EP1670294A2 - Betriebsgerät und Verfahren zum Betreiben von Gasentladungslampen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Betriebsgerät zum Betrieb von Hochdruck-Gasentladungslampen. Insbesondere handelt es sich um ein Betriebsgerät mit einer Steuerung des Anlaufs von Hochdruck-Gasentladungslampen, die eine im Vergleich zum Stand der Technik verkürzte Anlaufphase bewerkstelligt. Dies wird erreicht durch einen Lampenzustands-Detektor, der nach der Zündung erkennt, dass eine heiße Lampe vorliegt und daraufhin den Anlaufstrom erhöht.

Description

Technisches Gebiet
• Die Erfindung betrifft ein Betriebsgerät und ein Verfahren zum Betreiben von Hochdruck-Gasentladungslampen. Insbesondere löst die Erfindung Probleme, die beim Anlauf von Hochdruck-Gasentladungslampen auftreten. Im folgenden werden Hochdruck-Gasentladungslampen auch kurz Lampe genannt.
Stand der Technik
• Hochdruck-Gasentladungslampen müssen durch eine hohe Spannung gezündet werden, die von einer Zündeinrichtung bereitgestellt wird. Nach der Zündung erwärmt sich die Lampe während einer Anlaufphase von einer Starttemperatur auf eine Betriebstemperatur. Die Spannung, die nach der Zündung an einer Lampe anliegt, wird Brennspannung genannt und ist in weiten Grenzen nicht wesentlich vom Lampenstrom abhängig. Die Brennspannung steigt während der Anlaufphase von einer Startbrennspannung bis zu einer Betriebsbrennspannung. Der Anlaufphase schließt sich bei bestimmungsgemäß funktionierenden Gasentladungslampen eine Betriebsphase an.
• In der Lampentechnik wird zwischen Hoch- und Niederdruckgasentladungsalampen unterschieden. Bei Hochdruck-Gasentladungslampen ist für die Funktionsweise wesentlich, dass während der Anlaufphase der Druck im Lampengefäß von einem Anfangsdruck bis zu einem Betriebsdruck ansteigt. Dies ist ein Grund, weshalb die im folgenden beschriebene Erfindung besonders vorteilhaft bei Hochdruckgasentladungslampen eingesetzt werden kann. Jedoch ist auch ein Einsatz bei Niederdruck-Gasentladungslampen möglich.
• Während der Betriebsphase ist es üblich, dass das Betriebsgerät die Leistung der Lampe auf eine Sollleistung regelt. Da während der Anlaufphase die Brennspannung niedrig ist, wäre bei reiner Leistungsregelung während der Anlaufphase ein hoher Lampenstrom nötig, um die Sollleistung einzustellen. Dieser Strom kann um ein vielfaches höher sein als der Lampenstrom während der Betriebsphase. Dies würde zu einer Zerstörung der Elektroden der Lampe führen. Deshalb wird im Stand der Technik der Strom den das Betriebsgerät während der Anlaufphase an die Lampe liefert auf einen konstanten Anlaufstrom begrenzt. Damit wird zumindest während eines ersten Abschnitts der Anlaufphase die Lampe mit dem konstanten Anlaufstrom gespeist. Im Verlauf der Anlaufphase steigt die Brennspannung. Erreicht die Brennspannung einen Wert der zusammen mit dem konstanten Strom die gewünschte Sollleistung ergibt, so beginnt die Leistungsregelung zu arbeiten. Beim weiteren Anstieg der Brennspannung wird durch die Leistungsregelung der Lampenstrom so weit reduziert, dass sich die Sollleistung einstellt. Die Anlaufphase ist abgeschlossen, wenn die Brennspannung den Wert der Betriebsbrennspannung erreicht hat. Die Bertriebsbrennspannung weist Exemplarstreuungen auf und ändert sich auch während der Lebensdauer einer Lampe. Die Betriebsbrennspannung wird daher definiert durch die Brennspannung die bei Sollleistung im wesentlichen konstant bleibt. Um Fluktuationen auszublenden, wird die Brennspannung meist als zeitlicher Mittelwert gemessen. Mit der Betriebsbrennspannung korreliert ist ein Betriebslampenstrom, der zusammen mit der Betriebsbrennspannung die Sollleistung ergibt.
• Für den Wert des Anlaufstroms ist folgendes zu beachten: Während der Anlaufphase muss soviel Leistung in die Lampe eingekoppelt werden, dass der Druck in der Lampe und damit die Brennspannung stetig ansteigt, bis die Betriebsbrennspannung erreicht ist. Andernfalls kann der Fall eintreten, dass die Lampe während der Anlaufphase in einem stabilen Zustand verharrt und die Sollleitung nicht erreicht wird. Um diesen Fall sicher auszuschließen, wird im Stand der Technik ein Anlaufstrom gewählt, der deutlich über dem Betriebslampenstrom liegt. Dies wird in der Schrift US 5,083,065 (Sakata) dargestellt. In dieser Schrift wird ein Betriebsgerät beschrieben, dass keine Leistungsregelung aufweist, sondern lediglich der Lampenstrom über die Betriebsfrequenz eingestellt wird. Eine Kontrolleinheit erfasst während der gesamten Anlaufphase den Anstieg der Brennspannung und erhöht die Betriebsfrequenz, falls der Anstieg der Brennspannung zu stark ist. Indirekt wird damit der Wert des Lampenstroms begrenzt.
• Ein Aspekt bei der Wahl des Anlaufstroms ist auch der Wunsch nach einer möglichst kurzen Anlaufphase, um in möglichst kurzer Zeit einen Solllichtstrom zu erreichen. Dies wird durch einen hohen Anlaufstrom erreicht. Ein hoher Anlaufstrom stellt jedoch eine starke Belastung der Elektroden dar, was zu Schädigung der Elektroden führt und damit die Lebensdauer einer Lampe reduziert. Geschädigt werden die Elektroden entweder durch Überhitzung, was zu Aufschmelzen und Abbrand führt oder durch so genanntes Sputtern, das verursacht wird durch Ionen, die mit hoher Geschwindigkeit eine Elektrode treffen.
