EP2116111B1 - Hochspannungspulsgenerator und hochdruckentladungslampe mit derartigem generator - Google Patents

Hochspannungspulsgenerator und hochdruckentladungslampe mit derartigem generator Download PDF

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EP2116111B1
EP2116111B1 EP08717396A EP08717396A EP2116111B1 EP 2116111 B1 EP2116111 B1 EP 2116111B1 EP 08717396 A EP08717396 A EP 08717396A EP 08717396 A EP08717396 A EP 08717396A EP 2116111 B1 EP2116111 B1 EP 2116111B1
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EP
European Patent Office
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pulse generator
spiral
pressure discharge
discharge lamp
voltage
Prior art date
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EP08717396A
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English (en)
French (fr)
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EP2116111A1 (de
Inventor
Andreas Kloss
Bernhard Schalk
Steffen Walter
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Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
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Publication date
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage pulse generator according to the preamble of claim 1.
  • Such generators can be used in particular for the ignition of high-pressure discharge lamps for general lighting or for photo-optical purposes or for motor vehicles.
  • the invention further relates to a high-pressure discharge lamp with such a generator.
  • the object of the present invention is to provide a spiral pulse generator which can be used as a high temperature resistant transformer.
  • a further object 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.
  • the spiral pulse generators generally consist of two conductors of approximately equal length wound up as a spiral, see FIG. 1 , This means that each conductor has approximately the same number of turns. Such a structure is required to use the vector inversion principle.
  • the second conductor only a few turns, while the first conductor has the usual number of turns, such as 20 to 100.
  • the spiral pulse generator acts as a high temperature resistant transformer.
  • This transformer works in a similar way to an integrated Saving Transformer in that the second conductor acts as a capacitor and thus acts as a charging capacitor for the transformer.
  • the generator can also be designed with only one conductor winding with three contacts as a real economy transformer.
  • LTCC component or HTCC component.
  • This material is a special ceramic that can be made temperature resistant to 600 ° C.
  • LTCC has already been used in connection with lamps, see US 2003/00015199 and US Pat. No. 6,853,151 , However, it has been used for quite different purposes in practically barely temperature loaded lamps, with typical temperatures below 100 ° C.
  • 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 film 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.
  • the spiral pulse generator can be accommodated in the immediate vicinity of the discharge vessel in the outer bulb, but also in the base or in the immediate vicinity of the lamp.
  • 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.
  • a very compact design of the spiral pulse generator is possible, so that an installation in commercial outer bulb of high-pressure discharge lamps succeed.
  • the generated high voltage pulse represents a comparatively large energy available, which facilitates the transition to self-discharge after successful breakdown.
  • 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 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 as close to each other as possible 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 thus created spiral pulse generators with capacitor property are then connected with a spark gap and a charging resistor.
  • the spark gap can be at the inner or the outer terminals or even within the winding of the generator are located.
  • a spark gap can preferably be used, which is temperature-stable. It is also possible to use a semiconductor switching element, preferably in SiC technology. This is suitable for temperatures above 350 ° C.
  • a ceramic film in particular a ceramic tape such as Heratape CT 707 or preferably CT 765 or a mixture of both, respectively from 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 TC 7303 from Heraeus. Good results are also provided by the metal paste 6145 from DuPont. These parts are easy to laminate and then heat out ("binder burnout") and sinter together ("co-firing").
  • the inner diameter 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.
  • a ferrite 50 is shown in E-core shape, the center bar 51 passes through the inner cavity of the generator 1.
  • 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 is particularly advantageous in so-called magic spheres, in the generation of X-ray pulses and in 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 of the high xenon pressure, the ignition voltage is more than 10 kV.
  • 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 of the high xenon pressure, the ignition voltage is more than 10 kV.
  • a spiral pulse generator with integrated charging resistor can be accommodated in the base of the vehicle 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. It contains a suitable metal halide fill 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. Currently trying to accommodate the components of the ignition unit in the base. A spiral pulse generator with built-in charging resistor can either be housed in the base of the mercury-free lamp or in an outer bulb of the lamp.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
  • Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung geht aus von einem Hochspannungspulsgenerator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Generatoren lassen sich insbesondere für die Zündung von Hochdruckentladungslampen für Allgemeinbeleuchtung oder für fotooptische Zwecke oder für Kfz einsetzen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Hochdruckentladungslampe mit einem derartigen Generator.
