EP2138013B1 - Mischlichtlampe - Google Patents

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Publication number
EP2138013B1
EP2138013B1 EP08735160A EP08735160A EP2138013B1 EP 2138013 B1 EP2138013 B1 EP 2138013B1 EP 08735160 A EP08735160 A EP 08735160A EP 08735160 A EP08735160 A EP 08735160A EP 2138013 B1 EP2138013 B1 EP 2138013B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mixed light
light lamp
pulse generator
lamp according
spiral pulse
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.)
Not-in-force
Application number
EP08735160A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2138013A1 (de
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 EP2138013A1 publication Critical patent/EP2138013A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2138013B1 publication Critical patent/EP2138013B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
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Classifications

    • 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 is based on a mixed light lamp according to the preamble of claim 1.
  • Such mixed light lamps can be used in particular for general lighting.
  • mixed light lamps are off WO 2005027588 known. Your ignition will be in US 4316124 treated.
  • Mixed light lamps are characterized by the series connection of a high-pressure discharge lamp and an incandescent lamp.
  • the incandescent lamp By means of the incandescent lamp, light is generated immediately after the ignition of the lamp and at the same time the current limit necessary for the high-pressure discharge lamp is realized.
  • Such an arrangement can be operated directly on the mains voltage supply without additional ballasts.
  • Implementing a rectification and smoothing ( WO 2005027588 . US 4316124 ), so high pressure discharge lamps can be operated with metal halide.
  • Discharge lamps with low ignition voltage have a third internal ignition electrode, which is connected via a resistor ( US 4316124 ).
  • a resistor US 4316124
  • Such a structure is very difficult or impossible for ceramic discharge lamps.
  • Such lamps require an external ignition device ( WO 2005027588 ).
  • the disadvantage of this is that the leads must be designed high voltage resistant.
  • the object of the present invention is to provide a mixed light lamp which provides instant light while achieving a relatively high efficiency.
  • a mixed light lamp is a combined incandescent and discharge lamp. That is, it has a discharge vessel and a luminous body.
  • Previous mixed light lamps use as a discharge vessel preferably a pure high-pressure mercury discharge lamp.
  • the entire lamp is housed in a festooned with fluorescent elliptical outer bulb.
  • the helix typically made of tungsten, emits light immediately after switching on. It also takes over the function of the current-limiting ballast.
  • the mercury high-pressure discharge increasingly takes over part of the light generation with the evaporation of the mercury and together with the phosphor of the outer bulb.
  • Such a structure has hitherto been limited to the use of high-pressure mercury discharge lamps with relatively low luminous efficiency and poor color rendering, because only such discharge vessels, with auxiliary electrode and without further ignition devices ignite at 230 V mains voltage.
  • a metal halide lamp is used as a discharge vessel in mixed light lamps, as in WO 2005/027588 explained.
  • the mixed light lamp typically also includes a rectifier, a charging capacitor and an ignitor.
  • the ignitor is included WO 2005/027588 designed so that it has a current limiting resistor, a Zener diode, a capacitor and a coil, that is a traditional ignition circuit.
  • a mixed light lamp based on a metal halide lamp together with a ceramic spiral pulse generator as igniter.
  • a ceramic spiral pulse generator as igniter.
  • the diodes preferably have to be implemented in SiC technology and the capacitors as ceramic capacitors with a high dielectric constant. This is preferably evacuated.
  • the outer bulb is frosted, but he no longer needs a phosphor layer.
  • the spiral pulse generator enables and ensures the ignition of the metal halide lamp.
  • 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 spiral pulse generator used now is in particular a so-called. LTCC component or HTCC component.
  • the LTCC material is a special ceramic that can be tempered up to 600 ° C.
  • LTCC has already been used in connection with lamps, see US 2003/0001519 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 offset wound into a spiral and finally isostatically pressed into a shaped body.
  • the following co-sintering of the 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.
  • 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 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 thus created spiral pulse generators with capacitor property 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 even within the winding of the generator.
  • the Puls initiated preferably a spark gap can be used.
