[1] Hochspannungsimpulsgenerator und Hochdruckentladungslampe mit einem Hochspannungsimpulsgenerator.

Technisches Gebiet

[2] Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsimpulsge- nerator auf der Basis eines Spiral-Puls-Generators, wobei der Spiral-Puls-Generator als LTCC-Bauteil ausgeführt ist und aus mindestens zwei keramischen- und mindestens zwei metallhaltigen Schichten gewickelt ist. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Hochdruckentladungslampe mit einem rohrförmigen Außenkolben.

Stand der Technik

[3] Die Erfindung geht aus von einem Hochspannungsimpulsgenerator nach der Gattung des Hauptanspruchs.

[4] Aus der DE 10 2005 061 832 Al ist ein Hochspannungs- impulsgenerator auf der Basis eines Spiral-Puls- Generators bekannt, der als LTCC-Bauteil ausgeführt ist, so dass er im Lampensockel oder im Außenkolben einer Hochdruckentladungslampe Verwendung finden kann. Dieser Generator hat, wie auch in der Fig. Ia dargestellt, eine runde Grundform. Fig. Ib zeigt hier erläuternd den grundsätzlichen Zusammenhang der Spannungsverstärkung eines Spiral-Puls-Generators in Abhängigkeit von seinem Durchmesser. Die Spannungsverstärkung steigt mit zunehmendem Durchmesser zusehends. Bei Hochdruckentladungslampen, die eine höhere Zündspannung benötigen, zeigt sich jedoch das Problem, dass der Hochspannungsimpulsgenerator, der als runder Spiral-Puls-Generator ausgeführt ist, zu groß wird, da seine Ausgangsspannung U _A von seinen geometrischen Abmessungen, speziell seinem Außen- und Innendurch- messer (AD, ID) abhängt, wie aus folgender Formel hervorgeht: U _A =2xnxU _L x (AD-ID) /AD. Dabei steht n für die Windungszahl des Spiral-Puls-Generators, sowie U _L für die Lade- beziehungsweise Eingangsspannung. Diese Gleichung besagt, dass die Effizienz eines Spiral-Puls-Generators unter anderem vom Verhältnis der Differenz seines inneren und äußeren Durchmessers zu seinem mittleren Durchmesser bestimmt ist.

[5] Benötigt die Hochdruckentladungslampe eine hohe Spannung zum zünden, also um einen dielektrischen Durchbruch zwischen ihren Elektroden zu erreichen, stellt das ein Problem dar, da dann der Außendurchmesser eines geeigneten Spiral-Puls-Generators größer wird als der Innendurchmesser des Außenkolbens der Hochdruckentladungs- lampe.

Aufgabe

[6] Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Hochspannungsimpulsgenerator auf der Basis eines Spiral-Puls-Generators, wobei der Spiral-Puls-Generator als LTCC-Bauteil ausge- führt ist und aus mindestens zwei keramischen- und mindestens zwei metallhaltigen Schichten gewickelt ist, anzugeben, der mechanisch so ausgestaltet ist, dass er auch für Hochdruckentladungslampen Verwendung finden kann, die einen schlanken Außenkolben aufweisen. Es ist ebenfalls Aufgabe der Erfindung, eine solche Hochdruckentladungslampe mit schlankem Außenkolben anzugeben, die ein verbessertes Zündverhalten zeigt.

Darstellung der Erfindung [7] Die Lösung der Aufgabe bezüglich des Hochspannungsimpulsgenerators erfolgt erfindungsgemäß mit einem Hochspannungsimpulsgenerator auf der Basis eines Spiral-Puls- Generators, wobei der Spiral-Puls-Generator als LTCC- Bauteil ausgeführt ist und aus mindestens zwei keramischen- und mindestens zwei metallhaltigen Schichten gewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungsimpulsgenerator in ein zylindrisches Volumen V=d2*π*3*d einbringbar ist, dessen Länge dreimal so lang ist wie der Durchmesser des Volumens, und das Volumen des Hochspannungsimpulsgenerators größer ist als ein Drittel des zylindrischen Volumens. Erstaunlicherweise hat sich nämlich gezeigt, dass die vom Spiral-Puls-Generator abgebbare Zündspannung nicht wesentlich sinkt, wenn der Spiral-Puls-Generator keine runde, sondern eine in eine Richtung abgeflachte Form wie z.B. eine ovale Form aufweist.

