EP1336975A2 - Skabkerntransformator und Lampensockel mit Stabkerntransformator - Google Patents

Skabkerntransformator und Lampensockel mit Stabkerntransformator Download PDF

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EP1336975A2
EP1336975A2 EP03002845A EP03002845A EP1336975A2 EP 1336975 A2 EP1336975 A2 EP 1336975A2 EP 03002845 A EP03002845 A EP 03002845A EP 03002845 A EP03002845 A EP 03002845A EP 1336975 A2 EP1336975 A2 EP 1336975A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rod
core transformer
rod core
transformer according
turns
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03002845A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1336975A3 (de
Inventor
Matthias Burkhardt
Herbert Maurizio Cardarelli
Bernhard Röllgen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Electronics AG
Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Epcos AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH, Epcos AG filed Critical Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Publication of EP1336975A2 publication Critical patent/EP1336975A2/de
Publication of EP1336975A3 publication Critical patent/EP1336975A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/02—Details
    • H05B41/04—Starting switches
    • H05B41/042—Starting switches using semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/08—High-leakage transformers or inductances
    • H01F38/10—Ballasts, e.g. for discharge lamps

Definitions

  • the invention relates to a rod core transformer according to claim 1 and a discharge lamp base with such a rod core transformer and a mercury-free high-pressure discharge lamp for a motor vehicle headlight.
  • the international patent application PCT / EP00 / 02608 with the publication number WO 00/59269 discloses a gas discharge lamp base with an ignition device, which has a toroidal transformer arranged in the base.
  • the toroidal transformer is used to generate the ignition voltage for the gas discharge lamp.
  • the object of the invention to provide a transformer that is used is suitable as an ignition transformer in a lamp base and as small as possible Has loss lines in the windings.
  • the transformer as an ignition transformer for a mercury-free metal halide high-pressure discharge lamp be usable compared to a corresponding one mercury-containing metal halide high-pressure discharge lamp a by approx. 50% reduced burning voltage.
  • the transformer can be designed as a rod core transformer easier to insert into the lamp base using a pick and place machine than for example a toroidal transformer.
  • the rod core transformer according to the invention has several electrically conductive with one another connected secondary windings on at least two rod-shaped, cores arranged parallel to one another with respect to their longitudinal axis are applied, the total resistance of the secondary windings being smaller or is equal to 2 ⁇ .
  • the secondary windings each have several one above the other wound and parallel layers of turns, even with a large one Transmission ratio still a sufficiently high current flow on the secondary side to ensure.
  • the secondary windings arranged on different rod-shaped cores are preferably connected in series. As a result, their induction voltages add up and there is a higher ignition voltage for the discharge lamp on the secondary side of the rod core transformer. If not all secondary windings are required to generate the highest possible induction voltage, some or even all of the secondary windings can be connected in parallel to thereby reducing the overall resistance of the secondary windings.
  • the rod-shaped cores of the transformer according to the invention are advantageously designed as ferrites and in particular as nickel-zinc sintered ferrites.
  • ferrites consist of a sintered nickel-zinc mixed oxide, which has a comparatively high specific electrical resistance of approximately 10 5 ⁇ m.
  • the ferrites can therefore de facto be regarded as electrical insulators. They ensure a high dielectric strength of the rod core transformer and thereby enable the generation of very high induction voltages.
  • the rod core transformer according to the invention has exactly two rod-shaped cores, each with a secondary winding arranged thereon, where each of these secondary windings has 50 to 200 turns.
  • Such one Rod core transformer is spatially compact and has a sufficient Number of turns on the secondary side to have a sufficiently large gear ratio to realize for its use as an ignition transformer.
  • the wire diameter of the secondary windings is advantageously greater than or equal to 0.1 mm and preferably even larger than 0.2 mm to the total resistance of the To keep secondary windings as low as possible.
  • Ignition transformer for generating the ignition voltage for a high-pressure discharge lamp is realizable, which has a small spatial extent, so that it in the base of a high-pressure discharge lamp for a motor vehicle headlight can be used, and its secondary side has a sufficiently low internal resistance also has high-pressure discharge lamps with the rod core transformer comparatively low operating voltage, such as mercury-free metal halide high-pressure discharge lamps, to be able to operate.
  • the secondary side the rod core transformer has such a low resistance that only here low losses occur, even when the secondary windings - as in use common in pulse ignition devices - after the gas discharge has ignited the lamp current flows through in the lamp.
  • the at least one primary winding of the rod core transformer is advantageously arranged such that the magnetic flux in two side by side arranged rod-shaped cores runs in opposite directions.
  • a primary winding is arranged from a ferrite core, wherein the primary windings are connected in parallel.
  • These measures will Stray field of the transformer reduced.
  • rod-shaped at the ends Ferrite cores advantageously arranged ferrite plates, each with two neighboring rod-shaped ferrite cores work together to the stray field of the Curb transformer. This will reduce the losses in the rod core transformer further reduced.
  • the distance of the ferrite plates to the ends of the rod-shaped Ferrite cores can advantageously be varied or adjusted to match the inductance of the transformer according to the invention to the desired value can.
  • the primary winding or the primary windings of the rod core transformer according to the invention advantageously have only 1 to 3 turns in order to make one possible to achieve a large transmission ratio and thus a correspondingly high ratio Allow induction voltage.
  • Rod core transformers are advantageously each in a separate one Housing housed, the housing by a plug connection with each other are connectable. This allows the individual rod-shaped cores to open simply arranged next to each other at a well-defined distance and in front external influences are protected.
  • These housings preferably consist of an electrically insulating material, for example plastic, to ensure sufficient To ensure high voltage resistance of the transformer. From the for the same reason, the cavities in the housing are advantageously with a electrically insulating potting compound filled.
