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schließen eines Vorladekondensators entstehender Stoßimpuls induktiv
eingekoppelt. Der Vorladekondensator wird über einen Widerstand mit dem Strom der
Gleichstromquelle aufgeladen und über eine Vierschichtdiode und die Primärwicklung
eines Eingangstransformators kurzgeschlossen. Da zum Hochtransformieren des Entladungsimpulses
ein Transformator mit sehr extremen Wicklungsverhältnissen benötigt würde, ist die
Sekundärwicklung des Eingangstransformators zunächst an einen Zwischenkondensator
gelegt, der über eine Funkenentladungsstrecke und die Primärwicklung eines zweiten
Transformators, dessen Sekundärwicklung im Lampenstromkreis liegt, kurzgeschlossen
wird. Die Ansprechschwelle der Vierschichtdiode ist so gewählt, daß eine Zündung
erst erfolgt, wenn die Spannung an dem am Stromquellenausgang liegenden Kondensator
die Mindestlampenversorgungsspannung (Mindestleerlaufspannung) erreicht hat. Der
Vorladekondensator ist so groß bemessen, daß die beim Kurzschließen über die Vierschichtdiode
frei werdende und in den Lampenstromkreis eingekoppelte Energie ausreicht, um in
der Lampe einen Funken zu erzeugen und die Lampenfüllung zu ionisieren. Anschließend
baut sich, falls am Lampeneingang die Mindestleerlaufspannung anliegt, ein Niederspannungsbogen
in der Lampe auf, der anschließend zu einem Rückgang der Spannung am Gleichstromquellenausgang
auf die Betriebsdauerspannung führt. Bei brennendem Lichtbogen wird daher die Schwellspannung
der Vierschichtdiode nicht mehr erreicht und es kommt zu keiner weiteren Zündung.
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Erfolgt bei erstmaligen Kurzschließen des Vorladekondensators noch
kein Aufbau eines Lichtbogens, so baut sich periodisch am Vorladekondensator eine
über die Vierschichtdiode periodisch sich entladende Spannung auf. Um bei mehrfachem
vergeblichen Zünden eine Zerstörung des Zündgerätes, insbesondere durch Beschädigung
der Diode, zu vermeiden, ist ferner vorgesehen. den Vorladekondensator durch einen
Heißleiter zu überbrücken, wobei Vorladewiderstand und Heißleiter einen Spannungsteiler
darstellen, der in kaltem Zustand (hoher Heißleiter-Widerstand) den Aufbau der Spannung
am Vorladekondensator bis zum Zünden der Vierschichtdiode ermöglicht, in heißem
Zustand (kleiner Heißleiter-Widerstand) jedoch den Kondensator vor Erreichen der
Zündspannung überbrückt Dadurch wird erreicht, daß nach mehrmaligem vergeblichen
Zünden eine weitere Zündung der Vierschichtdiode unterbleibt.
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Dieses bekannte Zündgerät hat den Vorteil, daß nach dem Zünden keine
weiteren Entladungen über die Funkenstrecke stattfinden, so daß die störenden Rückwirkungen
auf das Versorgungsnetz, die z. B. zu Betriebsstörungen an anderen, an dieses Netz
angeschlossenen elektronischen Einrichtungen führen können, klein gehalten werden.
Ein weiterer Vorteil ist es, daß das Zündgerät keine eigene Spannungsversorgung
benötigt, sondern direkt an die Lampenversorgungsspannung angeschlossen werden kann.
