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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur
Zündung einer Entladungslampe mit hoher Intensität. Im Allgemeinen wird die
Schaltungsanordnung durch ein Vorschaltgerät für die HID-Lampe gebildet. Ebenfalls besteht die
Möglichkeit, dass die Schaltungsanordnung durch einen separaten Ignitor gebildet wird.
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Eine HID-Lampe gehört gewöhnlich einer Lampenfamilie mit
Hochdruckquecksilber-, Natriumhochdruck-, Metallhalogen- und Natriumdampf-Niederdrucklampen
am. Eine HID-Lampe weist bei Zündung ein Glühverhalten auf, bei welchem in der Lampe
eine Glimmentladung entwickelt wird, bevor eine Entladung des kompletten Lichtbogens
stattfindet. Ein konventionelles Vorschaltgerät zur Speisung einer HID-Lampe weist einen
Ignitor auf. Der Ignitor führt der Lampe Zündimpulse mit hoher Spannung zu, um diese
einzuschalten.
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Die Energie von den durch den Ignitor erzeugten Impulsen mit hoher
Spannung wird der Lampe zugeführt, bevor diese in den Glimmzustand übergeht. Sobald die
Lampe in den Glimmzustand übergeht, wird der Ignitor abgeschaltet. In dem Glimmzustand
werden keine Impulse mit hoher Spannung erzeugt. Findet eine erfolgreiche Zündung statt,
geht die Lampe schnell von dem Glimmzustand in einen Dauerbetriebszustand, das heißt,
von einem Glimmentladungszustand in einen Lichtbogenentladungszustand zwischen den
Elektroden der Lampe, über. Schaltungsanordnungen dieser Art sind aus US-A-4 695 771
und US-A-4 678 968 bekannt.
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Die für eine erfolgreiche Zündung erforderliche Energiemenge variiert und
hängt von Faktoren, wie zum Beispiel Teildrucken der Gase innerhalb der Lampe, ab, ist
jedoch nicht auf diese beschränkt. Wird der HID-Lampe eine unzureichende Energiemenge
zur Zündung zugeführt, kann die Lampe in ihrem Glimmzustand blockiert werden und nie
einen Dauerbetriebszustand (vollständiger Lichtbogen) erreichen.
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Wird die Lampe wiederholt längeren Verweilzeiten im Glimmzustand
ausgesetzt, so können die Elektroden der HID-Lampe Schaden nehmen. Dieses kann in einer
Zerstörung der Lampe resultieren.
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Infolgedessen ist es wünschenswert, einen verbesserten HID-Ignitor mit
zuverlässigeren HID-Zündungseigenschaften vorzusehen. Der Ignitor sollte insbesondere
längere Verweilzeiten im Glimmzustand vermeiden.
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Im Allgemeinen weist eine Schaltungsanordnung zur Zündung einer
Entladungslampe hoher Lichtstärke, welche einen Glimmzustand während der Zündung vorsieht,
nach einem ersten Aspekt der Erfindung Ausgangsklemmen und einen Ignitor auf, um bei
Zünden der Lampe vor und zumindest im Wesentlichen während des Glimmzustands der
Entladungslampe hoher Lichtstärke Zündimpulse zu erzeugen. Der Ignitor weist einen
Spannungssensor auf, um die Spannung an den Ausgangsklemmen zu erfassen und spricht
bei der Erzeugung von Zündimpulsen auf den Spannungssensor an.
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Die Schaltungsanordnung verhindert durch Erzeugung von Zündimpulsen
nicht nur vor, sondern auch im Wesentlichen während des Glimmzustands der
Entladungslampe hoher Lichtstärke, dass die Lampe über einen längeren Zeitraum im Glimmzustand
verbleibt. Die vor und im Wesentlichen während des Glimmzustands erzeugten
Zündimpulse sehen ausreichend Energie vor, um einen erfolgreichen Übergang zu ermöglichen, d. h.,
um die Lampe von dem Glimmentladungs- in den Lichtbogenentladungsbetriebszustand zu
vesetzen. Eine Beschädigung der Lampenelektroden und eine daraus resultierende
Zerstörung der Lampe auf Grund einer längeren Betriebsdauer im Glimmzustand bei Einschalten
wird praktisch eliminiert.
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Vorzugsweise weist der Ignitor ein bilaterales Schaltelement, wie zum
Beispiel einen SIDAC, mit einer Kippspannung auf, welche so ausgewählt ist, dass sie der
Spannung an der Lampe etwa am Ende des Glimmzustands der Lampe entspricht, wobei
der Ignitor jedoch nicht auf ein solches Schaltelement begrenzt ist. Der Ignitor weist
vorzugsweise ebenfalls einen Kondensator auf, welcher an das bilaterale Schaltelement
gekoppelt ist, über welches sich der Kondensator bei Schalten des bilateralen Schaltelementes
entlädt.
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Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung liegen zum Teil auf der Hand
und gehen zum Teil aus der Beschreibung hervor.