  • the potting compound preferably contains a homogeneously mixed ferrite powder to the inductance of the rod core transformer to improve.
  • the ferrite powder in the casting compound can additionally to the ferrite platelets mentioned above or used instead of these ferrite platelets become. But it is also possible both on the ferrite plates and on the To dispense with ferrite powder in the sealing compound.
  • the preferred exemplary embodiment of the invention shown in FIG. 1 is a rod core transformer 1 with two rod-shaped ferrite cores 2, 3, which are arranged next to one another offset parallel to one another with respect to their longitudinal axis.
  • the ferrite cores 2, 3 each consist of an essentially cuboid nickel-zinc sintered ferrite with an essentially square cross section of 25 mm 2 .
  • the length of the ferrite cores is 31 mm.
  • a 4-layer secondary winding 4, 5 is arranged on each ferrite core 2, 3. Both secondary windings 4, 5 are of completely identical design and are connected in series, so that their induction voltages add up.
  • Each of the four layers 4a, 4b, 4c, 4d and 5a, 5b, 5c, 5d of a secondary winding 4 and 5 is equipped with 110 turns.
  • the four layers 4a, 4b, 4c, 4d and 5a, 5b, 5c, 5d of the secondary windings 4, 5 are shown schematically and only partially in section in FIG.
  • the turns of two adjacent layers are arranged exactly one above the other. This means that, for example, the first turn of the second layer of the secondary winding 4 or 5 is arranged exactly above the first turn of the first layer of the secondary winding 4 or 5.
  • This situation is shown schematically in FIG. The same applies to all other turns of the first and second layers of the secondary winding 4 and 5 and for all adjacent layers of the secondary winding 4 and 5.
  • the four layers 4a, 4b, 4c, 4d of the secondary winding 4 are connected in parallel, so that the in the four layers 4a, 4b, 4c, 4d add partial currents to the total current.
  • the same also applies to the four layers 5a, 5b, 5c, 5d of the secondary winding 5.
  • the secondary windings 4, 5 each consist of a copper wire with a diameter of 0.24 mm. The copper wire is coated with a varnish for its electrical insulation.
  • the two secondary windings 4, 5 are connected in series and have a total resistance of 0.47 Q.
  • a primary winding 6, 7 is also arranged on each ferrite core 2, 3 each have 2 turns.
  • the primary windings 6, 7 are each on the secondary winding 4 or 5 of the corresponding ferrite core 2 or 3 wound.
  • the Primary windings 6, 7 are designed as copper strips.
  • Both ferrite cores 2, 3 and the secondary windings 4, 5 and primary windings 6, 7 attached thereon each in a separate, essentially cuboid housing 8, 9 Plastic housed.
  • the end faces arranged at the ends of the ferrite cores 2, 3 the housing 8, 9 are open.
  • the essentially cuboid housing 8, 9 each have a wall 8a, 9a with a reduced extension in the longitudinal direction. These walls 8a, 9a touch and are connected by a connector 10 connected with each other.
  • the open faces of the essentially cuboid Housings 8, 9 are each closed by means of a plastic cover 12, 13.
  • Plastic cover 12 or 13 is designed such that it is both the same End of the ferrite cores 2, 3 arranged open end face of the housing 8 as well as the of the housing 9 covers.
  • a ferrite plate 14, 15 is arranged at each end of the ferrite core 2, 3, to contain the stray field of the transformer.
  • the ferrite plates 14, 15 are arranged at a predetermined distance from the ends of the ferrite cores 2, 3 set the inductance of the transformer to the desired value.
  • the Cavities between the walls of the housing 8, 9 and the plastic cover 12, 13 and the ferrite cores 2, 3 and the ferrite platelets 14, 15 are electrical with a insulating potting compound 16 filled.
  • the winding sense of the secondary windings 4, 5 and the primary windings 6, 7 is designed so that the magnetic Flow in the parallel arranged ferrite cores 2, 3 in opposite directions runs.
  • the winding start 40 of the first secondary winding 4 and that The winding ends 51 of the second secondary winding 5 are from the housing 8 and 9, respectively led out.
  • the winding end 41 of the first secondary winding 4 is with the Start of winding 50 of the second secondary winding 5 connected.
  • the two connections 17 of the parallel primary windings 2, 3 are also from the Housing 8 and 9 led out.
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of an ignition device for a high-pressure discharge lamp shown with the rod core transformer 1 described above.
  • This ignition device is a pulse ignition device which essentially from an ignition capacitor C1, a spark gap F1, a high-resistance one Resistor R1, a bidirectional threshold switch D1 and the windings 4, 5, 6, 7 of the rod core transformer 1.
  • the ignition voltage for the high-pressure discharge lamp is provided.
  • the input terminal J3 is at ground potential.
  • At the input terminal J1 becomes a DC voltage of - 400 V and at the input terminal J2 a DC voltage of + 600 V is provided.
  • the structure of the schematic in Figure 2 The pulse ignition device shown is state of the art and is therefore intended here not explained in more detail.
  • the two primary windings 6, 7 are connected in parallel and arranged in series with the spark gap F1, so that the parallel connection of the two primary windings 6, 7 via the spark gap F1 to the input terminals J1, J2 is connected.
  • the ignition capacitor C1 To ignite those connected to terminals J4, J5 High pressure discharge lamp, the ignition capacitor C1 to the breakdown voltage the spark gap F1 charged.
  • the capacitor then discharges C1 intermittently over the spark gap F1 and the primary windings 6, 7. In the secondary windings 4, 5 this generates a high induction voltage.
