[1] Verfahren und Betriebsgerät zur Minimierung der I- solationsbeanspruchung eines Hochdruckentladungslampen- systems .

Technisches Gebiet

[2] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Minimierung der Isolationsbeanspruchung beim Zünden einer Hochdruckentladungslampe, mit einem Betriebsgerät, eine Hochspannung zur Zündung der Hochdruckentladungslampe generiert, und das dieses Verfahren Ausführt.

Stand der Technik

[3] Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Minimierung der Isolationsbeanspruchung beim Zünden einer Hochdruckentladungslampe nach der Gattung des Hauptanspruchs. Herkömmliche Betriebsgeräte für Hochdruckentladungslampen verwenden meist ein recht einfaches Verfahren um eine Hochdruckentladungslampe zu zünden. Die Hochdruckentladungslampe, im folgenden auch Lampe genannt, wird mit Hochspannungspulsen beaufschlagt, die eine Ausreichende Spannung besitzen, um in der Entladungslampe einen dielektrischen Durchbruch zwischen den Lampenelektroden zu erzeugen. Da nicht jede Lampe gleich beim ersten Zündpuls zündet, wird die Lampe mit einer Vielzahl von Zündpulsen beaufschlagt, die zu so genannten Zündpulspaketen zusammengefasst werden. Eine Vielzahl dieser Zündpulspakete wird in einem vorbestimmten Abstand an die Lampe abgegeben, wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist. Besonders bei Betriebsgeräten, die keine Heißwiederzündung der Hochdruckentladungslampe erlauben, kann der Fall auftreten, dass eine Lampe ausgeschaltet wird, und sofort

danach wieder eingeschaltet wird. Dann ist die Lampe aber zu heiß, um mit dem Betriebsgerät wieder gezündet werden zu können. Daher sind diese Betriebsgeräte so ausgelegt, dass sie für eine geraume Zeit von ca. 20min - 25min in kurzen Abständen immer wieder Zündpulspakete (sog. Bursts) an die Lampe abgeben, um eine in Abkühlung befindliche Lampe möglichst schnell wieder Zünden zu können (siehe Fig. 3) . Tritt solch ein Fall auf, so wird die gesamte Isolation im Hochspannungsbereich des Lampensystems mit vielen hundert bis tausend unnötigen Hochspannungspulsen belastet. Dies gilt selbstverständlich auch in dem Fall einer nichtbestückten Lampe. Bei fehlender Lampe wird die gesamte Isolation besonders belastet. Es hat sich gezeigt, dass gerade die bei vielen Geräten oft sehr langen Bursts mit vielen kurz aufeinander folgenden Hochspannungspulsen sehr schädlich für die gesamte Hochspannungsisolation sind, und ein Versagen der Isolation im Laufe der Zeit immer wahrscheinlicher wird. Unter Isolationsbeanspruchung wird im folgenden die Beaufschlagung der gesamten Isolation eines Hochdruckentladungslampen- systems von der Schaltungsanordnung, die die Hochspannung erzeugt, bis zum Hochdruckentladungslampenbrenner, der üblicherweise in einen Außenkolben eingebaut ist, mit Hochspannungspulsen, bezeichnet. Unter der gesamten Iso- lation sind alle isolierenden Teile der Anordnung von der Hochspannungsquelle bis zum Hochdruckentladungslampen- brenner zu verstehen. Also z.B. Kabel, Stecker, Lampensockel und Außenkolbenisolationen . Als Hochspannung ist alles zu verstehen, was die Hochspannungsquelle zum Zwecke der Lampenzündung an Hochspannung erzeugt. Dabei ist es unerheblich, ob die Hochspannung über ein Impulszündverfahren oder ein Resonanzzündverfahren erzeugt wird.

Aufgabe

[4] Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Minimierung der Isolationsbeanspruchung beim Zünden einer Hochdruckentladungslampe anzugeben, das von einem Be- triebsgerät, das eine Hochspannung zur Zündung der Hochdruckentladungslampe generiert, ausgeführt werden kann.