  • 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.
  • CT 700 from Heraeus. Good results are also provided by the metal paste 6142 from DuPont. 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.
  • FIG. 2 is a spiral pulse generator shown for high ignition voltages.
  • 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.
  • 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 eg 20 kV, would have to have a larger outer diameter than the outer diameter of the outer bulb of the lamp, two generators are used in push-pull mode ( FIG. 2 ). In this case, two charging resistors R1 and R2 and a switch Sch are used in the form of a spark gap. The two spiral generators acting on the lamp L are designated SG1 and SG2. This principle is basically out US Pat. No. 4,608,521 known. There, however, two separate generators are used.
  • the two generators are now integrated as a single LTCC spiral 29 with two "stacked" conductor planes and possibly a possible shield between them ( FIG. 3 ).
  • the two ceramic foils 31 and 32 are each a wound-up band and typically have a width a of 10 to 50 mm and now simultaneously contain three metallic layers which run parallel to one another.
  • the first spiral generator SG1 is in each case formed by a first wide layer 33 (typical width b is 3 to 20 mm) of the two films.
  • the second spiral generator SG2 is formed by a second similar layer 34 of similar width d.
  • a shield in the form of a narrow metallic band 35 (typical width c is 1 to 5 mm) is optionally applied between the two layers 33 and 34 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 invention develops very special advantages in combination with discharge vessels which contain no mercury.
  • Such lamps are for environmental reasons especially desirable. 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 built-in charging resistor can either be housed in the base of the mercury-free lamp or in an outer bulb of the lamp.
  • FIG. 4 shows the principle of the novel mixed light lamp.
  • a voluminous outer bulb 30 is simultaneously an incandescent lamp 31, in particular a halogen incandescent lamp, or even housed only a coil. It is connected to a first socket contact 28.
  • ignition device 32 In series therewith is accommodated as ignition device 32, a structural unit consisting of a spiral pulse generator, preferably a double-pulse spiral pulse generator, which is combined with a spark gap 33 or a similar short-circuit switch and a charging resistor 34. Both parts can be integrated into the spiral pulse generator, so that a particularly compact structural unit is created.
  • the other end of the spiral pulse generator is connected to an electrode of the discharge vessel, in particular a metal halide lamp.
  • a 150 halogen incandescent lamp is suitable in combination with a ceramic metal halide lamp 35 W.
  • FIG. 5 shows the basic structure of a rectified mixed light lamp.
  • a rectifier 45 and a charging capacitor 46 between the lamp contacts 28, 38, which lead to the mains input, and the bulb 31 is introduced.
  • the full-bridge rectifier 45 is located between the mains input and the intermediate circuit voltage. Its positive input is connected to the supply voltage, its negative input to ground.
  • the charging capacitor generates a DC link voltage between ground and supply voltage.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung geht aus von einer Mischlichtlampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Mischlichtlampen lassen sich insbesondere für Allgemeinbeleuchtung einsetzen.
    • Stand der Technik
  • Mischlichtlampen sind beispielsweise aus WO 2005027588 bekannt. Ihre Zündung wird in US 4316124 behandelt.
  • Mischlichtlampen zeichnen sich durch die Reihenschaltung einer Hochdruckentladungslampe und einer Glühlampe aus. Durch die Glühlampe wird sofort nach dem Zünden der Lampe Licht erzeugt und gleichzeitig die für die Hochdruckentladungslampe notwendige Strombegrenzung realisiert. Eine solche Anordnung kann ohne weitere Vorschaltgeräte direkt an der Netzspannungsversorgung betrieben werden. Implementiert man in die Stromversorgung eine Gleichrichtung und Glättung ( WO 2005027588 , US 4316124 ), können so auch Hochdruckentladungslampen mit Metallhalogenidfüllung betrieben werden.