  • FIG. 3 shows a cross section through the upper part the base 20 of a high pressure discharge lamp, which is for use in a Motor vehicle headlights is provided.
  • the rod core transformer 1 is in one separate chamber 21 of the base 20 arranged.
  • a second chamber 22 of the Base 20 is a meandering mounting plate 23 arranged with the rest Components F1, R1, D1, C1 of the ignition device and with components 24 of the control gear of the high-pressure discharge lamp.
  • the base 20 On the top the base 20 has a receptacle 25 for the discharge vessel of the high-pressure discharge lamp on.
  • the underside of the base 20 is covered by a cover (not shown) closed and with the electrical connections (not shown) the Lamp equipped.
  • FIG. 4 shows a partially sectioned side view of the upper part of the base 20 and the lamp vessels 26, 27 of the high-pressure discharge lamp mounted in the receptacle 25.
  • This lamp is a mercury-free metal halide high-pressure discharge lamp with an electrical power consumption of approx. 35 W.
  • This lamp has a discharge vessel 26 which is sealed on both sides made of quartz glass, which is surrounded by a glass outer bulb 27 attached to it is.
  • the outer bulb 27 and the discharge vessel 26 are in a known manner in the Recording 25 of the base 20 fixed.
  • Within the discharge vessel 26 are two Electrodes 28, 29 arranged to generate a gas discharge.
  • As a discharge medium serve xenon and metal halides, which are present in vapor form in the discharge.
  • the electrodes 28, 29 are each via a molybdenum foil melt 30, 31 and a power supply 32, 33 with the output terminals J4 and J5 of the ignition device and the components 24 of the operating device.
  • the base 20 is equipped with an adjusting ring 34 which is connected to the receptacle 25 of the base 20 is welded.
  • the ferrite plates 12, 13 can also be in the covers 14, 15 of the housing. But it is also possible to approach the ferrite platelets dispense with and instead mix the casting compound 16 with a ferrite powder homogeneously or even on the ferrite plates and the admixture of the ferrite powder to dispense with the potting compound.
  • the housing 8, 9 can of course also be different Be trained. In particular, it is also possible to use the plastic cover to do without on the end faces.
  • the rod core transformer according to the invention can also have more than two have rod-shaped ferrite cores and secondary windings.
  • the rod core transformer could also have similar rod-shaped ferrite cores, each with one Have secondary winding in two rows one below the other and side by side are arranged. These four secondary windings could be switched in such a way that two secondary windings a first pair of secondary windings connected in series form and the third and fourth secondary windings form a second pair of in Series connected secondary windings form, the two pairs of secondary windings are connected in parallel to the resistance of the secondary side of the Reduce transformer.
  • rod core transformer according to the invention can be used instead of the ferrite cores (2, 3) also rod-shaped cores made of another electrically insulating material, e.g. B. Plastic.
  • the rod core transformer is according to another preferred embodiment the invention is shown schematically.
  • This embodiment differs from the first exemplary embodiment explained above and shown in FIG. 1 only by the design of the primary winding 6 '.
  • the two secondary windings 4, 5 were not shown in an overview in FIG.
  • the secondary windings 4, 5 are the same in this embodiment In the same way as in the first exemplary embodiment explained above, on the rod cores 2 or 3 wrapped.
  • the embodiment shown in Figure 5 has only one primary winding 6 ', which is arranged above the secondary windings not shown in Figure 5.
  • the primary winding 6 ' consists of a copper strip, which alternates around the first Rod core 2 and the second rod core 3 is wound, so that on each rod core 2, 3 two turns of the primary winding 6 'are arranged, the Sense of winding of the turns of the primary winding arranged on the first rod core 2 6 'opposite to the direction of winding on the second rod core 3 arranged turns of the primary winding 6 'is, as shown schematically in Figure 5 is. As a result, an opposite direction is in the rod cores 2 and 3 magnetic flux generated.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stabkerntransformator zur Verwendung als Zündtransformator in dem Sockel einer Hochdruckentladungslampe für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer. Erfindungsgemäß besitzt der Stabkerntransformator mindestens zwei stabförmige, nebeneinander angeordnete Kerne (2, 3), auf die jeweils eine mehrlagig ausgebildete Sekundärwicklung (4, 5) gewickelt ist, wobei die Lagen (4a, 4b, 4c, 4d) bzw. (5a, 5b, 5c, 5d) parallel geschaltet und ohne Versatz übereinander angeordnet sind. Außerdem sind die Sekundärwicklungen (4, 5) elektrisch leitend miteinander verbunden, wobei ihr Gesamtwiderstand höchstens 2Ω beträgt. Der erfindungsgemäße Transformator eignet sich besonders gut als Zündtransformator für Hochdruckentladungslampen mit geringer Brennspannung, wie zum Beispiel quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Stabkerntransformator gemäß des Patentanspruchs 1 und einen Entladungslampensockel mit einem derartigen Stabkerntransformator sowie eine quecksilberfreie Hochdruckentladungslampe für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer.
I. Stand der Technik
Die internationale Patentanmeldung PCT/EP00/02608 mit der Veröffentlichungsnummer WO 00/59269 offenbart einen Gasentladungslampensockel mit einer Zündeinrichtung, die einen in dem Sockel angeordneten Ringkerntransformator aufweist. Der Ringkerntransformator dient zur Erzeugung der Zündspannung für die Gasentladungslampe.