[5] Es ist ebenfalls Aufgabe der Erfindung, ein Betriebsgerät anzugeben, dass dieses Verfahren ausführt.

Darstellung der Erfindung

[6] Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Minimierung der Isolationsbeanspruchung eines Hochdruckentladungslampensystems, mit einem Betriebsgerät, das eine Hochspannung zur Zündung der Hochdruckentladungslampe generiert, wobei eine beim Lam- penstart angelegte Zündspannungs-Zeitsumme minimiert wird. Die Zündspannungs-Zeitsumme ist die Summe aller Zeitabschnitte Z ₁ , während derer der Betrag der Zündspannung eine Zündspannungs-Grenze übersteigt. Die Zündspannungsgrenze ist als Faktorbereich eines betragsmäßigen Höchstwertes der angelegten Hochspannungen definiert. Der betragsmäßige Höchstwert ist hierbei der höchste Wert des Betrages der Spannung, der in Summe für mindestens 2μs auftritt, während die Zündspannung anliegt.

[7] Der Faktorbereich liegt dabei bevorzugt zwischen 0,6 und 0,95, besonders bevorzugt zwischen 0,8 und 0,9. Dadurch werden für das erfindungsgemäße Verfahren nur an die Hochdruckentladungslampe angelegte Spannungen gezählt, die einerseits auch wirklich zur Zündung beitra-

- A -

gen, andererseits aber auch die Isolation in signifikantem Maße beanspruchen.

[8] Ist das Verhältnis der Zündspannungs-Zeitsumme einer ersten Zeitspanne (t _a |n=0..nl) zur Zündspannungs- Zeitsumme einer zweiten Zeitspanne (t _b | n=nl+l .. n2) größer

H, bietet das den Vorteil einer geringen Isolationsbean- spruchung. Bei einem Verhältnis — der Zündspannungs-

ι=nl+l

Zeitsumme einer ersten Zeitspanne (t _a |n=0..nl) zur Zündspannungs-Zeitsumme einer zweiten Zeitspanne (t _b | n=nl+l .. n2) größer als η ist der Vorteil einer geringen Isolationsbeanspruchung besonders groß.

[9] Die Dauer der ersten Zeitspanne (t _a ) ist bevorzugt zwischen Is und 2min lang, besonders bevorzugt zwischen 30s und 1min lang. Die Dauer der zweiten Zeitspanne (t _b ) hingegen ist bevorzugt zwischen 15min und 25min lang, besonders bevorzugt liegt sie bei 20min.

[10] Wenn in der ersten Zeitspanne (t _a ) Zündpulspakete mit einer Paketdauer von 0,5s - 1,5 s mit einem Abstand zwischen zwei Zündpulspaketen von 7s - 35s generiert wer- den, so kann eine kalte Hochdruckentladungslampe besonders gut gezündet werden. Die in der zweiten Zeitspanne (t _b ) generierten Zündpulspakete mit einer Paketdauer von 0,05s - 0,15 s mit einem Abstand zwischen zwei Zündpulspaketen von 30s - 7min sind auf die Zündung einer heißen Hochdruckentladungslampe hin optimiert. Wenn in der zwei-

ten Zeitspanne (t _b ) ein Lampendurchbruch detektiert wird, so kann die Generierung eines Zündpulspaketes mit einer Paketdauer von 0,5s - 1,5 s die Hochdruckentladungslampe nochmals besser starten. Mit dieser Maßnahme kann aus ei- nem ersten dielektrischen Durchbruch eine sichere Lampenzündung generiert werden.

[11] Wenn eine vorhergehende gemessene Ausschaltdauer der Hochdruckentladungslampe >=20min lang ist, so werden für eine erste Zeitspanne (t _a ) bevorzugt Zündpulspakete mit einer Paketdauer von 0,5s - 1,5 s generiert, die einen Abstand zwischen zwei Zündpulspaketen von 7s - 35s haben. Damit kann eine kalte Hochdruckentladungslampe optimal gestartet werden, weitere Zündpulse sind nicht notwendig.

