EP2025207A1 - Hochdruckentladungslampe mit verbesserter zündfähigkeit sowie hochspannungspulsgenerator - Google Patents

Hochdruckentladungslampe mit verbesserter zündfähigkeit sowie hochspannungspulsgenerator

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EP2025207A1
EP2025207A1 EP07729852A EP07729852A EP2025207A1 EP 2025207 A1 EP2025207 A1 EP 2025207A1 EP 07729852 A EP07729852 A EP 07729852A EP 07729852 A EP07729852 A EP 07729852A EP 2025207 A1 EP2025207 A1 EP 2025207A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
pulse generator
spiral
pressure discharge
discharge lamp
voltage
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07729852A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Kloss
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.)
Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Osram GmbH filed Critical Osram GmbH
Publication of EP2025207A1 publication Critical patent/EP2025207A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B41/04—Starting switches
    • H05B41/042—Starting switches using semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J61/02—Details
    • H01J61/30—Vessels; Containers
    • H01J61/34—Double-wall vessels or containers
    • H—ELECTRICITY
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/54—Igniting arrangements, e.g. promoting ionisation for starting
    • H01J61/547—Igniting arrangements, e.g. promoting ionisation for starting using an auxiliary electrode outside the vessel
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/56—One or more circuit elements structurally associated with the lamp

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure discharge lamp according to the preamble of claim 1. Such lamps are in particular high-pressure discharge lamps for general lighting or for photo-optical purposes.
  • the invention also relates to a high-voltage pulse generator which can be used in particular for a lamp.
  • the object of the present invention is to provide a high-pressure discharge lamp whose ignition behavior is significantly improved compared to previous lamps and in which no damage due to the high voltage is to be feared.
  • an object of the present invention is to provide a compact high voltage pulse generator. Another object is to provide a high voltage pulse generator which is compact and capable of generating high voltages in excess of 15 kV. This object is achieved by the characterizing features of claim 14. According to the invention, a high-voltage pulse of at least 15 kV, which can be used to ignite a lamp, for example, is now generated by means of a special temperature-resistant spiral pulse generator which is integrated in the outer bulb in the immediate vicinity of the discharge vessel. Not only a cold ignition but also a hot re-ignition is possible.
  • the spiral pulse generator used now is in particular a so-called LTCC component.
  • This material is a specially essential ceramic which can be made up to 600 0 C temperature detection.
  • LTCC has already been used in connection with lamps, see US 2003/0001519 and US-B 6 853 151. However, it was tures for completely different purposes with virtually no temperature loaded lamps, with typical temperature below 100 0 C, are used.
  • the spiral pulse generator is a component that combines the properties of a capacitor with those of a waveguide to produce ignition pulses with a voltage of at least 1.5 kV.
  • Two ceramic "green films” with metallic conductive paste are used for the production printed and then added to a spiral wound and finally isostatically pressed into a molding.
  • the following co-sintering of metal paste and ceramic foil takes place in air in the temperature range between 800 and 900 ° C. This processing allows a range of application of the spiral pulse generator up to 700 ° C. temperature load. This allows the spiral pulse generator to be located in the immediate vicinity of the discharge -A-
  • tion vessel in the outer bulb, but also in the base or in the immediate vicinity of the lamp are housed.
  • spiral pulse generator can also be used for other applications, because it is not only high temperature stable, but also extremely compact.
  • the spiral pulse generator is designed as an LTCC component consisting of ceramic foils and metallic conductive paste.
  • the spiral should have at least 5 turns.
  • an ignition unit which furthermore comprises at least one charging resistor and a switch.
  • the switch can be a spark gap or a Diac in SiC technology.
  • the accommodation in the outer bulb is preferred. Because this eliminates the need for a high voltage resistant voltage supply.
  • a spiral pulse generator can be dimensioned so that the high-voltage pulse even allows a hot re-ignition of the lamp.
  • the large pulse width also facilitates the breakdown in the discharge volume.
  • any conventional glass can be used, ie in particular tempered glass, Vycor or quartz glass.
  • the choice of filling is subject to no particular restriction.
  • Fig. 1 shows the basic structure of a spiral pulse generator
  • Fig. 3 shows the basic structure of a high-pressure sodium lamp with spiral pulse generator in the outer bulb.
  • FIG. 4 shows the basic structure of a metal halide lamp with spiral pulse generator in the outer bulb.
