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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem mit einer
Entladungslampe, welche eine Quecksilber-Quelle (Hg-Quelle) aufweist, aus
welcher im Betrieb der Entladungslampe Quecksilber verdampft. Das
Beleuchtungssystem umfasst des Weiteren ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben
der Entladungslampe. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein
Verfahren zum Betreiben einer derartigen Entladungslampe mit einem
elektronischen Vorschaltgerät.
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Stand der Technik
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Beleuchtungssysteme,
welche eine einseitig oder zweiseitig gesockelte Entladungslampe
und ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben dieser Lampe
aufweisen, sind bekannt.
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In
diesem Zusammenhang besitzen konventionelle Entladungslampen eine
Hg-Quelle in dem Entladungsgefäß der Entladungslampe,
aus der im Betrieb eine geeignete Menge Quecksilber verdampft und
durch die entsprechenden Hg-Linien wesentlich zur UV(Ultraviolett)-Erzeugung
in dem Entladungsgefäß beiträgt. Da das
Element Quecksilber als für
die UV-Erzeugung wesentlicher Bestandteil des Entladungsmediums
besondere Bedeutung hat, wird im Folgenden der Einfachheit halber
von einer Hg-Quelle gesprochen, wenngleich sich die Formulierung
in ihrem allgemeinsten Sinn auf jede Form einer festen und flüssigen Quelle
einer für
die Lichterzeugung wesentlichen Substanz in dem Entladungsgefäß bezieht.
Grundsätzlich
umfasst der Begriff Hg-Quelle
dabei im Prinzip zwei Funktionen, nämlich zum einen die eines Quecksilber-Donators.
Dabei handelt es sich um ein Material oder einen Körper, in dem
das Quecksilber enthalten ist, beispielsweise flüssiges Quecksilber selbst oder
ein Amalgam. Ferner gibt es jedoch häufig davon unabhängig ausgeführte dampfdruckregelnde
Hg-Elemente, etwa Arbeitsamalgame oder Quecksilber-Niederschläge an einem
sogenannten Cold Spot.
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Um
definierte Verhältnisse
für den
im Betrieb herrschenden Dampfdruck des Quecksilbers zu erzeugen,
wird ein dampfdruckregelndes Element benötigt. Die Temperatur des dampfdruckregelnden Elements
steuert den Dampfdruck des Quecksilbers in der Entladung. Bekannt
ist ferner, im Bereich der Entladungsrohre innen relativ dazu dünne Pumprohransätze vorzusehen,
die einerseits bei der Herstellung der Gasentladungslampe als Pumprohr,
also zur Evakuierung und Befüllung
des Entladungsgefäßes dienen,
und andererseits häufig
auch die Hg-Quelle aufnehmen.
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In 1 ist
eine aus dem Stand der Technik bekannte Constant-Lampe(Amalgam-Lampe) 1 in schematischer
Weise gezeigt. Diese zweiseitig gesockelte Entladungslampe 1 umfasst
zwei an gegenüberliegenden
Enden eines röhrenförmigen Entladungsgefäßes 1c angebrachte
Sockel 1a und 1b. Im Inneren des Entladungsgefäßes 1c befinden
sich zwei Lampenwendeln 1d und 1e, welche an die
Gestelle 1f und 1g angebracht sind. Die Entladungslampe 1 umfasst
eine Hg-Quelle 11 als Arbeitsamalgam, wobei das Arbeitsamalgam
auf einem Amalgamträger
aufgebracht ist. Der Quecksilber-Dampfdruck
ist abhängig
von der Temperatur des Arbeitsamalgams. Im ausgeschalteten Zustand
der Entladungslampe 1 nimmt das Arbeitsamalgam und die
beiden Anlaufamalgame 12 und 13 das Quecksilber
auf. Bei einer Zündung
der Entladungslampe 1 nach längerer Auszeit startet diese
als Grundgaslampe, d.h. es befindet sich kein Quecksilber frei im
Entladungsgefäß 1c.
Da die Anlaufflags (etwa 1 mg In) relativ nahe an den Lampenwendeln 1d und 1e angebracht
sind, werden diese nach erfolgtem Lampenstart relativ schnell erwärmt und
setzen das eingelagerte Quecksilber dampfförmig frei. Die Anlaufflags 12 und 13 sind
während
des Betriebs der Entladungslampe 1 so heiß, dass
kein Quecksilber gebunden werden kann. Erst nach dem Ausschalten
und Abkühlen
der Gestelle 1f und 1g nimmt das Indium wieder
Quecksilber auf, um beim nächsten
Start das Anlaufverhalten zu beschleunigen.
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Das
Arbeitsamalgam ist auf einem Amalgamträger angebracht und umfasst
etwa 25 mg InAg6. Es bestimmt durch seine
Temperatur im statischen Betrieb der Entladungslampe 1 den
Quecksilber-Dampfdruck in der Lampe. Beide Gestelle 1f und 1g sind
relativ kurz ausgebildet, um eine Cold-Spot-Bildung bei niedrigen Temperaturen zu verhindern.
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Des
Weiteren ist in 2 eine aus dem Stand der Technik
bekannte Entladungslampe 2, welche als Cold-Spot-Lampe
ausgebildet ist, gezeigt. Diese ist als zweiseitig gesockelte Lampe
ausgebildet und umfasst die Sockel 2a und 2b,
welche an gegenüberliegenden
Enden des Entladungsgefäßes 2c angebracht
sind. Die beiden Lampenwendeln 2d und 2e sind
wiederum an zwei Gestellen 2f und 2g angebracht,
welche jedoch unterschiedliche Längen
aufweisen. Der Quecksilber-Dampfdruck in dieser Entladungslampe 2 ist
abhängig
von der Temperatur des Cold-Spot 2h am Sockelrand des längeren Gestells 2f.