    • 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 Metallhalogenidlampen 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 steigt die Wahrscheinlichkeit für Schädigungen der Lampe, seien es Isolationsprobleme oder ein Durchbruch im Sockel, stark an. Bisher übliche Zündgeräte konnten im allgemeinen nicht über 100 °C 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 kann ein Doppel-Generator verwendet werden, siehe US-A 4 608 521 .
    • Darstellung der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Spiralpulsgenerator anzugeben, der als hochtemperaturfester Transformator genutzt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 2.
  • Eine weitere Aufgabe ist es, eine Hochdruckentladungslampe bereitzustellen, deren Zündverhalten gegenüber bisherigen Lampen deutlich verbessert ist und bei der keine Schädigung infolge der Hochspannung zu befürchten ist. Dies gilt insbesondere für Metallhalogenidlampen, wobei das Material des Entladungsgefäßes entweder Quarzglas oder Keramik sein kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 9 und 14.
  • Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
  • Aus der DE-Az 102005061832.4 und 102005061831.6 ist ein kompakter Hochspannungspulsgenerator bekannt, der hohe Spannungen über 15 kV erzeugen kann. Dabei bestehen die Spiralpulsgeneratoren im allgemeinen aus zwei etwa gleich langen als Spirale aufgewickelten Leitern, siehe Figur 1. Das bedeutet, dass jeder Leiter in etwa gleich viele Windungen besitzt. Ein solcher Aufbau ist erforderlich um das Vektorinversionsprinzip zu nutzen.
  • Aus der DE-Az 102006026750.8 ist bekannt, einen Spiralpulsgenerator zu verwenden, der von einem ferritischen Material mit einer relativen Permeabilität von µr = 1 bis 5000 umgeben ist. Auf diese drei Schriften wird ausdrücklich Bezug genommen. Dabei wird immer das Prinzip ausgenutzt, dass ein infolge des Kurzschlusses in der ersten Windung fließender Strom in den restlichen Windungen einen Hochspannungspuls induziert.
  • Erfindungsgemäß wird jetzt eine deutlich unterschiedliche Länge der beiden aufgewickelten Leiter verwendet. Dabei weist der zweite Leiter nur wenige Windungen auf, während der erste Leiter die übliche Zahl von Windungen wie beispielsweise 20 bis 100 aufweist. In diesem Fall wirkt der Spiralpulsgenerator als hochtemperaturfester Transformator. Dieser Transformator funktioniert ähnlich einem integrierten Spar-Transformator, indem der zweite Leiter als Kondensator wirkt und damit als Ladekondensator für den Transformator wirkt. Durch die Verkürzung der zweiten Leiterahn kann entweder die Bauform verkleinert werden oder der Transformator kann bei gleichem Volumen mit mehr Windungen ausgeführt werden, was zu einem höheren Hochspannungspuls führt.
  • Bei Verwendung eines separaten üblichen Ladekondensators kann der Generator auch mit nur einer Leiterwicklung mit drei Kontakten als echter Spar-Transformator ausgeführt werden.
  • Der jetzt verwendete Spiral-Puls-Generator ist insbesondere ein sog. LTCC-Bauteil oder auch HTCC-Bauteil. Diese Material ist eine spezielle Keramik, die bis 600 °C Temperaturfest gemacht werden kann. Zwar wurde LTCC schon in Zusammenhang mit Lampen verwendet, siehe US 2003/00015199 und US-B 6 853 151 . Jedoch wurde es für ganz andere Zwecke bei praktisch kaum temperaturbelasteten Lampen, mit typischen Temperaturen unter 100 °C, eingesetzt. Der besondere Wert der hohen Temperaturstabilität von LTCC in Zusammenhang mit der Zündung von Hochdruckentladungslampen, vor allem von 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 °C. Diese Verarbeitung erlaubt einen Einsatzbereich des Spiral-Puls-Generators bis 700 °C Temperaturbelastung. Dadurch kann der Spiral-Puls-Generator in direkter Nähe des Entladungsgefäßes 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 mindestens 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 Material 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. Des weiteren stellt der erzeugte Hochspannungspuls eine vergleichsweise große Energie zur Verfügung, was nach erfolgreichem Durchschlag den Übergang zur selbstständigen Entladung erleichtert.
  • 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 Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
    • Fig. 1
    den prinzipiellen Aufbau eines Spiral-Puls- Generators wie bereits bekannt;
    Fig. 2
    den prinzipiellen Aufbau eines Spiral-Puls- Generators mit ferritischer Umfüllung;
    Fig. 3
    den prinzipiellen Aufbau eines Spiral-Puls- Generators mit verkürztem zweiten Leiter ;
    Fig. 4
    den prinzipiellen Aufbau eines Spiral-Puls- Generators mit nur einem metallischen Leiter;
    Fig.
