DE4236403A1 - Zündschaltung für eine Hochdruckmetalldampfentladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündschaltung für eine Hochdruckmetalldampfentladungs­ lampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine derartige Zündschaltung ist nach der DE-OS 31 08 547 und der DE-OS 37 36 542 bekannt.

Bei modernen Hochdruckmetalldampfentladungslampen ist der sogenannte Brenner meistens in einem evakuierten Glaskolben angeordnet. Der Brenner besteht seinerseits aus einer Glasröhre, die an ihren Enden die Elektroden aufweist und in der sich im Betriebszustand Metalldampf, vorzugsweise Halogen-Metalldampf bildet. Der Kolben ist mit elektrischen Anschlüssen, vorzugsweise einer Schraubfassung versehen. Die elektrischen Anschlüsse des Kolbens sind mit den Anschlüssen der Elektroden des Brenners über Verbindungsdrähte verbunden. Die Verbindungsdrähte können den Brenner in dem Kolben in einer zentrierten Position halten; es ist aber auch möglich, zusätzlich Haltedrähte für die Positionierung des Brenners vorzusehen.

Hochdruckmetalldampfentladungslampen der vorstehend beschriebenen Art sowie die dazu notwendigen Zündschaltungen werden häufig auch auf Schiffen oder Fahrzeugen, wie beispielsweise Kranbahnen oder dergleichen eingesetzt, wo sie starken Vibrationen ausgesetzt sind. Die Vibrationen können die Ursache für den Bruch der Zuleitungsdrähte zum Brenner in dem evakuierten Kolben sein. Ein solcher Bruch hat zur Folge, daß der durch die im Betrieb befindliche Lampe fließende Strom wegen des in dem Kolben herrschenden Vakuums abrupt unterbrochen wird, ohne daß sich ein die Abschaltzeit verlängender Lichtbogen an der Unterbrechungsstelle ausbilden kann. Die kurzzeitige Abschaltung des relativ hohen Lampenstroms, der beispielsweise 6 A betragen kann, bewirkt, daß die in der Drossel gespeicherte Energie zu einem hohen Spannungsstoß an der Serienschaltung aus Stoßkondensator und Zündkondensator führt und in Form eines dadurch verursachten Stromes über die Reihenschaltung dieser beiden Kondensatoren abzufließen versucht. Dieser Spannungsstoß kann zur Zerstörung der Kondensatoren führen, insbesondere wenn er wiederholt auftritt. Letzteres ist dadurch möglich, daß infolge der Vibrationen die Drahtenden an der Bruchstelle wieder in Kontakt treten und erneut unterbrochen werden usw.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maßnahme bei einer Zündschaltung der im Oberbegriff beschriebenen Art zu treffen, mittels welcher die Zerstörung der Kondensatoren dieser Schaltung bei Verwendung von Lampen mit evakuiertem Glaskolben vermieden werden kann.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Wenn das zweite Schalterelement in den leitenden Zustand übergetreten ist, brennt die Schmelzsicherung sofort durch, mit der Folge, daß ein weiterer Betrieb der Lampe vor einem Wechsel der Schmelzsicherung ausgeschlossen ist. Mit dem Wechsel der Schmelzsicherung kann dann auch die Lampe ausgewechselt werden. Auf diese Weise werden die Kondensatoren der Zündschaltung dauerhaft geschützt.

Zweckmäßigerweise wird für das zweite Schalterelement ein solches verwendet, das bei Überspannung besonders schnell abschaltet. Geeignet ist dafür beispielsweise eine Gasfunkenstrecke. Die Durchbruchsspannung für eine hier typischerweise verwendete Gasfunkenstrecke, die als diskretes Bauelement im Handel erhältlich ist, beträgt etwa 600 bis 1000 V. Im nichtgezündeten Zustand hat die Gasfunkenstrecke einen sehr hohen Widerstand. Wenn sie dagegen gezündet hat, so ist der Widerstand sehr niedrig. Mit dem Zünden verringert sich die Spannung an der Gasfunkenstrecke auf eine Brennspannung, die wesentlich niedriger als die Durchbruchsspannung ist. Typischerweise werden hier Gasfunkenstrecken mit einer Brennspannung von etwa 20 bis 60 V verwendet. Wenn die Spannung, die an der Gasfunkenstrecke im gezündeten Zustand anliegt, die Brennspannung unterschreitet, so fällt die Gasfunkenstrecke wieder in den nichtleitenden Zustand zurück.

Das erste Schalterelement kann - wie bekannt - ein SIDAC sein. Dieses Bauelement unterscheidet sich von dem zweiten Schalterelement dadurch, daß die Maximalspannung und die Minimalspannung nur in geringem Maße voneinander abweichen.

Da es sich bei Zündschaltungen der hier betrachteten Art um Massenprodukte handelt, ist man bestrebt, den Preis durch Einsparen von Bauelementen niedrig zu halten. In diesem Sinne können - wie ebenfalls bekannt - die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Impulstransformators galvanisch miteinander verbunden sein und auf diese Weise einen Spartransformator bilden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben.