Der Kaltfuß bzw.
dieses längere
Gestell 2f sind so dimensioniert, dass das flüssige Quecksilber
in der Entladungslampe 2 am so definierten Cold-Spot 2h bei
etwa 35° C
Umgebungstemperatur auf ca. 49° C temperiert
wird. Änderungen
der Umgebungstemperatur beeinflussen direkt die Cold-Spot-Temperaturen und
verändern
relativ stark den abgegebenen Lichtstrom der Entladungslampe 2.
Das Anlaufverhalten dieser Entladungslampe 2 ist relativ
gut, da das Quecksilber in relativ flüssiger Form am Cold-Spot 5 bzw.
auf der Kolbeninnenwand vorhanden ist und bereits bei Raumtemperatur,
welches dem Startzustand entspricht, einen ausreichend hohen Lichtstrom
ermöglicht.
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Neben
der erläuterten
Verwendung von Anlaufamalgamen in Wendelnähe ist es auch bekannt, die
Anlaufgeschwindigkeit des Lichtstromes dadurch zu erhöhen, dass
in dem elektronischen Vorschaltgerät nach dem Lampenstart eine
Leistungserhöhung eingestellt
wird.
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Darstellung der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beleuchtungssystem sowie
ein Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe mit einem elektronischen
Vorschaltgerät
zu schaffen, in dem ein hoher Lichtstrom über einen erweiterten Temperaturbereich ermöglicht werden
kann.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Beleuchtungssystem, welches die Merkmale
nach Patentanspruch 1 aufweist und ein Verfahren, welches die Merkmale nach
Patentanspruch 18 aufweist, gelöst.
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Ein
erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem
umfasst eine Entladungslampe, welche zumindest eine Hg-Quelle aufweist,
aus welcher im Betrieb der Entladungslampe Quecksilber verdampft.
Das Beleuchtungssystem umfasst des Weiteren ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben
der Entladungslampe. Darüber
hinaus umfasst das Beleuchtungssystem Mittel zur Erfassung von Temperaturwerten,
mit welchen Temperaturwerten die Ist-Temperatur der Hg-Quelle bestimmbar
ist, wobei die bestimmte Ist-Temperatur
mit zumindest einer Referenztemperatur verglichen wird, und abhängig von dem
Vergleich die Temperatur der Hg-Quelle aktiv einstellbar ist. Durch
die Temperaturermittlung der Hg-Quelle im Betrieb der Entladungslampe
kann diese während
des gesamten Betriebs der Entladungslampe beobachtet werden und
auf ein Abweichen dieser Ist-Temperatur von einer optimalen Betriebstemperatur
reagiert werden. Zu allen Betriebsphasen der Entladungslampe kann
die Temperatur der Hg-Quelle im Hinblick auf einen optimalen Hg-Dampfdruck
eingestellt werden.
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Dadurch
kann auch die Lichtausbeute der Entladungslampe verbessert werden
und ein hoher Lichtstrom über
einen wesentlich erweiterten Temperaturbereich gewährleistet
werden. Dies ermöglicht auch,
die Konstanz der äqui valenten
Farbtemperatur der Entladungslampe über einen großen Temperaturbereich
zu ermöglichen.
Eine größtmögliche Effizienz über einen
erweiterten Temperaturbereich bei einem Nennlichtstrom kann dadurch
sowohl bei Amalgam- als auch bei Cold-Spot-Lampen, wie sie in 1 und 2 beschrieben
sind, erreicht werden. Prinzipiell ist die Erfindung nicht nur auf
zweiseitig gesockelte Entladungslampen beschränkt, sondern kann auch ganz
allgemein bei einseitig gesockelten Entladungslampen Verwendung
finden.
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Bevorzugt
ist ein Einstellen der Temperatur der Hg-Quelle abhängig von
einer definierbaren Abweichung der bestimmten Ist-Temperatur von
zumindest einer Referenztemperatur durchführbar, und die Art des Einstellens
der Temperatur der Hg-Quelle ist abhängig von der Art der Abweichung.
Unter einer Art der Abweichung wird insbesondere ein Überschreiten
oder ein Unterschreiten einer Referenztemperatur verstanden. Unter
einer Art des Einstellens der Temperatur der Hg-Quelle werden Maßnahmen
sowie Vorgehensweisen und diesen zu Grunde gelegte Mittel verstanden,
welche dieses Einstellen ermöglichen.
Insbesondere werden dabei verschiedene durchführbare Maßnahmen verstanden, wobei abhängig von
der Art der Abweichung eine individuelle zugeordnete Vorgehensweise
herangezogen wird, um das Einstellen der Temperatur der Hg-Quelle durchführen zu
können.
Situationsabhängig
kann dann die jeweils geeignete Art des Einstellens zu Grunde gelegt
werden und die Temperatur der Hg-Quelle in optimaler Weise eingestellt
werden.
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Bevorzugt
ist beim Unterschreiten einer ersten Referenztemperatur durch die
bestimmte Ist-Temperatur das Einstellen der Temperatur der Hg-Quelle
durch eine Temperaturerhöhung
von Lampenwendeln der Entladungslampe durch definierbares Heizen
dieser Lampenwendeln durchführbar. Diese
Vorgehensweise und die dazu bereitgestellten Mittel charakterisieren
eine erste Art des Einstellens der Temperatur der Hg-Quelle.