    5 den Prinzipaufbau einer Metallhalogenidlampe mit Spiral-Puls-Generator im Außenkolben.
    Fig. 6
    eine Metallhalogenidlampe mit Spiral-Puls- Generator im Außenkolben;
    Fig. 7
    eine Metallhalogenidlampe mit Spiral-Puls- Generator im Sockel.
    Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
  • Figur 1 zeigt den prinzipiellen 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 möglichst nahe nebeneinander 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 Generators befinden. Als Hochspannungsschalter, der den Puls initiiert, kann bevorzugt eine Funkenstrecke verwendet werden, die temperaturstabil ist. Es kann auch ein Halbleiterschaltelement, bevorzugt in SiC-Technologie verwendet werden. Dieses ist für Temperaturen oberhalb 350 °C 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 oder 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 TC 7303 von Heraeus. Gute Ergebnisse liefert auch die Metallpaste 6145 von DuPont. Diese Teile lassen sich gut laminieren und danach ausheizen ("binder burnout") und zusammen sintern ("co-firing").
  • In einem Ausführungsbeispiel ist der Innendurchmesser ID des Spiral-Puls-Generator 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.
  • Der Generator wird von einem ferritischen E-I Kern mit einer Permeabilität von µ = 50...5000 umfasst, wie in Abb. gezeigt. Dadurch wird er als Transformator betrieben und nicht nach dem Prinzip der Vektorinversion. Vorteilhaft ist der Generator 1 ganz oder teilweise mit einem ferritischen Material 50 mit einer Permeabilität von µ = 50 bis 5000 umgeben. In Figur 2 ist ein Ferrit 50 in E-Kern-Gestalt gezeigt, dessen Mittelbalken 51 durch den inneren Hohlraum des Generators 1 hindurchgeht.
  • In Figur 3 ist ein erfindungsgemäßer-Spiralpulsgenerator 10 gezeigt, bei dem der zweite metallische Leiter 14 deutlich kürzer ist als der erste Leiter 3. Der zweite Leiter 14 sollte insbesondere mindestens 5 Windungen oder mindestens 10 % der Anzahl der Windungen kürzer sein als der erste Leiter 3, dessen Windungszahl bevorzugt in der Größenordnung von n = 20 bis 100 liegt. Die Kontakte der Funkenstrecke 5 können dabei einander gegenüberliegen oder möglichst nah beieinander liegen.
    • Figur 4 zeigt einen Spiralpulsgenerator 20, der überhaupt nur einen einzigen metallischen Leiter 3 besitzt. Er weist jetzt einen separaten handelsüblichen Ladekondensator 10 auf, der mit der Funkenstrecke 5 in Serie geschaltet ist. Diese Schaltung wirkt als Spar-Transformator, indem ein Mittenabgriff 40 des metallischen Leiters über den Ladekondensator 10 und die Funkenstrecke 5 mit dem inneren Ende 41 des metallischen Leiters verbunden ist.
    • Figur 5 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Metallhalogenidlampe 25 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 36 untergebracht.
    • Figur 6 zeigt eine Metallhalogenidlampe 25 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 wesentlichen 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 5 angedeutet.
    • Figur 7 zeigt eine Metallhalogenidlampe 25 ähnlich wie Figur 5 mit einem Entladungsgefäß 22, das von zwei Zuleitungen 26, 27 in einem Außenkolben 36 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 Anwendung 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 Xenondrucks die Zündspannung mehr als 10 kV beträgt. Derzeit wird versucht, die Komponenten der Zündeinheit im Sockel unterzubringen. Ein Spiral-Puls-Generator mit integriertem Ladewiderstand kann in den Sockel der Kfz-Lampe untergebracht werden.
  • Die Erfindung entfaltet ganz besondere Vorteile im Zusammenwirken mit Hochdruckentladungslampen, die kein Quecksilber enthalten. Derartige Lampen sind aus Umweltschutzgründen besonders erstrebenswert. Sei enthalten eine geeignete Metallhalogenid-Füllung und insbesondere ein Edelgas 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 Spiral-Puls-Generator mit integriertem Ladewiderstand kann entweder in den Sockel der Quecksilberfreien Lampe oder in einen Außenkolben der Lampe untergebracht sein.

