DE10016982A1 - Verfahren zur Speisung eines UV-Licht-Niederdruckstrahlers und Vorschaltgerät zur Speisung eines UV-Licht-Niederdruck-Strahlers - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren und ein Vorschaltgerät zur Speisung eines UV-Licht-Niederdruckstrahlers beschrieben. DOLLAR A Nach der Zündung des UV-Licht-Niederdruckstrahlers wird dieser mit Gleichstrom gespeist und die Polarität des Gleichstroms in aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten gewechselt. Diese Zeitabschnitte sind größer als die halbe Periodendauer der üblichen Netzfrequenz, aber kleiner als eine sich aus der thermischen Zeitkonstante des UV-Licht-Niederdruckstrahlers ergebende Zeit bis zum Erreichen eines unteren Grenzwertes für die Betriebstemperatur der Elektroden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Speisung eines UV- Licht-Niederdruckstrahlers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Vorschaltgerät zur Speisung eines UV-Licht-Nieder­ druckstrahlers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

Bei der Wasserdesinfektion mittels UV-Licht werden immer leistungsstärkere UV-Licht-Niederdruckstrahler eingesetzt. Die Anforderungen an Wirkungsgrad und Regelbarkeit sind sehr hoch.

Während Gasentladungslampen für Beleuchtungszwecke zumeist mit einfachen passive Bauelemente enthaltenden Vorschaltgerä­ ten arbeiten und ihren Speisestrom aus dem Niederspannungs­ netz unmittelbar mit der üblichen Netzfrequenz von 50 bis 60 Hz erhalten, werden leistungsstarke UV-Licht-Niederdruck­ strahler für die Wasserdesinfektion mit elektronischen Vorschaltgeräten und Frequenzen von < 20 KHz betrieben. Der Vor­ teil eines Betriebes mit einer gegenüber der üblichen Netz­ frequenz wesentlich höheren Frequenz besteht darin, daß die verwendeten passiven Bauelemente, wie Induktivitäten und Ka­ pazitäten, von der Baugröße und dem Gewicht kleiner ausgelegt werden können. Darüber hinaus bleibt nach dem Nulldurchgang des Strahlerstromes bei Polaritätswechsel die Ionisation der Gasentladungssäule erhalten, während sie bei der üblichen Netzfrequenz bei jedem Nulldurchgang des Strahlerstromes durch Rekombination der Ionen unterbrochen wird, so dass der UV-Licht-Niederdruckstrahler nach jedem Nulldurchgang wieder neu zünden muss.

Nachteilig ist allerdings bei Frequenzen von < 20 KHz die Störstrahlung sowie die Leitungsverluste bei größeren Lei­ tungslängen zwischen dem Vorschaltgerät und den UV-Licht- Niederdruckstrahlern. Beide Nachteile sind aber bei der Was­ serdesinfektion von wesentlicher Bedeutung. Denn mit zuneh­ mender UV-Licht-Leistung nimmt die Störstrahlung zu. Weiter­ hin werden gerade bei der Wasserdesinfektion ganze Batterien von UV-Licht-Niederdruckstrahlern auf engem Raum eingesetzt. Gelingt es nicht, die Vorschaltgeräte ebenfalls auf diesem engen Raum anzuordnen, müssen entsprechend lange Zuführungs­ leitungen in Kauf genommen werden.

Bei Gasentladungslampen für Beleuchtungszwecke ist es aus der DE 36 07 109 C1, der DE 44 01 630 A1 oder der DE 169 42 947 A1 bekannt, zur Vermeidung von Stroboskopeffekten und Flim­ mererscheinungen im Takte der Netzfrequenz sowie zur Verrin­ gerung elektromagnetischer Wechselfelder einen Gleichstrombe­ trieb vorzunehmen. Da ein reiner Gleichstrombetrieb aller­ dings zu Elektrophorese-Effekten mit der Folge von Ablagerun­ gen der Lampenfüllung an der Innenfläche des Lampenglases und auf den Elektroden und einem damit verbundenen Rückgang der Lichtausbeute führt, werden die Gasentadungslampen von Zeit zu Zeit umgepolt. Hierfür werden Zeitabstände zwischen 15 und 30 Minuten angegeben.