[8] Der Hochspannungsimpulsgenerator besitzt dabei eine von der Kreisform abweichende Hohlzylindrische Form. Als Hohlzylindrische Form wird dabei eine Zylindrische Form angesehen, die von einer im Durchmesser kleineren aber genau so langen Zylindrischen Form durchbrochen ist. Besonders bevorzugt entspricht dabei der Umriss des Hochspannungsimpulsgenerators einer geschlossenen von der Kreisform abweichenden Kurve, wie z.B. einer ovalen Form in einer ersten Ausführungsform. Als ovale Form wird dabei eine Form mit den Eigenschaften, dass jede Gerade das Oval in höchstens zwei Punkten schneidet und jeder Punkt des Ovals genau eine Tangente hat, bezeichnet. Die Sei- tenansicht des Hochspannungsimpulsgenerators entspricht dabei der Form eines ovalen Rings. - A -

[9] In einer zweiten Ausführungsform entspricht der Um- riss des Hochspannungsimpulsgenerators einer Kurve mit zwei gegenüberliegenden parallelen Geraden, die an zwei gegenüberliegenden Punkten der Gerade jeweils durch einen Halbkreis verbunden werden. Diese Form kann man sich ähnlich wie den Grundriss des Circus Maximus vorstellen. Die Seitenansicht entspricht dann analog der Form eines Rings, dessen Umriss zwei gegenüberliegenden parallelen Geraden entspricht, die an zwei gegenüberliegenden Punk- ten der Gerade jeweils durch einen Halbkreis verbunden werden .

[10] Die Exzentrizität des Hochspannungsimpulsgenerators liegt dabei bevorzugt zwischen 1 und 10, besonders bevorzugt zwischen 1,5 und 3. Als Exzentrizität wir dabei das Verhältnis der Durchmesser des Hochspannungsimpulsgenerators in radial um 90° versetzte Richtungen angesehen.

[11] Die Lösung der Aufgabe bezüglich der Hochdruckentladungslampe erfolgt mittels einer Hochdruckentladungslampe mit einem Rohrförmigen Außenkolben, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Außenkolben der Hochdruckentladungslampe einen Hochspannungsimpulsgenerator mit einem oder mehreren der vorgenannten Merkmale aufweist. Der Außenkolben der Hochdruckentladungslampe weist dabei bevorzugt einen Innendurchmesser von 18-25 mm auf.

[12] Die Hochdruckentladungslampe weist dabei bevorzugt eine Beschaltung des Spiral-Puls-Generators auf, die die Ladespannung des Spiral-Puls-Generators mittels einer Resonanzüberhöhung erzeugt. Die Beschaltung kann dabei im Lampensockel untergebracht sein, sie kann aber auch mit dem Spiral-Puls-Generator im Außenkolben der Hochdruckentladungslampe untergebracht sein.

[13] Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.

Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)

[14] Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

[15] Fig. Ia Ein runder Spiral-Puls-Generator nach dem Stand der Technik.

[16] Fig. Ib Ein Diagramm, das den Zusammenhang der Spannungsverstärkung eines Spiral-Puls- Generators nach dem Stand der Technik abhängig von seinem Durchmesser zeigt.

[17] Fig. 2a Ein ovaler Spiral-Puls-Generator einer ersten Ausführungsform.

[18] Fig. 2b Ein Spiral-Puls-Generator einer zweiten Ausführungsform, dessen Umriss einer Kurve mit zwei gegenüberliegenden parallelen Geraden entspricht, die an zwei gegenüberliegenden

Punkten der Gerade jeweils durch einen Halbkreis verbunden werden.

[19] Fig. 3 Ein Diagramm, das die Ausgangsspannung eines runden Spiral-Puls-Generators nach dem Stand der Technik verglichen mit einem erfindungsgemäßen ovalen Spiral-Puls-Generator zeigt, [20] Fig. 4 Ein Schaltbild der Beschaltung des Spiral- Puls-Generators .