Claims (18)

  1. Kompakter Hochspannungspulsgenerator auf der Basis eines Spiral-Puls-Generators, wobei der Spiral-Puls-Generator als LTCC-Bauteil oder HTCC-Bauteil ausgeführt ist aus einer spiralig aufgewickelten Keramikfolie und darauf streifenartig aufgebrachter metallischer Leitpaste, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiralpulsgenerator als Transformator wirkt, indem eine erste Keramikfolie mit einem ersten metallischen Leiter zu einer Spirale mit mindestens 5 Windungen aufgerollt ist,
    wobei ein zweiter metallischer Leiter auf einer zweiten spiralig aufgewickelten Keramikfolie zusammen mit der ersten Keramikfolie aufgewickelt wird und mit ihr als Ladekondensator wirkt, wobei jedoch die aufgewickelte Länge der zweiten Keramikfolie um mindestens zwei Wicklungen kürzer als die aufgewickelte Länge der ersten Keramikfolie ist, während außerdem ein Schalter mit dem inneren Ende des ersten und des zweiten Leiters verbunden ist.
  2. Kompakter Hochspannungspulsgenerator auf der Basis eines Spiral-Puls-Generators, wobei der Spiral-Puls-Generator als LTCC-Bauteil oder HTCC-Bauteil ausgeführt ist aus einer spiralig aufgewickelten Keramikfolie und darauf streifenartig aufgebrachter metallischer Leitpaste, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiral-Puls-Generator als Transformator wirkt, indem die Keramikfolie mit dem darauf aufgebrachten metallischen Leiter zu einer Spirale mit mindestens 5 Windungen aufgerollt ist, wobei er als Spartransformator geschaltet ist, indem ein Mittenabgriff (40) des metallischen Leiters über einen Ladekondensator (10) und eine Funkenstrecke (5) mit dem inneren Ende (41) des metallischen Leiters verbunden ist.
  3. Hochspannungspulsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spirale mindestens n = 5 Windungen und bevorzugt höchstens n = 500 Windungen umfasst.
  4. Hochspannungspulsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator ganz oder teilweise mit einem ferritischen Material mit einer Permeabilität von µ=50...5000 umgeben ist.
  5. Hochspannungspulsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter eine Funkenstrecke ist.
  6. Hochspannungspulsgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladekondensator ein konventioneller Kondensator ist.
  7. Hochspannungspulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Wicklungen des zweiten metallischen Leiters mindestens eine Wicklung und höchstens 20% der Anzahl der Wicklungen des ersten metallischen Leiters beträgt.
  8. Zündvorrichtung auf Basis eines Spiralpulsgenerators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündvorrichtung weiterhin zumindest einen Ladewiderstand und einen Schalter umfasst.
  9. Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß, das in einem Außenkolben untergebracht ist, wobei eine Zündvorrichtung in der Lampe integriert ist, die Hochspannungspulse in der Lampe von mindestens 15 kV erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündvorrichtung im Außenkolben untergebracht ist und einen Hochspannungspulsgenerator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 umfasst.
  10. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündvorrichtung im Außenkolben durch ein Gestell gehaltert ist.
  11. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Spiral-Puls-Generator vermittelte Hochspannung direkt auf zwei Elektroden im Entladungsgefäß wirkt.
  12. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Spiral-Puls-Generator vermittelte Spannung auf eine außen am Entladungsgefäß angebrachte Zündhilfs-Elektrode wirkt.
  13. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Außenkolben außerdem ein Vorwiderstand untergebracht ist, der den Ladestrom des Spiral-Puls-Generators begrenzt.
  14. Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß und einem Sockel, wobei eine Zündvorrichtung in der Lampe integriert ist, die Hochspannungspulse in der Lampe von mindestens 15 kV erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündvorrichtung im Sockel der Lampe untergebracht ist und einen Hochspannungspulsgenerator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 umfasst.
  15. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 9 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiral-Puls-Generator aus mehreren Schichten aufgebaut ist, wobei die Anzahl n der Schichten mindestens n = 5 beträgt.
  16. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl n der Schichten höchstens n = 500, bevorzugt höchstens n = 100, beträgt.
  17. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 9 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiral-Puls-Generator in etwa hohlzylindrische Gestalt hat, mit einem Innendurchmesser von mindestens 10 mm.
  18. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 9 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dielektrizitätskonstante ε des Spiral-Puls-Generators bei mindestens ε = 10 liegt.
EP08717396A 2007-03-06 2008-03-05 Hochspannungspulsgenerator und hochdruckentladungslampe mit derartigem generator Not-in-force EP2116111B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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