Das Zündgerät könnte also räumlich getrennt von der Stromquelle direkt am Lampengehäuse
angeordnet werden. Dem steht allerdings in der Praxis entgegen, daß der Vorladekondensator
und die Transformatoren verhältnismäßig groß zu bemessen sind, da mit einer einzigen
Entladung des Vorladekondensators (einer einzigen Zündung der Vierschichtdiode)
die gesamte zum Zünden benötigte zusätzliche Energie vom Kondensator in den Lampenstromkreis
transformiert werden muß. Aus dem gleichen Grund ist das Zündgerät auch empfindlich
für Toleranzen der Lampenversorgungsspannung, da bei zu niedriger Ausgangsspannung
der Gleichstromquelle die im Vorladekondensator gespeicherte Energie nicht zur lonisierung
der Lampenfüllung ausreicht. Ferner muß die Kurzschlußspannung der Funkenstrecke
auf die Zündspannung der Vierschichtdiode abgestimmt werden. Die üblicherweise verwendeten
Kurzschlußstrecken bestehen aus zwei von Luft umgebenen Elektroden, wobei die Entladungsspannung
durch Veränderung des Elektrodenabstandes eingestellt und häufig nachgestellt werden
müssen. Dies bedingt nicht nur Wartungsarbeiten, sondern auch einen relativ großen
Platzbedarf, so daß die gesamte, aus Diode, Entladungsstrecke, Transformatoren,
Kondensatoren und Heißleiter bestehende Anordnung schwer und umfangreich wird und
nicht mehr ohne weiteres am Lampengehäuse befestigt und gegen die Abgabe hochfrequenter
Störungen abgeschirmt werden kann.
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Der Erfindung liegt d;e Aufgabe zugrunde, ein Zünd-und Betriebsgerät
der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß das Zündgerät leicht und klein
ausgeführt und daher problemlos im Lampengehäuse untergebracht werden kann. Da dadurch
die Leiterwege innerhalb des Zündgerätes kurz werden und das Zündgerät, das außer
der Lampenspannungsversorgung keine weiteren Versorgungsleitungen benötigt, besser
abgeschirmt werden kann, werden dadurch auch störende hochfrequente Rückwirkungen
auf die Umgebung noch weiter herabgesetzt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
die im Kennzeichen
des Anspruchs 1 angegebene Weiterbildung der bekannten Vorrichtung.
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Die im Zwischenkreis zwischen dem Zwischenkondensator und der Sekundärwicklung
des Eingangstransformators geschaltete Diode ermöglicht es, den Zwischenkondensator
durch mehrere Entladungen (Kurzschlüsse) des Vorladekondensators aufzuladen, ohne
daß es zwischen den einzelnen Kurzschlüssen zu einem Entladen des Zwischenkondensators
über die Sekundärwicklung kommt. Dadurch können sowohl die Transformatoren wie deren
Vorladekondensator kleiner dimensioniert werden. Außerdem wird dadurch das Zündgerät
unempfindlich gegen Spannungsschwankungen der Gleichstromquelle. Durch das Zündsteuergerät
ist es nunmehr möglich, den Zündzeitpunkt des Thyristors dem jeweiligen Betriebszustand
anzupassen, z. B. kann das Zündsteuergerät so ausgelegt sein, daß weitere Thyristorzündungen
verhindert werden, wenn nach einer erfolgreichen Lampenzündung die Ausgangsspannung
der Gleichstromquelle auf die Lampenversorgungsbetriebsspannung fällt und/oder wenn
mehrere aufeinanderfolgende versuchte Lampenzündungen erfolglos vtrlaufen. Als Funkenentladungsstrecke
wird ein handelsüblicher Oberspannungsableiter verwendet Derartige gekapselte, mit
Schutzgas gefüllte Entladungsstrecken sind sehr klein und erfordern kein Nachjustieren
der Entladungsspannung durch Verändern der Elektrodenabstände. Ihre Verwendung in
Zündgeräten für Hochdrucklampen sind aus der DE-AS 1190 568 an sich bekannt.
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Vorteilhafte Ausführungsformen des Zünd- und Betriebsgerätes nach
der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und ergeben sich aus den
Ausführungsbeispielen.
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F i g. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Zündgerätes,
Fig.2 eine schaltungstechnische Ausführung des in F i g. 1 dargestellten Zündsteuergerätes.
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Mit 1 sind die Ausgänge einer Gleichstromquelle bezeichnet. an die
über die Sekundärwicklung 3 eines Hochspannungstransformators eine Hochdrucklampe
2, z. B. eine handelsübliche Lampe der Typen XPO oder HPO, angeschlossen ist. Parallel
zu diesen Lampenversorgungsleitungen 1 ist meist ein Kondensator 2' angeordnet.