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Bevorzugt
ist eine spezifische Erhöhung
der Heizleistung der Lampenwendeln mit einer spezifischen Temperaturerhöhung der
Hg-Quelle gekoppelt. Dazu können
spezifische Parameter wie beispielsweise der Abstand der Lampenwendel
von der Hg-Quelle herangezogen werden, um eine definierte thermische
Kopplung zu Grunde legen zu können. Diese
definierte thermische Kopplung liefert dann eine Grundlage dafür, eine
Abhängigkeit
der Temperaturerhöhung
der Hg-Quelle von der Heizleistung der Lampenwendeln und der damit
verbundenen Erhöhung
der Temperatur der Lampenwendeln erhalten zu können. Durch diese definierten
Basisgrößen können Referenzkennlinien
geschaffen werden, durch welche bekannt ist, mit welcher Erhöhung der Heizleistung
eine jeweilige Erhöhung
der Temperatur der Hg-Quelle
erreichbar ist. Die Temperatureinstellung des Arbeitsamalgams im
Betrieb der Entladungslampe kann dadurch sehr genau erfolgen.
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Bevorzugt
ist die Temperatur der Lampenwendeln mit einer Heizleistung einstellbar,
welche unabhängig
davon, um welchen Wert die bestimmte Ist-Temperatur die erste Referenztemperatur
unterschreitet, konstant. Dadurch kann eine relativ aufwandsarme
Temperaturregelung der Hg-Quelle ermöglicht werden. Wird bei dieser
Ausgestaltung beispielsweise festgestellt, dass sich die Ist-Temperatur der
Hg-Quelle unterhalb einer Referenztemperatur befindet, wird die
Heizleistung der Lampenwendeln auf einen vorgebbaren Wert eingestellt,
unabhängig davon,
wie groß die
Abweichung zwischen der Ist-Temperatur und der ersten Referenztemperatur ist.
Wird eine Ist-Temperatur
der Hg-Quelle ermittelt, welche größer als die erste Referenztemperatur
ist, so kann vorgesehen sein, dass die Heizleistung der Lampenwendeln
auf einen minimalen Wert eingestellt oder sogar ganz abgeschaltet
wird. Auch in dieser Situation kann vorgesehen sein, dass unabhängig davon,
um wie viel die Ist-Temperatur größer als die Referenztemperatur
ist, stets ein gleicher konstanter minimaler Wert der Heizleistung
eingestellt wird. Ob ein minimaler Heizleistungswert eingestellt wird
oder die Heizleistung komplett abgeschaltet wird, kann situationsabhängig vom
Lampentyp und/oder der Ausgestaltung der Hg-Quelle ausgebildet sein.
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In
bevorzugter Weise ist die Heizleistung der Lampenwendeln zum Erhöhen der
Temperatur abhängig
davon einstellbar, um welchen Wert die bestimmte Ist-Temperatur
der Hg-Quelle von der ersten Referenztemperatur abweicht. Bei dieser
Ausführung kann
ein spezifisches Heizleistungsprofil als Referenzkurve zu Grunde
gelegt werden, bei dem bei jeder spezifischen Abweichung zwischen
der Ist-Temperatur und der ersten Referenztemperatur, insbesondere
einem individuellen Wert des Unterschreitens der ersten Referenztemperatur
durch die Ist-Temperatur, eine individuelle Heizleistung zugeordnet
werden kann. Die präzise
Einstellung der Hg-Quelle kann dadurch verbessert werden. Bevorzugt
wird die Heizleistung so eingestellt, dass sie mit einer geringer
werdenden Abweichung, insbesondere einem geringer werdenden Unterschreiten
der Referenztemperatur durch die Ist-Temperatur der Hg-Quelle, kleiner
wird. Bevorzugt ist das Profil bzw. die Referenzkurve der Heizleistung
bei dieser Ausführung
so gestaltet, dass sie mit geringerer Differenz zwischen der ersten
Referenztemperatur und der kleineren Ist-Temperatur stetig abnimmt. Die Referenzprofile
sind bevorzugt in einer Steuer- und/oder Regeleinheit des Beleuchtungssystems
abgelegt.
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Bevorzugt
ist bei einer bestimmten Ist-Temperatur der Hg-Quelle, welche größer einer
zweiten Referenztemperatur ist, das Einstellen der Temperatur der
Hg-Quelle durch eine Reduzierung der elektrischen Leistung des Gesamtsystems
und/oder der Entladungslampe durchführbar. Dies stellt eine weitere
Art des Einstellens der Temperatur dar.
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Die
Reduzierung der elektrischen Leistung erfolgt bevorzugt dann, wenn
die Ist-Temperatur der Hg-Quelle eine zweite Referenztemperatur übersteigt.
Die Reduzierung der elektrischen Leistung ist bevorzugt umso größer, je
mehr die bestimmte Ist-Temperatur die Referenztemperatur übersteigt. Es
kann vorgesehen sein, dass die elektrische Leistung maximal auf
70 Prozent, insbesondere 90 Prozent, der Maximalleistung des Systems
reduziert wird. Diese Reduzierung kann innerhalb eines vorgebbaren
Temperaturintervalls erfolgen, welches durch die Differenz zwischen
der Ist-Temperatur und der Re ferenztemperatur gegeben ist. Übersteigt
die Ist-Temperatur die zweite Referenztemperatur um soviel, dass
diese Temperaturdifferenz außerhalb des
vorgebbaren Differenzintervalls liegt, so wird die elektrische Leistung
ebenfalls nur mit dem vorgebbaren Maximalwert reduziert.
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Es
kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Reduzierung der elektrischen
Leistung um so größer ist,
je mehr die bestimmte Ist-Temperatur der Hg-Quelle die zweite Referenztemperatur übersteigt. Bei
dieser Ausführung
kann die Reduzierung der elektrischen Leistung dann auch auf einen
im Wesentlichen beliebigen Wert erfolgen.