• Bei Betriebsgeräten nach dem Stand der Technik ist der Anlaufvorgang für viele Anwendungen störend lang.
Darstellung der Erfindung
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Betriebsgerät zum Betrieb von Hochdruck-Gasentladungslampen und ein Verfahren zum Steuern des Anlaufs von Hochdruck-Gasentladungslampen bereitzustellen, die eine im Vergleich zum Stand der Technik verkürzte Anlaufphase bewerkstelligen.
• Diese Aufgabe wird durch ein Betriebsgerät zum Betrieb von Hochdruck-Gasentladungslampen gelöst, das folgende Merkmale aufweist.
• Eine Vorrichtung, die dazu geeignet ist, für eine angeschlossene Hochdruck-Gasentladungslampe eine Zündung zu auszulösen,
• eine Stelleinrichtung die dazu geeignet ist, einen Lampenstrom von angeschlossenen Hochdruck-Gasentladungslampen auf einen Strom-Grenzwert zu begrenzen,
• eine Lampenzustands-Detektor, der so ausgelegt ist, dass er in einem Zeitfenster das kürzer ist als die Anlaufphase, das sich an die Zündung anschließt, eine Brennspannung von einer angeschlossenen Hochdruck-Gasentladungslampe oder einen dazu proportionalen Wert auswertet und eine Zustandsgröße bereitstellt, die für die Unterscheidung zwischen einer kalten und einer heißen Hochdruck-Gasentladungslampen geeignet ist,
• eine Steuereinrichtung, die der Stelleinrichtung den Strom-Grenzwert in Abhängigkeit von der Zustandsgröße vorgibt.
• Die Aufgabe wird gleichermaßen durch ein Verfahren zum Steuern des Anlaufs von Hochdruck-Gasentladungslampen gelöst, das folgende Schritte umfasst:
• Zünden einer Hochdruck-Gasentladungslampe,
• unmittelbar nach der Zündung wird der Strom durch die Hochdruck-Gasentladungslampe auf einen Strom-Grenzwert begrenzt, der für kalte Hochdruck-Gasentladungslampen geeignet ist,
• in einem Zeitfenster, das sich an die Zündung anschließt und von kürzerer Dauer ist, als die Dauer des Anlaufs , wird die Spannung an der Hochdruck-Gasentladungslampe gemessen und sowohl ein Wert für die Differenz zwischen der Brennspannung und einem Normwert als auch ein Wert für die zeitliche Änderung der Brennspannung ermittelt,
• der Wert für die Differenz und der Wert für die zeitliche Änderung werden gewichtet und anschließend addiert wodurch eine Zustandsgröße gebildet wird,
• liegt der Wert der Zustandsgröße über einem Vergleichswert, so wird der Strom-Grenzwert für den Strom durch die Hochdruck-Gasentladungslampe erhöht.
• Die erfindungsgemäße Lösung der oben formulierten Aufgabe nutzt folgenden Sachverhalt: Der Maximalwert des Anlaufstroms, der noch keine wesentliche Schädigung der Elektroden bewirkt ist abhängig von der Temperatur der Lampe. Der Lampenstrom während der Anlaufphase ist deshalb bei einem erfindungsgemäßen Betriebsgerät nicht bei jeder Inbetriebnahme einer Lampe gleich. Vielmehr besitzt ein erfindungsgemäßes Betriebsgerät einen Lampenzustands-Detektor der während eines Zeitfensters zu Beginn der Anlaufphase eine Zustandsgröße ermittelt, die maßgeblich ist für den Anlaufstrom. Die Zustandsgröße erlaubt dem Betriebsgerät zwischen einer kalten und einer heißen Lampe zu unterscheiden. Mittels einer Stelleinrichtung liefert das Betriebsgerät bei einer kalten Lampe einen niedrigen Anlaufstrom, der einen Wert aufweist, der auch die kalten Elektroden nicht wesentlich schädigt. Bei einer heißen Lampe liefert das Betriebsgerät mittels der Stelleinrichtung einen hohen Anlaufstrom, der zwar die kalten Elektroden wesentlich schädigen würde, aber den heißen Elektroden keinen wesentlichen Schaden zufügt. Auf diese Weise kann bei heißen Lampen die Anlaufphase wesentlich verkürzt werden.
• Besonders vorteilhaft ist dies bei Anwendungen bei denen nach einer kurzen Auszeit die Lampe wieder in Betrieb genommen wird. Beispielsweise kommt dies bei Beleuchtungsanwendungen vor die häufig geschaltet werden, oder bei Videoprojektionen, bei denen unter Umständen versehentlich der Projektor ausgeschaltet wurde und sofort wieder benötigt wird.
• Die Zustandsgröße ermittelt der Lampenzustands-Detektor erfindungsgemäß aus der Brennspannung. Der Lampenzustands-Detektor wertet die Brennspannung in einem
• Zeitfenster im Anschluss an die Zündung aus. Die Ermittlung der Zustandsgröße aus der Brennspannung kann auf verschiedene Arten erfolgen. Beispielsweise kann der Lampenzustands-Detektor zunächst zwei Kenngrößen der Brennspannung auswerten: Den absoluten Wert der Brennspannung und die zeitliche Änderung der Brennspannung.
• Die Zustandsgröße kann aus der Auswertung der einen oder der anderen Kenngröße hervorgehen. Um eine sicherere Auskunft über die Temperatur der Lampe zu bekommen, können beide Kenngrößen auch kombiniert werden. Eine einfach realisierbare Kombination besteht in der gewichteten Addition beider Kenngrößen. Das Ergebnis dieser Addition ist wiederum eine Zustandsgröße, die durch Vergleich mit einem vorgegebenen Vergleichswert Auskunft über die Temperatur der Lampe gibt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1

Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Betriebsgerät,

Figur 2

Diagramm, das den zeitlichen Verlauf des Lampenstroms und der Brennspannung darstellt.

Bcvorzugte Ausführung der Erfindung
• In Figur 1 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Betriebsgerät dargestellt, das zum Betrieb von Hochdruck-Gasentladungslampen geeignet ist. Der grundsätzliche Aufbau und die grundsätzliche Funktionsweise eines derartigen Betriebsgeräts ist in der Schrift WO 95/35645 (Derra) beschrieben. Im folgenden werden die einzelnen Blöcke kurz beschrieben.
• Block 1 enthält eine Gleichspannungsversorgung, die ihre Energie im allgemeinen aus einer Netzspannungsversorgung bezieht. Der Wert der gelieferten Gleichspannung liegt über der Brennspannung einer angeschlossenen Lampe 6.
• Die Gleichspannungsversorgung speist einen Tiefsetzer 2, der den von der Gleichspannungsversorgung gelieferten Spannungswert auf einen Wert abtransformiert, der der Brennspannung einer angeschlossenen Lampe 6 entspricht. Der Tiefsetzer 2 enthält eine Stelleinrichtung, mit der der Lampenstrom eingestellt werden kann. Dies geschieht durch die Wahl der Spannung, die am Ausgang des Tiefsetzers eingestellt wird.
• Eine Einstellmöglichkeit besteht meist durch eine so genannte Pulsweitenmodulation (PWM). Diese bestimmt das Verhältnis von Einschalt- zu Ausschaltdauer von elektronischen Schaltern, die im Tiefsetzer 2 enthalten sind.
• Die Ausgestaltung des Tiefsetzers 2 kann der allgemeinen Literatur zur Leistungselektronik entnommen werden. In WO 95/35645 (Derra) ist eine Topologie mit einem Schalter gewählt. Es ist jedoch auch eine Ausführung mit mehreren Schaltern möglich, wie sie z. B. eine Halbbrücke darstellt. Der Tiefsetzer 2 enthält eine Drossel, die als Strombegrenzung dient. Damit bekommt der Tiefsetzer 2 eine Charakteristik die einer einstellbaren Stromquelle für den Lampenstrom entspricht.
• Je nach gewählter Topologie liefert der Tiefsetzter 2 einen Gleichstrom oder einen Wechselstrom. Für den Fall, dass der Tiefsetzer 2 einen Wechselstrom liefert, wird der Ausgang des Tiefsetzers 2 in einen Gleichrichter 3 eingespeist, der an seinem Ausgang einen Gleichstrom liefert. Der Gleichrichter 3 kann entfallen, falls der Tiefsetzer 2 einen Gleichstrom liefert.
• Der Gleichstrom aus dem Gleichrichter 3 oder dem Tiefsetzer 2 wird in eine Vollbrücke 4 eingespeist, die den Gleichstrom in einen rechteckförmigen Wechselstrom umformt. Die Frequenz des rechteckförmigen Wechselstroms ist im Vergleich zu üblichen Frequenzen bei denen der Tiefsetzer 2 arbeitet niedrig und liegt bei Werten zwischen 50 Hz und 1 kHz. Die Umformung in rechteckförmigen Wechselstrom ist bei Anwendungen nötig, die Wechselstromlampen betreiben und einen gleichförmigen Lichtstrom benötigen. Beispiele für derartige Anwendungen sind sog. Beamer und Rückprojektionsfernseher. Die erfindungsgemäße Steuerung des Anlaufs der Lampe, kann jedoch auch auf Gleichstromlampen oder auf Wechselstromlampen, die mit nicht rechteckförmigem Wechselstrom betreiben werden, angewendet werden. Je nach Anwendung kann demnach der Block 3 oder 4 oder beide entfallen.
• Als Vorrichtung, die dazu geeignet ist, für eine angeschlossene Hochdruck-Gasentladungslampe eine Zündung zu auszulösen ist zwischen die Vollbrücke 4 und die Lampe 6 ist eine Zündeinheit 5 geschaltet. Sie liefert die zur Zündung der Lampe nötige Spannung. Nach der Zündung der Lampe übernimmt die Zündeinheit 5 üblicherweise keine Funktion mehr. Die Zündung kann auch ohne separat aufgebaute Zündeinheit 5 durch eine bekannte Resonanzzündung bewerkstelligt werden.
