EP1829432A2

EP1829432A2 - Schaltanordnung f]r ein z]ndger[t einer entladungslampe

Info

Publication number: EP1829432A2
Application number: EP05826541A
Authority: EP
Inventors: Michael Winkel; Karl Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: HEP Tech Co Ltd
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2025-12-16
Also published as: EP1829432B1; JP5047804B2; WO2006063845A2; JP2008524783A; DE502005010300D1; ATE482606T1; US20080001548A1; WO2006063845A3; US7781981B2

Description

Schaltanordnunα für ein Zündαerät einer Entladunαslampe

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung für ein Zündgerät einer Entladungslampe, mit einer aus drei oder mehr Elektroden gebildeten Funkenstrecke, die mit der Primärwicklung eines Überlagerungstransformators und mit einem Stoßkondensator in Serie geschaltet ist.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Zündgerät für eine Hochdruckent- ladungslampe, mit einem Zündimpulsgenerator, der einen aus einem Stoßkondensator, der Primärwicklung eines Überlagerungstransformators und einem Schaltelement gebildeten Zündkreis sowie einen Hochspannungsgenerator zum Aufladen des Stoßkondensators umfasst.

Zum Betrieb von Entladungslampen sind bekanntlich Vorschaltgeräte, beispielsweise in Form von Eisendrosseln, erforderlich. Zusätzlich werden Zündgeräte benötigt, die zum Einschalten der Lampen Hochspannungsimpulse erzeugen, durch welche die Ionisation der in den Lampen befindlichen Gasmischung initiiert wird.

Zündgeräte von Entladungslampen arbeiten üblicherweise nach dem so genannten Überlagerungsprinzip ähnlich einem Teslatransformator. Die bekannten Zündgeräte weisen einen Zündimpulsgenerator zur Erzeugung der benötigten Spannungsimpulse auf. Dabei umfasst der Zündimpulsgenerator einen Zündkreis, der aus einem Stoßkondensator, der Primärwicklung eines

Überlagerungstransformators und einem Schaltelement besteht. Der Stoßkondensator muss zur Erzielung der benötigten Spannung der Zündimpulse mit Hochspannung aufgeladen werden. Dazu dient ein Hochspannungsgenerator des Zündimpulsgenerators bei den bekannten Zündgeräten. Der Hochspannungsgenerator funktioniert dabei üblicherweise mit Hilfe eines Transformators zur Erzeugung der zum Aufladen benötigten Hochspannung aus der zur Verfügung stehenden Netzspannung. Der aufgeladene Stoßkondensator wird beim Zündvorgang periodisch über die Primärwicklung des Überlagerungstransformators entladen, indem das Schaltelement periodisch ein- und ausgeschaltet wird. Im eingeschalteten Zustand bilden der Stoßkondensator und die Primärwicklung des Überlagerungstransformators einen Hochfrequenzresonanzkreis aus. Die hochfrequenten Schwingungen werden in der mit der Lampe verbundenen Sekundärwicklung des Überlagerungstransformators hochtransformiert und stehen als Zündspannung für die Lampe zur Verfügung.

Als Schaltelemente werden bei den bekannten Zündgeräten häufig Funkenstrecken eingesetzt. Die Funkenstrecke zündet, wenn der Stoßkondensator auf eine bestimmte Einschaltspannung aufgeladen ist. Die Funkenstrecke bleibt dann solange leitend, bis der Stoßkondensator über die Primärwicklung des Überlagerungstransformators auf eine bestimmte Abschaltspannung entladen ist.

Bedingt durch die hohen Ströme, die im Zündkreis bei der Entladung des

Stoßkondensators fließen, erhitzt sich das in der Funkenstrecke ionisierte Gas so stark, dass die Entionisierung behindert ist. Aus diesem Grund vergeht eine unerwünscht lange Zeit, bevor die Funkenstrecke abschaltet. Die relativ lange Entionisierungszeit bewirkt, dass Zündimpulse nur mit vergleichsweise niedrigen Frequenzen erzeugt werden können. Gerade bei Zündgeräten, die zum Heißzünden von Hochdruckentladungslampen geeignet seien sollen, besteht jedoch das Erfordernis, Zündimpulse mit hoher Spannung (20 bis 60 kV) mit einer besonders hohen Frequenz zu erzeugen, da in der Regel mehr als 1000 Zündimpulse pro Sekunde während einer Zündzeit von mehreren Sekunden nötigt sind, um ein zuverlässiges Wiederzünden von betriebswarmen

Hochdruckentladungslampen sicherzustellen. Aus der DE 86 16 255 U1 ist eine Schaltanordnung für ein Zündgerät einer Entladungslampe vorbekannt. Bei dieser Schaltanordnung kommt eine mehrstufige Funkenstrecke zum Einsatz, die aus zwei oder mehr einzelnen Funkenstecken zusammengesetzt ist. Gegenüber einstufigen Funkenstrecken hat die Aufteilung auf mehrere Funkenstecken den Vorteil, dass die Entionisierungszeit deutlich verkürzt wird. Dies ist u. a. auf die verbesserte Kühlung bei der mehrstufigen Anordnung zurückzuführen. Die vorbekannte Schaltanordnung ist besonders zum Einsatz in einem Zündkreis einer Hochdruckentladungslampe geeignet. Die mehrstufige Funkenstrecke ermöglicht die Erzeugung von bis zu 4000 Zündimpulsen pro Sekunde.

