DE3924067C2 - Zündeinrichtung für eine elektrodenlose Entladungslampe hoher Intensität - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für eine elektrodenlose Entladungslampe hoher Intensität (HID-Lampe) gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

In der älteren DE 39 23 698 A1 sind Zündelektroden für HID-Lampen offenbart, die eine wärmeempfindliche Einrichtung zum Bewegen einer solchen Elektrode in eine und aus einer Zündposition umfassen, wobei es die während des Lampenbetriebes erzeugte Wärme ist, die die Zündelektroden vom Entladungsrohr wegbewegen. Dies führt zu Problemen beim erneuten Zünden einer noch heißen Lampe.

Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zündeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die selektive Bewegung von Zündelektroden selbst dann gestattet, wenn das Entladungsrohr der HID-Lampe noch heiß ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Zündeinrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Das Paar von Zündelektroden, das Bestandteil der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung ist, ist normalerweise entfernt vom Entladungsrohr angeordnet. Die Zündelektroden, von denen jede, gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform, ein unterbrochener leitender Ring ist, der benachbart einer dazugehörigen Oberfläche eines Paares von Entladungsrohr-Endoberflächen angeordnet und mit einem gegenüberliegenden Ende der Anregungsspule verbunden ist, werden durch eine piezoelektrische Einrichtung in eine Zündstellung benachbart der oberen oder unteren äußeren Oberfläche des Entladungsrohres bewegt. Das Koppeln eines Hochspannungsimpulses zwischen dem Paar von Zündelektroden verursacht die Schaffung eines elektrischen Feldes zwischen dem Paar von Elektroden mit einer Größe und einer Position, die ausreichen, das Material innerhalb des Lampenkolbens zu einer Glimmentladung zu veranlassen, und zwar aufgrund der Wandkapazität des Entladungsrohres. Die Glimmentladung erzeugt genügend Ionisation an einer geeigneten Stelle, so daß ein nahezu augenblicklicher Übergang zu einer solenoidalen Hochstrom-Entladung stattfindet und sich das Entladungsplasma bildet, das auf das durch die Anregungsspule erzeugte normale Feld anspricht. Die piezoelektrische Einrichtung wird inaktiviert, nachdem der Lampenbetrieb begonnen hat, um die Zündelektroden in ihre normalen Stellungen, entfernt vom Entladungsrohr, zurückzuführen. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird die Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Im einzelnen zeigen

Die Fig. 1a und 1b Seitenan- und -draufsicht einer elektro­ denlosen HID-Lampe, einer Anregungsspule dafür und einer derzeit bevorzugten Ausführungsform neuer piezoelektrisch angeordneter kapazitiver Zündelektroden gemäß der Erfindung sowohl in der Zünd- als auch der normalen Ruheposition.

In den Fig. 1a und 1b umfaßt eine Induktions- oder elektro­ denlose Entladungslampe 10 hoher Intensität (HID-Lampe) ein Entladungsrohr 11 mit einer im wesentlichen zylin­ drischen Gestalt, die ein im wesentlichen gasförmiges Material umschließt, das ein Zündgas, wie Argon, Xenon, Krypton und ähn­ liche sowie ein Metallhalogenid, wie Natriumjodid, Cerjodid und ähnliche, einschließt. Eine im wesentlichen ringförmige Bogen­ entladung 14 ist durch ein elektrisches Feld zu erzeugen und dann innerhalb des Rohres 11 aufrechtzuerhalten, wobei das Feld er­ zeugt wird durch eine Anregungsspule 16, die auf ein Hochfrequenz­ signal anspricht, das zwischen die gegenüberliegenden Spulen­ enden 16a und 16b gelegt wird. Das Rohr 11 ist mit seiner Achse allgemein längs der Achse derSpule 16 angeordnet.

Gemäß der Erfindung ist jede des Paares der Zündelektroden 18a und 18b in Form allgemein ringförmiger leitender Teile vorge­ sehen, die benachbart dem äußeren eines Paares gegenüberliegen­ der Entladungsrohroberflächen angeordnet werden sollen, d. h. benach­ bart der oberen und unteren Oberfläche 11a bzw. 11b des Entladungs­ rohres. Wie dargestellt, erstrecken sich die Ringteile 18 dann während des Gebrauches in einer Ebene, die im wesentlichen pa­ rallel zur benachbarten Oberfläche verläuft und somit allgemein senkrecht zur im wesentlichen gemeinsamen Achse von Rohr 11 und Spule 14, wenn sich die Elektroden im Gebrauch befinden. Ein zentraler Abschnitt 16c jedes Ringteiles 18a und 18b ist durch ein flexibles leitendes Element 20a oder 20b mit dem benachbar­ ten Ende 16a oder 16b der Anregungsspule verbunden. Da sich je­ des der ringförmigen leitenden Teile 18a und 18b innerhalb des elektrischen Feldes befindet, ist im Ring ein nicht-leitender Spalt 18g vorgesehen, um die Bildung einer vollständigen Win­ dung zu verhindern, so daß das Ringteil keine Sekundärspule mit einem hohen Kreisstrom bildet. Der Spalt 18a kann durch Entfer­ nen eines Abschnittes erhalten werden, wie dargestellt, oder er kann durch ein nicht-leitendes Material gebildet werden. Vorteil­ hafterweise liegt der Spalt 18g im wesentlichen gegenüber dem Abschnitt 18c, an dem das leitende Teil 20a oder 20b am Ringteil 18a oder 18b befestigt ist und dieser Spalt ist so angeordnet, um die Masse des Ringteiles 18 bezüglich eines Befestigungsab­ schnittes 18d auszugleichen, der den Abschnitt 18c überlappen und einschließen mag. Dieser Massenausgleich mag wichtig sein für das Bewegen der Zündelektroden 18 zum Bogenrohr 11 hin und weg davon.

