专利名称：具有改进的点燃能力的高压放电灯以及高压脉冲发生器的制作方法
技术领域：
本发明基于一种根据权利要求1的前序部分所述的高压放电灯。这种灯特别是用于通用照明目的或者光学照相目的的高压放电灯。此外，本发明涉及一种高压脉冲发生器，其特别是可以用于灯中。
背景技术：
点燃高压放电灯的问题目前如下解决将点燃设备集成到镇流器中。在此不利的是，必须耐高压地设计馈电线。
过去曾一再尝试将点燃单元集成到灯中。在此尝试的是，将点燃单元集成到灯头中。借助所谓的螺旋体脉冲发生器实现了特别有效的并且确保高脉沖的点燃，参见US-A3 289 015。在较长时间以前，在不同的高压放电灯如金属卣化物灯或者高压钠灯中提出了这种设备，例如参见US-A 4325 004， US-A4 353 012。然而其并不能实施，因为它一方面太昂贵，另一方面将这种设备安装到灯头中的优点并不充分，因为仍然有将高压引导至灯泡中的问题。因此，损坏灯的概率(无论是由于灯头中的击穿还是绝缘问题)强烈地增大。目前，常用的点燃设备通常不被加热到超过100"C。随后，所产生的电压必须输送给灯，这要求具有相应的耐高压强度(典型为大约5kV)的线路和灯座。
在常用的点燃电路中，通常电容器通过开关(例如火花放电器)放电到点燃变压器的初级绕组中。IC^，在次级绕组中感应出所希望的高压脉冲。对此参见Sturm/Klein的"Betriebsgeraete und Schaltungen fuerelektrische Lampen，， ， 193至195页(1992年第6版)。
发明内容
本发明的任务是，提出一种高压放电灯，其点燃特性相对于目前的灯被明显改进，并且其中不必担心由于高压导致的损坏。这特别是适用于金属卤化物灯，其中放电容器的材料可以是石英玻璃或者陶瓷。该任务通过权利要求1的特征解决。特别有利的改进方案在从属权利要求中。
此外，本发明的任务是，提出一种紧凑的高压脉冲发生器。
该任务通过权利要求14的特征解决。
根据本发明，现在借助特别的耐热的螺旋体脉冲发生器产生对于点燃灯所需的至少1.5kV的高压脉冲，其中该螺旋体脉冲发生器紧邻放电容器集成在外灯泡中。由此，不仅冷点燃而且热复燃都是可能的。
现在使用的螺旋体脉冲发生器特別是所谓的低温共烧陶瓷(LTCC )部件。该材料是一种特殊的陶瓷，其可以耐受在600C之下的温度。虽然LTCC已经与灯关联地使用(参见US 2003/0001519和US-B 6 853 151 )，然而是针对完全不同的目的使用在实际几乎没有温度载荷的、典型温度小于100匸的灯中。因此应可看出与高压放电灯(如尤其是具有点燃问题的金属卣化物灯)的点燃相关的LTCC的高的热稳定性的特殊价值而看出。
螺旋体脉冲发生器是一部件，其将电容器的特性和波导的特性统一，用于产生具有至少1.5kV的电压的点燃脉冲。为了制造，两个陶资"生片"被印有金属导电骨，并且随后有偏移地缠绕成螺旋体，并且随后均衡地压为成形体。随后的金属骨和陶瓷片的共烧在800"C至卯OC之间的温度范
围的空气中进行。该处理允许螺旋体脉冲发生器使用在70ox:以下的温度负荷的领域中。由此，螺旋体脉冲发生器可以紧邻放电容器地设置在外灯泡中，然而也可以设置在灯头中或者紧邻灯设置。
与此无关地，这种螺旋体脉冲发生器也可以用于其他应用，因为它不仅是高温稳定的，而且也极为紧凑。为此重要的是，螺旋体脉冲发生器作
为LTCC部件实施，该部件由陶瓷片和该陶瓷片上的金属润湿物(Benetzung)构成，该金属润湿物特别是具有金属导电骨的形式。为了提供足够的输出电压，螺旋体应当包括至少5匝。
此外，可以基于该高压放脉冲发生器给出一种点燃单元，该点燃单元此外包括至少一个充电电阻和开关。开关可以是火花放电器或者使用SiC:技术的二端交流开关(Diac)。