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Bevorzugt
ist die erste Referenztemperatur aus dem Intervall zwischen 30°C und 60°C. Der genannte
Temperaturbereich ist beispielhaft und kann auch tiefere und/oder
höhere
Grenzwerte aufweisen. Insbesondere vorteilhaft ist eine erste Referenztemperatur
aus diesem Temperaturbereich für
Ausführungen,
bei denen die Temperaturerfassung der Hg-Quelle mit Mitteln erfolgt,
welche in einem elektronischen Vorschaltgerät angeordnet sind. Ganz allgemein
kann die erste Referenztemperatur aus einer Umgebungstemperatur
in der Leuchte und/oder dem Beleuchtungssystem sowie einer Temperatur
der Eigenerwärmung
der Lampe festgelegt werden. Es kann dabei vorgesehen sein, dass
zur Umgebungstemperatur ein Bruchteil der Temperatur der Eigenerwärmung, beispielsweise
die Hälfte
oder drei Viertel, addiert wird und so die erste Referenztemperatur festgelegt
wird.
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Die
zweite Referenztemperatur ist bevorzugt größer als die erste Referenztemperatur.
Die beiden Referenztemperaturen sind insbesondere dadurch vorgegeben,
dass ein Arbeitsamalgam innerhalb eines spezifischen Temperaturbereichs
eine Selbstregulierung des Hg-Dampfdrucks durchführen kann. In diesem individuellen
Temperaturbereich ist somit eine aktive Einstellung der Temperatur
der Hg-Quelle durch die genannten Maßnahmen nicht erforderlich. Wird
somit eine Ist-Temperatur der Hg-Quelle ermittelt, welche innerhalb
dieses Temperaturintervalls, welches durch die beiden Referenz temperaturen
gebildet wird, liegt, so erfolgt keine aktive Regelung der Temperatur
der Hg-Quelle durch die genannten Maßnahmen.
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Bevorzugt
kann vorgesehen sein, dass zur Ermittlung von charakteristischen
Messwerten ein Temperatursensor in dem Vorschaltgerät angeordnet ist,
welcher eine mittelbare Temperaturerfassung der Hg-Quelle ermöglicht.
Aufgrund der bekannten Anordnung des Vorschaltgeräts und der
Hg-Quelle zueinander kann anhand der durch den Temperatursensor
erfassten Werte auf die Temperatur der Hg-Quelle geschlossen werden.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass ein Temperatursensor außerhalb
des Vorschaltgeräts angeordnet
ist, welcher zur Erfassung die Temperatur der Hg-Quelle charakterisierenden
Messwerte ausgebildet ist. Der Temperatursensor kann beispielsweise
außerhalb
der Entladungslampe an dieser angebracht sein. Ebenso kann jedoch
auch vorgesehen sein, dass der Temperatursensor innerhalb der Entladungslampe,
bevorzugt benachbart zur Hg-Quelle,
angeordnet ist. Es kann dabei vorgesehen sein, dass ein Temperatursensor,
beispielsweise Pt-100, auf einem Amalgamträger, angeordnet ist. Der Temperatursensor
kann beispielsweise an dem Amalgamträger angeschweißt sein.
Zuleitungen des Temperatursensor können durch ein Pumploch der Entladungslampe
hindurchgeführt
sein und bevorzugt in einem Pumpstengel der Entladungslampe durch
eine Abschmelzstelle nach außen
geführt
sein. Der Austritt der Zuleitungen kann durchs Glas des Entladungsgefäßes geführt sein.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Austritt an einem Übergang zwischen
einem Sockel und dem Entladungsgefäß ausgebildet ist. Ebenso kann
jedoch auch ein direkter Austritt durch das Kolbenglas des Entladungsgefäßes realisiert
sein.
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Die
Ausführungen,
bei denen der Temperatursensor außerhalb des Vorschaltgeräts angeordnet ist,
ermöglichen
eine genauere Bestimmung der Ist-Temperatur
der Hg-Quelle.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Betreiben einer Entladungslampe mit einem elektronischen Vorschaltgerät eines
Beleuchtungssystem wird aus einer in der Entladungslampe angeordneten Hg-Quelle
im Betrieb der Entladungslampe Quecksilber verdampft. Mit der Ist-Temperatur
der Hg-Quelle korrelierte
Temperaturwerte des Beleuchtungssystems werden erfasst und daraus
die Ist-Temperatur der Hg-Quelle bestimmt. Die bestimmte Temperatur wird
mit zumindest einer Referenztemperatur verglichen und abhängig von
dem Vergleich wird die Temperatur der Hg-Quelle aktiv eingestellt.
Durch das vorgeschlagene Verfahren kann ein hoher Lichtstrom über einen
erweiterten Temperaturbereich ermöglicht werden. Das Zusammenspiel
zwischen der Entladungslampe und dem elektronischen Vorschaltgerät ist individualisiert
und ermöglicht
eine Systemoptimierung im Hinblick auf einen optimalen Lichtstrom der
Lampe und der Konstanz der äquivalenten
Farbtemperatur.
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Über einen
Regelkreis mittels einer Wendelheizleistung und einer Lampenleistung
ist eine Präzisionsdimmung
möglich.
Das elektronische Vorschaltgerät
ist dazu bevorzugt mit einer Schnittstelle für Temperatursensorik ausgestattet.
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Zur
Beschleunigung des Lichtstromanlaufs kann bevorzugt ein sogenanntes
Power-Boost-Verfahren durchgeführt
werden. Dabei wird das Lichtstromanlaufverhalten durch Einprägen eines
höheren
Stromes beschleunigt. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass für die Rückregelung
zwei Parameter zugrunde gelegt werden. Ein Überschwingen des Lichtstroms
bei einer Rückregelung
des Power-Boost kann dadurch verhindert werden. Bevorzugt werden als
Parameter der Temperaturmesswert der Lampenumgebung und/oder der
Temperatur des elektronischen Vorschaltgeräts und/oder der Hg-Quelle sowie die
Zeit seit dem Lampenstart zugrunde gelegt.