  • FIG. 7 characteristics of an LTCC spiral pulse generator, wherein a normal embodiment ( Figure 7a) with a compact doubled embodiment ( Figure 7b) are compared;
  • Figure 1 shows the structure of a spiral pulse generator 1 in plan view. It consists of a ceramic cylinder 2, in which two different metallic conductors 3 and 4 are spirally wrapped as a film strip.
  • the cylinder 2 is hollow inside and has a given inner diameter ID.
  • the two inner contacts 6 and 7 of the two conductors 3 and 4 are approximately opposite and are connected to each other via a spark gap 5.
  • the spiral pulse generator is either wound from two ceramic paste-coated ceramic foils or built up from two metal foils and two ceramic foils.
  • An important parameter is the number n of turns, which should preferably be in the order of 5 to 100.
  • This winding assembly is then laminated and then sintered, creating an LTCC component.
  • the created spiral pulse generators with Capacitor properties are then connected with a spark gap and a charging resistor.
  • the spark gap can be located at the inner or the outer terminals or also within the winding of the generator.
  • a spark gap based on SiC and very stable in temperature can preferably be used.
  • the switching element MESFET from the company Cree can be used. This is suitable for temperatures above 350 ° C.
  • a ceramic foil in particular a ceramic strip such as Heratape CT 707 or preferably CT 765 or a mixture of both, in each case used by Heraeus, is preferably used as the dielectric. It has a thickness of the green film of typically 50 to 150 microns.
  • Ag conductive paste such as "Cofirable Silver", also from Heraeus, is used as the conductor.
  • a concrete example is CT 700 from Heraeus. Good results are also provided by DuPont's 6142 metal paste. These parts are easy to laminate and then burnout and sintering together (co-firing).
  • the ID of the Spiral Pulse Generator is 10 mm.
  • the width of the individual strips is also 10 mm.
  • the film thickness is 50 ⁇ m and also the thickness of the two conductors is 50 ⁇ m in each case.
  • the charging voltage is 300 V.
  • n the associated half width of the high voltage pulse in ⁇ s (curve a), the total capacitance of the component in ⁇ F (curve b), the resulting outer diameter in mm (curve c), and the efficiency (curve d), the maximum pulse voltage (curve e) in kV and the conductor resistance in ⁇ (curve f).
  • FIG 3 shows the basic structure of a high-pressure sodium lamp 10 with a ceramic discharge vessel 11 and outer bulb 12 with integrated therein spiral pulse generator 13, wherein a firing electrode 14 is externally mounted on the ceramic discharge vessel 11.
  • the spiral pulse generator 13 is housed with the spark gap 15 and the charging resistor 16 in the outer bulb.
  • FIG. 4 shows the basic construction of a metal halide lamp 20 with integrated spiral pulse generator 21, wherein no ignition electrode is attached to the outside of the discharge vessel 22, which may be made of quartz glass or ceramic.
  • the spiral pulse generator 21 is housed with the spark gap 23 and the charging resistor 24 in the outer bulb 25.
  • FIG. 5 shows a metal halide lamp 20 with a discharge vessel 22, which is held by two supply lines 26, 27 in an outer bulb.
  • the first lead 26 is a short-angled wire.
  • the second 27 is essentially a rod which leads to the passage 28 remote from the base. Between the supply line 29 from the base 30 and the rod 27, an ignition unit 31 is arranged, which contains the spiral pulse generator, the spark gap and the charging resistor, as indicated in Figure 4.
  • FIG. 6 shows a metal halide lamp 20 similar to FIG. 5 with a discharge vessel 22 which is held by two supply lines 26, 27 in an outer bulb 25.
  • the first lead 26 is a short-angled wire.
  • the second 27 is essentially a rod that leads to the socket remote 28 implementation.
  • the ignition unit in the base 30 is arranged, both the spiral pulse generator 21, as well as the spark gap 23 and the charging resistor 24th
  • This technique can also be used for electrodeless lamps, where the spiral pulse generator can serve as a starting aid.
  • This compact high-voltage pulse generator is in the ignition of other devices.
  • the application PHg is particularly advantageous in so-called. Magic spheres, in the generation of X-ray pulses and the generation of electron beam pulses. A use in a car as a replacement for the usual ignition coils is possible.
  • the invention develops particular advantages in cooperation with high-pressure discharge lamps for car headlights, which are filled with xenon under high pressure of preferably at least 3 bar and metal halides. These are particularly difficult to ignite because the ignition voltage is more than 10 kV due to the high level of xenon pressure. Of the- time is trying to accommodate the components of the ignition unit in the base.