Es hat sich gezeigt, dass die Übertragung der vom Gasenta­ dungslampen für Beleuchtungszwecke bekannten Maßnahmen auf UV-Licht-Niederdruckstrahler deren Lebensdauer und Strahler­ leistung stark beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Betrieb von UV-Licht-Niederdruckstrahlern die Speisung zu vereinfachen, die UV-Lichtausbeute zu erhöhen und den Wirkungsgrad zu stei­ gern, ohne dabei die Lebensdauer einzuschränken.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale dieses Anspruchs und bei einem Vorschaltgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7 durch die Merkmale jenes Anspruchs gelöst.

Weiterbildung und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine Teillösung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in an sich bekannter Weise darin, die UV-Licht-Niederdruckstrah­ ler mit Gleichspannung oder Gleichstrom zu betreiben. Dadurch fallen alle Nachteile weg, wie sie mit einer Speisung durch Wechselspannung oder Wechselstrom verbunden sind, dass heißt bei Speisung mit Netzfrequenz permanente Neuzündung der Gas­ entladungssäule im Takte der Netzfrequenz mit der Folge eines erhöhten Elektrodenverschleißes oder bei hochfrequenter Spei­ sung mit einer Frequenz von < 20 KHz Störstrahlung und gerin­ ge Leitungslänge der Speiseleitung oder Leitungsverluste. Darüber hinaus wird auch eine Fehlanpassung zwischen der an­ gelegten Spannung und der optimalen UV-Licht-Leistung vermieden, wie sie bei Wechselstrom- oder Wechselspannungsbetrieb entsteht, da dort wegen der sich zeitlich ändernden Spannung der einer optimalen UV-Lichtausbeute entsprechende Arbeits­ punkt nur kurzzeitig durchlaufen wird.

Ein Gleichspannungsbetrieb mit Polumkehr von Zeit zu Zeit mit den von Gasentladungslampen für Beleuchtungszwecke bekannten Zeitabständen würde bei UV-Licht-Niederdruckstrahlern nach jeder Polumkehr eine erneute Vorheizung der Elektroden erfor­ dern. Bereits eine Umpolung mit Vorheizung alle 15 bis 30 Mi­ nuten würde die Lebensdauer stark einschränken. Da bei UV- Licht-Niederdruckstrahlern für Wasserdesinfektion mittels UV- Licht wesentlich höhere Strahlungsleistungen als bei Gasent­ ladungslampen für Beleuchtungszwecke erzeugt werden und des­ halb wesentlich höhere Ströme fließen, würde der Elektropho­ rese-Effekt erheblich früher einsetzen. Zur Vermeidung der nachteiligen Wirkungen des Elektrophorese-Effektes müsste ei­ ne Umpolung in kürzeren Zeitabständen erfolgen, was aller­ dings wegen der Notwendigkeit der erneuten Vorheizung oder der Strombelastung der erkalteten Elektroden bei unzureichen­ der Vorheizung die Lebensdauer nochmals drastisch einschrän­ ken würde.

Abhilfe aus dem beschriebenen Dilemma schafft erst die weite­ re erfindungsgemäße Maßnahme, die Zeitabschnitte für die Um­ polung kürzer zu bemessen, als eine sich aus der thermischen Zeitkonstante des UV-Licht-Niederdruckstrahlers ergebende Zeit bis zum Erreichen eines unteren Grenzwertes für die Be­ triebstemperatur der Elektroden. Wenn diese Bemessungsregel beachtet wird, befindet sich nämlich die jeweils erkaltende Elektrode zum Zeitpunkt der Umpolung noch auf Betriebstempe­ ratur und kann nach Umpolung ohne erneute Vorheizung oder Verschleiß durch erhöhte Strombelastung dann die Funktion der bisher auf Betriebstemperatur gehaltenen Elektrode überneh­ men. Dabei werden die Vorteile eines Gleichstrombetriebes ge­ nutzt und die Auswirkungen der Elektrophorese und des Elekt­ rodenverschleißes durch zu häufige Vorheizung oder Strombe­ lastung der bereits unter Betriebstemperatur erkalteten E­ lektrode vermieden.