Parallel zu den Gleichstromquellenausgängen 1 liegt eine Reihenschaltung aus einem
Vorladewiderstand 4 und einem Vorladekondensator 5, der über eine in Stromflußrichtung
leitend geschalteten Thyristor 6 kurzschließbar ist. Im sntladekrels des Vorladekondensators
ist die Primärwicklung 7 eines Eingangstransformators angeordnet. Über eine antiparallel
zum Thyristor 6 angeordnete Leerlaufdiode 8 kann vorteilhaft die beim Kurzschließen
des Vorladekondensators 5 rückschwingende Ladung kurzgeschlossen werden. An der
Sekundärwicklung 9 des Eingangstransformators (Windungszahlverhältnis z. B. 10:
1450) liegt eine Reihenschaltung aus einer Diode 10 und einem Zwischenkondensator
11. Die Diode 10 ist dabei so geschaltet, daß bei jedem Kurzschließen des Vorladekondensators
5 der Zwischenkondensator 11 aufgeladen, ein Entladen jedoch unterbunden ist. Das
Entladen des Zwischenkondensators 11 erfolgt über eine den Zwischen kondensator
11 überbrückende Reihenschaltung aus einem Oberspannungsableiter 12 und der Primärwicklung
13 des Hochspannungstransformators (Windungszahlverhältnis 2 :24), sobald die Spannung
am Kondensator 11 die Entladungsspanr.ung des Überspannungsableiters erreicht hat.
Der Überspannungsableiter
und der Zwischenkondensator sind so dimensioniert.
daß die Entladungsspannung erheblich über der Mindestleerlaufspannung liegt, z.
B. bei etwa 4,5 kV, und die beim Entladen in den Lampenstromkreis induktiv eingekoppelte
Energie zur Erzeugung eines Zündfunkens ausreicht.
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Die Zündspannung für den Thyristor 6 wird vom Zündsteuergerät 14
geliefert, das im einfachen Fall einen Komparator 15 aufweist, dessen Ausgangsspannung
an das Steuergitter des Thyristors 6 geführt ist.
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Dem Komparator ist eine Betriebsspannung Ub sowie über einen Spannungsteiler
25, 26 eine Teilspannung Uk'der die an der Leitung 16 anliegende Spannung Uk des
Vorladekondensators 5 zugeführt. Bei Uk'> Ub erfolgt die Zündung des Thyristors
und damit die Entladung (Kurzschluß) des Vorladekondensators. Die Betriebsspannung
Ub wird von einer Einrichtung 18 geliefert, die zumindest dann eine konstante Bezugsspannung
(z. B. 15 V) erzeugt, wenn die Ausgangsspannung der Gleichstromquelle die Mindestleerlaufspannung
der Hochdrucklampe übersteigt.
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Diese einfachste Ausführung des erfindungsgemäßen Zündgerätes wird
vorteilhaft ergänzt durch eine Einrichtung 19, mit der nach einer einmal erfolgten
erfolgreichen Lampenzündung weitere Thyristorzündungen unterbunden werden, z. B.
sobald die über einen Spannungsteiler 20,21 abgegriffene Ausgangsspannung Ug der
Gleichspannungsquelle unter einen vorgegebenen, von der Bezugsspannungsleitung 17
abgegriffenen Spannungswert Ub absinkt. Damit werden bei brennender Lampe 2 keine
weiteren Thyristorzündungen und somit auch keine Entladungen über den Überspannungshalbleiter
12 hervorgerufen.
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Eine vorteilhafte gerätetechnische Ausführung der Einrichtungen 18
und 19 wird in F i g. 2 gegeben. Im allgemeinen Fall kann die Einrichtung 19 als
Komparator ausgeführt sein, dessen Ausgang zusammen mit dem Ausgang des ersten Komparators
15 über eine Gatterschaltung 22 an das Thyristorgitter gelegt wird, wobei die Gatterschaltung
Zündungen nur zuläßt, wenn die beiden Komparatoren gleichzeitig Signale zur Zündung
des Thyristors 6 erzeugen.