  • a spiral pulse generator with integrated charging resistor can either be accommodated in the base of the vehicle lamp or in an outer bulb of the lamp.
  • the invention develops very special advantages in combination with high-pressure discharge lamps which contain no mercury.
  • Such lamps are particularly desirable for environmental reasons. They contain a suitable metal halide filling and in particular a noble gas such as xenon under high pressure. Because of the lack of mercury, the ignition voltage is particularly high. It is more than 20 kV.
  • a spiral pulse generator with integrated charging resistor can either be housed in the base of the mercury-free lamp or in an outer bulb of the lamp.
  • the spiral pulse generator for generating the high voltage of, for example, 20 kV preferably has two integrated generators in a single LTCC spiral or another highly heat-resistant material. Since a single generator, which is to generate a high-voltage pulse of, for example, 20 kV, would have a larger outer diameter than the outer diameter of the outer bulb of the lamp (see Figure 7a, in the various parameters are similar to that shown in Figure 2), two generators in Push-pull circuit used. This principle is basically known from US-A 4,608,521. There, however, two separate generators are used. Instead, in principle (FIG. 8a), two charging resistors R1 and R2 and a switch Seh in the form of a spark gap can be used. be used.
  • the two spiral generators acting on the lamp L are designated SG1 and SG2.
  • Fig. 8b a circuit is shown, which is much more effective. Only a single charging resistor Rl is used. This is in series with the switch Seh. The ends of the first spiral generator SGl are connected to each other via the resistor Rl. The ends of the other spiral generator SG2 are connected to each other via the switch. In this case, one end of both spiral pulse generators SG1 and SG2 is directly connected to each other.
  • the two generators SG1 and SG2 are now integrated as a single LTCC spiral 29 with two "stacked" conductor planes and possibly a possible shield between them (Figure 9) .
  • the two ceramic films 31 and 32 are each a wound tape and are typical
  • the first spiral generator SG1 is formed in each case by a first wide layer 33 (typical width b is 3 to 20 mm) of the two foils.
  • the second spiral generator SG2 is formed by a second similar layer 34 with a similar width d.
  • a shield in the form of a narrow metallic strip 35 (typical width c is 1 to 5 mm) is optionally interposed the two layers 33 and 34 applied as an option.
  • This double ceramic film 31, 32 is wound up to 100 times, wherein the inner diameter ID of the resulting hollow cylinder is typically 10 to 50 mm.
  • the LTCC technique in a double-layered design both a temperature resistance of up to 600 ° C. and a sufficiently small outside diameter are achieved, since each individual generator only has to generate half the required high voltage, eg 10 kV (see FIG. 7 b in comparison to FIG 7a).

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Abstract

Zur Zündung einer Hochdruckentladungslampe wird ein Spiral-Puls-Generator verwendet, der direkt im Außenkolben der Lampe untergebracht ist. Der Spiral-Puls-Generator besteht aus zwei Teilen, die gemeinsam als LTCC-Bauteil gefertigt sind.

Description

Titel: Hochdruckentladungslampe mit verbesserter Zündfä¬ higkeit sowie Hochspannungspulsgenerator
Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Lampen sind insbesondere Hochdruckentladungslampen für Allgemeinbeleuchtung oder für fotooptische Zwecke. Die Erfin- düng betrifft weiterhin einen Hochspannungspulsgenerator, der insbesondere für eine Lampe eingesetzt werden kann.
Stand der Technik
Das Problem der Zündung von Hochdruckentladungslampen wird derzeit dadurch gelöst, dass das Zündgerät in das Vorschaltgerät integriert ist. Nachteilig daran ist, dass die Zuleitungen hochspannungsfest ausgelegt sein müssen.
In der Vergangenheit hat es immer wieder Versuche gegeben, die Zündeinheit in die Lampe zu integrieren. Dabei wurde versucht, sie in den Sockel zu integrieren. Eine besonders effektive und hohe Pulse versprechende Zündung gelingt mittels sog. Spiral-Puls-Generatoren, siehe US-A 3 289 015. Vor längerer Zeit wurden derartige Geräte bei verschiedenen Hochdruckentladungslampen wie Metallhaloge- nidlampen oder Natriumhochdrucklampen vorgeschlagen, siehe beispielsweise US-A 4 325 004, US-A 4 353 012. Sie konnten sich jedoch nicht durchsetzen, weil sie zum einen zu teuer sind. Zum andern ist der Vorteil, sie in den Sockel einzubauen, nicht ausreichend, da das Problem des Zuführens der Hochspannung in den Kolben bleibt. Daher die Wahrscheinlichkeit für Schädigungen der Lampe, seien es Isolationsprobleme oder ein Durchbruch im Sockel, steigt stark an. Bisher übiche Zündgeräte konnten Im allgemeinen nicht über 100 0C erwärmt werden. Die erzeugte Spannung musste dann der Lampe zugeführt werden, was Leitungen und Lampenfassungen mit entsprechender Hochspannungsfestigkeit erfordert, typisch etwa 5 kV.