优选的是，在应用于灯的情况下设置在外灯泡中。因为由此不需要耐高压的输送电压的线路。
此夕卜，螺旋体脉冲发生器可以设计为使得高压脉冲甚至能够实现灯的热复燃。陶瓷构成的电介质的特征在于极高的介电常数S (￡>10)，其中
取决于材料和结构类型，可以实现典型为70的￡，直至s = 100。这实现了螺旋体脉冲发生器的非常大的电容，并且能够实现所产生的脉冲的比较大的时间宽度。由此，螺旋体脉冲发生器的非常紧凑的结构类型是可能的，使得实现安装到市面上常见的高压放电灯的外灯泡中。
此外，大的脉冲宽度4吏得放电空间中的击穿变得容易。
作为外灯泡的材料可以使用任何常用的玻璃，即特别是硬玻璃、维克玻璃(Vycor)或者石英玻璃。填充物的选择也没有特别限制。
通过以下方式实现LTCC螺旋体脉冲发生器的所希望的特性的特别简单的匹配作为电介质并不简单地使用具有所希望的介电常数的材料，而是使用两种材料的混合物，其中第一材料具有给定的Sr,而第二材料具有给定的Hr，即相对导磁性。迄令使用简单的具有￡为4至1000的材料，而现在可以使用混合物，在该混合物中第一材料可以具有2至1000的￡，而第二材料是铁氧体的，并且可以具有1至5000的n。优选的是，Hr尽可能高，并且为至少IO，特别优选为至少100。迄今，在已知的材料中，H的值接近l,匹配是不可能的。典型的混合物具有重量百分比为5至35的铁氧体材料。
新型的自由度的特别的值由以下考虑中得出
为了匹配脉冲宽度、螺旋体脉冲发生器的特性阻抗和脉冲能量，应当才艮据如下准则选择n和s:螺旋体脉沖发生器的特性阻抗(阻抗)Z。通过
1N《给出，其中^。-磁场常数，￡o-真空介电常数，相对导磁率，以及￡,相对介电常数。所产生的脉冲的能量与A成比例。发生
器的脉冲宽度口通过rV^T^T给出。对于发生器的有效的工作模
式，必须适用"《(Z。'r)，其中Ls-短路开关的电感。由于Z。"A，所以该与短路开关的电感的匹配可以通*择相对导磁率来实现。
以下将借助多个实施例进一步阐述本发明。其中
图1示出了螺旋体脉沖发生器的原理性结构；
图2示出了 LTCC螺旋体脉冲发生器的特征参数；
图3示出了在外灯泡中带有螺旋体脉冲发生器的高压钠灯的原理性结构；
图4示出了在外灯泡中带有螺旋体脉冲发生器的金属卣化物灯的原理性结构；
图5示出了在外灯泡中带有螺旋体脉沖发生器的金属卣化物灯；图6示出了在灯头中带有螺旋体脉冲发生器的金属卣化物灯。
具体实施例方式
图1以俯视图示出了螺旋体脉冲发生器1的结构。该螺旋体脉沖发生器包括陶瓷圆柱体2，两个不同的箔带形式的金属导体3和4螺旋形地缠绕到该圆柱体中。圆柱体2在内部空心，并且具有给定的直径ID。两个导体3和4的两个内部接触部6和7大致对置，并且通过火花放电器5彼此连接。
两个导体只有外面的那个导体在圆柱体的外边缘上具有另外的接触部8。另一导体开放式地终止。两个导体由此一同形成了介电^t (陶瓷)中的波导。
螺旋体脉冲发生器由两个以金属骨涂覆的陶瓷片缠绕，或者由两个金属片以及两个陶瓷片构成。在此， 一个重要的特征参lbl匝数n，其优选应当在5至100的量级。该绕组装置l^被层压并且接着被烧结，由此形成LTCC部件。这样实现的带有电容特性的螺旋体脉冲发生器随后与火花放电器以及充电电P且相连。陶瓷片在此是￡在2至1000之间的介电材料与ji在1.5至5000之间的铁氧体材料的混合物。
火花放电器可以位于内部或外部端子上，或者也可以位于发生器的绕组内。优选地，火花放电器可以用作发起脉沖的高压开关，该火花放电器基于SiC并且对温度非常稳定。例如，开关元件可以使用Cree公司的MESFET。该开关元件适于在350t:以上的温度。