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Die
Rückregelung
erfolgt bevorzugt profilgesteuert. Dies bedeutet, dass die Überleistung
relativ langsam innerhalb eines vorgebbaren Zeitintervalls, beispielsweise
in einer Zeitdauer von mehreren Minuten, auf einen Leistungsnennwert
heruntergefahren wird. Indem kein abruptes Abschalten des Power-Boosts
erfolgt, kann verhindert werden, dass ein Lichtstromwert angefahren
wird, welcher über
dem im statischen Betrieb erreichbaren Wert liegt.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Beleuchtungssystems sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des
Verfahrens anzusehen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
aus dem Stand der Technik bekannte Amalgamlampe;
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2 eine
aus dem Stand der Technik bekannte Cold-Spot-Lampe;
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3 eine
schematische Blockbilddarstellung eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems;
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4 ein
Diagramm, in dem eine Heizleistung für Lampenwendeln in Abhängigkeit
der Ist-Temperatur einer Hg-Quelle der Entladungslampe dargestellt
ist;
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5 ein
Diagramm, in dem die Lampenleistung in Abhängigkeit der Ist-Temperatur
einer Hg-Quelle einer Entladungslampe dargestellt ist;
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6 ein
Diagramm, in dem der Lichtstrom der Entladungslampe in Abhängigkeit
der Umgebungstemperatur dargestellt ist; und
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7 ein
Diagramm, in dem der Lichtstrom in Abhängigkeit von einer Messzeit
dargestellt ist.
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Bevorzugte Ausführung der
Erfindung
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In
den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 3 ist
in schematischer Darstellung ein Beleuchtungssystem 3 gezeigt,
welches ein elektronisches Vorschaltgerät 4 und eine Entladungslampe 5 aufweist.
Das Vorschaltgerät 4 ist
zum Betreiben der Entladungslampe 5 ausgebildet. Des Weiteren weist
das Vorschaltgerät 4 einen
Netzspannungsanschluss 61 sowie einen Anschluss 62 für eine Steuerleitung
auf.
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Die
Entladungslampe 5 kann eine zweiseitig gesockelte Lampe,
wie sie beispielsweise in 1 oder 2 dargestellt
ist, sein. Prinzipiell kann die Entladungslampe 5 jedoch
auch als einseitig gesockelte Entladungslampe ausgebildet sein.
Bevorzugt ist der Entladungslampe 5 des Beleuchtungssystems 3 als
Niederdruckentladungslampe ausgebildet und weist eine symbolhaft
dargestellte Hg-Quelle 51 auf.
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Ein
wesentlicher physikalischer Zusammenhang besteht zwischen dem Quecksilber-Dampfdruck
der Hg-Quelle 51 und der Lichtausbeute bzw. dem optimalen
Lichtstrom der Entladungslampe 5 und der Konstanz der äquivalenten
Farbtemperatur. Durch das Beleuchtungssystem 3 und somit
durch das optimale Zusammenwirken des Vorschaltgeräts 4 mit
der Entladungslampe 5 kann im Betrieb der Entladungslampe 5 ein
Quecksilber-Dampfdruck über einen
großen
Umgebungstemperaturbereich optimal eingestellt werden. Dadurch kann
ein hoher Lichtstrom und bei Dimm-Geräten ein konstanter Lichtstrom
und eine konstante Lichtfarbe sowohl zu hohen als auch zu niedrigen
Temperaturen hin aufrecht erhalten werden. Das Auftreten pinkfarbenen
Lichts bei niedrigen Entladungsströmen und niedrigen Umgebungstemperaturen
kann somit verhindert werden.
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Einen
positiven Effekt im Hinblick auf das Erreichen dieser Ziele kann
durch ein geeignetes Amalgam erreicht werden. Prinzipiell kann in
diesem Zusammenhang eine Vielzahl verschiedener Amalgame verwendet
werden. Im Aus führungsbeispiel
wird als Amalgam eine Indium-Silber und insbesondere eine InAg6-Verbindung verwendet. Im Ausführungsbeispiel
ist die Quelle somit speziell als InAgHg-Quelle 51 realisiert.
Erfindungsgemäß wird durch
eine zusätzliche
thermische Kontrolle dieses Arbeitsamalgams der Temperaturbereich
deutlich erweitert.
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In
einer ersten Ausführung
ist ein Temperatursensor 7 im elektronischen Vorschaltgerät 4 angeordnet.
Dieser Temperatursensor 7 kann beispielsweise ein NTC-Widerstand
sein. Mittels dieses Temperatursensors 7 kann die Erfassung
von Temperaturwerten durchgeführt
werden, mit welchen die Ist-Temperatur
der InAgHg-Quelle 51 bestimmbar ist. Indem bekannt ist,
welche Temperaturdifferenz zwischen der gemessenen Temperatur im
Vorschaltgerät 4 und
der tatsächlichen
Temperatur der InAgHg-Quelle 51 besteht, kann relativ naher
Rückschluss
auf die Ist-Temperatur ermöglicht
werden. Die so bestimmte Ist-Temperatur wird mit einer Referenztemperatur
verglichen und abhängig
von dem Vergleich wird die Temperatur der InAgHg-Quelle 51 eingestellt.