Um das Zünden der Plasma-Bogenentladung 14 zu unterstützen, müs­ sen die Zündteile 18 in großer Nähe zur benachbarten äußeren Oberfläche des Entladungsrohres angeordnet sein, doch brauchen sie nicht in Berührung mit dem Rohr zu stehen. Aufgrund einer hohen Spannung und eines hohen Stromes (in der Größenordnung von 2500 V und 15 A), die an die Anregungsspule 16 gelegt werden, liegt eine hohe Spannung über dem Rohr 11 von der oberen Zündelektrode 18a zur unteren Zündelektrode 18b und bildet all­ gemein ringförmige Glimmentladungs-Bereiche 23. Das Glimment­ ladungs-Volumen 23 erzeugt genug Ionisation an einer sehr gün­ stigen Stelle mit Bezug auf den erwünschten Entladungsplasma­ ring 14, so daß der Übergang zu Hochstromplasma-Bogenentladung fast augenblicklich erfolgt. Die Größe des kapazitiven Stromes durch die Wandung des Rohres 11 kann abgeschätzt werden, wenn man annimmt, daß die kapazitiven Zünd-Ringteile 18 einen inneren Durchmesser D von etwa 14 mm, eine Breite W von etwa 1 mm und eine Gesamtfläche von etwa 47 mm². Hat die Wandung des Entladungs­ rohres eine Dicke T von etwa 1 mm und besteht sie aus Quarz mit einer Dielektrizitätskonstanten ε_r=3,8 bei 13,56 MHz, dann kann die Kapazität über ein Entladungsrohr mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Höhe von 17 mm zu 1,6 pF errechnet werden. Werden 1000 V bei 13,56 MHz über die Wandung des Entladungsrohres gelegt, dann beträgt der kapazitive Strom etwa 140 mA. Ein solch hoher Strom unterstützt den Zündprozeß merklich. Es ist darauf hinzu­ weisen, daß die leitenden Elemente 20a bzw. 20b entfernt oder durch isolie­ rende Teile ersetzt werden und die kapazitiven Zündteile 18 dann mit einer separaten Hochfrequenz-Leistungsquelle statt mit der Anregungsspule 16 verbunden werden können, um Hochspannung anzu­ legen. Eine separate Leistungsquelle braucht nicht bei der glei­ chen Frequenz betrieben zu werden, wie die Anregungsspule und es mag ausreichen, sie nur während des Zündens mit Energie zu versehen. Eine separate Leistungsquelle zum Zünden gestattet mehr Flexibilität beim Entwurf der Anregungsspule 16 und der nicht­ dargestellten Hochfrequenz-Leistungsquelle dafür, obwohl eine solche separate Zünd-Energiequelle zu den Kosten und der Komplexi­ zität der die Lampe antreibenden Schaltung beitragen mag.

Die Zündteile müssen nach dem Bilden des Plasma-Bogenentladungs­ ringes 14 von dem Entladungsrohr weg bewegt werden, um zu verhindern, daß die Zündelektroden die Temperatursteuerung des Entladungsrohres beeinträchtigen, die Lichtemission daraus blockieren oder auf­ grund des Ionenbeschusses des Entladungsrohres durch die kontinuier­ lichen kapazitiven Ströme, die selbst während des normalen Lam­ penbetriebes fließen, eine frühe Verschlechterung verursachen. Um die vorgenannten Nachteile zu verringern, ordnet die derzeit bevorzugte Ausführungsform die Zündelektroden 18aN und 18bN nor­ malerweise weg vom Entladungsrohr an und zwar mittels piezoelektri­ scher Lokalisierungseinrichtungen 22.

