DE102012109519B4

DE102012109519B4 - Verfahren zum Betreiben einer Lampeneinheit zur Erzeugung ultravioletter Strahlung sowie geeignete Lampeneinheit dafür

Info

Publication number: DE102012109519B4
Application number: DE102012109519.1A
Authority: DE
Inventors: Josef Lott
Original assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Current assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Priority date: 2012-10-08
Filing date: 2012-10-08
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2032-10-09
Also published as: EP2904880A1; DE102012109519A1; WO2014056670A1; CN104704925A; US20150264785A1; EP2904880B1; JP6022069B2; JP2016504706A

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Lampeneinheit zur Erzeugung ultravioletter Strahlung, aufweisend eine Gasentladungslampe mit einem Entladungsraum, der für ein Quecksilberdepot zugänglich ist, ein elektronisches Vorschaltgerät und ein über eine Steuereinheit einstellbares Temperierelement zur Temperierung der Gasentladungslampe, wobei die Gasentladungslampe mit einem Lampenstrom und einer Lampenspannung betrieben wird, und wobei während einer Betriebsphase an der Gasentladungslampe ein im Wesentlichen konstanter Lampenstrom anliegt, das Temperierelement ein Kühlelement zur Kühlung der Gasentladungslampe ist, und das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: (a) Ermitteln eines Ist-Werts der Lampenspannung mittels eines Spannungssensors, (b) Übermitteln des Ist-Werts der Lampenspannung an die Steuereinheit, (c) Vergleichen des Ist-Werts mit einem Soll-Wert der Lampenspannung durch die Steuereinheit, (d) Ausgabe eines Steuersignals durch die Steuereinheit an das Kühlelement zur Einstellung der Kühlleistung, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasentladungslampe während des Betriebs der Lampeneinheit von dem Kühlelement kontinuierlich gekühlt wird, wobei das elektronische Vorschaltgerät den Spannungssensor enthält und den Ist-Wert der Lampenspannung ermittelt, und dass der Ist-Wert der Lampenspannung während des Betriebs der Lampeneinheit in regelmäßigen Zeitabständen mit einer Frequenz von 1 min–1 bis 10 min–1 ermittelt wird, und wobei die Gasentladungslampe mit einem von dem Kühlelement erzeugten Luftstrom gekühlt wird, wobei das Kühlelement ein Ventilator ist, und dass zur Ermittlung des Soll-Werts der Lampenspannung mit einem UV-Sensor die Emissionsleistung der Gasentladungslampe in Abhängigkeit von der Lampenspannung bestimmt wird, wobei als Soll-Wert die Lampenspannung gewählt wird, bei der die Emissionsleistung der Gasentladungslampe maximal ist.

Description

Technischer Hintergrund
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Lampeneinheit zur Erzeugung ultravioletter Strahlung, aufweisend eine Gasentladungslampe mit einem Entladungsraum, der für ein Quecksilberdepot zugänglich ist, ein elektronisches Vorschaltgerät und ein über eine Steuereinheit einstellbares Temperierelement zur Temperierung der Gasentladungslampe, wobei die Gasentladungslampe mit einem Lampenstrom und einer Lampenspannung betrieben wird, und wobei während einer Betriebsphase der Gasentladungslampe ein im Wesentlichen konstanter Lampenstrom anliegt, das Temperierelement ein Kühlelement zur Kühlung der Gasentladungslampe ist, und das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:

(a) Ermitteln eines Ist-Werts der Lampenspannung mittels eines Spannungssensors,
(b) Übermitteln des Ist-Werts der Lampenspannung an die Steuereinheit,
(c) Vergleichen des Ist-Werts mit einem Soll-Wert der Lampenspannung durch die Steuereinheit,
(d) Ausgabe eines Steuersignals durch die Steuereinheit an das Kühlelement zur Einstellung der Kühlleistung.

Stand der Technik
Bekannte Gasentladungslampen zur Erzeugung ultravioletter Strahlung weisen ein röhrenförmiges Entladungsgefäß aus Quarzglas mit einem Entladungsraum, sowie zwei innerhalb des Entladungsraums angeordnete Elektroden auf. Der Entladungsraum ist mit einem Füllgas, beispielsweise einem Edelgas, gefüllt.