II. Darstellung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Transformator bereitzustellen, der zum Einsatz als Zündtransformator in einem Lampensockel geeignet ist und möglichst geringe Verlustleitungen in den Wicklungen aufweist. Insbesondere soll der Transformator als Zündtransformator für eine quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe verwendbar sein, die im Vergleich zu einer entsprechenden quecksilberhaltigen Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe eine um ca. 50% reduzierte Brennspannung besitzt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Der erfindungsgemäße Transformator ist als Stabkerntransformator ausgebildet und besitzt mindestens eine Primärwicklung,
  • mindestens zwei stabförmige Kerne, die bezüglich ihrer Längsachse parallel versetzt nebeneinander angeordnet sind und aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen,
  • eine erste Sekundärwicklung, deren Windungen auf dem ersten Kern angeordnet sind, wobei die erste Sekundärwicklung mehrere parallel geschaltete Lagen von Windungen aufweist und jede Lage von Windungen ohne Versatz über der nächst unteren Lage angeordnet ist, so dass jede Windung einer beliebigen Lage exakt über der entsprechenden Windung der unmittelbar darunter liegenden Lage der ersten Sekundärwicklung angeordnet ist, und
  • mindestens eine weitere Sekundärwicklung, deren Windungen auf mindestens einem weiteren stabförmigen Kern angeordnet sind, wobei die zweite Sekundärwicklung mehrere parallel geschaltete Lagen von Windungen aufweist und jede Lage von Windungen ohne Versatz über der nächst unteren Lage angeordnet ist, so dass jede Windung einer beliebigen Lage exakt über der entsprechenden Windung der unmittelbar darunter liegenden Lage der mindestens einen weiteren Sekundärwicklung angeordnet ist, wobei
  • die Sekundärwicklungen elektrisch leitend miteinander verbunden sind und der Gesamtwiderstand der Sekundärwicklungen kleiner oder gleich 2 Ω ist.
Durch die Ausbildung des Transformators als Stabkerntransformator lässt sich dieser einfacher mittels eines Bestückungsautomaten in den Lampensockel einsetzen als beispielsweise ein Ringkerntransformator. Um die Verlustleistungen in den Wicklungen des Stabkerntransformators zu minimieren und außerdem auch eine ausreichend hohe Spannung zum Zünden der Entladungslampe generieren zu können, weist der erfindungsgemäße Stabkerntransformator mehrere elektrisch leitend miteinander verbundene Sekundärwicklungen auf, die auf mindestens zwei stabförmigen, bezüglich ihrer Längsachse parallel versetzt nebeneinander angeordneten Kernen aufgebracht sind, wobei der Gesamtwiderstand der Sekundärwicklungen kleiner oder gleich 2 Ω ist. Die Sekundärwicklungen besitzen jeweils mehrere übereinander gewickelte und parallel geschaltete Lagen von Windungen, um auch bei einem großen Übersetzungsverhältnis noch einen ausreichend hohen Stromfluss auf der Sekundärseite zu gewährleisten. Damit zwischen den Windungen unterschiedlicher Lagen einer Sekundärwicklung keine elektrischen Überschläge auftreten, sind die Lagen einer Sekundärwicklung ohne Versatz exakt übereinander angeordnet. Es tritt dadurch keine Spannungsdifferenz zwischen den entsprechenden Windungen der übereinander angeordneten Lagen der Sekundärwicklung auf. Außerdem besitzen die derart gewickelten Sekundärwicklungen nur eine geringe Kapazität, so dass sich der erfindungsgemäße Stabkerntransformator auch für den Betrieb im Megaherzbereich eignet.
Die auf unterschiedlichen, stabförmigen Kernen angeordneten Sekundärwicklungen sind vorzugsweise in Serie geschaltet. Dadurch addieren sich ihre Induktionsspannungen und es steht eine höhere Zündspannung für die Entladungslampe auf der Sekundärseite des Stabkerntransformators zur Verfügung. Falls nicht alle Sekundärwicklungen zur Erzeugung einer möglichst hohen Induktionsspannung benötigt werden, können einige oder sogar alle Sekundärwicklungen parallel geschaltet sein, um dadurch den Gesamtwiderstand der Sekundärwicklungen zu reduzieren.
Die stabförmigen Kerne des erfindungsgemäßen Transformators sind wegen ihrer hohen Permeabilitätszahl vorteilhafterweise als Ferrite und insbesondere als Nickel-Zink-Sinter-Ferrite ausgebildet. Derartige Ferrite bestehen aus einem gesinterten Nickel-Zink-Mischoxid, das einen vergleichsweise hohen spezifischen elektrischen Widerstand von ca. 105 Ωm besitzt. Die Ferrite können daher de facto als elektrische Isolatoren angesehen werden. Sie gewährleisten eine hohe Durchschlagsfestigkeit des Stabkerntransformators und ermöglichen dadurch die Erzeugung von sehr hohen Induktionsspannungen.
Vorteilhafterweise besitzt der erfindungsgemäße Stabkerntransformator genau zwei stabförmige Kerne mit jeweils einer darauf angeordneten Sekundärwicklung, wobei jede dieser Sekundärwicklungen 50 bis 200 Windungen aufweist. Ein derartiger Stabkerntransformator ist räumlich kompakt aufgebaut und besitzt eine genügende Anzahl von Windungen auf der Sekundärseite, um ein ausreichend großes Übersetzungsverhältnis für seine Verwendung als Zündtransformator zu realisieren. Der Drahtdurchmesser der Sekundärwicklungen ist vorteilhafterweise größer oder gleich 0,1 mm und vorzugsweise sogar größer als 0,2 mm, um den Gesamtwiderstand der Sekundärwicklungen möglichst gering zu halten. Es hat sich gezeigt, dass mittels eines Stabkerntransformators mit nur zwei stabförmigen Kernen und zwei Sekundärwicklungen, die jeweils 50 bis 200 Windungen aufweisen und deren Drahtdurchmesser größer als 0,1 mm ist und vorzugsweise sogar größer als 0,2 mm ist, ein Zündtransformator zum Erzeugen der Zündspannung für eine Hochdruckentladungslampe realisierbar ist, der eine geringe räumliche Ausdehnung besitzt, so dass er in den Sockel einer Hochdruckentladungslampe für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer einsetzbar ist, und dessen Sekundärseite einen ausreichend geringen Innenwiderstand besitzt, um mit dem Stabkerntransformator auch Hochdruckentladungslampen mit vergleichsweise geringer Brennspannung, wie zum Beispiel quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen, betreiben zu können. Die Sekundärseite des Stabkerntransformators besitzt einen so geringen Widerstand, dass hier nur geringe Verluste auftreten, auch wenn die Sekundärwicklungen - wie bei dem Einsatz in Impulszündvorrichtungen üblich - nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Lampe von dem Lampenstrom durchflossen werden.