Zur Erzeugung besonders hoher Spannungen wird ein Doppel- Generator verwendet, siehe US-A 4 608 521.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hoch- druckentladungslampe bereitzustellen, deren Zündverhalten gegenüber bisherigen Lampen deutlich verbessert ist und bei der keine Schädigung infolge der Hochspannung zu befürchten ist. Dies gilt insbesondere für Metallhalogenid- lampen, wobei das Material des Entladungsgefäßes entweder Quarzglas oder Keramik sein kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Weiterhin ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kompakten Hochspannungspulsgenerator anzugeben. Eine weitere Aufgabe ist es, einen Hochspannungspulsgenerator anzugeben, der kompakt ist und hohe Spannungen über 15 kV erzeugen kann. Diese Aufgabe wird durch die kenn- zeichnenden Merkmale des Anspruchs 14 gelöst. Erfindungsgemäß wird jetzt ein Hochspannungspuls mit mindestens 15 kV, der zur Zündung beispielsweise einer Lampe verwendet werden kann, mittels eines speziellen tempera- turresistenten Spiral-Puls-Generators erzeugt, der in un- mittelbarer Nähe des Entladungsgefäßes im Außenkolben integriert wird. Nicht nur eine Kaltzündung sondern auch ein Heißwiederzündung ist damit möglich.
Der jetzt verwendete Spiral-Puls-Generator ist insbesondere ein sog. LTCC-Bauteil . Diese Material ist eine spe- zielle Keramik, die bis 600 0C Temperaturfest gemacht werden kann. Zwar wurde LTCC schon in Zusammenhang mit Lampen verwendet, siehe US 2003/0001519 und US-B 6 853 151. Jedoch wurde es für ganz andere Zwecke bei praktisch kaum temperaturbelasteten Lampen, mit typischen Tempera- turen unter 100 0C, eingesetzt. Der besondere Wert der hohen Temperaturstabilität von LTCC in Zusammenhang mit der Zündung von Hochdruckentladungslampen, wie vor allem Metallhalogenidlampen mit Zündproblemen, zu erkennen.
Der Spiral-Puls-Generator ist in seiner Basisausführung ein Bauteil, das Eigenschaften eines Kondensators mit denen eines Wellenleiters zur Erzeugung von Zündpulsen mit einer Spannung von mindestens 1,5 kV vereint, Für die Herstellung werden zwei keramische "Grün-Folien" mit metallischer Leitpaste bedruckt und anschließend versetzt zu einer Spirale aufgewickelt und schließlich isostatisch zu einem Formkörper gepresst. Die folgende Co-Sinterung von Metallpaste und keramischer Folie erfolgt an Luft im Temperaturbereich zwischen 800 und 900 0C. Diese Verarbeitung erlaubt einen Einsatzbereich des Spiral-Puls- Generators bis 700 0C Temperaturbelastung. Dadurch kann der Spiral-Puls-Generator in direkter Nähe des Entla- -A-
dungsgefäßes im Außenkolben, aber auch im Sockel oder in unmittelbarer Nähe der Lampe untergebracht werden.
Unabhängig davon kann ein derartiger Spiral-Puls- Generator auch für andere Anwendungen eingesetzt werden, weil er nicht nur hochtemperaturstabil ist, sondern auch äußerst kompakt. Dafür ist wesentlich, dass der Spiral- Puls-Generator als LTCC-Bauteil ausgeführt ist, bestehend aus Keramikfolien und metallischer Leitpaste. Um ausreichend Ausgangspannung zu liefern, sollte die Spirale min- destens 5 Windungen umfassen.
Zudem lässt sich auf Basis dieses Hochspannungspulsgenerators eine Zündeinheit angeben, die weiterhin zumindest einen Ladewiderstand und einen Schalter umfasst. Der Schalter kann eine Funkenstrecke oder auch ein Diac in SiC-Technologie sein.
Bevorzugt ist im Falle einer Anwendung für Lampen die Unterbringung im Außenkolben. Denn dadurch entfällt die Notwendigkeit einer hochspannungsfesten Spannungszuleitung.