Bei Gasentladungslampen hängt die Emissionsleistung insbesondere vom Quecksilberpartialdruck im Entladungsraum ab. Um höhere Betriebstemperaturen zu ermöglichen, ist bei vielen Gasentladungslampen das Quecksilber in Form einer festen Amalgamlegierung in den Entladungsraum eingebracht. Im Entladungsraum stellt sich ein Gleichgewicht zwischen dem im Quecksilberdepot flüssig beziehungsweise fest und dem im Entladungsraum gasförmig vorliegenden Quecksilber ein. Die Bindung des Quecksilbers im Amalgam beeinflusst die Temperaturabhängigkeit des Quecksilberpartialdruckes im Entladungsraum und trägt grundsätzlich dazu bei, dass bei Gasentladungslampen mit einem Amalgamdepot hohe Leistungen und Leistungsdichten erzielbar sind.
Allerdings hängt bei einer Gasentladungslampe mit einem Amalgamdepot das Gleichgewicht zwischen dem im Amalgam gebundenen und dem freien Quecksilber von der Betriebstemperatur der Gasentladungslampe, insbesondere von der Temperatur des Amalgamdepots, ab. Es existiert eine optimale Betriebstemperatur, bei der die Emissionsleistung der Gasentladungslampe maximal ist.
Die die Betriebstemperatur beeinflussenden Parameter der Gasentladungslampe, beispielswiese die nominale Spannung und der nominale Strom, sind zwar bezogen auf vorgegebene Umgebungsbedingungen auf eine angemessene Emissionsleistung ausgelegt. Dies gilt jedoch nur solange die tatsächlichen Umgebungsbedingungen in etwa den vorgegebenen Umgebungsbedingungen entsprechen. Die Betriebstemperatur einer Gasentladungslampe wird in der Praxis häufig von den Umgebungsbedingungen beeinflusst. Eine übermäßige Erwärmung tritt beispielsweise bei einer hohen Umgebungslufttemperatur oder bei der Unterbringung der Gasentladungslampe auf engem Raum auf. Dies kann dazu führen, dass die Gasentladungslampe nicht mehr in ihrem Betriebsoptimum betrieben wird.
Um während des Betriebs der Gasentladungslampe eine von den Umgebungsbedingungen unabhängige maximale Emissionsleistung zu gewährleisten, wurde vorgeschlagen, die Temperatur des Amalgamdepots über ein Temperierelement einzustellen. So ist beispielsweise aus der DE 101 29 755 A1 ein Betriebsgerät für eine T5-Leuchtstoffröhre mit einer Temperierstelle bekannt, bei dem im Bereich der Temperierstelle ein Temperatursensor zur Ermittlung der Temperatur angeordnet ist. In Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur wird die Temperierstelle über eine regelbare Wendelheizung temperiert, wodurch ein optimaler Quecksilberdampfdruck in der Leuchtstoffröhre gewährleistet wird.
Darüber hinaus ist aus der WO 2005/102401 A2 eine Sterilisierungsvorrichtung mit einer UV-Lampe bekannt, bei der zur Überwachung der Oberflächentemperatur des Lampenkolbens der UV-Lampe ein Temperatursensor vorgesehen ist. Der Temperatursensor ist auf dem Lampenkolben befestigt. Außerdem umfasst die Sterilisierungsvorrichtung auch einen UV-Sensor zur Messung der UV-Strahlungsemission der UV-Lampe. Um eine optimale Betriebstemperatur und Emissionsleistung der Lampe zu gewährleisten, wird darin vorgeschlagen, dass die Lampe in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur über eine Gebläse-Einheit gekühlt oder erwärmt wird.
Allerdings erfasst ein auf der Oberfläche einer Lampe angeordneter Temperatursensor nur die Temperaturänderungen der Oberfläche. Diese erfolgen vergleichsweise langsam, so dass eine Regelung des Quecksilberpartialdrucks über die Oberflächentemperatur eine gewisse Trägheit aufweist.
Darüber hinaus ist auch die Bestimmung der Strahlungsemission mit einem UV-Sensor nur bedingt zur Regelung und Optimierung der Emissionsleistung geeignet, da die einmalige Messung einer nicht maximalen Emissionsleistung keinen Rückschluss auf die Ursache der nicht maximalen Emissionsleistung erlaubt. Mögliche Gründe für eine nicht maximale Emissionsleistung können sowohl eine zu hohe als auch eine zu niedrige Temperatur der Lampe sein, so dass nur unter Zugrundelegung weiterer gemessener Lampenparameter entschieden werden kann, ob die Lampe gekühlt oder erwärmt werden muss, um ihre Emissionsleistung zu erhöhen. Eine Regelung der Strahlungsemission unter Einsatz eines UV-Sensors bedingt daher die Verwendung eines weiteren Sensors – beispielsweise eines Temperatursensors – und ist somit auch träge.