Vorteilhafterweise ist die mindestens eine Primärwicklung des Stabkerntransformators derart angeordnet, dass der magnetische Fluss in jeweils zwei nebeneinander angeordneten stabförmigen Kernen in entgegengesetzte Richtungen verläuft. Auf einfache Weise kann das realisiert werden, indem auf jedem stabförmigen, vorzugsweise aus einem Ferrit bestehenden Kern eine Primärwicklung angeordnet ist, wobei die Primärwicklungen parallel geschaltet sind. Durch diese Maßnahmen wird das Streufeld des Transformators verringert. Zusätzlich sind an den Enden der stabförmigen Ferritkerne vorteilhafterweise Ferritplättchen angeordnet, die jeweils mit zwei benachbarten stabförmigen Ferritkernen zusammenwirken, um das Streufeld des Transformators einzudämmen. Dadurch werden die Verluste in dem Stabkerntransformator weiter reduziert. Der Abstand der Ferritplättchen zu den Enden der stabförmigen Ferritkerne ist vorteilhafterweise variierbar bzw. justierbar, um die Induktivität des erfindungsgemäßen Transformators auf den gewünschten Wert einstellen zu können.
Die Primärwicklung bzw. die Primärwicklungen des erfindungsgemäßen Stabkerntransformators weisen vorteilhafterweise nur 1 bis 3 Windungen auf, um ein möglichst großes Übersetzungsverhältnis zu erzielen und dadurch eine entsprechend hohe Induktionsspannung zu ermöglichen.
Die stabförmigen Kerne und die darauf angeordneten Sekundärwicklungen des erfindungsgemäßen Stabkerntransformators sind vorteilhafterweise jeweils in einem separaten Gehäuse untergebracht, wobei die Gehäuse durch eine Steckverbindung miteinander verbindbar sind. Dadurch können die einzelnen stabförmigen Kerne auf einfache Weise in einem wohldefinierten Abstand nebeneinander angeordnet und vor äußeren Einflüssen geschützt werden. Diese Gehäuse bestehen vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material, zum Beispiel Kunststoff, um eine ausreichende Hochspannungsfestigkeit des Transformators zu gewährleisten. Aus dem gleichen Grund sind die Hohlräume in dem Gehäuse vorteilhafterweise mit einer elektrisch isolierenden Vergussmasse gefüllt. Die Vergussmasse enthält vorzugsweise ein homogen damit vermischtes Ferritpulver, um die Induktivität des Stabkerntransformators zu verbessern. Das Ferritpulver in der Vergussmasse kann zusätzlich zu den oben genannten Ferritplättchen oder anstelle dieser Ferritplättchen verwendet werden. Es ist aber auch möglich, sowohl auf die Ferritplättchen als auch auf das Ferritpulver in der Vergussmasse zu verzichten.
III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
Einen Querschnitt durch den Stabkerntransformator gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung in schematischer Darstellung
Figur 2
Eine Schaltskizze einer Zündvorrichtung für eine Hochdruckentladungslampe mit dem in Figur 1 abgebildeten Stabkerntransformator als Zündtransformator
Figur 3
Einen Querschnitt durch einen Teil des Sockels einer Hochdruckentladungslampe mit dem darin angeordneten, in Figur 1 abgebildeten Stabkerntransformator
Figur 4
Eine Seitenansicht einer Hochdruckentladungslampe mit dem in Figur 3 abgebildeten Sockelteil
Figur 5
Eine Draufsicht auf den Stabkerntransformator gemäß eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung in schematischer Darstellung
Bei dem in Figur 1 abgebildeten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um einen Stabkerntransformator 1 mit zwei stabförmigen Ferritkernen 2, 3, die bezüglich ihrer Längsachse parallel versetzt nebeneinander angeordnet sind. Die Ferritkerne 2, 3 bestehen jeweils aus einem im wesentlichen quaderförmigen Nickel-Zink-Sinter-Ferrit mit einem im wesentlichen quadratischen Querschnitt von 25 mm2. Die Länge der Ferritkerne beträgt 31 mm. Auf jedem Ferritkern 2, 3 ist eine 4-lagig ausgebildete Sekundärwicklung 4, 5 angeordnet. Beide Sekundärwicklungen 4, 5 sind vollkommen gleichartig ausgebildet und in Serie geschaltet, so dass sich ihre Induktionsspannungen addieren. Jede der vier Lagen 4a, 4b, 4c, 4d bzw. 5a, 5b, 5c, 5d einer Sekundärwicklung 4 bzw. 5 ist mit 110 Windungen ausgestattet. Die vier Lagen 4a, 4b, 4c, 4d bzw. 5a, 5b, 5c, 5d der Sekundärwicklungen 4, 5 sind in der Figur 1 schematisch und nur teilweise geschnitten dargestellt. Die Windungen von jeweils zwei benachbarten Lagen sind exakt übereinander angeordnet. Das heißt, dass beispielsweise die erste Windung der zweiten Lage der Sekundärwicklung 4 bzw. 5 exakt über der ersten Windung der ersten Lage der Sekundärwicklung 4 bzw. 5 angeordnet ist. In der Figur 1 ist dieser Sachverhalt schematisch dargestellt. Entsprechendes gilt für alle anderen Windungen der ersten und zweiten Lage der Sekundärwicklung 4 bzw. 5 und für alle benachbarten Lagen der Sekundärwicklung 4 bzw. 5. Die vier Lagen 4a, 4b, 4c, 4d der Sekundärwicklung 4 sind parallel geschaltet, so dass sich die in den vier Lagen 4a, 4b, 4c, 4d induzierten Teilströme zum Gesamtstrom addieren. Das gleiche gilt auch für die vier Lagen 5a, 5b, 5c, 5d der Sekundärwicklung 5. Die Sekundärwicklungen 4, 5 bestehen jeweils aus einem Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,24 mm. Der Kupferdraht ist zwecks seiner elektrischen Isolierung mit einer Lackschicht versehen. Die beiden Sekundärwicklungen 4, 5 sind in Serie geschaltet und besitzen einen Gesamtwiderstand von 0,47 Q.