Die aus dem Stand der Technik vorbekannte Schaltanordnung hat aber den Nachteil, dass die Funkenstrecke vergleichsweise aufwendig konstruiert ist. Die Elektroden der Funkenstrecke sind bei der bekannten Anordnung massive Kupferkörper, die in einem Isolierstoffrohr konzentrisch, in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind. Dabei sind die Gasentladungsspalte zwischen den einzelnen Elektroden mit einer speziellen Gasmischung gefüllt, die zum Teil aus Wasserstoff besteht. Die Stirnflächen der Elektroden sind mit einer Aktivierungsschicht aus Natriumsilikat und einer weiteren Metallkomponente versehen. Aufgrund der speziellen Materialien der Elektroden und der Gasfüllung der gesamten Anordnung ist die vorbekannte Funkenstrecke äußerst aufwendig in der Herstellung. Die damit ausgestatteten Zündgeräte für Entladungslampen sind dementsprechend teuer.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltandordnung für ein Zündgerät einer Entladungslampe bereitzustellen, die einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist. Dabei soll die Schaltanordnung für Zündgeräte geeignet sein, die ein Heißzünden von Hochdruckentladungslampen ermöglichen.

Diese Aufgabe löst die Erfindung ausgehend von einer Schaltanordnung der eingangs genannten Art dadurch, dass die Elektroden zylinderförmig ausgebildet sind, wobei die Zylinderachsen nebeneinander und parallel zueinander ausgerichtet sind, und zwar derart, dass senkrecht zu den Zylinderachsen eine mehrstufige Luftfunkenstrecke gebildet wird. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist die Verwendung von möglichst einfach herstellbaren Elektroden für die Funkenstrecke. Die gemäß der Erfindung eingesetzten Elektroden sind zylinderförmig und können als einfache Drehteile hergestellt werden. Als Material für die Elektroden eignet sich V4A-Stahl, mithin ein Standardwerkstoff, der zu geringen Kosten verfügbar ist. Zwischen den nebeneinander angeordneten zylinderförmigen Elektroden werden gemäß der Erfindung linienförmige Gasentladungsspalte ausgebildet, diese Formgebung der Gasentladungsspalte zusammenwirkend mit der Mehrstufigkeit der Funkenstrecke führt zu einer besonders guten Kühlung, sodass die Entionisierungszeit der Funkenstrecke besonders kurz ist. Somit können kurze Schaltzeiten bzw. hohe Impulsfrequenzen zum Zünden der Entladungslampe erreicht werden. Begünstigt wird dies dadurch, dass die Funkenstrecke gemäß der Erfindung eine Luftfunkenstrecke ist, die mithin nach außen frei zugänglich ist. Eine Wärmeabfuhr durch Luftzirkulation bzw. Konvektion ist also möglich. Die Luftfunkenstrecke hat außerdem den Vorteil, dass keine besonderen Gasmischungen und entsprechend auch keinerlei gasdichte Ummantelung erforderlich sind. Entsprechend einfach und kostengünstig ist die Herstellung der erfindungsgemäßen Schaltanordnung.

Die Elektroden der erfindungsgemäßen Schaltanordnung können zweck- mäßigerweise eine zur Zylinderachse konzentrische Bohrung für einen Befestigungsbolzen aufweisen. Damit ist es besonders einfach möglich, die Elektroden in erfindungsgemäßer Art und Weise nebeneinander anzuordnen und parallel zueinander auszurichten.

Besonders praktisch ist es, wenn die Elektroden mit ihrer Unterseite an einer Trägerplatte aus elektrisch isolierendem Material befestigt werden. Hierzu können die zuvor angesprochenen Befestigungsbolzen verwendet werden. Eine besonders stabile und robuste Anordnung ergibt sich, wenn zusätzlich eine

Abdeckplatte aus dem elektrisch isolierenden Material vorgesehen wird, an der die Elektroden mit ihrer Oberseite befestigt sind. Als Material für die Trägerplatte bzw. die Abdeckplatte eignen sich die bekannten und kostengünstigen

Kunststoffmaterialien (z. B. das faserverstärkte Platinenmaterial FR4), aus denen Leiterplatten üblicherweise bestehen. Die Zylinderachsen der Elektroden sind also senkrecht zur Trägerplatte bzw. zur Abdeckplatte angeordnet. Durch die Befestigung der Elektroden an der Oberseite und an der Unterseite ist sichergestellt, dass die Parallelität zwischen den Zylinderachsen der Elektroden und damit die konstante Breite der hintereinander geschalteten Entladungsspalte eingehalten wird, auch wenn von außen mechanische Kräfte auf die Anordnung einwirken. Derartige Kräfte würden dazu führen, dass die Gesamtanordnung bestehend aus drei oder mehr Elektroden nach Art eines Parallelogramms verschoben wird. Dabei bleibt die Parallelität zwischen den Zylinderachsen erhalten und die Breite der Entladungsspalte ändert sich insgesamt nur wenig. Die erfindungsgemäße Schaltanordnung ist aus diesen Gründen besonders zuverlässig, selbst bei starker mechanischer Beanspruchung, wie sie bei Heißzündvorgängen von Hochdruckentladungslampen häufig auftreten.

Weiterhin können die Trägerplatte und/oder die Abdeckplatte bei der erfindungsgemäßen Schaltanordnung quer zur Funkenstrecke verlaufende Schlitze aufweisen. Durch diese Schlitze wird vermieden, dass sich leitende Pfade (Kriechstrecken) auf der Trägerplatte oder der Abdeckplatte ausbilden. Dies würde zwangsläufig zu einem Ausfall der mit der erfindungsgemäßen Schaltanordnung arbeitenden Zündgeräte führen. Weiterhin bewirken die Schlitze eine verbesserte Kühlung der Luftfunkenstrecke.

Gemäß einer sinnvollen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltanordnung ist der Stoßkondensator mit der Trägerplatte verbunden, wobei auf der Trägerplatte eine Leiterbahn zur Verbindung einer Elektrode des Stoßkondensators mit einer Elektrode der Funkenstrecke vorgesehen ist. Dadurch ergibt sich ein besonders einfacher mechanischer Aufbau, der ohne zusätzliche Verkabelung zwischen dem Stoßkondensator und den Elektroden der Funkenstrecke auskommt. Der Stoßkondensator bildet mit der Funkenstrecke der erfindungsgemäßen Schaltanordnung in dieser Weise eine Baueinheit, was bei der Montage und bei der Wartung des Zündgerätes praktisch ist.