Aus der DE 28 37 447 A1 ist ein Verfahren zum Ändern der Spannung in einer Hochintensitätsquecksilberentladungslampe bekannt. Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, dass während des Betriebs der Entladungslampe die Lampenspannung erfasst wird und bei einem Anstieg der Lampenspannung über eine vorbestimmte Spannung ein gepulster Strom eines Gases gegen die Außenfläche der Lampe gerichtet wird, um so die vorbestimmte Spannung aufrechtzuerhalten.
In der US 4 533 853 A ist ein Verfahren zur Regelung der Temperatur und Strahlungsleistung einer Fluoreszenzlampe beschrieben. Hierzu wird die Lampenspannung kontinuierlich erfasst. Wird eine Abweichung von der maximalen Lampenspannung detektiert, ist vorgesehen, dass ein Steuersignal erzeugt wird, mit dem der Kühlmodus geändert wird.
Die DE 10 2005 022 375 A1 offenbart eine elektrische Lampe mit einem elektronischen Speicherelement, in dem charakteristische Betriebsparameter der elektrischen Lampe gespeichert sind.
Aus der US 7 038 390 B2 ist eine Regelung für ein Lampensystem mit einer Quecksilberdampflampe und einem regelbaren Luftstromerzeuger bekannt. Um einen Standby-Betrieb der Quecksilberdampflampe mit einer möglichst niedrigen Leistung zu ermöglichen, wird darin vorgeschlagen, die Lampenspannung und den Lampenstrom zu ändern und die Lampen-Temperatur auf eine vorbestimmte Temperatur zu regeln.
JP H01122558 A lehrt eine Umlauf-Wasserkühlung einer UV-Entkeimungslampe mit dem Ziel, die kühlste Stelle (cold spot) der UV-Entkeimungslampe auf einer optimalen Betriebstemperatur zu halten.
Technische Aufgabe
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Lampeneinheit mit einer hohen Emissionsleistung anzugeben, das eine schnelle Anpassung an veränderte Betriebsbedingungen gewährleistet, das einen einfachen und kostengünstigen Betrieb der Lampeneinheit ermöglicht, und das darüber hinaus einen Betrieb der Lampeneinheit unabhängig von deren Bauform ermöglicht.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Ermittlung des Soll-Werts der Lampenspannung mit einem UV-Sensor die Emissionsleistung der Gasentladungslampe in Abhängigkeit von der Lampenspannung bestimmt wird, wobei als Soll-Wert die Lampenspannung gewählt wird, bei der die Emissionsleistung der Gasentladungslampe maximal ist, und dass die Gasentladungslampe während des Betriebs der Lampeneinheit von dem Kühlelement kontinuierlich gekühlt wird, wobei das elektronische Vorschaltgerät den Spannungssensor enthält und den Ist-Wert der Lampenspannung ermittelt und dass der Ist-Wert der Lampenspannung während des Betriebs der Lampeneinheit in regelmäßigen Zeitabständen mit einer Frequenz von 1 min^–1 bis 10 min^–1 ermittelt wird, und dass die Gasentladungslampe mit einem von dem Kühlelement erzeugten Luftstrom gekühlt wird, wobei das Kühlelement ein Ventilator ist.