Die Umschaltung der Polarität stellt keinen konventionellen Wechselspannungsbetrieb dar, denn die Umschalthäufigkeit pro Zeiteinheit ist kleiner als bei Wechselspannungsbetrieb mit der bisher üblichen niedrigsten Betriebsfrequenz, nämlich der Netzwechselspannung von 50 bis 60 Hz. Die Umschaltung der Po­ larität entspricht auch nicht dem Nulldurchgang der harmonischen, insbesondere sinusförmigen Schwingung der Netzwechsel­ spannung, sondern dem in der Übergangszeit der Umschaltung stattfindenden Polaritätswechsel einer Spannung, die zumin­ dest den Wert der Brennspannung aufweist. Anderenfalls würde der UV-Licht-Niederdruckstrahler deutlich vor dem Polaritäts­ wechsel erlöschen, denn es würde ja noch eine Zeit verstrei­ chen, ehe die angelegte Spannung nach Unterschreitung der Brennspannung letztlich den Nullwert erreicht hat.

Die Zeitabstände zwischen dem Wechsel der Polarität können länger als 0,2 sec aber kürzer als 5 sec bemessen sein.

In diesem Bereich sind die Zeitabstände zwischen den Polari­ tätswechseln deutlich länger als die Periodendauer der übli­ chen Netzfrequenz. Es sind dann keine Probleme mit Störstrah­ lung oder Verletzungen von EMV-Bestimmungen zu befürchten.

Andererseits sind die Zeitabstände aber auch kürzer als die Abkühlungszeit der erkaltenden Elektrode unter Betriebstempe­ ratur. Die hierfür als Bemessungsgröße angegebene thermische Zeitkonstante des UV-Licht-Niederdruckstrahlers setzt sich zusammen aus einer Kombination der thermischen Zeitkonstanten der Elektroden, des gasförmigen Füllstoffes und des Strahlergehäuses und kann von Strahler zu Strahler variieren, so dass eine exakte Angabe eines Grenzwertes nicht möglich ist. Auch kann auf Kosten der Lebensdauer des UV-Licht-Niederdruck­ strahlers eine Unterschreitung der Betriebstemperatur in Kauf genommen werden. Es ist dann zum Ausgleich eine anfangs er­ höhte Spannung anzulegen, die aber unterhalb der Zündspannung liegen kann. Je weiter die Betriebsspannung allerdings unter­ schritten wird, desto mehr steigt die Strombelastung der E­ lektrode an, da bei jeder Polumkehr Materie aus der Oberflä­ chenschicht der betreffenden Elektrode herausgerissen und da­ durch die Lebensdauer der Elektrode verkürzt wird.

Weiter kann die Strahlerspannung oder der Strahlerstrom nach einem Wechsel der Polarität überwacht werden und bei Abwei­ chung der elektrischen Leistung von einem Sollwert die Pola­ rität erneut gewechselt werden.

Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass der UV-Licht- Niederdruckstrahler nie zu lange unipolar betrieben wird und durch die Folgen von Elektrophorese-Effekten Schaden nehmen können.

Der Schwellwert vorzugsweise 3% unter dem Leistungswert zu Beginn eines Polaritätswechsels angesetzt.