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Als
Maßnahmen
dazu werden abhängig
von einem Abweichen der Ist-Temperatur
von einer Referenztemperatur verschiedene Arten des Einstellens der
Temperatur herangezogen. Einerseits kann vorgesehen sein, dass Lampenwendeln 52 und 53 der Entladungslampe 5 zusätzlich geheizt
werden, indem die Heizleistung durch das Vorschaltgerät 4 entsprechend
erhöht
wird. Durch dieses Heizen der Lampenwendeln 52 und 53 kann
dann eine definierte Temperaturerhöhung der InAgHg-Quelle 51 erreicht
werden, da eine definierte thermische Kopplung zwischen einer Erhöhung der
Heizleistung und der daraus resultierenden Erwärmung der Lampenwendeln 52 und 53 einerseits
und der Temperaturerhöhung des
Amalgams andererseits besteht. Diese definierte thermische Kopplung
kann auf Grundlage des bekannten Abstands zwischen den Lampenwendeln 52 und 53 zur
InAgHg-Quelle 51 ermöglicht
werden.
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Eine
zweite, davon unterschiedliche Art des Einstellens der Temperatur
der InAgHg-Quelle 51 kann dadurch erfolgen, dass die Gesamtverlustleistung
der Entladungslampe 5 bzw. des gesamten Beleuchtungssystems 3 reduziert
wird. Dadurch kann durch die Leuchtthermik die Amalgamtemperatur
eingestellt werden.
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In
den 4 und 5 sind Diagramme gezeigt, bei
denen zum einen die Heizleistung in Abhängigkeit von der Temperatur
und zum anderen die Lampenleistung in Abhängigkeit der Temperatur dargestellt
sind. Das Einstellen der Temperatur der InAgHg-Quelle 51 erfolgt
abhängig
von einer definierbaren Abweichung der bestimmten Ist-Temperatur von
zumindest einer Referenztemperatur. Im Ausführungsbeispiel ist die erste
Referenztemperatur beispielhaft durch einen Wert von 50°C vorgegeben.
Im ersten Ausführungsbeispiel,
in dem der Temperatursensor 7 in dem Vorschaltgerät 4 angeordnet
ist, erfolgt eine Zuheizung der Lampenwendeln 52 und 53, wenn
die bestimmte Ist-Temperatur der InAgHg-Quelle 51 und somit
des Arbeitsamalgams unterhalb dieser ersten Referenztemperatur liegt.
Wie dazu in 4 zu erkennen ist, ist das Wendelzuheizungsprofil
im ersten Ausführungsbeispiel
durch die Kurve III gekennzeichnet und stellt ein Stufenprofil dar.
Dies bedeutet, dass eine Wendelzuheizung mit einer Heizleistung
von 100% erfolgt, unabhängig
davon, um wie viel die erste Referenztemperatur und somit die 50°C von der
bestimmten Ist-Temperatur der InAgHg-Quelle 51 unterschritten
wird. Wird eine Ist-Temperatur bestimmt, welche größer gleich
50°C beträgt, und
somit größer gleich
der ersten Referenztemperatur ist, so werden die Lampenwendeln 52 und 53 und
die Heizleistung auf 0% reduziert.
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Des
Weiteren ist aus dem Diagramm gemäß 5 zu erkennen,
dass die elektrische Leistung der Entladungslampe 5 reduziert
wird, wenn die bestimmte Ist-Temperatur eine zweite Referenztemperatur,
welche im Ausführungsbeispiel
etwa 75° C
beträgt, überschreitet.
Zwischen den beiden Referenztemperaturen und somit im Temperaturintervall
zwischen 50°C
und 75°C
erfolgt keine aktive Regelung der Temperatur der InAgHg-Quelle 51 und
so mit weder eine Wendelzuheizung einerseits noch eine Reduzierung
der Lampenleistung andererseits. Innerhalb dieses Temperaturbereichs
zwischen den beiden Referenztemperaturen ist das im Ausführungsbeispiel
zu Grunde gelegte Dampfdruck regelnde Element (InAg6)
zur selbständigen
Regelung des Quecksilber-Dampfdrucks konzipiert.
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Dieses
Temperaturintervall ist amalgamspezifisch und kann abhängig vom
zu Grunde gelegten Amalgam unterschiedlich sein.
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Wie
aus dem Diagramm in 5 zu erkennen ist, beträgt die Lampenleistung
bei einer bestimmten Ist-Temperatur der InAgHg-Quelle 51,
welche kleiner der zweiten Referenztemperatur ist, 100%. Übersteigt
die bestimmte Ist-Temperatur
diese zweite Referenztemperatur, so wird die Lampenleistung reduziert.
In diesem ersten Ausführungsbeispiel erfolgt
diese Reduzierung der elektrischen Leistung bis auf maximal 85%
der Maximalleistung. Dies ist bei etwa 85°C erreicht. Ist die bestimmte
Ist-Temperatur der InAgHg-Quelle 51 größer als dieser Wert und somit
die Temperaturdifferenz zwischen der bestimmten Ist-Temperatur und
der zweiten Referenztemperatur größer, so wird die Lampenleistung
auch nur bis auf 85% der Maximalleistung reduziert. Im Diagramm
gemäß 5 ist
diese Lampenleistungskennlinie durch die Linie I gekennzeichnet.
Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel
erfolgt die Leistungsrückregelung
zu hohen Temperaturen hin somit nur bis zu einem definierten Anschlag,
der nicht weiter unterschritten wird. Darüber hinaus unterscheidet die
Zuheizung des Amalgams mittels der Wendelheizung nur zwei Zustände, wie
es in dem Diagramm gemäß 4 durch
die Kennlinie III gezeigt ist. Während
der Aufheizphase der Entladungslampe 5 nach dem Start wird
die maximale Zuheizung der Lampenwendeln 52 und 53 wirksam
und beschleunigt den Lichtstromanstieg.