Die Emissionsleistung einer Gasentladungslampe ist vorrangig von der Temperatur des von der Gasentladungslampe erzeugten Plasmas abhängig. Eine optimale Emissionsleistung wird erhalten, wenn die Gasentladungslampe eine optimale Plasmatemperatur aufweist. Da allerdings die Plasmatemperatur einer direkten Messung nicht zugänglich ist, werden Gasentladungen herkömmlicher Lampeneinheiten während des Betriebs entweder auf eine optimale Temperatur, beispielsweise des Lampenkolbens, oder auf eine optimale Emissionsleistung gesteuert. Herkömmliche Lampeneinheiten weisen hierzu einen Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur oder einen UV-Sensor zur Bestimmung der Emissionsleistung sowie ein in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur beziehungsweise UV-Emissionsleistung steuerbares Temperierelement auf. Diese beiden Messparameter ermöglichen allerdings nur indirekt einen Rückschluss auf die Plasmatemperatur der Gasentladungslampe. Ihr Wert ist darüber hinaus von weiteren Einflussgrößen, beispielsweise der Geometrie der Lampeneinheit oder der Luftführung innerhalb der Lampeneinheit abhängig.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird daher auf eine indirekte Erfassung der Plasmatemperatur der Gasentladungslampe mittels eines externen Temperatursensors oder eines UV-Sensors verzichtet. Stattdessen ist vorgesehen, dass die Bestimmung der Betriebstemperatur der Gasentladungslampe über einen Spannungssensor erfolgt, der die während des Betriebs der Lampeneinheit an der Gasentladungslampe anliegende Spannung bestimmt. Durch die Spannungsmessung wird einerseits ein direkter Rückschluss auf die aktuelle Plasmatemperatur ermöglicht; sie ist anderseits unabhängig von der Geometrie der Lampeneinheit, so dass ein optimaler Betrieb der Lampeneinheit unabhängig von der Bauform der Lampeneinheit ermöglicht wird. Dadurch, dass auf den Temperatursensor beziehungsweise UV-Sensor verzichtet wird, wird darüber hinaus ein kostengünstiges und einfaches Betriebsverfahren ermöglicht. Weiterhin entfällt die vergleichsweise träge Temperaturmessung oder Emissionsleistungsmessung. Diese sind erfindungsgemäß durch eine Spannungsmessung geringer Trägheit ersetzt, wodurch eine schnelle Anpassung der Lampenbetriebsparameter an Temperaturänderungen der Gasentladungslampe und damit kurze Reaktionszeiten ermöglicht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren setzt das Anliegen eines im Wesentlichen konstanten Lampenstroms an der Gasentladungslampe voraus. Unter einem im Wesentlichen konstanten Lampenstrom ist ein Lampenstrom zu verstehen, der während des Betriebs der Lampe um höchstens ±2% von seinem nominalen Wert abweicht.
Bei einer Gasentladungslampe, die mit einem konstanten Lampenstrom betrieben wird, ist die korrespondierende Lampenspannung hauptsächlich von der Plasmatemperatur der Gasentladungslampe abhängig. Ursache hierfür ist der Quecksilberpartialdruck im Entladungsgefäß der Gasentladungslampe, der mit zunehmender Temperatur exponentiell ansteigt, so dass mit einem erhöhten Quecksilberpartialdruck eine geringere Betriebsspannung einhergeht. Folglich entspricht der optimalen Betriebstemperatur eine korrespondierende Lampenspannung, deren Einstellung konsequenterweise zu einer der Lampenspannung entsprechenden Betriebstemperatur führt.
Zur Einstellung der Betriebstemperatur wird erfindungsgemäß zunächst die aktuelle Lampenspannung, also der Ist-Wert der Lampenspannung, mittels eines Spannungssensors bestimmt, die anschließend an die Steuereinheit übermittelt wird. Das Übermitteln des Ist-Wertes kann durch die Steuereinheit oder durch den Spannungssensor erfolgen. Im einfachsten Fall liest die Steuereinheit die Ist-Werte des Spannungssensors aus.
Die Steuereinheit vergleicht den Ist-Wert mit einem zuvor bereitgestellten Soll-Wert der Lampenspannung und ermittelt eine eventuelle Abweichung.
Zur Ermittlung des Soll-Werts der Lampenspannung wird mit einem UV-Sensor die Emissionsleistung der Gasentladungslampe in Abhängigkeit von der Lampenspannung bestimmt, wobei als Soll-Wert die Lampenspannung gewählt wird, bei der die Emissionsleistung der Gasentladungslampe maximal ist. Die Bestimmung des Soll-Werts der Lampenspannung kann generell für alle Lampen eines bestimmten Typs oder individuell für jede Lampe erfolgen.
Zur Einstellung der Betriebstemperatur beziehungsweise der Lampenspannung ist schließlich ein Kühlelement zur Kühlung der Gasentladungslampe vorgesehen. In Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung gibt die Steuereinheit zur Einstellung der Betriebstemperatur ein die Kühlleistung regulierendes Steuersignal an das Kühlelement. Das Steuersignal kann in Abhängigkeit vom Betrag der Abweichung variieren.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das elektronische Vorschaltgerät den Spannungssensor enthält und den Ist-Wert der Lampenspannung ermittelt.