• Eine Kontrolleinheit 7 ist mit dem Tiefsetzer 2, dem Gleichrichter 3, der Vollbrücke 4 und der Zündeinheit 5 verbunden. Die Kontrolleinheit 7 enthält die Steuereinrichtung, eine Regeleinrichtung, den Lampenzustands-Detektor sowie Messeinrichtungen zur Erfassung von Betriebsparametern (z.B. Brennspannung, Lampenstrom) und eine Einrichtung zum Speichern von lampentypischen Daten wie Normwerte und Vergleichswerte zur Unterscheidung von kalten und heißen Lampen. Die einzelnen Einrichtungen sind in der Kontrolleinheit 7 zusammengefasst, da die Kontrolleinheit 7 meist einen Microcontroller enthält, der die Funktion mehrerer oder aller Einrichtungen in sich vereint. In vielen Fällen ist auch die Realisierung einer Einrichtung entweder durch Hardware oder durch Software möglich. In zunehmendem Maße werden Steuer- und Regelaufgaben durch Software übernommen, da diese Lösung kostengünstig und flexibel ist.
• Alle Verbindungen, die zur Kontrolleinheit 7 führen, können sowohl Ein- als auch Ausgänge sein. Als Eingänge geschaltet können die Verbindungen Information über die Brennspannung und über den Lampenstrom beliebig aus einem der Blöcke 2-5 der Kontrolleinheit 7 zuführen.
• Als Ausgänge geschaltet steuern die Verbindungen koordiniert durch die Kontrolleinheit 7 Zündung, Anlauf, Betrieb und Abschalten des Betriebsgeräts.
• Die Regeleinrichtung, die in der Kontrolleinheit 7 enthalten ist, berechnet aus dem Lampenstrom und der Brennspannung die Lampenleistung und vergleicht sie mit einer abgespeicherten Sollleistung für die zu betreibende Lampe. Ist die Lampenleistung geringer als die Sollleistung, so erhöht die Steuereinrichtung über die Stelleinrichtung den Lampenstrom so lange, Lampenleistung und Sollleistung übereinstimmen.
• Der Lampenzustands-Detektor stellt wie oben beschrieben die Zustandsgröße zur Verfügung, die eine Unterscheidung zwischen einer kalten und einer heißen Lampe erlaubt.
• Die Zustandsgröße ermittelt der Lampenzustands-Detektor aus der Brennspannung. Dafür gibt es mehrere Möglichkeiten. Eine einfache Möglichkeit besteht darin, dass der Lampenzustands-Detektor die Brennspannung zu einem Zeitpunkt im Zeitfenster misst und von diesem Messwert einen Normwert subtrahiert. Daraus ergibt sich eine Differenz, die die Zustandsgröße bildet.
• Um Störungen zu unterdrücken kann die Brennspannung auch über den Zeitraum des Zeitfensters gemittelt werden und aus dem Mittelwert die Zustandsgröße gebildet werden.
• Es hat sich gezeigt, dass auch die zeitliche Änderung der Brennspannung gut geeignet ist, um daraus eine Zustandsgröße abzuleiten. Bei kalten Lampen bleibt die Brennspannung in den ersten Sekunden nach der Zündung konstant oder sinkt sogar, während bei heißen Lampen die Brennspannung nach der Zündung sofort ansteigt. Zur einfachen Bestimmung der zeitlichen Änderung der Brennspannung misst der Lampenzustands-Detektor einen Momentanwert der Brennspannung zu Beginn und am Ende des Zeitfensters. Die Differenz dieser beiden Werte ist ein Maß für die zeitliche Änderung der Brennspannung und kann als Zustandgröße dienen.
• Wird eine sehr zuverlässige Zustandsgröße gefordert, so kann sowohl ein Momentan- oder Mittelwert der Brennspannung als auch die zeitliche Änderung der Brennspannung zur Ermittlung der Zustandsgröße herangezogen werden. Eine einfache Verknüpfung dieser beiden Kennwerte besteht in einer gewichteten Addition. Geeignete Gewichtungsfaktoren hängen im wesentlichen von der zu betreibenden Lampe ab und können durch Versuchsreihen ermittelt werden.
