektionale Transil™-Diode vertriebene Diodenanordnung
verwendet. Diese bidirektionale Diodenschaltung D' besitzt als Ersatzschaltbild zwei
gegensinnig in Reihe geschaltete Zenerdioden. Die hochfrequenten Hochspan
nungsimpulse, die während der Zündphase an der Stromrückleitung 13 auftreten und
die durch die an der Funkentstördrossel L3 auftretenden Induktionsspannungsimpul
se bedingt sind, werden daher auf einen Wert von maximal ±1 kV begrenzt. Der
Kondensator C3 begrenzt den Spannungsanstieg dU/dt dieser Hochspannungsimpul
se.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher erläuterten Ausführungsbei
spiele. Beispielsweise können als bidirektionale Schwellenwertschalter D, D' auch
ein Varistor, ein Sidac oder ein Thyristor verwendet werden. Außerdem kann als
bidirektionaler Schwellenwertschalter D, D' auch eine aus mindestens zwei gegen
sinnig gepolten, in Serie geschalteten Zenerdioden bestehende bidirektionale
Diodenschaltung verwendet werden.
Claims (7)
1. Einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampe mit
- - einem Sockel (10), der mindestens zwei elektrische Anschlüsse (j1, j2; j4, j5) zur Spannungsversorgung der Hochdruckentladungslampe besitzt,
- - einem zweiseitig verschlossenen Entladungsgefäß (11), das ein sockelna hes (11a) und ein sockelfernes verschlossenes Ende (11b) aufweist,
- - einer im Entladungsgefäß (11) eingeschlossenen ionisierbaren Füllung zur Erzeugung einer Gasentladung,
- - mindestens einer im Sockel (10) angeordneten Funkentstördrossel (L1; L3),
- - mindestens zwei innerhalb des Entladungsgefäßes (11; 21) angeordneten Gasentladungselektroden (E1, E2), wobei zumindest eine erste Gasentla dungselektrode (E1) über eine aus dem sockelfernen Ende (11b) herausge führte Stromrückleitung (13) und über die mindestens eine Funkentstör drossel (L1; L3) mit einem ersten elektrischen Anschluß (j1; j4) der Hochdruckentladungslampe verbunden ist, und wobei zumindest eine zweite Gasentladungselektrode (E2) mittels einer aus dem sockelnahen Ende (11a) herausgeführten Stromzuführung (15) mit einem zweiten elektrischen Anschluß (j2; j5) der Hochdruckentladungslampe verbunden ist,
- - einer im Sockel (10) angeordneten Zündvorrichtung (Z; Z') zum Zünden einer Gasentladung in dem Entladungsgefäß (11),
2. Einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der bidirektionale Schwellenwertschalter (D; D') ein Va
ristor, ein Sidac oder ein Thyristor ist.
3. Einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der bidirektionale Schwellenwertschalter (D; D') als eine
bidirektionale Diodenschaltung ausgebildet ist.
4. Einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die bidirektionale Diodenschaltung (D; D') aus minde
stens zwei gegensinnig gepolten, in Serie geschalteten Zenerdioden besteht.
5. Einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ersatzschaltbild der bidirektionalen Diodenschaltung
(D; D') aus zwei gegensinnig gepolten, in Serie geschalteten Zenerdioden be
steht.
6. Einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der bidirektionale Schwellenwertschalter (D; D') im
thermischen Kontakt mit einer Wärmesenke steht.
7. Einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zündvorrichtung (Z; Z') eine Impulszündvorrichtung
ist, die zumindest einen Transformator (TR; TR'), eine Funkenstrecke (FS;
FS') und einen Kondensator (C1; C2) aufweist.
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