Sinnvoll ist es, wenn die Elektroden der Funkenstrecke bei der erfindungsgemäßen Schaltanordnung im Übergangsbereich zwischen dem Zylindermantel und den Stirnflächen der Elektroden abgerundete Kanten haben. Hierdurch werden überhöhte elektrische Feldstärken im Bereich der Kanten vermieden, was zu einem nur schwer kontrollierbaren Zündverhalten der Funkenstrecke führen würde.

Hochdruckentladungslampen hoher Leistung sind im Allgemeinen für den Betrieb an einem Drehstromnetz, zumeist 400 V bei 50 Hz, konzipiert. Dabei liegen an den Eingangsanschlüssen solcher Hochdruckentladungslampen zwei verschiedene Phasen eines Drehstromversorgungsnetzes an. Zum Betrieb von Hochdruckentladungslampen sind stets Vorschaltgeräte, beispielsweise in Form von Eisendrosseln, erforderlich. Zusätzlich werden Zündgeräte benötigt, die zum Einschalten der Lampen Hochspannungsimpulse erzeugen, durch welche die Ionisation der in den Lampen befindlichen Gasmischung initiiert wird.

Hochleistungsentladungslampen, wie z. B. Metallhalogenid- und Natriumhochdrucklampen, werden praktisch ausschließlich für gewerbliche und industrielle Zwecke genutzt. Dort haben sie aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades und ihrer hohen Kosteneffektivität gegenüber Glüh- und Leuchtstofflampen Vorteile. Hochdruckentladungslampen hoher Leistung werden häufig zum Beleuchten von großen freien Räumen, wie z. B. Baustellen, Sportstadien, Parkplätzen, Lagerhäusern oder dergleichen und auch zu Straßenbeleuchtungszwecken verwendet.

Beim Einschalten von Hochdruckentladungslampen muß zwischen der Zündung im kalten Zustand und der sogenannten Heißzündung im betriebswarmen Zustand der Lampen unterschieden werden.

Bei der Zündung im kalten Zustand genügen Hochspannungsimpulse mit einer Amplitude von weniger als 5 kV, um die Lampen sicher zu starten. Wenn eine Hochdruckentladungslampe allerdings im betriebswarmen Zustand wieder gezündet werden soll, ist zu berücksichtigen, dass in der Lampe ein hoher Dampfdruck der Gasfüllung der Lampe herrscht, was zur Folge hat, dass die Einleitung der Ionisation der Gasfüllung schwieriger ist. Beim Heißzünden von Hochdruckentladungslampen sind daher Spannungsimpulse mit Amplituden von 20 bis 60 kV erforderlich, mit denen die Lampen wiederholt beaufschlagt werden müssen. Dabei sind in der Regel mehr als 1000 Zündimpulse pro Sekunde während einer Zündzeit von mehreren 5 Sekunden nötig, um ein zuverlässiges Wiederzünden der betriebswarmen Hochdruckentladungslampe sicherzustellen. In der Praxis sind Zündgeräte zur Heißzündung von Hochdruckentladungslampen häufig an einen separaten Netzanschluss angeschlossen.

Netzgespeiste Zündgeräte gehören zum Stand der Technik. Diese arbeiten lo nach dem eingangs beschriebenen Überlagerungsprinzip. Ein solches Zündgerät ist beispielsweise aus der DE 27 44 049 C2 bekannt. Bei diesem vorbekannten Zündgerät werden sowohl der Zündimpulsgenerator als auch die Hochdruckentladungslampe aus demselben Einphasen-Wechselstromnetz versorgt.

i5 Die Zündgeräte von Hochdruckentladungslampen, die eine hohe Leistung haben und aus dem Drehstromnetz versorgt werden, sind in der Praxis häufig an ein separates (z.B. einphasiges) Stromversorgungsnetz angeschlossen. Bei der Auslegung von Zündgeräten für derartige Hochdruckentladungslampen müssen die Vorgaben der Lampenhersteller berücksichtigt werden. Diese

2o Vorgaben betreffen nicht nur die Amplituden der Zündimpulse sowie deren Anzahl und Frequenz, sondern auch die Phasenlage der Zündimpulse bezogen auf die an den Eingangsanschlüssen der Hochdruckentladungslampe anliegende Wechselspannung. Bei Hochdruckentladungslampen vom Typ HQI 2000 W/D/S wird vom Hersteller beispielsweise vorgeschrieben, dass die

25 Zündimpulse eine Amplitude von mindestens 36 kV haben, wobei zum Heißzünden der Lampe von dem Zündgerät mindestens 10 Zündimpulse je Netzhalbwelle abgegeben werden müssen. Dabei muß das Zündgerät nach den Vorgaben des Lampenherstellers derart ausgelegt sein, dass es die Zündimpulse während der Phasenwinkelintervalle 60 °el bis 90 °el und 240 °el

3o bis 300 °el erzeugt. Derartige Herstellervorgaben können mit dem aus der genannten DE 2744 049 C2 bekannten Zündgerät nicht erfüllt werden.

Vor diesem Hintergrund ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zündgerät für eine Hochdruckentladungslampe bereitzustellen, bei dem gewährleistet ist, dass die von dem Zündgerät erzeugten Zündimpulse die vom Lampenhersteller geforderte Phasenlage bezogen auf die an der Lampe anliegende Wechselspannung haben. Außerdem soll das Zündgerät an einem Netzanschluss betreibbar sein, der von dem Netzanschluss der Hochdruckentladungslampe verschieden ist.