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Erste Ausführungsform

[21] In der ersten Ausführungsform, die in Fig. 2a gezeigt ist, hat der Spiral-Puls-Generator eine ovale Form. Erstaunlicherweise hat sich gezeigt, dass die Ausgangsspannung eines Spiral-Puls-Generators mit einer ovalen Form nur um ca. 1/3 geringer ist als die Ausgangsspannung eines vergleichbaren runden Spiral-Puls-Generators. In Fig. 3 ist dies anschaulich dargestellt. Das Signal 32 zeigt die Ausgangsspannung eines runden Spiral-Puls- Generators, das Signal 34 die eines ovalen Spiral-Puls- Generators. Es ist deutlich zu sehen, dass die maximale Ausgangsspannung des runden Spiral-Puls-Generators nur um etwa ein drittel höher ist als die maximale Ausgangsspannung des ovalen Spiral-Puls-Generators. Ein runder Spiral-Puls-Generator, der einen ähnlichen Durchmesser wie die Breite eines ovalen Spiral-Puls-Generators hätte, würde eine signifikant niedrigere Ausgangsspannung erzeugen .

[22] Ein ovaler Spiral-Puls-Generator kann aber längs in ein zylindrisches Volumen eingeführt werden, dass im Durchmesser begrenzt ist, nicht aber in der Länge. Dies ist bei bestimmten Hochdruckentladungslampen der Fall, die einen schlanken Außenkolben aufweisen. Der Außenkolben ist zu schlank, um einen geeigneten runden Spiral- Puls-Generator aufzunehmen, ein ovaler Spiral-Puls- Generator kann jedoch problemlos in den evtl. verlängerten Außenkolben einer Lampe eingebracht werden. Die Exzentrizität des Spiral-Puls-Generators, d.h. das Verhältnis — , also der Länge 1 des Spiral-Puls-Generators zu b seiner Breite b, beträgt hier zwischen 1 und 10, besonders bevorzugt zwischen 1,5 und 3.

[23] Fig. 4 zeigt eine geeignete Beschaltung des erfindungsgemäßen Spiral-Puls-Generators, um eine Heißwieder- zündfähigkeit der Hochdruckentladungslampe 5 zu gewähr- leisten. Der Spiral-Puls-Generator 1 ist wie oben beschrieben in den Außenkolben der Hochdruckentladungslampe 5 eingebaut. Alternativ kann der Spiral-Puls-Generator 1 auch in den Sockel der Hochdruckentladungslampe 5 eingebaut werden. Als Beschaltung sind noch eine Funkenstrecke 51 sowie ein Ladewiderstand 52 notwendig. Die Beschaltung kann in entsprechend temperaturfester Ausführung mit in den Außenkolben der Hochdruckentladungslampe 5 oder aber in den Sockel der Hochdruckentladungslampe 5 angeordnet werden. Die Beschaltung im Sockel birgt den Nachteil, dass bei einer Anordnung des Spiral-Puls-Generators 1 im Außenkolben der Hochdruckentladungslampe 5 drei Stromzuführungen in den Außenkolben geführt werden müssen. Findet der Spiral-Puls-Generator mit Beschaltung im Lampensockel Platz, so sind lediglich 2 Stromzuführungen not- wendig, die aber Hochspannungsfest ausgeführt sein müssen. Bei einer Anordnung des Spiral-Puls-Generators samt Beschaltung im Außenkolben der Hochdruckentladungslampe 5 werden ebenfalls nur zwei Stromzuführungen benötigt, die auch nicht hochspannungsfest ausgeführt sein müssen. [24] Der Spiral-Puls-Generator wird hier jedoch nicht wie bisher als , Zündtransformator' genutzt, sondern ist erfindungsgemäß Teil eines Resonanzkreises, der die kapazitiven Eigenschaften des Spiral-Puls-Generators verwendet. Der Resonanzkreis besteht vorzugsweise aus der Ausgangsinduktivität eines elektronischen Betriebsgerätes 20, sowie aus dem Ladewiderstand 52 und dem Spiral-Puls- Generator 1. Der Resonanzkreis wird derart angeregt, dass die Spannungsüberhöhung an der Kapazität, also am Spiral- Puls-Generator 1 auftritt. Durch die Spannungsüberhöhung liegt aber am Spiral-Puls-Generator eine Spannung an, die die Parallelgeschaltete Funkenstrecke 51 durchbrechen lässt, und die damit den Spiral-Puls-Generator triggert. Somit wird der bekannte Zündpuls des Spiral-Puls- Generators 1 von der durch den Resonanzkreis verursachten Spannungsüberhöhung überlagert, was eine höhere Zündspannung und auch eine signifikant höhere Zündenergie für die Hochdruckentladungslampe 5 zur Folge hat. Die Hochdruckentladungslampe 5 kann damit besser und sicherer gezündet werden. Die erfindungsgemäße Betriebsweise mit einer Resonanzüberhöhung kann natürlich auch mit einem bekannten Spiral-Puls-Generator aus dem Stand der Technik angewandt werden .