• Nachdem der Lampenzustands-Detektor die Zustandsgröße ermittelt hat, wertet die Steuereinrichtung die Zustandsgröße aus. Das Ergebnis dieser Auswertung ist maßgeblich für die Vorgabe eines Strom-Grenzwerts für die Stelleinrichtung. Die einfachste Möglichkeit der Auswertung besteht im Vergleich der Zustandsgröße mit einem Vergleichswert. Liegt der Wert der Zustandsgröße über dem Vergleichwert, wird beispielsweise eine heiße Lampe angenommen und die Steuereinrichtung gibt der Stelleinrichtung einen Strom-Grenzwert vor, der für eine heiße Lampe geeignet ist. Liegt der Wert der Zustandsgröße unter dem Vergleichwert, wird beispielsweise eine kalte Lampe angenommen und die Steuereinrichtung gibt der Stelleinrichtung einen Strom-Grenzwert vor, der für eine kalte Lampe geeignet ist. Geeignete Werte für den Strom-Grenzwert sind abhängig von der zu betreibenden Lampe und müssen durch Versuche ermittelt werden.
• Eine aufwendigere Möglichkeit, die Zustandsgröße auszuwerten besteht darin, dass die Steuereinrichtung der Stelleinrichtung einen Strom-Grenzwert vorgibt, der linear von der Zustandsgröße abhängt. Auch eine nichtlineare Abhängigkeit in Form einer Kennlinie ist möglich. Die aufwendige Auswertung ermöglicht eine möglichst kurze Anlaufphase. Benötigte Proportionalitätsfaktoren oder Kennlinien können durch Versuche ermittelt werden.
• In Figur 2 ist beispielhaft der zeitliche Verlauf des Lampenstroms und der Brennspannung darstellt. Die Abszisse bildet die Zeitachse, auf der die Zeit t in Sekunden aufgetragen ist. Die linke Ordinate gilt für die Brennspannung und gibt Werte in Volt (V) an. Die rechte Ordinate gilt für den Lampenstrom und gibt Werte in Ampere (A) an. Die Kurve 3 zeigt den zeitlichen Verlauf des Lampenstroms und Kurve 2 die Brennspannung. Das in Figur 2 dargestellte Beispiel zeigt den Anlauf einer heißen Lampe. Zum Vergleich zeigt die Kurve 1 den zeitlichen Verlauf der Brennspannung einer kalten Lampe bis zum Ende des Zeitfensters.
• Das Beispiel zeigt Verläufe einer Hochdruck- oder auch Höchstdruck-Gasentladungslampe für Projektionsanwendungen mit einer elektrischen Leistung von ca. 150W.
• Zum Zeitpunkt t1 ist die Zündung erfolgt und das Zeitfenster beginnt. Während des Zeitfensters stellt die Stelleinrichtung einen Lampenstrom ein, der für kalten Lampen geeignet ist, im Beispiel 2 A. Die Lampe im Beispiel wurde nach 35 s wieder gezündet und weist zum Zeitpunkt t1 eine Brennspannung von 24 V auf. Zum Vergleich kann aus Kurve 1 entnommen werden, dass eine kalte Lampe eine Brennspannung von 18 V aufweisen würde. Wird angenommen, dass der Normwert für die Brennspannung bei 20 V liegt, so ergibt sich eine Differenz von 4 Volt. Eine einfache Ermittlung der Zustandgröße könnte bereits zum Zeitpunkt t1 erfolgen, indem die Differenz als Zustandsgröße herangezogen wird. Die Lampe im Beispiel würde als heiß eingestuft werden und der Anlaufstrom könnte sofort erhöht werden. Es kann jedoch vorkommen, dass Lampenexemplare nach einer Alterung auch im kalten Zustand eine Brennspannung von über 20 V aufweisen. Deshalb zeigt das Beispiel eine aufwendigere Ermittlung der Zustandsgröße.
• Das Zeitfenster reicht bis zum Zeitpunkt t2. Ein kalte Lampe hätte zu diesem Zeitpunkt immer noch eine Brennspannung von 18 V, wie Kurve 1 zeigt. Kurve 2 ist jedoch zu entnehmen, dass zum Zeitpunkt t2 die Brennspannung der heißen Lampe bereits auf 34 V angestiegen ist. Daraus errechnet sich ein zeitlicher Anstieg der Brennspannung von 1,1 V/s. Der zeitliche Anstieg von heißen Lampen liegt typisch über 0,7 V/s. Zur Ermittlung der Zustandsgröße kann nun die oben berechnete Differenz und der zeitliche Anstieg gewichtet addiert werden. Für Lampen wie sie im Beispiel verwendet wurde, hat sich folgende Gewichtung als günstig erwiesen: $$\mathrm{Zustandsgröße}=\mathrm{Änderung\; der\; Brennspannung}\ast 70+\mathrm{Differenz}\ast 8.$$