Dieser Wert, der bei Annahme konstanter Spannung und verän­ derlichen Stroms oder konstanten Stroms und veränderlicher Spannung etwa 10% des veränderlichen Wertes beträgt, führt noch nicht zu einer spürbaren Abnahme der UV-Leistung. Bei den Elektrophorese-Effekten handelt es sich dann außerdem um ein Anfangsstadium, das nach sofortiger Polumkehr noch rever­ sibel ist, sich also nicht nachteilig auf die Lebensdauer auswirkt.

Die Überwachungsintervalle für den Leistungsmessung sind zweckmäßig kürzer als die thermische Zeitkonstante des UV- Licht-Niederdruckstrahlers bemessen.

Dadurch wird erreicht, dass Elektrophorese-Effekte auch dann bereits erkannt werden können, wenn diese noch vor dem ge­ planten Polaritätswechsel aufgrund der thermischen Zeitkon­ stante des UV-Licht-Niederdruckstrahlers stattfinden.

Die Übergangszeit, in der die Polarität wechselt, kann kürzer als die Rekombinationszeit der Gasentladungssäule des UV- Licht-Niederdruckstrahlers bemessen sein.

Durch diese Maßnahme wird verhindert, dass während der Um­ schaltung von der einen auf die andere Polarität und des Wechsels des Wertes der stationären Gleichspannung vom nega­ tiven zum positiven Wert bzw. umgekehrt die Gasentladungssäu­ le durch Rekombination der sie bildenden Gasionen verschwin­ det und wieder neu gezündet werden müsste. Durch Bemessung einer entsprechend kurzen Zeit bleibt hingegen die Ionisie­ rung der Gasentladungssäule erhalten, so dass sie ohne erneu­ te Zündung weiter aufrechterhalten und zur Erzeugung von UV- Licht genutzt werden kann.

Die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebene Wirkungs­ weise der Erfindung und die Vorteile der Weiterbildungen gel­ ten auch für das Vorschaltgerät. Bei einer zusätzlichen Wei­ terbildung des Vorschaltgerätes bildet der Schalter eine ringförmige Anordnung aus vier Halbleiterschaltern, die an zwei gegenüberliegenden Knoten mit Gleichspannung oder Gleichstrom gespeist sind. Ein Brückenzweig umfasst den UV- Licht-Niederdruckstrahler. Jeweils zwei diagonal gegenüberliegende Halbleiterschalter werden im Wechsel mit zwei ande­ ren diagonal gegenüberliegenden Halbleiterschaltern geöffnet und geschlossen.

Auf diese Weise ist einerseits ein stationärer Betrieb zwi­ schen den Schaltphasen gewährleistet und zum anderen eine sehr kurze Umschaltzeit bei Wechsel der Polarität.

Gemäß einer Weiterbildung kann wenigstens einer der gleich­ zeitig schließbaren Halbleiterschalter als steuerbare Strom­ quelle ausgebildet sein.

Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass als Speisequelle für die gesamte Anordnung eine Gleichspannungsquelle genutzt werden kann, die ausschließlich spannungsgeregelt ist. Hier kann die Brennspannung des Strahlers festgelegt werden. Um Strahlertoleranzen und umgebungsbedingte Änderungen der e­ lektrischen Betriebsparameter des UV-Licht-Niederdruckstrah­ lers auszugleichen, dienen die im jeweils aktiven Zweig der Schaltung vorhandenen steuer- bzw. regelbaren Stromquellen.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Vor­ schaltgerätes umfasst das Zündgerät eine Serienschaltung aus einer Induktivität und einer Kapazität, die zwischen den E­ lektroden des UV-Licht-Niederdruckstrahlers angeordnet ist. Vor der Zündung ist diese Serienschaltung an eine Wech­ selspannungs- oder Wechselstromquelle anschaltbar und zur Zündung von der Wechselspannungs- oder Wechselstromquelle trennbar.