Zudem lässt sich ein Spiral-Puls-Generator so dimensionieren, dass der Hochspannungspuls sogar eine Heißwiederzündung der Lampe ermöglicht. Das Dielektrikum aus Keramik zeichnet sich durch eine außergewöhnlich hohe Dielektrizitätskonstante ε von ε > 10 aus, wobei je nach Ma- terial und Bauweise ein ε von typisch 70, bis zu ε=100 erreicht werden kann. Das schafft eine sehr hohe Kapazität des Spiral-Puls-Generators und ermöglicht eine vergleichsweise große zeitliche Breite der erzeugten Impulse. Dadurch wird eine sehr kompakte Bauweise des Spiral- Puls-Generators möglich, so dass ein Einbau in handelsübliche Außenkolben von Hochdruckentladungslampen gelingt.
Die große Pulsbreite erleichtert zudem den Durchschlag im Entladungsvolumen .
Als Material des Außenkolbens einer Lampe kann jedes übliche Glas verwendet werden, also insbesondere Hartglas, Vycor oder Quarzglas. Auch die Wahl der Füllung unterliegt keiner besonderen Einschränkung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausfüh- rungsbeispiele näher erläutert werden. Die Figuren zeigen :
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Spiral-Puls- Generators;
Fig. 2 Kenngrößen eines LTCC- Spiral-Puls-Generators;
Fig. 3 den Prinzipaufbau einer Natriumhochdrucklampe mit Spiral-Puls-Generator im Außenkolben.
Fig. 4 den Prinzipaufbau einer Metallhalogenidlampe mit Spiral-Puls-Generator im Außenkolben.
Fig. 5 eine Metallhalogenidlampe mit Spiral-Puls- Generator im Außenkolben;
Fig. 6 eine Metallhalogenidlampe mit Spiral-Puls- Generator im Sockel;
Fig. 7 Kenngrößen eines LTCC- Spiral-Puls-Generators, wobei eine normale Ausführungsform (Figur 7a) mit einer kompakten verdoppelten Ausführungsform (Figur 7b) verglichen werden;
Fig. 8 das Prinzip der Verschaltung für einen verdoppelten Spiral-Puls-Generator;
Fig. 9 den Aufbau eines verdoppelten LTCC-Spiral-Puls- Generators im Detail.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Figur 1 zeigt den Aufbau eines Spiral-Puls-Generators 1 in Draufsicht. Er besteht aus einem keramischen Zylinder 2, in den zwei verschiedene metallische Leiter 3 und 4 als Folienband spiralförmig eingewickelt sind. Der Zylinder 2 ist innen hohl und besitzt einen gegebenen Innendurchmesser ID. Die beiden inneren Kontakte 6 und 7 der beiden Leiter 3 und 4 liegen sich in etwa gegenüber und sind über eine Funkenstrecke 5 miteinander verbunden.
Nur der äußere der beiden Leiter besitzt am äußeren Rand des Zylinders einen weiteren Kontakt 8. Der andere Leiter endet offen. Die beiden Leiter bilden dadurch zusammen einen Wellenleiter in einem dielektrischen Medium, der Keramik.
Der Spiral-Puls-Generator wird entweder aus zwei mit Metallpaste beschichteten keramischen Folien gewickelt oder aus zwei Metallfolien und zwei keramischen Folien aufgebaut. Eine wichtige Kenngröße ist dabei die Zahl n der Windungen, die bevorzugt in der Größenordnung 5 bis 100 liegen soll. Diese Wickelanordnung wird dann laminiert und anschließend gesintert, wodurch ein LTCC-Bauteil entsteht. Die so geschaffenen Spiral-Puls-Generatoren mit Kondensatoreigenschaft werden dann mit einer Funkenstrecke sowie einem Ladewiderstand beschaltet.
Die Funkenstrecke kann sich an den inneren oder den äußeren Anschlüssen oder auch innerhalb der Wicklung des Ge- nerators befinden. Als Hochspannungsschalter, der den Puls initiiert, kann bevorzugt eine Funkenstrecke verwendet werden, die auf SiC basiert und sehr temperaturstabil ist. Beispielsweise kann das Schaltelement MESFET der Fa. Cree verwendet werden. Dieses ist für Temperaturen ober- halb 350 0C geeignet.