  
• Damit ergibt sich ein Wert für die Zustandsgröße von 109. Zum Vergleich: Für die kalte Lampe gemäß Kurve 1 ergäbe sich ein Wert für die Zustandsgröße von -16.
• Die Steuereinrichtung wertet zum Zeitpunkt t2 die Zustandsgröße aus. Im Beispiel wurden Lampen mit einem Wert der Zustandsgröße über 50 als heiß eingestuft. Der Wert 109 liegt deutlich über 50. Die Steuereinrichtung erkennt also im Beispiel eine heiße Lampe und gibt der Stelleinrichtung einen höheren Anlaufstrom von 2,4 A vor. Dieser wird zum Zeitpunkt t3 erreicht, wie aus der Kurve 3 zu entnehmen ist. Die Kurve 2 zeigt die Wirkung des erhöhten Anlaufstroms auf die Brennspannung. Ab dem Zeitpunkt t3 steigt die Brennspannung schneller als zuvor.
• Zum Zeitpunkt t4 erreicht die Brennspannung einen Wert, der zusammen mit dem Anlaufstrom die vorgegebene Nennleistung der Lampe ergibt. Ab dem Zeitpunkt t4 übernimmt die Leistungsregelung die Regelung des Lampenstroms. Eine nicht eingezeichnete weitere Erhöhung der Brennspannung führt zu einem fallenden Lampenstrom, bis sich ein Gleichgewichtszustand eingestellt hat und die Anlaufphase beendet ist.
• Im Beispiel wurde der Anlaufstrom beim Erkennen einer heißen Lampe fest um einen durch Versuche ermittelten Wert von 0,4 A auf einen Wert von 2,4 A erhöht. Es ist auch möglich diese Erhöhung abhängig vom Wert der Zustandsgröße zu machen, beispielsweise über folgende Formel: $$\mathrm{Anlaufstrom}=\mathrm{Anlaufstrom\; für\; kalte\; Lampe}+\mathrm{Zusatzstrom}\ast \left(\mathrm{Zustandsgröße}-a\right)/b$$