Zweite Ausführungsform

[25] Die zweite Ausführungsform, die in Fig. 2b gezeigt ist, unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform lediglich durch die Form des Spiral-Puls-Generators. Hier hat der Spiral-Puls-Generator eine Form, dessen Umriss einer Kurve mit zwei gegenüberliegenden parallelen Gera- den entspricht, die an zwei gegenüberliegenden Punkten der Gerade jeweils durch einen Halbkreis verbunden wer- den. Diese Form ist z.B. als Grundriss des Circus Maximus in Rom bekannt. Der Spiral-Puls-Generator hat hier gerade Segmente, dadurch lässt sich seine Exzentrizität, also sein Verhältnis der Länge 1 zur Breite b weiter steigern; die Exzentrizität des Spiral-Puls-Generators liegt auch hier zwischen 1 und 10, besonders bevorzugt zwischen 1,5 und 3.

[26] Mit solch einem Spiral-Puls-Generator 1 und einer entsprechenden Auslegung der Beschaltung und des elektro- nische Betriebsgerätes gemäß Fig. 4 lässt sich eine Hochdruckentladungslampe 5 exzellent starten. Im Folgenden soll eine Beispielhafte Auslegung angegeben werden, die eine Konfiguration bestehend aus einer erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe 5 mit dem erfindungsgemäßen Spi- ral-Puls-Generator 1 haben könnte. Der erfindungsgemäße Spiral-Puls-Generator weist dabei eine Kapazität von etwa 18OnF auf. Um ein gutes Resonanzverhalten zu gewährleisten ist eine Güte von 10 für den Spiral-Puls-Generator 1 notwendig. Der Leitungs- und Ladewiderstand 52 hat einen Widerstandswert von etwa 5Ω. Die (in Fig. 4 nicht gezeigte) Drossel des elektronischen Betriebsgerätes 20 weist einen Induktivitätswert von etwa 0,45mH auf. Damit ergibt sich eine Resonanzfrequenz des Resonanzkreises von etwa 17,7kHz. Wenn das elektronische Betriebsgerät eine Aus- gangsspannung von 200V aufweist, liegt bei dieser Frequenz eine Spannung von ca. 2000V am Spiral-Puls- Generator 1 an. Die Spannung am Spiral-Puls-Generator wird gegenüber der Ausgangsspannung des elektronischen Betriebsgerätes also verzehnfacht. Als Ausgangsspannung des elektronischen Betriebsgerätes wird hier die Spannung angesehen, die das elektronische Betriebsgerät vor der Zündung an die Lampe abgibt. Normalerweise wird zwischen elektronischem Betriebsgerät 20 und Hochdruckentladungslampe 5 noch ein Zündgerät angeordnet, dass aus den 200V Ausgangsspannung des Betriebsgerätes noch eine Zündspan- nung von 2-2,5 kV für die kaltzündung der Hochdruckentladungslampe generiert. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe nicht mehr notwendig, da das Zündgerät in Form des beschalteten Spiral-Puls-Generators 1 schon in der Lampe integriert ist. Dadurch, dass der erfindungsgemäße Spiral-Puls-Generator mit seiner Exzentrizität aus der Ladespannung eine hohe Zündspannung im zweistelligen kV-Bereich generieren kann, ist es möglich, eine heißwiederzündfähige Hochdruckentladungslampe herzustellen, die direkt an ein lediglich leicht angepasstes elektronisches Betriebsgerät angeschlossen werden kann.