  • Das Problem der Zündung von Hochdruckentladungslampen wird derzeit auf zwei Wegen gelöst. Entladungslampen mit niedriger Zündspannung besitzen eine dritte interne Zündelektrode, die über einen Widerstand beschaltet ist ( US 4316124 ). Eine solcher Aufbau ist für Keramikentladungslampen sehr schwer oder nicht realisierbar. Solche Lampen benötigen ein externes Zündgerät ( WO 2005027588 ). 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 übiche 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 wird ein Doppel-Generator verwendet, siehe US-A 4 608 521 .
    • Darstellung der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mischlichtlampe anzugeben, die Sofortlicht bereitstellt und dabei eine relativ hohe Effizienz erzielt.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
  • Eine Mischlichtlampe ist eine kombinierte Glüh- und Entladungslampe. Das heißt, dass sie ein Entladungsgefäß und einen Leuchtkörper besitzt.
  • Gewünscht ist eine Mischlichtlampe für sofortige Lichtabgabe und vergleichsweise hoher Lichtausbeute, die ohne Vorschaltgerät direkt an 230 V Netzspannung betrieben werden kann.
  • Bisherige Mischlichtlampen verwenden als Entladungsgefäß bevorzugt eine reine Quecksilber-Hochdruckentladungslampe. Die gesamte Lampe ist in einem mit Leuchtstoff beschlämmten elliptischen Außenkolben untergebracht. Die Wendel, typisch aus Wolfram, gibt sofort nach dem Einschalten Licht ab. Sie übernimmt außerdem die Funktion des strombegrenzenden Vorschaltgeräts. Die Quecksilber-Hochdruckentladung übernimmt mit dem Verdampfen des Quecksilbers und zusammen mit dem Leuchtstoff des Außenkolbens zunehmend einen Teil der Lichterzeugung. Ein solcher Aufbau ist bislang auf die Verwendung von Quecksilber-Hochdruckentladungslampen mit relativ geringer Lichtausbeute und schlechter Farbwiedergabe beschränkt, weil nur solche Entladungsgefäße, mit Hilfselektrode und ohne weitere Zündgeräte bei 230 V Netzspannung zünden. Gelegentlich wird auch eine Metallhalogenidlampe als Entladungsgefäß bei Mischlichtlampen verwendet, wie in WO 2005/027588 erläutert. Die Mischlichtlampe enthält typisch außerdem einen Gleichrichter, einen Ladekondensator und ein Zündgerät. Das Zündgerät ist bei WO 2005/027588 so ausgebildet, dass es einen strombegrenzenden Widerstand, eine Zenerdiode, einen Kondensator und eine Spule aufweist, also eine traditionelle Zündschaltung darstellt.
  • Um ein voluminöses Zündgerät zu vermeiden, das entweder separat oder im Sockel untergebracht ist, wird nun erstmals vorgeschlagen, eine Mischlichtlampe auf Basis einer Metallhalogenidlampe zusammen mit einem keramischen Spiralpulsgenerator als Zündgerät zu verwenden. Damit ist es sogar möglich, alle Komponenten wie Wendel, Entladungsgefäß und zündgerät in einem Außenkolben unterzubringen. Es können auch Komponenten zur Gleichrichtung und Glättung des Lampenstroms mit im Außenkolben der Lampe untergebracht werden. Dazu müssen die Dioden bevorzugt in SiC Technologie und die Kondensatoren als keramische Kondensatoren mit hoher Dielektrizitätskonstante ausgeführt werden. Dieser ist bevorzugt evakuiert. Bevorzugt ist der Außenkolben mattiert, jedoch benötigt er keine Leuchtstoffschicht mehr. Durch den Spiralpulsgenerator wird das Zünden der Metallhalogenidlampe ermöglicht und sichergestellt.
  • Aus der DE-Az 102005061832.4 und DE-Az 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.