Die Lampeneinheit weist ein elektronisches Vorschaltgerät auf, mit dem die Gasentladungslampe betrieben wird. Ein Vorschaltgerät mit einem Spannungssensor ermöglicht eine einfache, günstige und kompakte Bauform der Lampeneinheit.
Optimale Emissionswerte werden erreicht, wenn der Soll-Wert der Lampenspannung für jede Gasentladungslampe werksseitig individuell bestimmt wird, und dann der individuell bestimmte Soll-Wert in einem mit der Gasentladungslampe verbundenen Speicherelement gespeichert wird, das beim Einschalten der Gasentladungslampe von der Steuereinheit ausgelesen wird.
Die optimale Betriebstemperatur und damit auch die Lampenspannung können herstellungsbedingt auch zwischen baugleichen Gasentladungslampen variieren. Ein werksseitig individuell für jede Gasentladungslampe bestimmter Soll-Wert der Lampenspannung ermöglicht einen optimalen Betrieb der einzelnen Gasentladungslampen mit einer hohen Emissionsleistung. Dadurch, dass der individuelle Soll-Wert in einem mit der Gasentladungslampe verbunden Speicherelement gespeichert wird, ist dieser mit der individuellen Gasentladungslampe derart verbunden, dass der Soll-Wert beim Einschalten der Gasentladungslampe der Steuereinheit zur Verfügung gestellt werden kann. Darüber hinaus ermöglicht ein solches Speicherelement eine automatische Soll-Wert-Anpassung bei einem Lampenwechsel. Vorzugsweise ist das Speicherelement ein elektronisches Speicherelement, beispielsweise ein EEPROM- oder PROM-Speicherbaustein. Der Soll-Wert der Lampenspannung kann darüber hinaus auch als maschinenlesbare Beschriftung auf der Lampe, vorzugsweise auf dem Lampensockel, ausgeführt sein.
In einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Gasentladungslampe mit dem Soll-Wert der Lampenspannung beschriftet ist, wobei das Bereitstellen des Soll-Wertes an die Steuereinheit einmalig beim Lampenwechsel durch manuelle Eingabe des Soll-Wertes an der Steuereinheit erfolgt.
Es hat sich bewährt, wenn das Speicherelement ein elektronisches Speicherelement ist, und wenn das Speicherelement beim Einschalten der Gasentladungslampe ausgelesen wird.
Elektronische Speicherelemente weisen zwei Grenztemperaturen, nämlich eine maximale Lagertemperatur und eine maximale Betriebstemperatur auf. Die maximale Lagertemperatur gibt an, bis zu welcher Temperatur das elektronische Speicherelement ohne Qualitätsverluste gelagert werden kann. Die maximale Betriebstemperatur beschreibt die maximale Temperatur, bei der das Speicherelement ohne Fehlfunktionen betrieben werden kann.
Vorzugsweise liegt die Speicherelement-Temperatur während des Betriebs der Gasentladungslampe unterhalb von 150 °C. Temperaturen unterhalb von 150 °C beeinträchtigen die Qualität des Speicherelements nicht.
Temperaturen oberhalb von 125 °C können die Funktionsfähigkeit elektronischer Speicherelemente beeinträchtigen. Das Speicherelement wird bei Temperaturen unterhalb von 125 °C ausgelesen. Das Auslesen des Speicherelements erfolgt beim Einschalten der Gasentladungslampe, so dass die Temperatur des Speicherelements während des Auslesens weniger als 125°C beträgt. Hierdurch wird eine Fehlfunktion des Speicherelements vermieden.
Ein mit der Gasentladungslampe verbundenes Speicherelement wird in der Regel während des Betriebs der Gasentladungslampe erwärmt. Die Temperatur des Speicherelements hängt von dessen räumlicher Position bezogen auf die Gasentladungslampe ab. Vorzugsweise befindet sich das Speicherelement im oder am Sockel der Gasentladungslampe. Ein derart angeordnetes Speicherelement kann einfach mit der elektrischen Versorgung der Lampe verbunden werden, da auch die Kabel zur elektrischen Versorgung der Lampe in den Sockel führen.
Erfindungsgemäß wird der Ist-Wert der Lampenspannung während des Betriebs der Lampeneinheit in regelmäßigen Zeitabständen mit einer Frequenz von 1 min^–1 bis 10 min^–1 ermittelt.