Diese Aufgabe löst die Erfindung ausgehend von einem Zündgerät der eingangs genannten Art dadurch, dass eine Steuereinheit zum Ein- und Ausschalten des Hochspannungsgenerators vorgesehen ist, wobei die Steuereinheit mit einer Synchronisationsschaltung zur Synchronisation des Betriebs des Hochspannungsgenerators mit der an den Eingangsanschlüssen der Hochdruckentla- dungslampe anliegenden Wechselspannung verbunden ist.

Gemäß der Erfindung weist das Zündgerät eine elektronische Steuereinheit auf, durch welche der Hochspannungsgenerator nur während der gewünschten, vom Lampenhersteller vorgegebenen Zündphasenwinkelintervalle der an der Lampe anliegenden Wechselspannung aktiviert wird. Da das Zündgerät an einem Netzanschluss betreibbar sein soll, der von dem Netzanschluss der

Hochdruckentladungslampe verschieden ist, ist gemäß der Erfindung eine Synchronisationsschaltung vorgesehen. Diese dient dazu, die Steuereinheit in die Lage zu versetzen, die Ein- und Ausschaltvorgänge des Hochspannungsgenerators zeitlich so zu steuern, dass die Zündimpulse die korrekte Phasenlage haben. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Synchronisationsschaltung des erfindungsgemäßen Zündgerätes sicherstellt, dass die vorgegebenen Zündphasenwinkelintervalle eingehalten werden, und zwar unabhängig davon, welche relative Phasenlage der Netzanschluss der Hochdruckentladungslampe und der ggf. davon separate Netzanschluss des Zündgerätes haben. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Zündgerätes ist, dass es gleichermaßen für Hochdruckentladungslampen verwendbar ist, die zwischen zwei Phasen eines Drehstromnetzes (z.B. 400 V, 50 Hz) betrieben werden oder die an ein Einphasen-Wechselstromnetz (z.B. 230 V, 50 Hz) angeschlossen sind. Unabhängig von der Leistung der Lampe ist das Zündgerät, insbesondere zum Heißzünden, universell verwendbar.

Zweckmäßigerweise bilden bei dem erfindungsgemäßen Zündgerät der Stoßkondensator, die Primärwicklung des Überlagerungstransformators und das Schaltelement einen Serienresonanzkreis. Wie oben beschrieben, schwingt der Resonanzkreis, sobald dieser mittels des Schaltelementes geschlossen wird, im Hochfrequenzbereich. Durch diese Schwingungen werden in der Sekundärwicklung des Überlagerungstransformators die der Hochdruckentladungslampe zugeführten Zündimpulse induziert. Wegen der benötigten Höhe der Zündspannung kommen für die Schwingungen des Zündkreises Frequenzen von 1 MHz bis ca. 10 MHz in Frage.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Schaltelement, das den Zündkreis des erfindungsgemäßen Zündgerätes schließt, eine Funkenstrecke. Die Funkenstrecke schaltet automatisch durch, sobald der Stoßkondensator auf einen bestimmen Spannungswert aufgeladen ist. Als Schaltelement für das Zündgerät eignet sich besonders eine Anordnung mit einer Funkenstrecke der oben beschriebenen Art.

Der Hochspannungsgenerator des erfindungsgemäßen Zündgerätes kann an einem Einphasen-Wechselstromnetz betrieben werden. Dabei kann der Hochspannungsgenerator, wie oben bereits angesprochen, an eine Phase eines Wechselstromversorgungsnetzes angeschlossen sein, die von den Phasen eines Stromversorgungsnetzes, an die die Hochdruckentladungslampe angeschlossen ist, verschieden ist. Die Hochdruckentladungslampe kann beispielsweise zwischen zwei Phasen eines Drehstromversorgungsnetzes betrieben werden, während der Hochspannungsgenerator an einer weiteren Phase des Drehstromversorgungsnetzes gegenüber einem Nullleiter betrieben wird. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Phasen des Drehstrom- Versorgungsnetzes für die Hochdruckentladungslampe und für den Hochspannungsgenerator beliebig ausgewählt werden können, ohne dass irgendein bestimmtes Anschlussschema eingehalten werden muß. Dies ist möglich, da die korrekte Phasenlage der Zündimpulse durch die Synchronisationsschaltung des erfindungsgemäßen Zündgerätes gewährleistet wird. Das erfindungsgemäße Zündgerät ist also besonders universell einsetzbar, wenn es an einem Einsphasen-Wechselstromnetz betrieben wird, da nämlich auch bei einem Drehstromanschluss, aus dem die Lampe ggf. gespeist wird, ein Nullleiter praktisch immer vorhanden ist. Das Zündgerät kann daher unabhängig von dem zur Verfügung stehenden Netzanschluss stets problemlos verwendet werden.

Die Synchronisationsschaltung kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zündgerätes eine Nulldurchgangsdetektionsschaltung umfassen. Mittels dieser werden Nulldurchgänge der an den Eingangsanschlüssen der Hochdruckentladungslampe anliegenden Wechselspannung detektiert. Dadurch, dass die in dieser Weise ausgebildete Synchronisationsschaltung anhand der Nulldurchgänge die Phasenlage der an der Hochdruckentladungslampe anliegenden Wechselspannung ermittelt, kann anhand des Signals der Nulldurchgangsdetektionsschaltung die Steuereinheit den Hochspannungsgenerator zu den richtigen Zeitpunkten ein- und ausschalten, so dass die Zündimpulse mit der korrekten Phasenlage erzeugt werden.