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Die vorliegende Erfindung umfasst folglich mehrere, in Bezug zueinander
stehende Schritte, wobei die Anordnung Konstruktionsmerkmale, Kombinationen aus
Elementen und Anordnungen von Teilen aufweist, welche solche Schritte hervorrufen können;
dieses alles wird in der nachfolgenden, detaillierten Offenbarung erläutert und der
Schutzumfang der Erfindung in den Ansprüchen angegeben.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und
wird im Folgenden näher beschrieben.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weist die Schaltungsanordnung ein
Vorschaltgerät 10 auf, welches über ein Paar Eingangsklemmen 33 und 36 an eine
Wechselspannungsquelle 20 angeschlossen ist. Das Vorschaltgerät 10 führt einer HID-Lampe 40
über ein Paar Ausgangsklemmen 39 und 42 Energie zu.
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Das Vorschaltgerät 10 weist einen Autotransformator 60 auf, welcher eine
Primärwicklung 60 mit einem Abgriff 63 vorsieht. Wicklung 60 ist mit Eingangsklemmen
33 und 36 verbunden. Ein Kondensator 66 ist zwischen Abgriff 63 und einem Ende einer
Vorschaltwicklung 65 geschaltet. Vorschaltwicklung 65, welche an Primärwicklung 60
magnetisch gekoppelt ist, weist einen ersten Abgriff 76 und einen zweiten Abgriff 77 auf.
Der Teil der Vorschaltwicklung 65 zwischen den Abgriffen 76 und 77 wird im
Allgemeinen als Ignitorwicklung 79 bezeichnet. Das andere Ende der Vorschaltwicklung 65 ist mit
Ausgangsklemme 39 verbunden.
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Vorschaltwicklung 65 dient zur Begrenzung/Regelung des Pegels des durch
Lampe 40 fließenden Stromes, wenn diese eingeschaltet ist. Ein SIDAC 89 und ein
Kondensator 92 sind über die Reihenschaltung eines Induktors 95 und eines Widerstands 96
ebenfalls mit dem Knotenpunkt verbunden, an welchem Primärwicklung 60,
Eingangsklemme 36 und Ausgangsklemme 42 zusammengeschaltet sind. Ignitorwicklung 79, SI-
DAC 89, Kondensator 92, Induktor 95 und Widerstand 96 dienen zusammen als Ignitor
(d. h. Zündschaltung) 80. Ignitor 80 kann vollständig an Vorschaltwicklung 79
angeschlossen sein. Alternativ können SIDAC 89 und Kondensator 92 jeweils mit Abgriffspunkten 76
und 77 lösbar verbunden sein.
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Das Vorschaltgerät 10 arbeitet wie folgt. Den Eingangsklemmen 33 und 36
von Vorschaltgerät 10 wird von der Wechselspannungsquelle 20 Energie zugeführt. Die
von der Wechselspannungsquelle 20 erzeugte Spannung reicht nicht aus, um die Lampe 40
zu zünden/einzuschalten, wobei für letztere Zünd-(Einschalt-)impulse erforderlich sind. Die
Zündimpulse werden durch Ignitor 80 vorgesehen. Genauer gesagt, wenn durch
Kondensator 92, Induktor 95 und Widerstand 96 Strom fließt, lädt sich der Kondensator 92 bis zu
der Kippspannung von SIDAC 89 auf.
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Die Kippspannung wird so ausgewählt, dass diese der charakteristischen
Glimmentladungsspannung von Lampe 40 entspricht, das heißt, mit der
Glimmentladungsspannung der Lampe 40 identisch oder geringfügig niedriger als diese ist, jedoch weit über
der Spannung des konstanten Lichtbogens der Lampe liegt. Die Glimmentladungsspannung
variiert bei den verschiedenen HID-Lampen und hängt unter anderem davon ab, ob die
Lampe Elektroden mit oder ohne Emitter aufweist. Bei Lampen, welche Elektroden mit
Emitter aufweisen, ist die Glimmentladungsspannung erheblich niedriger als bei
vergleichbaren Lampen mit Elektroden ohne Emitter. Für einen Fachkundigen ist es ohne Weiteres
möglich, die Glimmentladungsspannung experimentell zu bestimmen. Mit anderen Worten,
die Kippspannung wird so gewählt, dass diese der Spannung an der Lampe etwa am Ende
des Glimmzustands der Lampe entspricht.