在具体的实施例中，使用￡ = 60至70的陶瓷材料。在此，优选陶瓷片作为电^h质，特别是陶瓷带如Heratape CT 707或者优选CT 765或者 也可以是二者的混合物，它们分别由Heraeus生产。生片的厚度典型为 50nm至150nm。作为导体，使用特别是Ag导电骨如同样是Heraeus生 产的"Cofirable Silver(可共烧的银)"。具体的例子是Heraeus的CT 700。 DuPont的金属骨6142也提供了良好的结果。这些部分可以,皮良好地层 压，接着被烧制("burnout")而烧结在一起("co-firing")。
螺旋体脉冲发生器的内直径ID为lOmm。各个条的宽度同样为 10mm。片厚度为50nm,并且两个导体的厚度也分别为50nm。充电电压 为300V。在这些前提下，螺旋体脉沖发生器在匝数11=20至70时达到其 特性的最优。
图2中示出了高压脉冲的单位为jis的关联的半值宽度(曲线a)、单 位为nF的部件的总电容(曲线b)、单位为mm的得到的外直径(曲线c) 以及效率(曲线d)、单位为kV的最大脉冲电压(曲线e)以及单位为n 的导体电阻(曲线f)。
图3示出了高压钠灯10的原理结构，其具有陶瓷放电容器11和外灯 泡12，该外灯泡具有集成在其中的螺旋体脉冲发生器13，其中点燃电极 14安装在陶瓷放电容器11外部。螺旋体脉冲发生器13与火花放电器15 以及充电电阻16 —同设置在外灯泡中。
图4示出了带有集成的螺旋体脉冲发生器21'的金属卣化物灯20的原 理结构，其中在放电容器22外部没有安装点燃电极，其中放电容器可以 由石英玻璃或者陶瓷制成。螺旋体脉沖发生器21与火花放电器23以及充 电电阻24 —同安装在外灯泡25中。
图5示出了带有放电容器22的金属卣化物灯20，该放电容器由两个 馈电线26、 27保持在外灯泡中。第一馈电线26为弯曲一小段的线。第二 馈电线27基本上是杆，该杆伸到远离灯头的穿通部28。在来自灯头30 的馈电线29和杆27之间设置有点燃单元31，该点燃单元包含螺旋体脉 冲发生器、火花放电器以及充电电阻，如图4中所表明的那样。
图6示出了类似图5的带有放电容器22的金属囟化物灯20，该放电 容器由两个馈电线26、 27保持在外灯泡25中。第一馈电线26是短地弯 曲的线。第二馈电线27基本上是杆，其导向远离灯头的穿通部28。在此， 点燃单元设置在灯头30中，确切地说，螺旋体脉冲发生器21以及火花放 电器23和充电电阻24设置在灯头中。该技术也可以应用于无电极的灯，其中螺旋体脉冲发生器可以用作辅 助点燃器。
该紧凑的高压脉冲发生器的其他应用在于点燃其他设备。该应用尤其 是在所谓的魔力球中，其中产生伦琴脉冲和产生电子射束脉冲是有利的。 使用在机动车中作为通常的点火线圏的替代物也是可能的。
在此，使用的匝数n多达500，使得实现高达100kV量级的输出电压。 因为初始电压UA作为充电电压U^的函数通过Ua-2xhxUlX n来给 出，其中效率n通过Tl- (外直径-内直径)/外直径(Ti = (AD-ID) /AD)给出。
本发明与用于汽车前灯的高压放电灯结合展现了特别的优点，其中高 压放电灯以优选至少3巴的高压下的氙气以及金属卣化物填充。它们是特 别难以点燃的，因为由于高的氙气压，点燃电压在10kV以上。现在尝试 将点燃单元的部件设置到灯头中。具有集成的充电电阻的螺旋体脉冲发生 器可以设置在机动车灯的灯头中或者设置在灯的外灯泡中。
本发明与不包含汞的高压放电灯共同作用展现了非常特别的优点。这 种灯出于环境保护的原因是希望的。它们包含合适的金属离化物填充物以 及特别是稀有气体如高压下的氙气。由于没有汞，所以点燃电压特别高。 点燃电压超过20kV。现在尝试将点燃单元的部件设置在灯头中。带有集 成的充电电阻的螺旋体脉沖发生器可以设置在无汞灯的灯头中或者设置 在灯的外灯泡中。