Weiterhin ist es zweckmäßig, dass bei dem erfindungsgemäßen Zündgerät die Synchronisationsschaltung eine Hilfsschaltung zur Erzeugung eines mit der Versorgungsspannung des Hochspannungsgenerators phasensynchronen Hilfs- Synchronisationssignals umfaßt. Dabei kann das Hilfssynchronisationssignal irgendein Signal, vorzugsweise ein Digitalsignal, sein, das zu der Versorgungsspannung des Hochspannungsgenerators phasensynchron ist. Aus dem (digitalen) Signal der Nulldurchgangsdetektionsschaltung und dem Hilfssynchronisationssignal kann dann ein dem Hochspannungsgenerator zugeführtes Steuersignal mittels der Steuereinheit in einfacher Weise generiert werden. Wobei durch das Steuersignal der Hochspannungsgenerator nur während vorgebbarer Zündphasenwinkelintervalle der an der Hochdruckentladungslampe anliegenden Wechselspannung eingeschaltet ist. Hierzu ermittelt die Elektronik der Steuereinheit den Phasenunterschied zwischen dem Signal der NuII- durchgangsdetektionsschaltung und dem Hilfssynchronisationssignal. Daraus können dann wiederum die Ein- und Ausschaltzeitpunkte nach Maßgabe der vorgegebenen Zündphasenwinkelintervalle für das Steuersignal berechnet werden. Die zeitliche Steuerung des Ein- und Ausschaltens des Hochspannungsgenerators erfolgt dann auf der Basis des Hilfssynchronisationssignals, wobei beispielsweise eine bestimmte ansteigende oder abfallende Flanke des Hilfssynchronisationssignals als Zeitbasis herangezogen werden kann. Ausgehend von dieser Zeitbasis erfolgt das Ein- und Ausschalten dann mit einer zeitlichen Verzögerung, die sich aus dem zuvor ermittelten Phasenunterschied zwischen dem Signal der Nulldurchgangsdetektionsschaltung und dem Hilfssynchronisationssignal sowie aus den vorgegebenen Zündphasenwinkel- intervallen ergibt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Zündgerät eine mit der Steuereinheit verbundene Lampenstromdetek- tionsschaltung zur Detektion eines durch die Hochdruckentladungslampe fließenden Betriebsstroms auf. Das Signal der Lampenstromdetektionsschaltung wird von der Steuereinheit genutzt, um den Hochspannungsgenerator dauerhaft abzuschalten, wenn anhand des fließenden Betriebsstroms festgestellt wird, dass die Hochdruckentladungslampe gezündet hat.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Schaltskizze eines Zündgerätes mit erfindungsgemäßer Schaltanordnung;

Fig. 2 geschnittene Seitenansicht einer Funkenstrecke gemäß der Erfindung;

Fig. 3 Trägerplatte und Abdeckplatte der

Funkenstrecke gemäß Fig. 2 in Draufsicht; Fig. 4 Blockschaltbild des erfindungsgemäßen

Zündgerätes;

Fig. 5 Illustration der zeitlichen Steuerung des erfindungsgemäßen Zündgerätes.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Schaltung ist eine Entladungslampe 1 an Sekundärwicklungen 2 eines Überlagerungstransformators 3 angeschlossen. Über die Sekundärwicklungen 2 und eine zwischengeschaltete Eisendrossel 4 ist die Entladungslampe 1 mit Netzanschlussklemmen 5 verbunden. Zum Zünden der Entladungslampe 1 dient ein Zündgerät, das aus einem Zündkreis 6 und einem Hochspannungsgenerator 7 besteht. Der Zündkreis 6 umfasst die Primärwicklung 8 des Überlagerungstransformators 3, einen Stoßkondensator 9 sowie eine Funkenstrecke 10 als selbsttätig schaltendes Schaltelement. Der Stoßkondensator 9 wird mittels des Hochspannungsgenerators 7 aufgeladen. Der Stoßkondensator 9 und die Primärwicklung 8 des Überlagerungs- transformators 3 bilden einen im MHz-Bereich schwingenden Serienresonanzkreis. Wenn der Stoßkondensator 9 auf einen bestimmten Hochspannungswert aufgeladen ist, so zündet die Funkenstrecke 10. In diesem Augenblick ist der Zündkreis 6 geschlossen, und es entsteht eine Hochfrequenzschwingung in der Primärwicklung 8 des Überlagerungstrans- formators 3. In den Sekundärwicklungen 2 wird diese Schwingung hochtransformiert, sodass an den Anschlussklemmen der Entladungslampe 1 symmetrisch Zündimpulse entgegengesetzter Polarität anliegen. Hierzu weisen die Sekundärwicklungen 2 des Überlagerungstransformators 3 gegensinnige Wicklungen auf. Mittels des Hochspannungsgenerators 7 wird der Stoß- kondensator 9 kontinuierlich geladen. Mit Zeitabständen von weniger als einer Millisekunde schlägt die Funkenstrecke 10 durch, sodass mit entsprechender Frequenz die Entladungslampe 1 mit Zündimpulsen beaufschlagt wird. Die Funkenstrecke 10 ist gemäß der Erfindung als mehrstufige Luftfunkenstrecke ausgebildet.

Wie in Fig. 2 gezeigt, besteht bei dem Ausführungsbeispiel die Funkenstrecke 10 aus vier zylinderförmigen Elektroden 11 , wobei die Zylinderachsen 12 nebeneinander und parallel zueinander ausgerichtet sind, und zwar derart, dass senkrecht zu den Zylinderachsen 12 eine mehrstufige Luftfunkenstrecke gebildet wird. Durch die Zwischenräume zwischen den Elektroden 11 werden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei linienförmige Entladungsspalte 13 gebildet. Die Geometrie der Entladungs- spalte 13 bestimmt entscheidend das Zündverhalten der Funkenstrecke, vor allem die Einschaltspannung, die Ausschaltspannung sowie die Entionisierungszeit. Zur exakten Positionierung der Elektroden 11 relativ zueinander weisen diese konzentrische Bohrungen 14 für in der Figur nicht näher dargestellte Befestigungsbolzen bzw. -zapfen auf. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Elektroden 11 mit ihrer Unterseite an einer Trägerplatte 15 und mit ihrer Oberseite an einer Abdeckplatte 16 befestigt. Die Trägerplatte 15 und die Abdeckplatte 16 bestehen aus elektrisch isolierendem Leiterplattenmaterial.