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Das
Stufenprofil, welches durch die Kennlinie III dargestellt ist, ist
lediglich beispielhaft. Es kann auch vorgesehen sein, dass der obere
konstante Heizleistungswert kleiner 100% ist. Ebenso kann auch vorgesehen
sein, dass der untere konstante Heizleistungswert größer 0% ist.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
kann vorgesehen sein, dass in der Darstellung gemäß 3 ein
Temperatursensor 8 außerhalb
des Vorschaltgeräts 4,
insbesondere an der Entladungslampe 5, angeordnet ist.
Entgegen der Anordnung dieses Temperatursensors 8 außerhalb
der Entladungslampe 5 kann auch vorgesehen sein, dass dieser
Temperatursensor 8 innerhalb der Entladungslampe 5,
insbesondere an einem Amalgamträger,
wie er beispielsweise in 1 durch den plattenartigen Amalgamträger gekennzeichnet
ist, angeordnet ist.
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Durch
diese Ausführung,
bei der der Temperatursensor 8 außerhalb des Vorschaltgeräts 4 und somit
näher an
der Entladungslampe 5 und somit näher an der InAgHg-Quelle 51 positioniert
ist, kann die Temperaturerfassung präzisiert werden. Bei dieser Ausführung kann
die Einstellung der Temperatur der InAgHg-Quelle 51 exakter
erfolgen, da wie aus den 4 und 5 gezeigten
Diagrammen zu entnehmen ist, spezifischere Profile zu Grunde gelegt
werden können.
So kann die Zuheizung mittels der Wendelheizung für ein definiertes
Profil, wie es durch die Kennlinie IV dargestellt ist, zum Erreichen
der größten Effizienz
bzw. des größten Lichtstroms
gestaltet werden. Wie zu erkennen ist, stellt diese Kennlinie IV kein
Sprungprofil dar, sondern ist durch eine stetig abfallende Kurve
bis hin zur ersten Referenztemperatur gekennzeichnet. Bei diesem
Ausführungsbeispiel
wird somit die bestimmte Ist-Temperatur für die Einstellung der expliziten
Heizleistung berücksichtigt. Abhängig von
dieser bestimmten Ist-Temperatur wird dann die Wendelzuheizung durchgeführt. Je
kleiner somit die Temperaturdifferenz zwischen der ersten Referenztemperatur
und der kleineren bestimmten Ist-Temperatur ist und somit auch abhängig davon, wie
nah die bestimmte Ist-Temperatur unterhalb der ersten Referenztemperatur
liegt, wird eine entsprechende Heizleistung eingestellt. Abhängig davon wird
dann auch eine individuelle Temperaturerhöhung der Lampenwendeln 52 und 53 erreicht,
wodurch wiederum ein situationsabhängig optimales Erwärmen des
Arbeitsamalgams erfolgt.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist diese Kennlinie IV als Referenzkennlinie so vorgegeben und im
Vorschaltgerät 4 abgespeichert,
dass dann, wenn die bestimmte Ist-Temperatur die erste Referenztemperatur übersteigt,
die Heizleistung auf 0% der Maximalleistung reduziert wird und somit
keine zusätzliche
Heizung der Lampenwendeln 52 und 53 erfolgt.
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Auch
für die
Regelung der Lampenleistung wird ein individuelles Profil als Referenzkennlinie
zu Grunde gelegt und in dem Vorschaltgerät 4 abgespeichert.
Diese Kennlinie II ist im Diagramm gemäß 5 dargestellt.
Es ist zu erkennen, dass dann, wenn die bestimmte Ist-Temperatur
die zweite Referenztemperatur und somit etwa 75°C, übersteigt, eine Reduzierung
der Lampenleistung abhängig
davon erfolgt, wie hoch die bestimmte Ist-Temperatur und somit auch
wie groß die
Temperaturdifferenz zwischen der bestimmten Ist-Temperatur und der
zweiten Referenztemperatur ist. Bei dieser Kennlinie II wird die
Lampenleistung auch unter einen vorgebbaren Schwellwert, wie er
im Ausführungsbeispiel
1 durch die 85% der Maximalleistung vorgegeben ist, reduziert. Ein
derartiger Anschlag, auf den die Lampenleistung maximal reduziert
wird, ist bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen.
Die Leistungsrückregelung
zu hohen Temperaturen erfolgt somit ebenfalls mittels eines optimierten
Profils zur Erlangung größtmöglicher
Effizienz bzw. größtmöglichen
Lichtstroms.
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Bei
beiden Ausführungsbeispielen
werden die gleichen Maßnahmen
und somit Arten der Einstellung der Temperatur der InAgHg-Quelle 51 durchgeführt, wenn
ein zugeordnetes definiertes Abweichen der bestimmten Ist-Temperatur von zumindest einer
Referenztemperatur erfolgt. Bei beiden Ausführungsbeispielen erfolgt somit
eine Lampenwendelzuheizung, wenn eine definierte Art der Abweichung
dahingehend erfolgt, dass die bestimmte Ist-Temperatur eine erste Referenztemperatur
unterschreitet. Eine dazu unterschiedliche Maßnahme wird bei beiden Ausführungsbeispielen
in Form der Lampenleistungsregelung durchgeführt, wenn eine definierte zweite
Art der Abweichung dahingehend erfolgt, dass die bestimmte Ist-Temperatur
eine zweite Referenztemperatur übersteigt.
Bei sehr hohen Temperaturen ist das Quecksilber-Dampfdruck-Optimum
durch eine gezielte Gesamtleistungsrücknahme und der daraus resultierenden
Kühlung
des Amalgams erreichbar. Bei sehr niedrigen Temperaturen ist das
Quecksilber-Dampfdruck-Optimum durch eine gezielte Zuheizung des
Amalgams über
die Lampenwendeln 52 und 53 lange aufrecht zu
erhalten.