  • Bei Auslegung eines Spiralpulsgenerators für eine Pulsspannung von etwa 25 kV wird sogar der Bau einer Lichtquelle mit Sofortlicht und außerdem Heißwiederzündfähigkeit möglich. Dies kann beispielsweise durch einen Doppelpulsgenerator erreicht werden, siehe US-A 4 608 521 und insbesondere auch DE-Az 102006026749.4
  • Der jetzt verwendete Spiral-Puls-Generator ist insbesondere ein sog. LTCC-Bauteil oder auch HTCC-Bauteil. Das LTCC-Material ist eine spezielle Keramik, die bis 600 °C Temperaturfest gemacht werden kann. Zwar wurde LTCC schon in Zusammenhang mit Lampen verwendet, siehe US 2003/0001519 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, 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 °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 e von e > 10 aus, wobei je nach Material und Bauweise ein e von typisch 70, bis zu e=5000 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 erleichter 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
    das Prinzip der Verschaltung für einen verdoppel- ten Spiral-Puls-Generator
    Fig. 3
    den prinzipiellen Aufbau eines Spiral-Puls- Generators mit erhöhter Zündspannung;
    Fig. 4
    den prinzipiellen Aufbau einer neuartigen Misch- lichtlampe;
    Fig. 5
    den prinzipiellen Aufbau einer gleichgerichteten Mischlichtlampe.
    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 Generators befinden. Als Hochspannungsschalter, der den Puls initiiert, kann bevorzugt eine Funkenstrecke verwendet werden.
  • In einem konkreten Ausführungsbeispiel wird ein Keramikmaterial mit e = 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 CT 700 von Heraeus. Gute Ergebnisse 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 ist ein Spiralpulsgenerator gezeigt für hohe Zündspannungen.
  • 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.
  • Dabei hat der Spiral-Puls-Generator zum Erzeugen der hohen Spannung von beispielsweise 20 kV bevorzugt zwei integrierte 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, werden zwei Generatoren in Gegentaktschaltung verwendet (Figur 2). Dabei werden zwei Ladewiderstände R1 und R2 und ein Schalter Sch in Form einer Funkenstrecke verwendet. Die beiden auf die Lampe L wirkenden Spiralgeneratoren sind mit SG1 und SG2 bezeichnet. Dieses Prinzip ist grundsätzlich aus US-A 4 608 521 bekannt. Dort werden jedoch zwei getrennt Generatoren verwendet.
  • Die beiden Generatoren werden jetzt integriert als eine einzige LTCC-Spirale 29 mit zwei "gestapelten" Leiterebenen und evtl. dazwischen einer möglichen Abschirmung ausgeführt (Figur 3). 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 SG1 wird jeweils von einer ersten breiten Schicht 33 (typische 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 entstehenden Hohlzylinders typisch 10 bis 50 mm beträgt.
  • Durch Verwendung der LTCC-Technik in doppellagiger Ausführung werden sowohl eine Temperaturfestigkeit bis 600 °C als auch ein hinreichend kleiner Außendurchmesser erzielt, da jeder einzelne Generator nur die halbe geforderte Hochspannung , z.B. 10 kV, erzeugen muss.
  • Die Kenngrößen verändern sich dadurch in Richtung Kompaktifizierung. Mögliche Dimensionierungen für einen einfachen und verdoppelten Spiral-Puls-Generator in LTCC-Bauweise sind:
    Merkmal Einfacher Spiral-Puls-Generator Verdoppelter Spiral-Puls-Generator
    Windungen 95 48
    Innendurchmesser 30 mm 15 mm
    Außendurchmesser 68 mm 34 mm
    Epsilon er 66 66
    Streifenbreite 20 mm 20 mm
    Maximale Spannung 20 kV 2x10kV =20 kV
    Durchmesser innen 100 mm 15 mm
    Ladespannung 400 V 300V
  • In beiden Fällen wird jeweils eine Foliendicke von 50 µm und eine Leiterdicke von ebenfalls 50 µm verwendet.
  • 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 ganz besondere Vorteile im Zusammenwirken mit Entladungsgefäßen, die kein Quecksilber enthalten. Derartige Lampen sind aus Umweltschutzgründen besonders erstrebenswert. Sie 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.