Die in der Zeichnung gezeigte Zündschaltung ist mit zwei Anschlüssen 1, 2 für das Wechselstromnetz versehen und dient zum Zünden einer Hochdruckmetallentladungs­ lampe 5. Ein Anschluß der Lampe 5 ist mit einem Netzanschluß 2 verbunden. Der andere Anschluß der Lampe 5 ist mit einem Überlagerungszündspannungsgerät 4 verbunden. Dem Überlagerungszündspannungsgerät 4 ist eine Vorschaltinduktivität 3 vorgeschaltet, die von einer Drossel gebildet ist. Die Vorschaltinduktivität 3 liegt einerseits am Wechselstromnetzanschluß 1 und ist andererseits mit einem Anschluß eines Stoßkondensators 6 verbunden. Der andere Anschluß des Stoßkondensators 6 ist mit einem Anschluß eines Zündhilfskondensators 7 verbunden. Der andere Anschluß des Zündhilfskondensators 7 ist über eine Schmelzsicherung 16 mit dem Wechselstromnetzanschluß 2 verbunden. Dem Zündhilfskondensator 7 ist ein Widerstand 8 parallel geschaltet, der die Einhaltung des gewünschten Betriebsspannungsbereiches und der gegebenen Grenzen für die Phasenlage der Zündimpulse gewährleistet. Der Verbindungspunkt zwischen dem Stoßkondensator 6 und dem Zündhilfskondensator 7 ist über eine Hochfrequenzspule 14 mit einem Anschluß eines ersten Schalterelementes 9 verbunden. Dieses ist im vorliegenden Fall ein SIDAC. Dieses Schalterelement ist normalerweise nicht-leitend. Es wird leitend, wenn die an ihm anliegende Spannung einen bestimmten Schwellspannungswert über­ schreitet. Das gilt in beiden Polaritätsrichtungen. Das erste Schalterelement 9 kann bei­ spielsweise auch eine Vierschichtdiode sein. Der andere Anschluß des Schalterelementes 9 ist mit einem Anschluß 15 eines als Spartransformator geschalteten Impulstransformators 10 verbunden. Der andere Anschluß 16 des Impulstransformators ist mit der Lampe 5 verbunden. Der Impulstransformator 10 ist mit einer Anzapfung 13 versehen, welche mit dem Verbindungspunkt zwischen der von der Drossel gebildeten Vorschaltinduktivität 3 und dem Stoßkondensator 6 verbunden ist. Bei dem Impulstransformator 10 liegt die Primärwicklung zwischen dem einen Anschluß 15 und der Anzapfung 13. Die Sekundärwicklung liegt zwischen der Anzapfung 13 und dem mit der Lampe verbundenen Wicklungsende. Anstelle des Spartransformators kann auch ein Transformator mit getrennter Primär- und Sekundärwicklung verwendet werden. Zu der von dem Stoßkondensator 6 und dem Zündhilfskondensator 7 gebildeten Reihenschaltung ist eine Gasfunkenstrecke 15 parallel geschaltet.

Die Lampe 5 besteht aus dem Brenner 17 und einem evakuierten Glaskolben 18. In dem ebenfalls aus Glas bestehenden Brenner 17 befinden sich die Elektroden sowie die im Betrieb den Metalldampf bildenden Substanzen. Die Elektroden sind mit entsprechenden Anschlüssen am Kolben 18 durch Verbindungsdrähte 19 verbunden, die den Brenner 17 in dem Kolben 18 in zentrierter Position halten. Es ist aber auch möglich, daß separate Haltedrähte für den Brenner 17 vorgesehen sind.

Die Schaltung funktioniert wie folgt: Wenn das Wechselstromnetz an die Anschlüsse 1 und 2 angeschaltet wird und beispielsweise eine positive Halbwelle beginnt, so werden der Stoßkondensator 6 und der Zündhilfskondensator 7 über die von der Drossel gebildete Vorschaltinduktivität 3 während der ansteigenden Phase der Halbwelle aufgeladen. Wenn die Spannung an dem Stoßkondensator 6 den von dem ersten Schalterelement 9 vorgegebenen Spannungsschwellwert überschreitet, so schaltet das Schalterelement 9 durch, d. h. es wird schlagartig vom nicht-leitenden Zustand in den leitenden Zustand umgeschaltet. Dadurch entlädt sich der Stoßkondensator 6 über das Schalterelement 9. Dies hat zur Folge, daß an der Anzapfung 13 des Impulskondensators 12 ein Spannungsstoß entsteht, der sich der am oberen Anschluß der Lampe 5 liegenden Netzspannung überlagert und mehrere kV betragen kann. Dieser Spannungsstoß führt zur Ionisierung der Lampe 5. Gleichzeitig wird der aus der Vorschaltinduktivität 3 und dem Zündhilfskondensator 7 gebildete Reihenresonanzkreis angestoßen, mit der Folge, daß eine gedämpfte Schwingung entsteht. Diese liegt an der Primärwicklung 11 des Impulstransformators 10 und wird hochtransformiert, so daß nach dem Spannungsstoß an der Lampe 5 eine abklingende Hochfrequenzschwingung hoher Spannung anliegt. Die Resonanzfrequenz der aus der Vorschaltinduktivität 3 und dem Zündhilfskondensator 7 gebildeten Reihenresonanzschaltung ist so gewählt, daß zumindest die auf den Spannungsstoß folgende erste Halbwelle der abklingenden Schwingung auf die noch ionisierte Lampe 5 trifft, wenn die Lampe 5 nicht schon auf den Spannungsstoß hin gezündet hat. Mit dem Abklingen der Hochfrequenzschwingung unterhalb des Spannungsschwellwertes des ersten Schalterelementes 9 wird dieses wieder nicht-leitend. Danach wiederholt sich dieser Vorgang bis die Lampe zündet. Wenn nun beispielsweise dann, wenn die Lampe 5 starken Vibrationen ausgesetzt ist, ein Bruch in einer der Zuleitungen 19 zu dem Brenner 17 innerhalb des evakuierten Kolbens 18 auftritt, so wird - wenn die Lampe 5 in Betrieb ist - der Lampenstrom abrupt unterbrochen, ohne daß die Abschaltung verzögert wird. Dies hat nach der Formel