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Diese
Maßnahmen
können
im stationären Betrieb
des Beleuchtungssystems 3 vorgesehen sein. Die Entladungslampe 5 ist
daher so auszubilden, dass die Heizung des Arbeitsamalgams mittels der
Lampenwendeln 52 und 53 durch Zugrundelegung einer
definierten thermischen Kopplung zwischen den Lampenwendeln 52 und 53 und
des Arbeitsamalgams bzw. der InAgHg-Quelle 51 ermöglicht wird.
Darüber
hinaus ist die Vermeidung einer Cold-Spot-Bildung bei Amalgamlampen, wie
sie beispielsweise in 1 dargestellt sind, zu berücksichtigen.
Das Beleuchtungssystem 3 ist so zu konzipieren, dass das
Vorschaltgerät 4 auf
die Entladungslampe 5 optimal abgestimmt ist und auch die
temperaturabhängige
Wendelzuheizung und Lampenleistungsregelung zur Effizienzerhöhung ermöglicht.
Die in den 4 und 5 gezeigten
Kennlinien der Ausführungsbeispiele
sind dafür
zu Grunde zu legen.
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Auch
im dynamischen Betrieb des Beleuchtungssystem 3, und somit
bei einem Dimm-Vorgang, ist die Heizung des Arbeitsamalgams mittels
der Lampenwendeln 52 und 53 vorsehbar, damit die Lichtstromanlaufgeschwindigkeit
erhöht
werden kann. Eine weitere Möglichkeit
kann dadurch vorgesehen sein, dass eine permanente Elektrodenheizung
durchgeführt
wird, wodurch durch diese Option eine Vorkonditionierung vor dem
Start eines kalten Systems ermöglicht
werden kann. Dadurch ist ein schnellerer Lichtstromanstieg möglich und
insbesondere bei Amalgamlampen tritt damit der verzögerte Anlauf
nicht auf. Durch die Aufheizmöglichkeit
des Amalgams ohne Betrieb der Entladungslampe lässt sich der Quecksilber-Dampfdruck
schon vor dem Start der Entladungslampe erhöhen und somit die Anlaufcharakteristik
positiv beeinflussen. Besonders bevorzugt erweist sich die Erfindung
bei einem Dimm-Grad größer 80%.
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In 6 ist
ein Diagramm gezeigt, welches den Lichtstrom in Abhängigkeit
von der Umgebungstemperatur zeigt. Die Kennlinie A charakterisiert
in diesem Zusammenhang ein bekanntes Beleuchtungssystem, bei dem
die optimale Abstimmung zwischen der Entladungslampe 5 und
dem Vorschaltgerät 4 nicht
gegeben ist und die Maßnahmen
zur Einstellung der Temperatur des Arbeitsamalgams nicht möglich sind.
Im Vergleich dazu zeigt die Kennlinie B den Verlauf des Lichtstroms
gemäß einem
erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem 3.
Deutlich ist zu erkennen, dass ein Lichtstromgewinn durch die zusätzliche
Wendelheizung bei niedrigen Umgebungstemperaturen und auch ein Lichtstromgewinn durch
die Leistungsrückregelung
bei hohen Umgebungstemperaturen erzielt werden kann. Ein sehr hoher
Lichtstrom über
einen deutlich erweiterten Temperaturbereich kann dadurch durch
das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem 3 ermöglicht werden.
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Des
Weiteren ist in 7 ein Diagramm gezeigt, bei
dem der Lichtstrom in Abhängigkeit
einer Messzeit dargestellt ist. In diesem Diagramm zeigt die Kurve
C_0 einen Lichtstromverlauf einer Entladungslampe 1, wie
sie in 1 dargestellt ist und somit ohne Wendelheizung
vor dem Start betrieben wird. Im Vergleich dazu zeigt die Kurve
C_1 einen Lichtstromverlauf einer derartigen Amalgamlampe gemäß 1,
wenn sie in einem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem 3 eingesetzt
ist und mit einer Wendelheizung vor dem Start betreibbar ist. Ein beschleunigtes
Anlaufverhalten bei derartigen Amalgamlampen kann durch die Wendelvorheizung
für eine
bestimmte Zeit vor dem Start, beispielsweise für 10 Minuten, erreicht werden.
Ebenso kann ein derartiges beschleunigtes Anlaufverhalten bei Cold-Spot-Lampen
durch ein diesbezügliches
vorzeitiges Vorheizen der Lampenwendeln vor dem Start für eine bestimmte
Zeit ermöglicht
werden. Kennlinien sind für
diese Cold-Spot-Lampen
durch die Kurven CS_0 und CS_1 gezeigt. Die Kurve CS_0 zeigt ein
bekanntes Beleuchtungssystem ohne Wendelheizung vor dem Start. Die Kurve
CS_1 zeigt ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem
mit einer Wendelheizung vor dem Start.
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Diese
Vorgehensweisen sind insbesondere bei Beleuchtungssystemen vorteilhaft,
welche durch eine intelligente Steuerung automatisch ein- und ausgeschaltet
werden können.
Eine diesbezügliche Steuerung
kann beispielsweise durch ein DALI-System ermöglicht werden. Die Erfindung
ermöglicht eine
größtmögliche Effizienz
für einen
erweiterten Temperaturbereich bei Nennlichtstrom mit Entladungslampen,
insbesondere mit Amalgam- und Cold-Spot-Lampen. Zum einen kann eine
Erweiterung des Lichtstromnennbereichs hin zu niedrigen Temperaturen
insbesondere kleiner 25° C
erreicht werden. Darüber
hinaus kann eine Erweiterung des Lichtstromnennbereichs bei hohen
Temperaturbereichen größer gleich
25° C ermöglicht werden.