Das regelmäßige Ermitteln des Ist-Wertes der Lampenspannung ermöglicht eine fortlaufende Anpassung der Kühlleistung an den aktuellen Betriebszustand der Gasentladungslampe. Erfolgt die Ermittlung des Ist-Werts der Lampenspannung mit einer Frequenz von weniger als 1 min^–1, kann die Kühlleistung nur langsam an veränderte Betriebsbedingungen angepasst werden. Liegt zwischen zwei Messungen des Ist-Werts der Lampenspannung ein Zeitabstand von mehr als 1 Minute, kann die UV-Emissionsleistung vergleichsweise stark absinken, wodurch das Bestrahlungsergebnis beeinträchtigt werden kann. Da auch die Lampenspannung mit einer gewissen Verzögerung auf eine Änderung der Kühlleistung reagiert, ergibt sich bei einer Frequenz von mehr als 10 min^–1 keine nennenswerte Verbesserung mehr.
Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die Gasentladungslampe während des Betriebs der Lampeneinheit von der Kühleinheit kontinuierlich gekühlt wird.
Eine kontinuierliche Kühlung der Gasentladungslampe hat den Vorteil, dass durch die Anpassung der Kühlleistung die Gasentladungslampe sowohl erwärmt als auch gekühlt werden kann. Eine Verringerung der Kühlleistung bewirkt eine Erwärmung der Gasentladungslampe, eine Erhöhung der Kühlleistung führt zu einer geringeren Temperatur der Gasentladungslampe.
Die Gasentladungslampe wird mit einem von dem Kühlelement erzeugten Luftstrom gekühlt.
Im Sinne der Erfindung ist ein Kühlelement, das einen Luftstrom erzeugt, ein Ventilator. Da diese Kühlelemente Luft zur Kühlung verwenden, sind sie flexibel einsetzbar. Ein Verfahren, bei dem ein solches Kühlelement eingesetzt wird, ist kostengünstig durchzuführen.
Bei einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Lampeneinheit ist das Temperierelement ein Kühlelement zur Kühlung der Gasentladungslampe, und es ist ein Spannungssensor zur Bestimmung des Ist-Wertes einer Lampenspannung vorgesehen, wobei die Steuereinheit einen Eingang aufweist, an dem der Ist-Wert der Lampenspannung als Eingangssignal anliegt.
Eine solche Lampeneinheit ist für den Einsatz im zuvor beschriebenen Verfahren geeignet. Dadurch, dass ein Spannungssensor vorgesehen ist, der den Ist-Wert der Lampenspannung ermittelt, kann dieser Ist-Wert einer Steuerung der Kühlleistung des Kühlelements zugrunde gelegt werden. Die Steuereinheit weist dementsprechend einen Eingang für den Ist-Wert der Lampenspannung auf. Das auf Basis des Ist-Wert der Lampenspannung generierte Ausgangssignal der Steuereinheit dient schließlich der Einstellung der Kühlleistung des Kühlelements.
Es hat sich bewährt, wenn der Spannungssensor in das elektronische Vorschaltgerät integriert ist, und dass das elektronische Vorschaltgerät einen Ausgang zur Ausgabe des Ist-Wertes der Lampenspannung aufweist.
Die Gasentladungslampe wird an einem elektronischen Vorschaltgerät betrieben. Ein elektronisches Vorschaltgerät mit integriertem Spannungssensor ist – verglichen mit einem Gerät ohne diesen Sensor – ohne erheblichen Aufwand oder hohen Zusatzkosten zu fertigen und es trägt zu einer kompakten Bauform der Lampeneinheit bei.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Lampeneinheit ist vorgesehen, dass die Gasentladungslampe ein elektronisches Speicherelement umfasst, in dem der Soll-Wert der Lampenspannung gespeichert ist.
Elektronische Speicherelemente sind beispielsweise EEPROM- oder PROM-Speicherbausteine. Ein mit der Gasentladungslampe verbundenes elektronisches Speicherelement gewährleistet, dass der Soll-Wert der Lampenspannung beim Einschalten der Gasentladungslampe der Steuereinheit zur Verfügung gestellt werden kann. Durch das Speicherelement wird darüber hinaus eine automatische Sollwert-Anpassung, beispielsweise bei einem Lampenwechsel ermöglicht.
Es hat sich bewährt, wenn das Speicherelement im Bereich des Sockels der Gasentladungslampe angeordnet ist.
Ein im Sockelbereich der Gasentladungslampe angeordnetes Speicherelement kann einfach mit einer elektrischen Versorgung der Lampe verbunden werden, da bereits die Kabel zur elektrischen Versorgung der Lampe durch den Sockel führen.