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Die obenerwähnte einfachste Ausführungsform des Zündsteuergerätes
kann ferner vorteilhaft einen weiteren Komparator 23 enthalten, dessen Ausgangssignal
zusammen mit dem Ausgangssignal des Komparators 15 über die Gatterschaltung 22 an
das Thyristorgitter gelegt ist. Dieser Komparator dient dazu, nach mehrmaligen erfolglos
versuchten Lampenzündungen das Zündsteuergerät zu blockieren und somit weitere Entladungen
des Überspannungsableiters 12 zu verhindern. Dazu wird ein Bruchteil des über den
Vorladewiderstand 4 zum Vorladekondensator 5 fließenden Stroms oder die am Vorladekondensator
sich aufbauende Spannung Uk einem Integrator 24 zugeführt. Die lntegrationskonstante
des Integrators 24 ist so groß bemessen, daß erst nach mehreren Entladungen des
Überspannungsableiters 12 ein aus der Betriebsspannung Ub abgeleiteter Bezugswert
erreicht wird. Der Komparator 23 gibt solange die Zündung des Thyristors frei, solange
die lntegratorausgangsspannung den Bezugswert noch nicht erreicht hat, d. h. nach
einigen Fehlzündungen wird der Thyristor 6 blockiert.
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Zur Erzeugung der Bezugsspannung Ub an der Bezugsspannungsleitung
17 wird nach F i g. 2 die Ausgangsspannung Ug der Gleichspannungsquelle an einen
aus dem Widerstand 27 einerseits und einer Reihenschaltung aus dem Widerstand 31
und einer
zunächst als Widerstand betrachteten Hilfs-Zener-Diode 31' andererseits
gebildeten Spannungsteiler gelegt, wobei der Spannungsabfall am Widerstand 31, 31'
über eine dazu parallele Zener-Diode 28 auf die Durchbruchsspannung dieser Zener-Diode
begrenzt ist.
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Beträgt das Verhältnis der Widerstände 31, 31' und 27 ungefähr 3 1
und die Durchbruchsspannung etwa 15 V, so liegt am Mittelabgriff 17 dieses Spannungsteilers
die Bezugsspannung Ub 15 V nur an, wenn die Spannung Ug 20 V übersteigt. Die Ausgangsspannung
Ug der Gleichstromquelle steigt im unbelasteten Fall, d. h. wenn die Lampe 2 nicht
gezündet ist, auf etwa 80 V. Eine Spannung von etwa 80V reicht jedoch aus, um bei
einem Zündfunken in der Lampe einen Lichtbogen aufzubauen (Mindestleerlaufspannungr
Hat sich ein stabiler Lichtbogen aufgebaut, so fällt die Gleichstromquellen-Ausgangsspannung
Ug auf Werte <20 V (Betriebsdauerspannung). Nach einer erfolgreichen Lampenzündung
fällt somit auch die Bezugsspannung Ub. Zur Glättung der Bezugsspannung ist vorteilhaft
parallel zur Zener-Diode 28 ein Glättungskondensator 29 angeordnet.
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Die Komparatoren 15 und 19 und die Gatterschaltung sind nun so ausgelegt,
daß sie bei einem Abfall der Bezugsspannung Ub (d. h. bei brennender Lampe) das
Zündgerät blockieren. Die Schaltung zur Erzeugung der Bezugsspannung übernimmt daher
die Funktion des in F i g. 1 als eigenes Bauglied dargestellten Komparators 19.
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Der erste Komparator 15 besteht aus einem Differenzverstärker 30,
dessen positiven Eingang die Spannung Uk'über einen Spannungsteiler 25, 26 für die
am Vorladekondensator 5 anliegende positive Spannung Uk zugeführt ist. während der
negative Eingang am Mittelabgriff (Spannung Ub') des Spannungsteilers 31, 31' für
die Betriebsspannung Ub anliegt. Die Auagangsspannung des Differenzverstärkers 15
ist an den negativen Eingang einer Diode 33 gelegt, deren beide Eingänge über Widerstände
34 und 35 mit der Leitung 17 verbunden sind. Der positive Diodeneingang ist ferner
mit der Basis eines Transistors 36 verbunden, der über die Widerstände 37 und 38
zwischen der Bezugespannung 17 und der zum negativen Gleichspannungsquellenausgang
führenden Leitung 39 angeordnet ist. Ein positives Ausgangssignal (Uk'> Ub')
bewirkt demnach, daß die Diode 33 gesperrt wird und dadurch die Basis des Transistors
36 auf Bezugsspannung liegt, wodurch über den Widerstand 35 ein Basisstrom fließt.