Die Fig. 3 zeigt die Trägerplatte 15 und die Abdeckplatte 16 in Draufsicht. Mittels präzise angeordneter Bohrungen 17 werden die Befestigungsbolzen für die

Elektroden 11 an der Trägerplatte 15 bzw. an der Abdeckplatte 16 festgelegt. An der Trägerplatte 15 ist außerdem eine Bohrung 18 zur Befestigung einer

Elektrode des Stoßkondensators 9 vorgesehen. Die Gesamtanordnung aus

Funkenstrecke 10 und Stoßkondensator 9 zeigt wiederum die Fig. 2. Auf der Oberseite der Trägerplatte 15 ist eine Leiterbahn 19 zur Verbindung einer

Elektrode 20 des Stoßkondensators 9 mit einer Elektrode 11 der

Funkenstrecke 10 vorgesehen.

Wie die Fig. 2 weiterhin zeigt, haben die Elektroden im Übergangsbereich 21 zwischen dem Zylindermantel und den Stirnflächen umlaufend abgerundete Kanten.

Die Fig. 2 und 3 zeigen außerdem, dass die Trägerplatte 15 und die Abdeckplatte 16 quer zur Funkenstrecke verlaufende Schlitze 22 aufweisen.

Diese Schlitze können durch simples Ausfräsen an der Trägerplatte 15 und an der Abdeckplatte 16 angebracht werden. Die Breite und Länge der Schlitze 22 ist so gewählt, dass mögliche Kriechstrecken an der Oberfläche der Trägerplatte 15 bzw. der Abdeckplatte 16 ausreichend vergrößert werden. An Klemmen 101 und 102 der in der Fig. 4 dargestellten Schaltung ist eine Hochdruckentladungslampe 103 angeschlossen. Diese wird über Klemmen 104 und 105 mit zwei Phasen eines Drehstromversorgungsnetzes verbunden. Die an der Klemme 104 anliegende Versorgungsspannung wird der Hochdruckentladungslampe 103 über ein an Klemmen 106 und 107 angeschlossenes Vorschaltgerät 108 zugeführt. Bei dem Vorschaltgerät 108 kann es sich um eine herkömmliche Eisendrossel handeln. Die Fig. 4 zeigt weiterhin ein Zündgerät 109 mit einem Zündimpulsgenerator 110. Der Zündimpulsgenerator 110 umfasst einen Stoßkondensator 111 , eine Primärwicklung 112 eines Überlagerungstransformators 113. Sekundärwicklungen 114 des symmetrisch aufgebauten Überlagerungstransformators 113 sind mit den Anschlussklemmen 101 und 102 der Hochdruckentladungslampe 103 verbunden. Weiterhin umfasst der Zündimpulsgenerator 110 eine Funkenstrecke 115 gemäß den Fig. 1 bis 3 als selbsttätig schaltendes Schaltelement. Der Stoßkondensator 111 , die Primärwicklung 112 des Überlagerungstransformators 113 und das Schaltelement 115 bilden einen im MHz-Bereich schwingenden Serienresonanzkreis. Der Stoßkondensator 111 ist mit Ausgangsklemmen 116, 117 eines Hochspannungsgenerators 118 verbunden. Der Hochspannungsgenerator 118 dient zum Aufladen des Stoßkondensators 111. Wenn der Stoßkondensator 111 auf einen bestimmen Hochspannungswert aufgeladen ist, so schaltet die Funkenstrecke 115 durch. In diesem Augenblick ist der Zündkreis geschlossen und es entsteht eine Hochfrequenzschwingung in der Primärwicklung 112 des Überlagerungstransformators 113. In den Sekundärwicklungen 114 wird diese Schwingung hochtransformiert, sodass an den Anschlussklemmen 101 , 102 symmetrisch Zündimpulse entgegengesetzter Polarität anliegen. Hierzu weisen die Sekundärwicklungen 114 des Überlagerungstransformators 113 zweckmäßigerweise gegensinnige Wicklungen auf. Über einen Anschluss 119 ist eine Steuereinheit 120 mit einem Steueranschluss 121 des Hochspannungsgene- rators 118 verbunden. Entsprechend dem über den Steueranschluss 121 zugeführten Steuersignal der Steuereinheit 120 wird der Hochspannungsgenerator 118 ein- bzw. ausgeschaltet. Während der Hochspannungsgenerator 118 eingeschaltet ist, wird der Stoßkondensator 111 kontinuierlich geladen. Mit Zeitabständen von weniger als 1 ms schlägt die Funkenstrecke 115 durch, sodass mit entsprechender Frequenz die Hochdruckentladungslampe 103 mit Zündimpulsen beaufschlagt wird. Der Hochspannungsgenerator 118 ist über eine Klemme 122 an eine Phase des Drehstromversorgungsnetzes angeschlossen, die von den Phasen, die an den Klemmen 104 bzw. 105 angeschlossen sind, verschieden ist. Über eine Klemme 123 ist der Hochspannungsgenerator 118 mit dem Nullleiter des Drehstromversorgungsnetzes verbunden, sodass insgesamt der Hochspannungsgenerator über seine Eingangsanschlüsse 124 und 125 an einem Einphasen- Wechselstromnetz betrieben wird. Die in der Fig. 1 dargestellte Schaltung umfasst ferner zur Synchronisation des Betriebs des Hochspannungsgenerators 118 mit der an den Klemmen 101 und 102 der Hochdruckentladungslampe anliegenden Wechselspannung eine Nulldurchgangs- detektionsschaltung 126 zur Detektion von Nulldurchgängen der an den Eingangsanschlüssen 101 , 102 der Hochdruckentladungslampe 103 anliegenden Wechselspannung sowie eine Hilfsschaltung 127 zur Erzeugung eines mit der Versorgungsspannung des Hochspannungsgenerators 118 phasensynchronen Hilfssynchronisationssignals. Über Eingangsanschlüsse 128, 129 ist die Nulldurchgangsdetektionsschaltung 126 mit den Klemmen 105 bzw. 106 verbunden. Wenn die zwischen diesen Klemmen anliegende Wechselspannung einen Nulldurchgang hat, wird an einem Ausgangsanschluss 130 der Nulldurchgangsdetektionsschaltung 126 ein entsprechendes Digitalsignal erzeugt, das einem Eingangsanschluss 131 der Steuereinheit 120 zugeführt wird. Die Klemmen 122 und 123 sind mit Anschlüssen 132 bzw. 133 der Hilfsschaltung 127 verbunden. Dadurch ist die Hilfsschaltung 127 mit dem Einphasen-Wechselstromnetz verbunden. Die Hilfsschaltung 127 hat bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Doppelfunktion. Zum einen generiert die Hilfsschaltung 127 an einem Ausgangsanschluss 134 eine Gleichspannung, die über einen Anschluss 135 zur Energieversorgung der Steuereinheit 120 zugeführt wird. An einem Ausgangsanschluss 136 liegt das Hilfssynchronisationssignal an, das der Steuereinheit 120 über einen Eingangsanschluss 137 zugeführt wird. Die Steuereinheit 120 generiert aus dem an dem Anschluss 131 anliegenden Signal der Nulldurchgangs- detektionsschaltung 126 und dem an dem Anschluss 137 anliegenden Hilfssynchronisationssignal das Steuersignal, das dem Hochspannungsgenerator 118 über die Anschlüsse 119 bzw. 121 zugeführt wird. Die Steuereinheit 120 bestimmt zunächst den Phasenunterschied zwischen dem Signal der Nulldurchgangsdetektionsschaltung 126 und dem Hilfssynchronisationssignal und ermittelt daraus Ein- und Ausschaltzeitpunkte für den Hochspannungsgenerator 118 nach Maßgabe von vorgegebenen Zündphasenwinkelintervallen. Nachdem der Phasenunterschied zwischen dem 5 Signal der Nulldurchgangsdetektionsschaltung 126 und dem Hilfssynchronisationssignal bestimmt ist, erfolgt die Steuerung des Hochspannungsgenerators 118 auf der Basis des Hilfssynchronisationssignals. Die Einhaltung der korrekten Phasenlage der Zündimpulse ist durch die Bestimmung des Phasenunterschiedes sichergestellt, und zwar unabhängig davon, welche lo relative Phasenbeziehung die an den Klemmen 104, 105 und 122 anliegenden Netzspannungen haben. Weiterhin umfasst das in der Fig. 1 dargestellte Zündgerät 109 eine Lampenstromdetektionsschaltung 138. Diese ist über Anschlüsse 139 und 140 in die Stromversorgungsleitung der Hochdruckentladungslampe 103 eingebunden. Sobald zwischen den Anschlüssen 139 und i5 140 ein Strom fließt, der anzeigt, dass die Hochdruckentladungslampe 103 gezündet hat, wird an einem Anschluss 141 ein digitales Signal erzeugt, das über einen Anschluss 142 der Steuereinheit 120 zugeführt wird. Wenn dieses Signal anliegt, deaktiviert die Steuereinheit 120 den Hochspannungsgenerator 118 dauerhaft, damit die Hochdruckentladungslampe 103 nach dem