In einer alternativen Ausführungsform ist das Speicherelement in einen Anschlussstecker der Gasentladungslampe integriert ist.
Die Gasentladungslampe weist eine mit einem Anschlussstecker versehene zur Kontaktierung einer Stromversorgung auf. Durch ein im Anschlussstecker integriertes Speicherelement werden eine einfache elektrische Kontaktierung des Anschlusselements und ein einfaches Auslesen des Speicherelements ermöglicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Gasentladungslampe eine Beschriftung aufweist, die den Soll-Wert der Lampenspannung festlegt.
Ausführungsbeispiel
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Im Einzelnen zeigt in schematischer Darstellung:
1 eine Lampeneinheit zur Erzeugung ultravioletter Strahlung mit einem Niederdruck-Amalgamstrahler, und
2 ein Diagramm, in dem die UV-Emission und die Lampenspannung des Niederdruck-Amalgamstrahlers in Abhängigkeit von der Kühlluft-Temperatur dargestellt ist.
1 zeigt eine Lampeneinheit für die Erzeugung ultravioletter Strahlung, der insgesamt die Bezugsziffer 10 zugeordnet ist. Die Lampeneinheit setzt sich zusammen aus einem Niederdruck-Amalgamstrahler 11, einem elektronischen Vorschaltgerät 14 für den Niederdruck-Amalgamstrahler 11, einem Axial-Lüfter 15 zur Kühlung des Niederdruck-Amalgamstrahlers 11 und einer Steuereinheit 16 für den Axial-Lüfter 15. In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) ist anstelle des Axial-Lüfters 15 ein Radial-Lüfter vorgesehen.
Der Niederdruck-Amalgamstrahler 11 besteht aus einem Leuchtrohr aus Quarzglas, das an beiden Enden mit Quetschungen 17 verschlossen ist, durch die eine Stromversorgung 18 geführt ist. Innerhalb und an entgegengesetzten Enden des Leuchtrohres sind zwei wendelförmige Elektroden 18a, 18b angeordnet. Das Leuchtrohr umschließt einen Entladungsraum 12. Der Entladungsraum 12 ist mit einer Gasmischung aus Argon und Neon (50:50) gefüllt. Innerhalb des Entladungsraumes 12 befindet sich außerdem ein Amalgamdepot 13.
Der Niederdruck-Amalgamstrahler 11 wird mit einem im Wesentlichen konstanten Lampenstrom betrieben. Er zeichnet sich durch eine Nominal-Leistung von 200 W (bei einem nominalen Lampenstrom von 4,0 A), eine Leuchtlänge von 50 cm, einen Strahler-Außendurchmesser von 28 mm und durch eine Leistungsdichte von etwa 4 W/cm aus.
Der Niederdruck-Amalgamstrahler 11 wird an dem elektronischen Vorschaltgerät 14 betrieben, das mit dem Niederdruckamalgamstrahler 11 über die Anschlussleitungen 20 verbunden ist. Das elektronische Vorschaltgerät 14 weist darüber hinaus einen Netzspannungsanschluss 19 auf. Während des Betriebs ermittelt das elektronische Vorschaltgerät 14 mittels integrierten Spannungssensors die Ist-Werte der Lampenspannung U_L und des Lampenstroms I_L.
Das elektronische Vorschaltgerät 14 stellt die ermittelte Lampenspannung U_L schließlich als Eingangssignal für die Steuereinheit 16 bereit. Darüber hinaus ist mit dem Niederdruck-Amalgamstrahler 11 ein Speicherelement 22 in Form eines EEPROM verbunden, auf dem ein für den Niederdruck-Amalgamstrahler 11 werksseitig individuell bestimmter Soll-Wert der Lampenspannung gespeichert ist. Die Steuereinheit 16 liest den Soll-Wert der Lampenspannung beim Einschalten des Niederdruck-Amalgamstrahlers 11 aus. Während des Betriebs des Niederdruck-Amalgamstrahlers 11 fragt die Steuereinheit 16 in regelmäßigen Zeitab- ständen, das heißt, mit einer Frequenz von 5 min^–1 den Ist-Wert der Lampenspannung
ab.
Die Steuereinheit 16 vergleicht den Ist-Wert der Lampenspannung
mit dem auf dem Speicherelement gespeicherten Soll-Wert
ermittelt die Abweichung des Ist-Wertes vom Soll-Wert und gibt ein Steuersignal aus, das die Kühlleistung des Axial-Lüfters 15 regelt.