  
• Die Werte für a, b und den Zusatzstrom müssen durch Versuche ermittelt werden. Im Beispiel haben sich folgende Werte als günstig erwiesen: a = 30, b = 50 und Zusatzstrom = 0,25 A.
• Im Beispiel nach Figur 2 wird die Anlaufphase durch die erfindungsgemäße Steuerung des Anlaufstroms um ca. 15 s verkürzt. Im Beispiel ist das Zeitfenster 9 s lang. Es hat sich jedoch gezeigt, dass ein Zeitfenster von 3 s genügt. Damit kann Anlauf phase noch weiter verkürzt werden.

Claims (11)

1. Betriebsgerät zum Betrieb von Hochdruck-Gasentladungslampen mit folgenden Merkmalen:

   • eine Vorrichtung, die dazu geeignet ist, für eine angeschlossene Hochdruck-Gasentladungslampe eine Zündung zu auszulösen,

   • eine Stelleinrichtung die dazu geeignet ist, einen Lampenstrom von angeschlossenen Hochdruck-Gasentladungslampen auf einen Strom-Grenzwert zu begrenzen,

   dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsgerät folgende Merkmale umfasst:

   • einen Lampenzustands-Detektor, der so ausgelegt ist, dass er in einem Zeitfenster, das sich an die Zündung anschließt und kürzer ist als eine Anlaufphase,
   eine Brennspannung von einer angeschlossenen Hochdruck-Gasentladungslampe oder einen dazu proportionalen Wert auswertet und daraus eine Zustandsgröße ableitet, die für die Unterscheidung zwischen einer kalten und einer heißen Hochdruck-Gasentladungslampen geeignet ist,