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Bei Erreichen der Kippspannung schaltet SIDAC 89 von seinem
vorhergehenden, ausgeschalteten in seinen eingeschalteten Zustand um. Kondensator 92 entlädt sich
nun über Ignitorwicklung 79 und SIDAC 89, was in einem, an Ignitorwicklung 79
erzeugten Spannungsimpuls resultiert. Durch Transformatoreinwirkung (d. h. Vorschaltgerät 65
wirkt als Autotransformator) wird an Ausgangsklemmen 39, 42 ein Impuls mit hoher
Spannung erzeugt. Durch das zyklische Laden und Entladen von Kondensator 92 werden an
Ausgangsklemmen 39, 42 eine Anzahl Impulse mit hoher Spannung erzeugt. Von Ignitor
80 werden vor und im Wesentlichen während des Glimmzustands der Lampe 40
Zündimpulse vorgesehen, indem die Kippspannung von SIDAC 89 dem Glimmzustand der Lampe
40 zugeordnet wird. Bei Übergang von der Glimmentladung zur Entladung des
vollständigen Lichtbogens nimmt die Spannung an Lampe 40 vorübergehend zu. Im Anschluss an
den Übergang in einen Zustand (Entladung) mit komplettem Lichtbogen fällt die Spannung
an Lampe 40 in ausreichendem Maße ab, um den SIDAC 89 abzuschalten. Infolgedessen
wird der Ignitor 80 nach dem Übergang in eine Entladung des vollständigen Lichtbogens
abgeschaltet.
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SIDAC 89 dient als Spannungssensor zur Erfassung der Spannung an
Ausgangsklemmen 39 und 42 des Vorschaltgerätes 10. Ignitor 80 sieht in Reaktion auf das
zyklische Ein- und Ausschalten von SIDAC 89 eine ausreichende Energiemenge für einen
erfolgreichen Übergang der Lampe 40 vor. Im Besonderen wird durch das kontinuierliche
Erzeugen von Zündimpulsen vor und zumindest im Wesentlichen während des
Glimmzustands verhindert, dass Lampe 40 längere Zeit im Glimmzustand verbleibt. Eine
Beschädigung der Lampenelektroden und eine daraus resultierende Zerstörung der Lampe auf Grund
einer längeren Verweilzeit im Glimmzustand wird praktisch eliminiert.
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Handelt es sich bei Lampe 40 zum Beispiel um eine Metallhalogenlampe,
nominell ausgelegt für 150 Watt, 95 Volt, wobei SIDAC 89 eine Kippspannung zwischen
etwa 110 und 125 Volt aufweist, wird an Ignitorwicklung 79 ein Spannungsimpuls von
etwa 110-125 Volt angelegt. An Ausgangsklemmen 39, 42 wird eine Spannung von etwa
1800 bis 3500 Volt erzeugt, um die Lampe einzuschalten. Die Kippspannung von etwa 110-
125 Volt von SIDAC 89 entspricht jeweils einer Lampenspannung zwischen 150 und 200
Volt. Der Zyklus des Ladens von Kondensator 92 bis zu Erreichen der SIDAC-
Kippspannung, was in der Erzeugung eines, der Lampe 40 zugeführten Impulses mit hoher
Spannung resultiert, wird vor und zumindest im Wesentlichen während des Glimmzustands
von Lampe 40 wiederholt. Ignitor 80 wird am Ende des Glimmzustands abgeschaltet.
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Präziser ausgedrückt, sobald Lampe 40 eingeschaltet ist, fällt die Spannung
an SIDAC 89 soweit ab, dass sie unter der Kippspannung desselben liegt. Ignitor 80 kann
an Ignitorwicklung 79 keinen Spannungsimpuls mehr erzeugen. Mit anderen Worten,
Ignitor 80 erzeugt keine zusätzlichen Spannungsimpulse, solange Lampe 40 eingeschaltet
bleibt.
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Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist
Vorschaltgerät 30 durch einen 150 Watt Metallhalogen-Konstantleistungsautotransformator (CWA),
erhältlich bei Advance Transformer Company of Rosemont, Illinois, als Artikel Nr.
71A5486, dargestellt. Kondensator 66 ist nominell für 22,5 uF, 240 Volt ausgelegt. SIDAC
89 ist von Shindengen Electric Mfg. Co., Ltd. als Artikel Nr. K1V12 lieferbar und weist
eine nominell bemessene Kippspannung von etwa 110-125. Volt auf. Kondensator 92 ist
nominell für etwa 0,33 Mikrofarad bemessen. Lampe 40 ist durch eine Entladungslampe
mit hoher Intensität, wie zum Beispiel eine 150 Watt/95 Volt Metallhalogenlampe,
dargestellt, ist jedoch nicht auf eine solche beschränkt. Induktor 96 weist typischerweise zwei in
Reihe geschaltete Spulen, jeweils nominell für 22 Millihenries ausgelegt, auf. Widerstand
95 ist nominell für 3,5 Kiloohm bemessen.
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Wie das zuvor Dargelegte zeigt, sieht die Erfindung eine verbesserte
Zündung vor, bei welcher Zündimpulse vor und zumindest im Wesentlichen während des
Glimmzustands der Lampe 40 erzeugt werden. Längere Verweilzeiten der Lampe im
Glimmzustand werden praktisch eliminiert, indem ausreichend Energie für einen
erfolgreichen Übergang der Lampe 40 vorgesehen wird.