U=I·dI/dt

zur Folge, daß die in der Drossel 3 gespeicherte Energie zu einem Spannungsstoß vor Amplitude an der Reihenschaltung aus den beiden Kondensatoren 6 und 7 führt und als Strom durch diese beiden Kondensatoren abzufließen versucht. Der Spannungsstoß kann zur Zerstörung der beiden Kondensatoren führen, insbesondere dann, wenn er mehrmals hintereinander auftritt. Letzteres ist möglich, wenn die Bruchstellen der betreffenden Zuleitung 19 in dem Kolben 18 infolge der Vibrationen wiederholt kontaktiert und unterbrochen werden.

Um die Kondensatoren 6 und 7 zu schützen, wurde deshalb zu der Reihenschaltung dieser Kondensatoren die Gasfunkenstrecke 15 parallel geschaltet. Die Gasfunkenstrecke 15 ist ein diskretes Bauelement, das normalerweise nichtleitend ist. Wenn jedoch an der Gasfunkenstrecke eine maximale Durchbruchsspannung von beispielsweise 800 V überschritten wird, so wird sie schlagartig leitend, mit der Folge, daß die in der Drossel 3 gespeicherte Energie nicht als Strom über die Kondensatoren 6 und 7 abfließt, sondern über die Gasfunkenstrecke 15. Die Schmelzsicherung 16 ist so dimensioniert, daß sie durchbrennt, wenn die Gasfunkenstrecke 15 durchbricht. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß ein Weiterbetrieb einer defekten Lampe 5 ohne Auswechseln der durchgebrannten Schmelzsicherung 16 nicht möglich ist. Mit dem Auswechseln der Schmelzsicherung 16 kann dann auch die defekte Lampe 5 ausgewechselt werden.

Claims (5)

1. Zündschaltung für eine Hochdruckmetalldampfentladungslampe, die an eine Wechselstromquelle, vorzugsweise an das Wechselstromnetz anzuschließen ist, bestehend aus einer von einer Drossel gebildeten Vorschaltinduktivität, einem Stoßkondensator, einem Resonanzkondensator, einem ersten Schalterelement, welches zumindest in einer Polaritätsrichtung oberhalb einer bestimmten Maximalspannung leitend und unterhalb einer Minimalspannung nicht-leitend ist, und mit einem Impulstransformator, wobei die Drossel, der Stoßkondensator und der Zündkondensator eine Reihenschaltung bilden, wobei dem Stoßkondensator das erste Schalterelement und die mit dem ersten Schalterelement in Serie geschaltete Primärwicklung des Impulstransformators parallel geschaltet sind, und wobei die Drosselwicklung, die Sekundärwicklung des Impulstransformators und die Lampe ebenfalls eine Reihenschaltung bilden, die an die Wechselstromquelle anzuschließen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Reihenschaltung aus Stoßkondensator (6) und Zündkondensator (7) zusätzlich eine Schmelzsicherung (16) in Reihe geschaltet ist, wobei die Reihenschaltung aus Zündkondensator (7), Stoßkondensator (6) und Schmelzsicherung an die Wechselstromquelle (1, 2) anzuschließen ist, daß der Reihenschaltung aus Zündkondensator (7) und Stoßkondensator (6) ein zweites Schalterelement (15) parallel geschaltet ist, welches zumindest in einer Polaritätsrichtung oberhalb einer bestimmten Maximalspannung leitend und unterhalb einer Minimalspannung nicht-leitend ist, und daß die Schmelzsicherung (16) so bemessen ist, daß sie durchbrennt, wenn das zweite Schalterelement (15) leitend wird.

2. Zündschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Schalterelement (15) eine Gasfunkenstrecke ist.

3. Zündschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbruchspannung der Gasfunkenstrecke etwa 600 bis 1000 V und die Brennspannung etwa 20 bis 60 V ist.

4. Zündschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schalterelement ein SIDAC ist.

5. Zündschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (11) und die Sekundärwicklung (12) des Impulstransformators (10) galvanisch verbunden sind und einen Spartransformator bilden.