Auf jedem Ferritkern 2, 3 ist ferner jeweils eine Primärwicklung 6, 7 angeordnet, die jeweils 2 Windungen aufweisen. Die Primärwicklungen 6, 7 sind jeweils auf die Sekundärwicklung 4 bzw. 5 des entsprechenden Ferritkerns 2 bzw. 3 gewickelt. Die Primärwicklungen 6, 7 sind als Kupferbänder ausgebildet. Beide Ferritkerne 2, 3 und die darauf angebrachten Sekundärwicklungen 4, 5 sowie Primärwicklungen 6, 7 sind jeweils in einem separaten, im wesentlichen quaderförmigen Gehäuse 8, 9 aus Kunststoff untergebracht. Die an den Enden der Ferritkerne 2, 3 angeordneten Stirnseiten der Gehäuse 8, 9 sind offen. Die im wesentlichen quaderförmigen Gehäuse 8, 9 besitzen jeweils eine Wand 8a, 9a mit einer reduzierten Ausdehnung in Längsrichtung. Diese Wände 8a, 9a berühren sich und sind durch eine Steckverbindung 10 miteinander verbunden. Die offenen Stirnseiten der im wesentlichen quaderförmigen Gehäuse 8, 9 sind jeweils mittels eines Kunststoffdeckels 12, 13 verschlossen. Jeder Kunststoffdeckel 12 bzw. 13 ist derart ausgebildet, dass er sowohl die an demselben Ende der Ferritkerne 2, 3 angeordnete offene Stirnseite des Gehäuses 8 als auch die des Gehäuses 9 abdeckt.
An den Enden der Ferritkerne 2, 3 ist jeweils ein Ferritplättchen 14, 15 angeordnet, um das Streufeld des Transformators einzudämmen. Die Ferritplättchen 14, 15 sind in einem vorbestimmten Abstand zu den Enden der Ferritkerne 2, 3 angeordnet, um die Induktivität des Transformators auf den gewünschten Wert einzustellen. Die Hohlräume zwischen den Wänden der Gehäuse 8, 9 und den Kunststoffdeckeln 12, 13 sowie den Ferritkernen 2, 3 und den Ferritplättchen 14, 15 sind mit einer elektrisch isolierenden Vergussmasse 16 ausgefüllt. Der Wicklungssinn der Sekundärwicklungen 4, 5 und der Primärwicklungen 6, 7 ist so ausgebildet, dass der magnetische Fluss in den parallel angeordneten Ferritkernen 2, 3 in entgegengesetzte Richtungen verläuft. Der Wicklungsanfang 40 der ersten Sekundärwicklung 4 und das Wicklungsende 51 der zweiten Sekundärwicklung 5 sind aus dem Gehäuse 8 bzw. 9 herausgeführt. Das Wicklungsende 41 der ersten Sekundärwicklung 4 ist mit dem Wicklungsanfang 50 der zweiten Sekundärwicklung 5 verbunden. Die beiden Anschlüsse 17 der parallel geschalteten Primärwicklungen 2, 3 sind ebenfalls aus dem Gehäuse 8 bzw. 9 herausgeführt.
In Figur 2 ist eine Schaltskizze einer Zündvorrichtung für eine Hochdruckentladungslampe mit dem oben beschriebenen Stabkerntransformator 1 dargestellt. Bei dieser Zündvorrichtung handelt es sich um eine Impulszündvorrichtung, die im wesentlichen aus einem Zündkondensator C1, einer Funkenstrecke F1, einem hochohmigen Widerstand R1, einem bidirektionalen Schwellwertschalter D1 und den Wicklungen 4, 5, 6, 7 des Stabkerntransformators 1. An den Ausgangsklemmen J4, J5 der Zündvorrichtung wird die Zündspannung für die Hochdruckentladungslampe bereitgestellt. Die Eingangsklemme J3 befindet sich auf Massepotential. An der Eingangsklemme J1 wird eine Gleichspannung von - 400 V und an der Eingangsklemme J2 eine Gleichspannung von + 600 V bereitgestellt. Der Aufbau der in Figur 2 schematisch dargestellten Impulszündvorrichtung ist Stand der Technik und soll daher hier nicht näher erläutert werden. Die beiden Primärwicklungen 6, 7 sind parallel geschaltet und in Serie zur Funkenstrecke F1 angeordnet, so dass die Parallelschaltung der beiden Primärwicklungen 6, 7 über die Funkenstrecke F1 an die Eingangsklemmen J1, J2 angeschlossen ist. Zum Zünden der an die Klemmen J4, J5 angeschlossenen Hochdruckentladungslampe wird der Zündkondensator C1 auf die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke F1 aufgeladen. Anschließend entlädt sich der Kondensator C1 stoßweise über die Funkenstrecke F1 und die Primärwicklungen 6, 7. In den Sekundärwicklungen 4, 5 wird dadurch eine hohe Induktionsspannung generiert. Da die Sekundärwicklungen 4, 5 in Serie geschaltet sind, steht an der Ausgangsklemme J4 die Summe der Induktionsspannungen der beiden Sekundärwicklungen 4, 5 und der Spannung an der Eingangsklemme J1 zur Verfügung. In der Figur 2 ist der Wicklungsanfang der einzelnen Wicklungen 4, 5, 6, 7 durch einen Punkt gekennzeichnet. An den Ausgangsklemmen J4, J5 werden von der Zündvorrichtung Spannungen bis zu 40 kV zum Zünden der Hochdruckentladungslampe bereitgestellt.