[12] Bei einer vorhergehenden gemessenen Ausschaltdauer von weniger als 20 min werden Zündpulspakete für eine erste Zeitspanne (t _a ) mit einer Paketdauer von 0,5s - 1,5 s und für eine zweite Zeitspanne (t _b ) mit einer Paketdauer von 0,05s - 0,15s generiert. Der Abstand zwischen zwei Zündpulspaketen für die erste Zeitspanne (t _a ) beträgt da- bei 7s - 35s, der Abstand zwischen zwei Zündpulspaketen für die zweite Zeitspanne (t _b ) beträgt dabei 30s - 7min. Diese Werte bieten den Vorteil, dass einerseits heiße Lampen gut unter Schonung der Isolation gezündet werden können, andererseits für den Fall eines Lampentausches, eine dann als heiß erkannte kalte Lampe trotzdem gut gestartet wird.

[13] Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Minimierung der Isolationsbeanspruchung beim Zünden einer Hochdruck-

entladungslampe ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.

Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)

[14] Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausfüh- rungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

[15] Fig. Ia die Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Minimierung der Isolationsbeanspruchung beim Zünden einer Hochdruckentladungslampe für den Fall einer kal- ten Lampe.

[16] Fig. Ib die Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Minimierung der Isolationsbeanspruchung beim Zünden einer Hochdruckentladungslampe für den Fall einer hei- ßen Lampe.

[17] Fig. 2a die Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Minimierung der Isolationsbeanspruchung beim Zünden einer Hochdruckentladungslampe in einer ersten Varian- te.

[18] Fig. 2b die Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Minimierung der Isolationsbeanspruchung beim Zünden einer Hochdruckentladungslampe in einer zweiten Vari- ante.

[19] Fig. 2c die Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Minimierung der Isolationsbeanspruchung beim Zünden einer Hoch-

druckentladungslampe in einer dritten Variante .

[20] Fig. 3 die Darstellung eines Verfahrens zum Zünden einer Hochdruckentladungslampe nach dem Stand der Technik.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

[21] Fig. Ia zeigt eine grafische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Minimierung der Iso- lationsbeanspruchung beim Zünden einer Hochdruckentladungslampe für den Fall einer kalten Lampe. Auf der Hochachse ist die an die Lampe angelegte Zündspannnung angetragen, auf der Querachse die verstrichene Zeit seit dem ersten Zündpuls z. Da eine kalte Lampe sofort gezündet werden kann, sollten lediglich einige Zündpulspakete hintereinander an die Lampe angelegt werden. Zündet die Lampe bis dahin nicht, muss davon ausgegangen werden das sie defekt ist oder keine Lampe vorhanden ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind es zwei hintereinander aus- geführte Zündpulspakete, die aber eine recht lange Paketdauer aufweisen, um die schlechte Ionisation der Lampe im kalten Zustand zu überwinden. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass für eine vorbestimmte erste Zeitspanne eine Zündspannung mit einer ersten Intensität IN _ta an die Lam- pe angelegt wird, um sie zu starten. Nach dieser vorbestimmten ersten Zeit werden keine Zündpulse mehr an die Lampe angelegt. Die Intensität ist hierbei die Summe aller an die Lampe angelegten Zündpulse Z in dieser Zeitspanne pro Zeiteinheit oder die absolute Zeitdauer der

während der ersten Zeitspanne an die Hochdruckentladungslampe angelegte Zündspannung pro Zeiteinheit.