Die Einrichtungen 22 schließen eine obere Einrichtung 22a zum Bewegen der oberen Elektrode 18a ein und sind auf einem ersten Ende 24a eines Trägerteiles 24 abgestützt, während am zweiten Ende 24b eine untere Einrichtung 22b zum Bewegen der unteren Elektrode 18b befestigt ist. Das starre isolierende Trägerteil 24 weist ein Paar von durchgehenden Löchern 24c und 24d auf, um die Spulenenden 16a und 16b abzustützen und anzuordnen. Die tatsächlich bewegenden Elemente sind ein piezoelektrisches Bie­ geteil 26a mit einem piezoelektrischen keramischen Kernteil 28a, das zwischen einer ersten Elektrode 30a-1 und einer zweiten Elek­ trode 30a-2 angeordnet ist, die an einem Trägerende 24a befe­ stigt ist, und weiter ein piezoelektrisches Biegeteil 26b mit einem anderen piezoelektrischen keramischen Kernteil 18b, das zwischen einer ersten Elektrode 30b-1 und einer zweiten Elek­ trode 30b-2 angeordnet ist, die am Trägerende 24b befestigt ist. Ein erstes isolierendes Teil 32a befestigt den oberen zentralen Abschnitt 16d der Ringelektrode in einer im wesentlichen starren Weise an einem dazugehörigen Abschnitt, wie der unteren Elek­ trode 30a-2 der ersten Biegeeinrichtung 26a, während ein zwei­ tes isolierendes Teil 32b den zentralen Abschnitt 18d der unte­ ren Ringelektrode in einer im wesentlichen starren Weise an einem dazugehörigen Abschnitt, wie der unteren Elektrode 30b-2 der unteren Biegeeinrichtung 26b befestigt. Die Biegeeinrichtung 26 ist so konfiguriert, daß die Zündelektroden 18 bei Abwesenheit einer Aktivierung der Einrichtung 26 aus der Nähe des Entladungsroh­ res 11 entfernt sind, nachdem die Lampe gezündet ist, so daß die Zündhilfen weder die Lichtemission beträchtlich blockieren, noch den thermischen Ausgleich des Rohres 11 beeinträchti­ gen, noch zur Lampenverschlechterung beitragen. Nur wenn eine betätigende Gleichspannung V richtiger Amplitude und Polarität an die Elektroden 30 angelegt wird (z. B. mit einer positiven Polarität an die Elektroden 30-2, in der Richtung, in der das Biegen erwünscht ist), bewegen sich die normalerweise entfernten Elektroden 18N (gestrichelt dargestellt) dichter an das Rohr 11 zu den Positionen der Elektroden 18a und 18b, die mit durch­ gezogenen Linien dargestellt sind und gestatten die Bildung der Glimmentladungsbereiche 23 aufgrund eines Hochspannungssignals. Die betätigende Spannung V wird vermindert oder entfernt, nach­ dem der Bogen gezündet hat und die Zündelektroden kehren in ihre Ruhepositionen zurück. Die Zündelektroden können daher zu jeder Zeit zum Rohr 11 bewegt werden, indem man die Spannung V anlegt, um das Neuzünden zu gestatten, selbst wenn das Rohr noch heiß ist.

Claims (8)

1. Zündeinrichtung für eine elektrodenlose Entladungslampe hoher Intensität, die ein Entladungsrohr aufweist, das im Inneren einer Anregungsspule angeordnet ist, wobei das Entladungsrohr eine Füllung enthält, die bei Anregung durch die Anregungsspule eine lichtemittierende Bogenentladung bildet, gekennzeichnet durch: ein Paar von Zündelektroden (18a, 18b), eine erste (22a) und eine zweite piezoelektrische Einrichtung (22b) zum Bewegen jeder der Zündelektroden, die, zumindest während des Beginns der Bogenentladung, jeweils eine der Zündelektroden zu einer dazugehörigen Entladungsrohroberfläche (11a, 11b) bewegen, wenn sie aktiviert sind und die Zündelektrode zu einer normalen Ruheposition (18aN, 18bN) zurückführen, die von dem Entladungsrohr (11) entfernt ist, wenn die Einrichtung desaktiviert ist, und eine Einrichtung zum Anlegen einer Hochspannung an das Paar von Zündelektroden, um eine Glimmentladung innerhalb des Entladungsrohres zu erzeugen.

2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Anlegen einer Hochspannung ein flexibles leitendes Teil (20a, 20b) umfaßt, das einen Abschnitt (18c) der Elektrode (18a, 18b) mit einem benachbarten Abschnitt (16a, 16b) der Anregungsspule (16) verbindet.

3. Zündeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Teil (20a, 20b) die Zündelektrode (18a, 18b) mit einem benachbarten Endabschnitt (16a, 16b) der Anregungsspule (16) verbindet.

4. Zündeinrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Zündelektroden (18a, 18b) ein im wesentlichen ringförmiges leitendes Teil ist.

5. Zündeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede ringförmige Zündelektrode (18a, 18b) einen Spalt (18g) aufweist.

6. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungseinrichtung Biegeelemente (26a, 26b) zum Bewegen der Zündelektroden (18a, 18b) aufgrund von an die piezoelektrischen Einrichtungen (22a, 22b) angelegten Spannungen umfaßt.

7. Zündeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungseinrichtung weiter ein im wesentlichen starres Element (32a, 32b) zum isolierenden Verbinden eines Abschnittes (18d) jeder Zündelektrode (18a, 18b) mit einem Abschnitt (30a-2, 30b-2) des dazugehörigen Biegelementes (26a, 26b) umfaßt.

8. Zündeinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Trägerteil (24) zum festen Anordnen der Biegelemente (26a, 26b) mit Bezug auf das Entladungsrohr (11).