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Der dabei am Widerstand 38 auftretende Spannungsabfall wird dem Zündgitter
des Thyristors 6 zugeleitet und kann dort eine Zündung bewirken. Durch entsprechende
Dimensionierung der Widerstände 25, 26, 31 und 31' kann also erreicht werden, daß
eine Zündung des Thyristors erfolgt, sobald die Spannung Uk einen geeigneten Wert,
z. B. 80 V, aufweist. Um ein einwandfreies Arbeiten des Differenzverstärkers 30
auch beim Aufbauen der Spannung Ug sicherzustellen, ist, wie bereits erwähnt, anstelle
des Widerstandes 31' eine Hilfs-Zener-Diode angeordnet. Bei gesperrter Zener-Diode
31' wirkt also der Widerstand 31 lediglich als Vorschaltwiderstand und die Spannung
Ub' erreicht rasch den nötigen Betriebswert.
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Die Abgabe einer Zündspannung an den Thyristor 6 erfolgt jedoch nicht,
falls die Basis des Transistors 36 über eine weitere Diode 40, deren Eingänge in
analoger Weise über Widerstände 41 und 42 mit der Leitung 17 verbunden sind, auf
niedrigem Niveau gehalten wird.
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Der negative Eingang dieser zweiten Diode 40 ist mit
dem
Ausgang eines den Komparator 23 darstellenden Differenzverstärkers verbunden. Dem
positiven Eingang dieses Differenzverstärkers ist die am Spannungsteiler 31, 31'
abgegriffene Spannung Ub' zugeführt, während dem negativen Eingang der Spannungsabfall
an einem Widerstand 32 zugeführt ist.
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Der Widerstand 32 dient dabei zusammen mit dem Widerstand 43 gleichzeitig
als Spannungsteiler für die an der Leitung 16 anliegende Spannung Uk. Ferner ist
dem Widerstand 32 ein Kondensator 44 parallel geschaltet, der sich entsprechend
den über diesen Spannungsteiler fließenden Strömen allmählich auflädt.
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Bis dieser Spannungsabfall nach mehreren Zündversuchen allmählich
den eingestellten Grenzwert Ub' erreicht, ist demnach der Ausgang des Differenzverstärkers
23 positiv und es können Thyristorzündungen stattfinden. Erst nach Erreichen des
eingestellten Grenzwertes Ub' kehrt die Verstärkerausgangsspannung ihr Vorzeichen
um und sperrt über die Diode 40 den Transistor 36, so daß nunmehr das Zündgitter
auf dem niedrigen Niveau der Leitung 39 liegt und weitere Thyristorzündungen unterbunden
werden. Weitere
Thyristorzündungen werden aber auch unterbunden, wenn infolge einer
erfolgreichen Lampenzündung der Lichtbogen brennt und daher die Spannung Ug und
in deren Gefolge die Bezugsspannung Ub bzw. Ub'sinkt.
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Schließlich ist vorteilhaft noch eine Diode 50 vorgesehen, die das
Zündgerät vor Zerstörung schützt, falls beim Anschluß an die Stromquelle die Polung
vertauscht wird.
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Die in F i g. 2 gezeigte Schaltung verwendet nur handelsübliche Bauteile,
die als gedruckte Schaltung auf einer einzigen kleinen Plattine untergebracht werden
können. Dadurch wird nicht nur eine rationelle Fertigung möglich, bei der nachträgliches
Justieren und Warten entfällt, vielmehr kann das Zündgerät wegen seiner geringen
Abmessungen im Lampengehäuse untergebracht und wirksam abgeschirmt werden.
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Eigene Versorgungsleitungen entfallen, da die Energieversorgung des
Zündgerätes über die Lampenzuleitung erfolgt. Störungen in der Nachbarschaft angeordneter
elektronischer Geräte infolge hochfrequenter Streuungen sind auf ein Mindestmaß
reduziert.