Die oben erläuterte Zündvorrichtung ist in dem Sockel 20 einer Hochdruckentladungslampe untergebracht. Die Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch das Oberteil des Sockels 20 einer Hochdruckentladungslampe, die zur Verwendung in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer vorgesehen ist. Der Stabkerntransformator 1 ist in einer separaten Kammer 21 des Sockels 20 angeordnet. In einer zweiten Kammer 22 des Sockels 20 ist eine mäanderförmige Montageplatte 23 angeordnet, die mit den übrigen Komponenten F1, R1, D1, C1 der Zündvorrichtung und mit Komponenten 24 des Betriebsgerätes der Hochdruckentladungslampe bestückt ist. Auf der Oberseite weist der Sockel 20 eine Aufnahme 25 für das Entladungsgefäß der Hochdruckentladungslampe auf. Die Unterseite des Sockels 20 ist durch einen Deckel (nicht abgebildet) verschlossen und mit den elektrischen Anschlüssen (nicht abgebildet) der Lampe ausgestattet.
Die Figur 4 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Oberteils des Sockels 20 und der in der Aufnahme 25 montierten Lampengefäße 26, 27 der Hochdruckentladungslampe. Bei dieser Lampe handelt es sich um eine quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von ca. 35 W. Diese Lampe besitzt ein zweiseitig abgedichtetes Entladungsgefäß 26 aus Quarzglas, das von einem daran befestigten, gläsernen Außenkolben 27 umgeben ist. Der Außenkolben 27 und das Entladungsgefäß 26 sind in bekannter Weise in der Aufnahme 25 des Sockels 20 fixiert. Innerhalb des Entladungsgefäßes 26 sind zwei Elektroden 28, 29 zum Erzeugen einer Gasentladung angeordnet. Als Entladungsmedium dienen Xenon und Metallhalogenide, die in der Entladung dampfförmig vorliegen. Die Elektroden 28, 29 sind jeweils über eine Molybdänfolieneinschmelzung 30, 31 und eine Stromzuführung 32, 33 mit den Ausgangsklemmen J4 bzw. J5 der Zündvorrichtung und den Komponenten 24 des Betriebsgerätes verbunden. Für die Montage der Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer ist der Sockel 20 mit einem Justierring 34 ausgestattet, der mit der Aufnahme 25 des Sockels 20 verschweißt ist.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben näher erläuterte Ausführungsbeispiel. Beispielsweise können die Ferritplättchen 12, 13 auch in den Deckeln 14, 15 des Gehäuses angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, auf die Ferritplättchen zu verzichten und stattdessen der Vergussmasse 16 ein Ferritpulver homogen beizumischen oder sogar auf die Ferritplättchen und auf die Beimischung des Ferritpulvers zur Vergussmasse zu verzichten. Das Gehäuse 8, 9 kann natürlich auch auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein. Insbesondere ist es auch möglich, auf die Kunststoffdeckel an den Stirnseiten zu verzichten.
Außerdem kann der erfindungsgemäße Stabkerntransformator auch mehr als zwei stabförmige Ferritkerne und Sekundärwicklungen aufweisen. Insbesondere könnte der Stabkerntransformator vier gleichartige stabförmige Ferritkerne mit jeweils einer Sekundärwicklung aufweisen, die in zwei Reihen untereinander und nebeneinander angeordnet sind. Diese vier Sekundärwicklungen könnten derart geschaltet sein, dass zwei Sekundärwicklungen ein erstes Paar von in Serie geschalteten Sekundärwicklungen bilden und die dritte und vierte Sekundärwicklung ein zweites Paar von in Serie geschalteten Sekundärwicklungen bilden, wobei die beiden Paare von Sekundärwicklungen parallel geschaltet sind, um den Widerstand der Sekundärseite des Transformators zu reduzieren.
Ferner kann der erfindungsgemäße Stabkerntransformator anstelle der Ferritkerne (2, 3) auch stabförmige Kerne aus einem anderen elektrisch isolierenden Material, z. B. Kunststoff, aufweisen.