In einem konkreten Ausführungsbeispiel wird ein Keramikmaterial mit ε = 60 bis 70 verwendet. Dabei wird bevorzugt als Dielektrikum eine Keramikfolie, insbesondere ein Keramikband wie Heratape CT 707 oder bevorzugt CT 765 o- der auch eine Mischung beider, jeweils von Heraeus verwendet. Es hat eine Dicke der grünen Folie von typisch 50 bis 150 μm. Als Leiter wird insbesondere Ag-Leitpaste wie "Cofirable Silver, " ebenfalls von Heraeus, verwendet. Ein konkretes Beispiel ist CT 700 von Heraeus. Gute Ergebnis- se liefert auch die Metallpaste 6142 von DuPont . Diese Teile lassen sich gut laminieren und danach ausheizen ("burnout") und zusammen sintern ( "co-firing" ) .
Der Innendurchmesser ID des Spiral-Puls-Generator ist 10 mm. Die Breite der einzelnen Streifen ist ebenfalls 10 mm. Die Foliendicke ist 50 μm und auch die Dicke der beiden Leiter ist jeweils 50 μm. Die Ladespannung beträgt 300 V. Unter diesen Voraussetzungen erreicht der Spiral- Puls-Generator ein Optimum seiner Eigenschaften bei einer Windungszahl von n = 20 bis 70. In Figur 2 sind die zugehörige Halbwertsbreite des Hochspannungspulses in μs (Kurve a) , die Gesamtkapazität des Bauteils in μF (Kurve b) , der resultierende Außendurchmesser in mm (Kurve c) , sowie die Effizienz (Kurve d) , die maximale Pulsspannung (Kurve e) in kV und der Leiterwiderstand in Ω (Kurve f) dargestellt.
Figur 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Natriumhochdrucklampe 10 mit keramischem Entladungsgefäß 11 und Außenkolben 12 mit darin integriertem Spiral-Puls-Generator 13, wobei eine Zünd-Elektrode 14 außen am keramischen Entladungsgefäß 11 angebracht ist. Der Spiral-Puls- Generator 13 ist mit der Funkenstrecke 15 und dem Ladewiderstand 16 im Außenkolben untergebracht.
Figur 4 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Metallhalo- genidlampe 20 mit integriertem Spiral-Puls-Generator 21, wobei keine Zünd-Elektrode außen am Entladungsgefäß 22, das aus Quarzglas oder Keramik gefertigt sein kann, angebracht ist. Der Spiral-Puls-Generator 21 ist mit der Funkenstrecke 23 und dem Ladewiderstand 24 im Außenkolben 25 untergebracht.
Figur 5 zeigt eine Metallhalogenidlampe 20 mit einem Entladungsgefäß 22, das von zwei Zuleitungen 26, 27 in einem Außenkolben gehaltert wird. Die erste Zuleitung 26 ist ein kurz abgewinkelter Draht. Die zweite 27 ist im we- sentlichen ein Stab, der zur sockelfernen Durchführung 28 führt. Zwischen der Zuleitung 29 aus dem Sockel 30 und dem Stab 27 ist eine Zündeinheit 31 angeordnet, die den Spiral-Puls-Generator, die Funkenstrecke und den Ladewiderstand enthält, wie in Figur 4 angedeutet. Figur 6 zeigt eine Metallhalogenidlampe 20 ähnlich wie Figur 5 mit einem Entladungsgefäß 22, das von zwei Zuleitungen 26, 27 in einem Außenkolben 25 gehaltert wird. Die erste Zuleitung 26 ist ein kurz abgewinkelter Draht. Die zweite 27 ist im wesentlichen ein Stab, der zur sockelfernen Durchführung 28 führt. Hier ist die Zündeinheit im Sockel 30 angeordnet, und zwar sowohl der Spiral-Puls- Generator 21, als auch die Funkenstrecke 23 und der Ladewiderstand 24.
Diese Technik kann auch für elektrodenlose Lampen angewendet werden, wobei der Spiral-Puls-Generator als Zündhilfe dienen kann.
Weitere Anwendungen dieses kompakten Hochspannungspulsgenerators liegen in der Zündung anderer Geräte. Die Anwen- düng ist vor allem bei sog. magischen Kugeln, bei der Erzeugung von Röntgenpulsen und der Erzeugung von Elektronenstrahl-Pulsen vorteilhaft. Auch ein Einsatz in Kfz als Ersatz für die üblichen Zündspulen ist möglich.
Dabei werden Windungszahlen von n bis 500 verwendet, so dass die Ausgangsspannung bis in die Größenordnung von 100 kV erreicht. Denn die Ausgangsspannung UA ist als Funktion der Ladespannung UL gegeben durch UA = 2 x n x UL x η, wobei die Effizienz η durch η = (AD-ID) /AD gegeben ist .