20 Zünden nicht mehr unnötig mit Zündimpulsen beaufschlagt wird. Außerdem ist eine Zündhilfsschaltung 143 vorgesehen, die im Wesentlichen einen Zündhilfskondensator und einen Reihenwiderstand zum Zündhilfskondensator umfasst, die nach den Vorgaben des Lampenherstellers dimensioniert sind. Die Reihenschaltung aus Zündhilfskondensator und Widerstand ist mit

25 Anschlüssen 144, 145 verbunden und kann mittels eines Relais 146 zu der Hochdruckentladungslampe 103 parallel geschaltet werden. Die Reihenschaltung aus Zündhilfskondensator und Widerstand dient während des Zündvorgangs zur vorübergehenden Aufrechterhaltung der an den Lampenklemmen 101 und 102 anliegenden Halbwellenspannung und somit als

3o Zündhilfe. Das Relais 146 wird von der Steuereinheit 120 betätigt und ist hierzu über einen Anschluss 147 mit der Steuereinheit 120 verbunden.

Die Fig. 5 zeigt die oben angesprochenen zeitlichen Signalverläufe, die für die Funktion des erfindungsgemäßen Zündgerätes wesentlich sind. Mit der Bezugsziffer 150 ist die an der Hochdruckentladungslampe 103 anliegende 50 Hz-Wechselspannung bezeichnet. Das Signal 151 liegt an dem Ausgangs- anschluss 130 der Nulldurchgangsdetektionsschaltung 126 an. Die Nulldurch- gangsdetektionsschaltung 126 erzeugt jeweils einen kurzen Digitalimpuls, wenn die Wechselspannung 150 einen Nulldurchgang hat. Die Hilfsschaltung 127 erzeugt das Hilfssynchronisationssignal, das in der Fig. 5 mit der Bezugsziffer 152 bezeichnet ist. Das Signal 152 ist phasensynchron mit der Versorgungsspannung des Hochspannungsgenerators 118. Die Steuereinheit 120 erzeugt aus den Signalen 151 und 152 das Steuersignal, das in der Fig. 5 mit 153 bezeichnet ist. Hierzu berechnet die Steuereinheit 120 zunächst den Phasenunterschied ΔT zwischen dem Signal 151 und dem Signal 152. Hieraus werden dann nach Maßgabe der gewünschten Zündphasenwinkelintervalle (60 °el bis 120 °el und 240 °el bis 300 °el) Einschaltzeitpunkte T_EP) T_EN und Ausschaltzeitpunkte T_Ap, T_AN - jeweils für die Zündimpulse während der positiven (TEP, TAP) bzw. der negativen (TEN. TAN) Halbwelle der Versorgungsspannung 150 - ab einer ansteigenden Flanke des Signals 152 berechnet. Es werden jeweils Zündimpulse generiert, wenn das Digitalsignal 153 der Steuereinheit 120 aktiviert ist. Dies ist entsprechend jeweils einmal während einer positiven bzw. negativen Halbwelle der Versorgungsspannung 150 der Fall. Während jedes Zündphasenwinkelintervalls werden den Vorgaben des Lampenherstellers entsprechend zehn oder mehr Zündimpulse erzeugt.