In Figur 5 ist der Stabkerntransformator gemäß eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung schematisch dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem oben erläuterten und in Figur 1 abgebildeten ersten Ausführungsbeispiel nur durch die Ausgestaltung der Primärwicklung 6'. In allen anderen Details stimmen die beiden Ausführungsbeispiele überein. Aus diesem Grund wurden für identische Teile auch dieselben Bezugszeichen gewählt. Zur besseren Übersicht wurden in Figur 5 die beiden Sekundärwicklungen 4, 5 nicht dargestellt. Die Sekundärwicklungen 4, 5 sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel auf dieselbe Weise wie bei dem oben erläuterten ersten Ausführungsbeispiel auf die Stabkerne 2 bzw. 3 gewickelt. Im Unterschied zu dem in Figur 1 abgebildeten Ausführungsbeispiel weist das in Figur 5 dargestellte Ausführungsbeispiel nur eine Primärwicklung 6', die über den in Figur 5 nicht abgebildeten Sekundärwicklungen angeordnet ist. Die Primärwicklung 6' besteht aus einem Kupferband, das abwechselnd um den ersten Stabkern 2 und den zweiten Stabkern 3 gewickelt ist, so dass auf jedem Stabkern 2, 3 jeweils zwei Windungen der Primärwicklung 6' angeordnet sind, wobei der Wicklungssinn der auf dem ersten Stabkern 2 angeordneten Windungen der Primärwicklung 6' entgegengesetzt zu dem Wicklungssinn der auf dem zweiten Stabkern 3 angeordneten Windungen der Primärwicklung 6' ist, wie in Figur 5 schematisch dargestellt ist. Dadurch wird in den Stabkernen 2 und 3 ein entgegengesetzt gerichteter magnetischer Fluss generiert.

Claims (16)

  1. Stabkerntransformator zum Einsatz als Zündtransformator in einem Lampensockel (20) mit folgenden Merkmalen:
    mindestens eine Primärwicklung (6, 7; 6'),
    mindestens zwei stabförmige Kerne (2, 3), die bezüglich ihrer Längsachse parallel versetzt nebeneinander angeordnet sind und die aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen,
    eine erste Sekundärwicklung (4), deren Windungen auf dem ersten Kern (2) angeordnet sind, wobei die erste Sekundärwicklung (4) mehrere parallel geschaltete Lagen (4a, 4b, 4c, 4d) von Windungen aufweist und jede Lage von Windungen ohne Versatz über der nächst unteren Lage angeordnet ist, so dass jede Windung einer beliebigen Lage über der entsprechenden Windung der unmittelbar darunter liegenden Lage der ersten Sekundärwicklung (4) angeordnet ist,
    mindestens eine weitere Sekundärwicklung (5), deren Windungen auf mindestens einem weiteren stabförmigen Kern (3) angeordnet sind, wobei die zweite Sekundärwicklung (5) mehrere parallel geschaltete Lagen (5a, 5b, 5c, 5d) von Windungen aufweist und jede Lage von Windungen ohne Versatz über der nächst unteren Lage angeordnet ist, so dass jede Windung einer beliebigen Lage über der entsprechenden Windung der unmittelbar darunter liegenden Lage der mindestens einen weiteren Sekundärwicklung (5) angeordnet ist, wobei
    die Sekundärwicklungen (4, 5) elektrisch leitend miteinander verbunden sind und der Gesamtwiderstand der Sekundärwicklungen (4, 5) kleiner oder gleich 2 Ω ist.
  2. Stabkerntransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklungen (4, 5) in Serie geschaltet sind.
  3. Stabkerntransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stabförmigen Kerne (2, 3) als Nickel-Zink-Sinter-Ferrite ausgebildet sind.
  4. Stabkerntransformator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabkerntransformator (1) zwei stabförmige Kerne (2, 3) mit jeweils einer darauf angeordneten Sekundärwicklung (4, 5) aufweist, wobei jede der beiden Sekundärwicklungen (4, 5) 50 bis 200 Windungen besitzt.
  5. Stabkerntransformator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtdurchmesser der Sekundärwicklungen (4, 5) größer oder gleich 0,1 mm beträgt.
  6. Stabkerntransformator nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Primärwicklung (6, 7; 6') derart angeordnet ist, dass der magnetische Fluss in jeweils zwei nebeneinander angeordneten stabförmigen Kernen (2, 3) in entgegengesetzte Richtungen verläuft.
  7. Stabkerntransformator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den Enden der stabförmigen Kerne (2, 3) Ferritplättchen (12, 13) angeordnet sind.
  8. Stabkerntransformator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Ferritplättchen (12, 13) zu den Enden der stabförmigen Kerne (2, 3) justierbar ist.
  9. Stabkerntransformator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf jedem stabförmigen Kern (2, 3) eine Primärwicklung (6, 7) angeordnet ist, wobei die Primärwicklungen (6, 7) parallel geschaltet sind.
  10. Stabkerntransformator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Primärwicklung (6') vorgesehen ist, deren Windungen mit entgegengesetztem Wicklungssinn abwechselnd um einen ersten (2) und einen zweiten Stabkern (3) gewickelt sind.
  11. Stabkerntransformator nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Primärwicklung (6, 7; 6') 1 bis 3 Windungen aufweist.
  12. Stabkerntransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder stabförmige Kern (2, 3) mit der darauf angeordneten Sekundärwicklung (4, 5) in einem separaten Gehäuse (8, 9) untergebracht ist, wobei die Gehäuse (8, 9) durch eine Steckverbindung (10) miteinander verbindbar sind.
  13. Stabkerntransformator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuse (8, 9) mit einer elektrisch isolierenden Vergussmasse (16) gefüllt sind.
  14. Stabkerntransformator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse (16) Ferritpulver enthält.
  15. Entladungslampensockel mit einem Stabkerntransformator (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Stabkerntransformator (1) in dem Entladungslampensockel (20) angeordnet ist und zur Erzeugung der Zündspannung für die Entladungslampe dient.
  16. Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe zum Einsetzen in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem Entladungslampensockel (20) nach Anspruch 15.
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