  • Figur 4 zeigt das Prinzip der neuartigen Mischlichtlampe. In einem voluminösen Außenkolben 30 ist gleichzeitig eine Glühlampe 31, insbesondere eine Halogenglühlampe, oder auch lediglich eine Wendel untergebracht. Sie ist mit einem ersten Sockelkontakt 28 verbunden. In Serie dazu ist als Zündgerät 32 eine Baueinheit untergebracht, bestehend aus einem Spiralpulsgenerator, bevorzugt einem Doppelpuls-Spiralpulsgenerator, der mit einer Funkenstrecke 33 oder einem ähnlichen Kurzschlussschalter und einem Ladewiderstand 34 kombiniert ist. Beide Teile können in den Spiralpulsgenerator integriert sein, so dass eine besonders kompakte Baueinheit entsteht. Das andere Ende des Spiralpulsgenerators ist mit einer Elektrode des Entladungsgefäßes, insbesondere einer Metallhalogenidlampe, verbunden.
  • Konkret eignet sich eine 150 Halogenglühlampe in Kombination mit einer keramischen Metallhalogenidlampe 35 W.
  • Von der anderen Elektrode der Entladungslampe bzw. des Entladungsgefäßes wird eine Leitung zum zweiten Sockelkontakt 38 zurückgeführt.
  • Figur 5 zeigt den Prinzipaufbau einer gleichgerichteten Mischlichtlampe. Im Unterschied zu Figur 4 ist dabei noch im Außenkolben der Lampe ein Gleichrichter 45 und ein Ladekondensator 46 zwischen den Lampenkontakten 28, 38, die zum Netzeingang führen, und der Glühlampe 31 eingebracht. Der Vollbrückengleichrichter 45 liegt zwischen Netzeingang und Zwischenkreisspannung. Sein positiver Eingang liegt an der Versorgungsspannung, sein negativer Eingang an Masse. Der Ladekondensator erzeugt eine Zwischenkreisspannung zwischen Masse und Versorgungsspannung.

Claims (13)

  1. Mischlichtlampe mit einem Außenkolben (30), in dem eine Wendel und ein Entladungsgefäß in Serie untergebracht sind, wobei das Entladungsgefäß eine Metallhalogenidfüllung aufweist, wobei der Lampe weiterhin ein Gleichrichter (45), ein Energiespeichermittel (46) und ein Zündgerät (32) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündgerät einen Spiralpulsgenerator enthält, der direkt im Außenkolben untergebracht ist.
  2. Mischlichtlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiralpulsgenerator ein Doppelpulsgenerator ist.
  3. Mischlichtlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündgerät einen Kurzschlussschalter und einen Ladewiderstand enthält.
  4. Mischlichtlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündgerät einen Gleichrichter und einen Energiespeicher enthält.
  5. Mischlichtlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter eine Funkenstrecke ist.
  6. Mischlichtlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeichermittel ein Ladewiderstand ist, der im Spiralpulsgenerator integriert ist.
  7. Mischlichtlampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladekondensator ein konventioneller Kondensator ist.
  8. Mischlichtlampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladekondensator dadurch gebildet ist, dass ein zweiter metallischer Leiter auf einer zweiten spiralig aufgewickelten Keramikfolie zusammen mit der ersten Keramikfolie aufgewickelt wird, wobei jedoch die aufgewickelte Länge der zweiten Keramikfolie um mindestens zwei Wicklungen kürzer als die aufgewickelte Länge der ersten Keramikfolie ist.
  9. Mischlichtlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündvorrichtung im Außenkolben durch ein Gestell gehaltert ist.
  10. Mischlichtlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Spiral-Puls-Generator vermittelte Hochspannung direkt auf zwei Elektroden im Entladungsgefäß wirkt.
  11. Mischlichtlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Spiral-Puls-Generator vermittelte Spannung auf eine außen am Entladungsgefäß angebrachte Zündhilfs-Elektrode wirkt.
  12. Mischlichtlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dielektrizitätskonstante e des Spiral-Puls-Generators bei mindestens e = 10 liegt.
  13. Mischlichtlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Außenkolben außerdem ein Vorwiderstand untergebracht ist, der den Ladestrom des Spiral-Puls-Generators begrenzt.
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