Die Erfindung entfaltet besondere Vorteile im Zusammenwirken mit Hochdruckentladungslampen für Autoscheinwerfer, die mit Xenon unter hohem Druck von bevorzugt mindestens 3 bar und Metallhalogeniden gefüllt sind. Diese sind besonders schwer zu zünden, da wegen des hohen Xe- nondrucks die Zündspannung mehr als 10 kV beträgt. Der- zeit wird versucht, die Komponenten der Zündeinheit im Sockel unterzubringen. Ein Spiral-Puls-Generator mit integriertem Ladewiderstand kann entweder in den Sockel der Kfz-Lampe oder in einen Außenkolben der Lampe unterge- bracht sein.
Die Erfindung entfaltet ganz besondere Vorteile im Zusammenwirken mit Hochdruckentladungslampen, die kein Quecksilber enthalten. Derartige Lampen sind aus Umweltschutzgründen besonders erstrebenswert. Sei enthalten eine ge- eignete Metallhalogenid-Füllung und insbesondere ein E- delgas wie Xenon unter hohem Druck. Wegen des fehlenden Quecksilbers ist die Zündspannung besonders hoch. Sie beträgt mehr als 20 kV. Derzeit wird versucht, die Komponenten der Zündeinheit im Sockel unterzubringen. Ein Spi- ral-Puls-Generator mit integriertem Ladewiderstand kann entweder in den Sockel der Quecksilberfreien Lampe oder in einen Außenkolben der Lampe untergebracht sein.
Dabei hat der Spiral-Puls-Generator zum Erzeugen der hohen Spannung von beispielsweise 20 kV bevorzugt zwei in- tegrierte Generatoren in einer einzigen LTCC-Spirale oder einem anderen hochwärmebeständigen Material. Da ein einzelner Generator, der einen Hochspannungspuls von z.B. 20 kV erzeugen soll, einen größeren Außendurchmesser haben müsste, als der Außendurchmesser des Außenkolbens der Lampe (siehe Figur 7a, in der verschiedene Kenngrößen ähnlich wie in Figur 2 dargestellt sind) , werden zwei Generatoren in Gegentaktschaltung verwendet. Dieses Prinzip ist grundsätzlich aus US-A 4 608 521 bekannt. Dort werden jedoch zwei getrennt Generatoren verwendet. Statt dessen können im Prinzip (Figur 8a) zwei Ladewiderstände Rl und R2 und ein Schalter Seh in Form einer Funkenstrecke ver- wendet werden. Die beiden auf die Lampe L wirkenden Spiralgeneratoren sind mit SGl und SG2 bezeichnet. In Fig. 8b ist eine Schaltung gezeigt, die noch wesentlich effektiver ist. Dabei wird nur ein einziger Ladewiderstand Rl verwendet. Dieser liegt in Serie mit dem Schalter Seh. Die Enden des ersten Spiralgenerators SGl sind über den Widerstand Rl miteinander verbunden. Die Enden des anderen Spiralgenerators SG2 sind über den Schalter miteinander verbunden. Dabei ist jeweils ein Ende beider Spiral- pulsgeneratoren SGl und SG2 direkt miteinander verbunden.
Die beiden Generatoren SGl und SG2 werden jetzt integriert als eine einzige LTCC-Spirale 29 mit zwei „gestapelten" Leiterebenen und evtl. dazwischen einer möglichen Abschirmung ausgeführt (Figur 9) . Die beiden keramischen Folien 31 und 32 sind jeweils ein aufgewickeltes Band und haben typisch eine Breite a von 10 bis 50 mm und enthalten jetzt gleichzeitig drei metallische Schichten, die parallel zueinander laufen. Der erste Spiralgenerator SGl wird jeweils von einer ersten breiten Schicht 33 (typi- sehe Breite b ist 3 bis 20 mm) der beiden Folien gebildet. Der zweite Spiralgenerator SG2 wird von einer zweiten gleichartigen Schicht 34 mit ähnlicher Breite d gebildet. Um den Abstand zwischen beiden Schichten gering halten zu können wird ggf. eine Abschirmung in Gestalt eines schmalen metallischen Bandes 35 (typische Breite c ist 1 bis 5 mm) zwischen den beiden Schichten 33 und 34 als Option aufgebracht.