[22] Fig. Ib zeigt eine grafische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Minimierung der Iso- lationsbeanspruchung beim Zünden einer Hochdruckentladungslampe für den Fall einer heißen Lampe. In diesem Zustand muss die Lampe erst abkühlen, um Zünden zu können, daher ist eine dauernde Beaufschlagung der Lampe mit Zündpulsen von Anfang an, wie im Stand der Technik be- schrieben, nicht optimal. Es wird daher ein optimiertes Verfahren verwendet, das längere Zeitspannen zwischen den Zündpulsen vorsieht. Da die im Betriebsgerät implementierte Lampenzustandsmessung unter Umständen sehr ungenau ist, kann es sein, dass die Lampe schon weit abgekühlt ist, und daher schon nach kurzer Zeit zündfähig ist. Daher werden trotzdem von Anfang an Zündpulse generiert, um diesen Fall abzudecken. Auch für den Fall, dass eine brennende alte Lampe abgeschaltet wird um kurz danach durch eine neue kalte Lampe ersetzt zu werden, muss für solch einen Fall abgedeckt werden, denn das Betriebsgerät weiß nicht, ob eine Lampe getauscht wurde. Daher wird wie bei einer kalten Lampe eine Zündspannung mit einer ersten Intensität IN _ta für eine vorbestimmte erste Zeitspanne t _a an die Lampe angelegt. Dann wird für eine vorbestimmte zweite Zeitspanne t _b eine Zündspannung mit einer vorbestimmten zweiten Intensität IN _tb an die Lampe angelegt. Die vorbestimmte zweite Zeitspanne t _b ist dabei deutlich länger als die vorbestimmte erste Zeitspanne t _a . Dafür ist die vorbestimmte zweite Intensität INy ₃ der Zündspan- nung niedriger als die vorbestimmte erste Intensität IN t _a • Werden Zündpulse an die Lampe angelegt, so kann die

vorbestimmte erste Intensität IN _ta als Summe aller in dieser Zeitspanne angelegten Zeitabschnitte der Zündspannung (Zündspannungs-Zeitsumme) pro dieser Zeitspanne an-

Bl

gesehen werden: IN _ta = —— . Z sind dabei wie oben schon

erwähnt die Zeitabschnitte, während derer der Betrag der Zündspannung eine Zündspannungs-Grenze übersteigt, und die Zündspannungsgrenze als Faktorbereich eines betragsmäßigen Höchstwertes der angelegten Hochspannungen definiert. Die Anzahl der einzelnen Zeitabschnitte in dieser Periode ist nl . Für die vorbestimmte zweite Zeitspanne gilt dann

analog: IN _ώ =

[23] Fig. 2a zeigt die Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Minimierung der Isolationsbeanspruchung beim Zünden einer Hochdruckentladungslampe in einer ersten Variante. Das zweite erfindungsgemäße Verfahren ist eine vereinfachte Variante, in der keine Zu- standsmessung der Lampe vorgenommen wird. Dadurch kann das Betriebsgerät deutlich einfacher und damit kostengünstiger ausgeführt werden. Da das Betriebsgerät aber nun den Zustand der Lampe nicht kennt, muss das Verfahren für kalte wie für heiße Lampen geeignet sein. Da es sich gezeigt hat, dass kalte Lampen für eine optimale Zündung aufgrund ihrer geringen Ionisationsneigung Zündpulspakete mit einer längeren Paketdauer benötigen, werden am Anfang wie im ersten erfindungsgemäßen Verfahren bei heißer Lampe einige lange Zündpulspakete für die Zeitspanne t _a generiert. Hat die Lampe trotz der langen Pakete nicht gezündet, ist die Lampe wahrscheinlich nicht kalt, sondern

noch zu heiß, daher wechselt das erfindungsgemäße Verfahren die Strategie und verlängert die Pausen zwischen den Zündpulspaketen in der darauf folgenden Zeitspanne t _b . Es hat sich ebenfalls gezeigt, dass für heiße Lampen auf- grund ihrer Temperatur Zündpulspakete mit einer kurzen Paketdauer ausreichend sind, um die Lampe zu Zünden. Daher werden nicht nur die Pausen verlängert, sondern auch die Paketdauer stark reduziert. Diese Maßnahmen gewährleisten eine signifikante Reduzierung der an die Lampe

angelegten Zündspannungs-Zeitsumme ∑Z, , wobei n2 die

Summe der Pulse aus der ersten Zeitspanne t _a und der Pulse aus der zweiten Zeitspanne t _b ist.