   • eine Steuereinrichtung, die der Stelleinrichtung den Strom-Grenzwert in Abhängigkeit von der Zustandsgröße vorgibt.
2. Betriebsgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
   dass der Lampenzustands-Detektor einen Subtrahierer mit zwei Eingängen und einem Ausgang enthält, wobei an einem Eingang der Wert der Brennspannung zu einem Zeitpunkt im Zeitfenster anliegt, am anderen Eingang ein vorgegebener Normwert anliegt und am Ausgang der Subtrahierer eine Differenz bereit stellt aus der der Lampenzustands-Detektor die Zustandsgröße bildet.
3. Betriebsgerät gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
   der Lampenzustands-Detektor einen Mittelwertbildner enthält, der einen Mittelwert der Brennspannung innerhalb des Zeitfensters an einem Eingang des Subtrahierers bereit stellt.
4. Betriebsgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
   dass der Lampenzustands-Detektor die Brennspannung am Anfang und am Ende des Zeitfensters misst und aus dem Unterschied dieser beiden Messwerte eine zeitliche Änderung der Brennspannung ermittelt und daraus die Zustandsgröße bildet.
5. Betriebsgerät gemäß Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass
   der Lampenzustands-Detektor zur Bildung der Zustandsgröße sowohl die Differenz als auch die zeitliche Änderung der Brennspannung heranzieht.
6. Betriebsgerät gemäß Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass
   der Lampenzustands-Detektor zur Bildung der Zustandsgröße sowohl den Mittelwert als auch die zeitliche Änderung der Brennspannung heranzieht.
7. Betriebsgerät gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lampenzustands-Detektor die Zustandsgröße nach folgender Formel gebildet: $$\mathit{Zustandsgröße\hspace{1em}}\mathit{=}\ddot{\mathit{\hspace{1em}A}}\mathit{nderung\hspace{1em}der\hspace{1em}Brennspannung\hspace{1em}}\mathit{*}\mathit{70}\mathit{+}\mathit{Differenz\hspace{1em}}\mathit{*}\mathit{8}\mathit{,}$$

   

   
   wobei die Änderung der Brennspannung in Volt pro Sekunde und die Differenz in Volt bemessen sind.
8. Betriebsgerät gemäß einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung einen Vergleicher enthält, der die Zustandsgröße mit einem abgespeicherten Vergleichswert vergleicht
   und der Stelleinrichtung einen Strom-Grenzwert für heiße Lampen vorgibt, falls die Zustandsgröße größer als der Vergleichswert ist
   und der Stelleinrichtung einen Strom-Grenzwert für kalte Lampen vorgibt, falls die Zustandsgröße kleiner als der Vergleichswert ist.
9. Betriebsgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung einen Strom-Grenzwert vorgibt, der linear von der Zustandsgröße abhängt.
10. Verfahren zum Steuern des Anlaufs von Hochdruck-Gasentladungslampen gekennzeichnet durch folgende Schritte:

    • Zünden einer Hochdruck-Gasentladungslampe,

    • unmittelbar nach der Zündung wird der Strom durch die Hochdruck-Gasentladungslampe auf einen Strom-Grenzwert begrenzt, der für kalte Hochdruck-Gasentladungslampen geeignet ist,

    • in einem Zeitfenster, das sich an die Zündung anschließt und kürzer ist als eine Anlaufphase, wird die Spannung an der Hochdruck-Gasentladungslampe gemessen und sowohl ein Wert für die Differenz zwischen der Brennspannung und einem Normwert als auch ein Wert für die zeitliche Änderung der Brennspannung ermittelt,

    • der Wert für die Differenz und der Wert für die zeitliche Änderung werden gewichtet und anschließend addiert wodurch eine Zustandsgröße gebildet wird,

    • liegt der Wert der Zustandsgröße über einem Vergleichswert, so wird der Strom-Grenzwert für den Strom durch die Hochdruck-Gasentladungslampe erhöht.
11. Betriebsgerät gemäß einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitfenster kürzer als 3 Sekunden ist.

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