- Ansprüche -

Claims

Patentansprüche

1. Schaltanordnung für ein Zündgerät einer Entladungslampe (1 ), mit einer aus drei oder mehr Elektroden (11 ) gebildeten Funkenstrecke,

5 die mit der Primärwicklung (8) eines Überlagerungstransformators (3) und mit einem Stoßkondensator (9) in Serie geschaltet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Elektroden (11 ) zylinderförmig ausgebildet sind, wobei die Zylinderachsen (12) nebeneinander und parallel zueinander ausgerichtet sind, o und zwar derart, dass senkrecht zu den Zylinderachsen (12) eine mehrstufige Luftfunkenstrecke gebildet wird.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (11 ) jeweils eine zur Zylinderachse (12) konzentrische Bohrung (14) für einen Befestigungsbolzen aufweisen.

5 3. Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Trägerplatte (15) aus elektrisch isolierendem Material, an der die Elektroden (11 ) mit ihrer Unterseite befestigt sind.

4. Schaltanordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Abdeckplatte (16) aus dem elektrisch isolierenden Material, an der die o Elektroden (11) mit ihrer Oberseite befestigt sind.

5. Schaltanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (15) und/oder die Abdeckplatte (16) quer zur Funkenstrecke verlaufende Schlitze (22) aufweisen.

6. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßkondensator (9) mit der Trägerplatte (15) verbunden ist, wobei auf der Trägerplatte (15) eine Leiterbahn (19) zur Verbindung einer Elektrode (20) des Stoßkondensators (9) mit einer

5 Elektrode (11 ) der Funkenstrecke vorgesehen ist.

7. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (11 ) im Übergangsbereich zwischen dem Zylindermantel und den Stirnflächen abgerundete Kanten haben.

8. Zündgerät für eine Hochdruckentladungslampe (103), mit einem lo Zündimpulsgenerator (110), der einen aus einem Stoßkondensator (111 ), der

Primärwicklung (112) eines Überlagerungstransformators (113) und einem Schaltelement (115) gebildeten Zündkreis sowie einen Hochspannungsgenerator (118) zum Aufladen des Stoßkondensators (111 ) umfasst, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h i5 eine Steuereinheit (120) zum Ein- und Ausschalten des Hochspannungsgenerators (118), wobei die Steuereinheit (120) mit einer Synchronisationsschaltung zur Synchronisation des Betriebs des Hochspannungsgenerators (118) mit der an den Eingangsanschlüssen (101 , 102) der Hochdruckentladungslampe (103) anliegenden Wechselspannung (150)

20 verbunden ist.

9. Zündgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßkondensator (111), die Primärwicklung (112) des Überlagerungstransformators (113) und das Schaltelement (115) einen Serienresonanzkreis bilden.

10. Zündgerät nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch 25 gekennzeichnet, dass das Schaltelement (115) eine Anordnung mit einer

Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ist umfasst.

11. Zündgerät nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungsgenerator (118) an eine Phase eines Wechselstromversorgungsnetzes angeschlossen ist, die von den Phasen eines Drehstromversorgungsnetzes, an die die Hochdruckentladungslampe (103) angeschlossen ist, verschieden ist.

12. Zündgerät nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationsschaltung eine Nulldurch-

5 gangsdetektionsschaltung (126) zur Detektion von Nulldurchgängen der an den Eingangsanschlüssen (101 , 102) der Hochdruckentladungslampe (103) anliegenden Wechselspannung (150) umfasst.

13. Zündgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationsschaltung eine Hilfsschaltung (127) zur Erzeugung eines mit lo der Versorgungsspannung des Hochspannungsgenerators (1 18) phasensynchronen Hilfssynchronisationssignals (152) umfasst.

14. Zündgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (120) derart ausgebildet ist, dass diese aus dem Signal (151 ) der Nulldurchgangsdetektionsschaltung (126) und dem Hilfssynchronisationssig- i5 nal (152) ein dem Hochspannungsgenerator (118) zugeführtes Steuersignal (153) generiert, und zwar derart, dass der Hochspannungsgenerator (1 18) nur während vorgebbarer Zündphasenwinkelintervalle der an der Hochdruckentladungslampe (103) anliegenden Wechselspannung (150) eingeschaltet ist.

15. Zündgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die 20 Steuereinheit (120) derart ausgebildet ist, dass diese den Phasenunterschied (ΔT) zwischen dem Signal (151 ) der Nulldurchgangsdetektions- schaltung (126) und dem Hilfssynchronisationssignal (152) ermittelt und daraus Ein- und Ausschaltzeitpunkte (T_E, T_A) nach Maßgabe der vorgegebenen Zündphasenwinkelintervalle für das Steuersignal (153) ermittelt.

25 16. Zündgerät einem der Ansprüche 8 bis 15, gekennzeichnet durch eine mit der Steuereinheit (120) verbundene Lampenstromdetektions- schaltung (138) zur Detektion eines durch die Hochdruckentladungslampe (103) fließenden Betriebsstroms.