[24] Fig. 2b zeigt die Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Minimierung der Isolationsbe- anspruchung beim Zünden einer Hochdruckentladungslampe in einer zweiten Variante. Die zweite Variante ist ähnlich zur ersten Variante, lediglich die Strategie für die Zündung einer heißen Lampe ist eine andere. Bei der zweiten Variante wird zur Zündung einer heißen Lampe in sehr gro- ßen Abständen für die Zeitspanne t _b ein Zündpulspaket an die Lampe angelegt, das dem für die Kaltzündung gleicht. Dadurch, dass die Abstände zwischen den Zündpulspaketen noch größer sind als in der ersten Variante kann die Zündspannungs-Zeitsumme während der Zeitspanne t _b gegen- über dem Stand der Technik ebenfalls deutlich reduziert werden. Diese Variante ist geeignet für Hochdruckentladungslampen, die auch in heißen Zustand eine schlechte Zündwilligkeit aufweisen, weswegen diese zweite Variante gegenüber der ersten Variante auch für die Heißzündung Zündpulspakete mit einer längeren Paketdauer definiert.

[25] In einer dritten Variante, die in Fig. 2c dargestellt ist, werden die Verfahren nach der ersten und nach der zweiten Variante kombiniert. Auch hier wird zuerst die schon oben beschriebene Kaltzündung für die Zeitspanne t _a mit einigen langen Zündpulspaketen durchgeführt. Dann wird auf eine Zündstrategie wie in der ersten Variante umgeschaltet. Es werden in größeren Abständen kurze Zündpulspakete für die Zeitspanne t _b an die Lampe angelegt. Detek- tiert das Betriebsgerät einen Durchbruch zwischen den Lam- penelektroden zum Zeitpunkt t _lr wird das Zündpulspaket deutlich verlängert, um die Lampe im weiteren Verlauf sicher zu zünden. Mit dieser Strategie erreicht man eine signifikante Verringerung der Zündspannungs-Zeitsumme bei gleichzeitiger Verbesserung der Lampenzündung. Die gesamte Isolation im Hochspannungsbereich, also auch die Lampenfassung und die Kriechstrecken im Betriebsgerät werden so geschont .

[26] Für beide erfindungsgemäße Verfahren und Varianten hat sich gezeigt, dass es für beide Zeitspannen t _a und t _b bestimmte optimale Werte gibt. Die Dauer des ersten Zeitabschnitts t _a beträgt danach zwischen Is und 2min, besonders vorteilhaft zwischen 30s und 1 min. Die Dauer des zweiten Zeitabschnittes beträgt danach 15min bis 25min, besonders vorteilhaft etwa 20min.

[27] Die Grenze, für die eine an die Lampe angelegte Hochspannung noch als Zündspannungspuls z angesehen wird, ist als Zündspannungsgrenze definiert. Die Zündspannungsgrenze liegt im Bereich von 60% bis 95%, vorteilhafter Weise im Bereich von 80% bis 90% des betragsmäßigen Höchstwertes aller Beträge der an die Lampe angelegten Hochspannungen im Zeitabschnitt t _a und im Zeitabschnitt

t _b . Der betragsmäßige Höchstwert ist hierbei der höchste Wert des Betrages der Spannung, der in Summe für mindestens 2μs auftritt, während die Zündspannung anliegt.

[28] Um das Zündspannungsverhalten der Lampe zu optimtie-

Bl

ren, ist es vorteilhaft, wenn sich das Verhältnis der Zündspannungs-Zeitsummen der ersten und zweiten Zeitabschnitte in einem bestimmten Bereich bewegt. Gut ist ein Verhältnis von ¹ ^ wobei ein Verhältnis von H besonders vorteilhaft ist.

[29] Das Verhältnis der Zündspannungs-Zeitsummen nach dem Stand der Technik bewegt sich im Bereich von 1/10 bis 1/40, was eine signifikant höhere Isolationsbeanspruchung als mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach sich zieht.