作为第二材料，合适的是已知的铁氧体，例如氧化铁。必要时例如考 虑Mg或Al作为掺杂材料。其他合适的金属氧化物是镍、锰、镁、锌和 钴的氧化物(单独的或者混合物形式)，特别是Ni-Zn的氧化物。第二材 料的重量百分比可以为特别是至少15°/。。其相对导磁率应当为至少1.5。
权利要求
1. 一种带有放电容器的高压放电灯，所述放电容器设置在外灯泡中，其中点燃装置集成在灯中，所述点燃装置在灯中产生高压脉冲，其特征在于，点燃装置设置在外灯泡中，其中点燃装置是螺旋体脉冲发生器，该螺旋体脉冲发生器由耐热材料、特别是由低温共烧陶瓷制造，其中该材料由陶瓷片和金属润湿物构成，并且其中陶瓷材料是两种材料的混合物，其中第一材料具有介电常数εr为2至1000，而第二材料具有相对导磁率μr为1至5000。
2. 根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，点燃装置通过 支架保持，该支架特别是也保持外灯泡。
3. 根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，第二材料的相 对导磁率为至少nr-1.5。
4. 根据权利要求3所述的高压放电灯，其特征在于，第二材料是金 属氧化物，特别是金属氧化物占陶瓷混合物的重量百分比为至少15。/o。
5. 根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，螺旋体脉冲发 生器产生的高压直接作用到放电容器中的两个电极上。
6. 根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，螺旋体脉冲发 生器产生的电压作用到安装在放电容器外部的辅助点燃电极上。
7. 根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，螺旋体脉冲发 生器由多个层构建，其中层的数目n为至少n-5。
8. 根据权利要求7所述的高压放电灯，其特征在于，层的数目n为 最高n-500，优选为最高n-100。
9. 根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，螺旋体脉冲发 生器具有大致空心圆柱体的构型，确切地说，特别是具有至少为10mm 的内直径。
10. 根据权利要求l所述的高压放电灯，其特征在于，螺旋体脉冲发 生器的介电常数sr为至少￡r = 10。
11. 根据权利要求l所述的高压放电灯，其特征在于，在外灯泡中还 设置有串联电阻，该串联电阻限制螺旋体脉沖发生器的充电电流。
12. —种高压放电灯，其具有放电容器和关联的点燃装置，其中点燃装置产生高压脉冲并且包含螺旋体脉冲发生器，其特征在于，螺旋体脉冲 发生器由低温共烧陶瓷材料制成。
13. 根据权利要求12所述的高压放电灯，其特征在于，螺旋体脉冲 发生器设置在灯的外灯泡中。
14. 一种基于螺旋体脉冲发生器的紧凑的高压脉冲发生器，其特征在 于，螺旋体脉冲发生器实施为低温共烧陶瓷部件，所述低温共烧陶瓷部件 由陶瓷片和在所述陶瓷片上作为润湿物的金属导电骨构成。
15. 根据权利要求14所述的高压脉冲发生器，其特征在于，螺旋体 包括至少n = 5匝，并且优选包括最高n = 500匝。
16. —种基于根据权利要求14所述的高压脉冲发生器的点燃单元， 其特征在于，该点燃单元还包括至少一个充电电阻和一个开关。
全文摘要
为了点燃高压放电灯，使用了螺旋体脉冲发生器，该螺旋体脉冲发生器直接设置在灯的外灯泡中。该螺旋体脉冲发生器使用具有匹配的ε和μ的材料。
文档编号H05B41/04GK101467496SQ200780021191
公开日2009年6月24日 申请日期2007年6月4日 优先权日2006年6月8日
发明者安德烈亚斯·克洛斯, 斯特芬·沃尔特 申请人:奥斯兰姆有限公司