Da der Axial-Lüfter 15 den Niederdruck-Amalgamstrahler 11 während des Betriebs der Lampeneinheit 10 kontinuierlich kühlt, kann die Temperatur des Niederdruck-Amalgamstrahlers 11 beispielsweise durch eine Erhöhung der Lüfter-Geschwindigkeit relativ gekühlt oder durch eine Verringerung der Lüfter-Geschwindigkeit relativ erwärmt werden.
Das Diagramm in 2 zeigt die UV-Emission UV-Output und die Lampenspannung U_L des Niederdruck-Amalgamstrahlers 11 gemäß 1 bei Luftkühlung mit konstanter Luftmenge in Abhängigkeit von der Lufttemperatur. Sowohl die UV-Emission als auch die Lampenspannung wurden für den Niederdruck-Amalgam-Strahler gleichzeitig bestimmt. Die Abszisse gibt die Lufttemperatur T in °C wieder. Auf der rechten Ordinate des Diagramms ist die ultraviolette Strahlungsemission „UV-Output“ des Niederdruckstrahlers in mW/cm² aufgetragen, die linke Ordinate des Diagramms gibt die Lampenspannung U_L in Volt wieder.
Die Temperaturabhängigkeit der UV-Emission ist durch den Kurvenverlauf 1 beschrieben. Demzufolge wird bei diesem Strahler eine maximale Strahlungsemission (I) von 0,252 mW/cm² bei einer Betriebstemperatur (II) von 52,5 °C erhalten.
Weiterhin ist der Verlauf der Lampenspannung in Abhängigkeit von der Temperatur durch die Kurve 2 beschrieben. Eine Betriebstemperatur (III) von 52,5 °C entspricht somit einer Lampenspannung von 108,6 V. Sie entspricht einer maximalen Emissionsleistung des Niederdruck-Amalgamstrahlers 11.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Lampeneinheit zur Erzeugung ultravioletter Strahlung, aufweisend eine Gasentladungslampe mit einem Entladungsraum, der für ein Quecksilberdepot zugänglich ist, ein elektronisches Vorschaltgerät und ein über eine Steuereinheit einstellbares Temperierelement zur Temperierung der Gasentladungslampe, wobei die Gasentladungslampe mit einem Lampenstrom und einer Lampenspannung betrieben wird, und wobei während einer Betriebsphase an der Gasentladungslampe ein im Wesentlichen konstanter Lampenstrom anliegt, das Temperierelement ein Kühlelement zur Kühlung der Gasentladungslampe ist, und das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: (a) Ermitteln eines Ist-Werts der Lampenspannung mittels eines Spannungssensors, (b) Übermitteln des Ist-Werts der Lampenspannung an die Steuereinheit, (c) Vergleichen des Ist-Werts mit einem Soll-Wert der Lampenspannung durch die Steuereinheit, (d) Ausgabe eines Steuersignals durch die Steuereinheit an das Kühlelement zur Einstellung der Kühlleistung, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasentladungslampe während des Betriebs der Lampeneinheit von dem Kühlelement kontinuierlich gekühlt wird, wobei das elektronische Vorschaltgerät den Spannungssensor enthält und den Ist-Wert der Lampenspannung ermittelt, und dass der Ist-Wert der Lampenspannung während des Betriebs der Lampeneinheit in regelmäßigen Zeitabständen mit einer Frequenz von 1 min^–1 bis 10 min^–1 ermittelt wird, und wobei die Gasentladungslampe mit einem von dem Kühlelement erzeugten Luftstrom gekühlt wird, wobei das Kühlelement ein Ventilator ist, und dass zur Ermittlung des Soll-Werts der Lampenspannung mit einem UV-Sensor die Emissionsleistung der Gasentladungslampe in Abhängigkeit von der Lampenspannung bestimmt wird, wobei als Soll-Wert die Lampenspannung gewählt wird, bei der die Emissionsleistung der Gasentladungslampe maximal ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Wert der Lampenspannung für jede Gasentladungslampe werksseitig individuell bestimmt wird, und dass der individuell bestimmte Soll-Wert in einem mit der Gasentladungslampe verbundenen Speicherelement gespeichert wird, das beim Einschalten der Gasentladungslampe von der Steuereinheit ausgelesen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement ein elektronisches Speicherelement ist, und dass das Speicherelement beim Einschalten der Gasentladungslampe ausgelesen wird.