Diese doppelte keramische Folie 31, 32 wird bis zu 100- fach aufgewickelt, wobei der Innendurchmesser ID des ent- stehenden Hohlzylinders typisch 10 bis 50 mm beträgt. Durch Verwendung der LTCC-Technik in doppellagiger Ausführung werden sowohl eine Temperaturfestigkeit bis 600 0C als auch ein hinreichend kleiner Außendurchmesser erzielt, da jeder einzelne Generator nur die halbe geforderte Hochspannung , z.B. 10 kV, erzeugen muss (siehe Figur 7 b im Vergleich zu Figur 7a) .
Die Kenngrößen verändern sich dadurch in Richtung Kompak- tifizierung. Mögliche Dimensionierungen für einen einfachen und verdoppelten Spiral-Puls-Generator in LTCC- Bauweise sind:
In beiden Fällen wird jeweils eine Foliendicke von 50 μm und eine Leiterdicke von ebenfalls 50 μm verwendet.

Claims

Ansprüche
1. Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß, das in einem Außenkolben untergebracht ist, wobei eine Zündvorrichtung in der Lampe integriert ist, die in der Lampe Hochspannungspulse von mindestens 15 kV erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündvorrichtung im Außenkolben untergebracht ist und aus einem ersten Spiral-Puls-Generator besteht, wobei die hohe Zündspannung durch Kombination des ersten mit einem zweiten derartigen Generator erzeugt wird, wo- bei die beiden Generatoren integriert in einer einzigen Spirale ausgeführt sind und somit einen doppelten Spiralpulsgenerator bilden.
2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die beiden Generatoren nach dem Prinzip der Gegentaktschaltung verschaltet sind.
3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der doppelte Spiral-Puls-Generator aus einem temperaturbeständigen Material, insbesondere aus LTCC, hergestellt ist.
4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom doppelten Spiral-Puls- Generator vermittelte Hochspannung direkt auf zwei Elektroden im Entladungsgefäß wirkt.
5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die vom doppelten Spiral-Puls- Generator vermittelte Spannung auf eine außen am Entladungsgefäß angebrachte Zündhilfs-Elektrode wirkt.
6. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der doppelte Spiral-Puls-Generator aus mehreren Schichten aufgebaut ist, wobei die Anzahl n der Schichten mindestens n = 5 beträgt.
7. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Anzahl n der Schichten höchstens n = 500, bevorzugt höchstens n = 100, beträgt.
8. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Spiral-Puls-Generator in etwa hohlzylindrische Gestalt hat, insbesondere mit einem Innendurchmesser von mindestens 10 mm.
9. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Dielektrizitätskonstante ε des Spiral-Puls-Generators bei mindestens εr= 10 liegt.
10. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Außenkolben außerdem ein Vorwiderstand untergebracht ist, der den Ladestrom des Spiral-Puls-Generators begrenzt.
11. Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß und mit einer zugeordneten Zündvorrichtung, wobei die Zündvorrichtung Hochspannungspulse erzeugt und einen Spiral-Puls-Generator enthält, dadurch gekennzeich- net, dass der Spiral-Puls-Generator aus einem LTCC- Material gefertigt ist, wobei eine hohe Zündspannung von mehr als 15 kV durch Kombination mit einem zweiten derartigen Generator erzeugt wird, wobei die beiden Generatoren nach dem Prinzip der Gegentaktschal- tung verschaltet sind und integriert in einer einzigen Spirale ausgeführt sind.
12. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiral-Puls-Generator in ei- nem Außenkolben der Lampe untergebracht ist.
13. Kompakter Hochspannungspulsgenerator auf der Basis eines Spiral-Puls-Generators, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiral-Puls-Generator als LTCC-Bauteil ausgeführt ist aus zwei Keramikfolien und darauf aufge- brachter metallischer Leitpaste, wobei eine hohe Zündspannung von mehr als 15 kV durch Kombination mit einem zweiten derartigen Generator erzeugt wird, wobei die beiden Generatoren nach dem Prinzip der Ge- gentaktschaltung verschaltet sind und integriert in einer einzigen Spirale ausgeführt sind, indem auf jeweils einer Folie zwei zueinander beabstandete Bänder metallischer Leitpaste aufgebracht sind.
14. Hochspannungspulsgenerator nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Spirale mindestens n = 5 Windungen und bevorzugt höchstens n = 500 Windungen umfasst .
15. Hochspannungspulsgenerator nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Bändern eine Abschirmung angebracht ist.
16. Zündeinheit auf Basis eines Hochspannungspulsgenerators nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin zumindest einen Ladewiderstand und einen Schalter umfasst.
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