Bei dieser Ausgestaltung ist es nicht erforderlich, dass die Speisespannungsquelle die Zündspannung aufbringen muss. Sie kann vielmehr im Bereich der üblichen Brennspannung liegen. Die Zündspannung wird dadurch erzeugt, dass der in der Induk­ tivität der Serienschaltung fließende Strom bei Öffnen der Halbleiterschalter zunächst nicht mehr in einem geschlossenen Stromkreis fließen kann und daher eine hohe Spannung aufbaut, die schließlich wegen der Parallelschaltung zur Entladungs­ strecke des W-Licht-Niederdruckstrahlers zur Zündung führt. Nach der Zündung wird dann in den stationären Betrieb überge­ gangen, wobei jeweils die diagonal gegenüberliegenden Halb­ leiterschalter der Ringschaltung wechselweise geschlossen bzw. geöffnet werden und dadurch die Verbindung zwischen dem UV-Licht-Niederdruckstrahler und der Spannungs- oder Strom­ quelle herstellen.

Die Serienschaltung aus einer Induktivität und einer Kapazi­ tät kann auch in Serie zu Heizwendeln der Elektroden der UV- Licht-Niederdruckstrahler angeordnet sein, wobei dann der vor der Zündung angelegte Wechselstrom gleichzeitig zur Vorhei­ zung der Heizwendeln dient.

Derartige Heizwendeln sind besonders bei amalgamdotierten UV- Licht-Niederdruckstrahlern erforderlich, damit überhaupt eine Zündung erfolgen kann. Die Weiterbildung ermöglicht es, den Stromkreis mit Strombegrenzung durch die Induktivität und die Kapazität bei Wechselspannungsbetrieb sowohl für die Heizung der Wendeln als auch gleichzeitig die Induktivität für eine Zündung des UV-Licht-Niederdruckstrahlers zu nutzen.

Eine alternative Ausgestaltung des Zündgerätes kann eine Ka­ pazität umfassen, die zwischen den Elektroden des UV-Licht- Niederdruckstrahlers angeordnet ist. An diesen ist vor der Zündung eine auf den Wert der Zündspannung ansteigende Gleichspannung anlegbar. Nach der Zündung und Abklingen der Spannung auf Brennspannung wird eine Glättungskapazität über einen Halbleiterschalter zugeschaltet.

Die Glättungskapazität dient dann dazu, bei Gewinnung der Gleichspannung durch Gleichrichtung der niederfrequenten Wechselspannung des Versorgungsnetzes eine pulsierende Kompo­ nente der Gleichspannung zu dämpfen. Die Glättungskapazität, die wegen ihrer Bemessung für die niedrige Frequenz vom Kapa­ zitätswert größer ist als die Zündkapazität, kann wegen der Abschaltmöglichkeit in ihrer Spannungsfestigkeit geringer ge­ wählt werden als die Zündkapazität, die ständig parallel zum UV-Licht-Niederdruckstrahler liegt und für die Zündspannung bemessen sein muss.

Bei einer Serienschaltung von mehreren UV-Licht-Niederdruck­ strahlern kann das Zündgerät zusätzlich eine Serienschaltung von Kapazitäten umfassen, die ihrerseits jeweils parallel zu den UV-Licht-Niederdruckstrahlern angeordnet sind. Dabei kann eine Ausführung des kapazitiven Spannungsteilers mit gleichen oder unterschiedlichen Kapazitäten vorgesehen werden.

Bei gleichen Kapazitäten und damit gleichem Teilerverhältnis erreicht die Zündspannung, die an die Serienschaltung aus UV- Licht-Niederdruckstrahlern und parallelen Kapazitäten anleg­ bar ist, wenigstens einen Wert, der der Zündspannung des zündwilligsten UV-Licht-Niederdruckstrahlers multipliziert mit der Anzahl der in Serie geschalteten UV-Licht-Nieder­ druckstrahlern entspricht.

Ist dann erst einmal ein UV-Licht-Niederdruckstrahler gezün­ det, sinkt seine Spannung auf die geringere Brennspannung ab, so dass sich die angelegte Spannung dann stärker auf die verbleibenden, noch nicht gezündeten UV-Licht-Niederdruck­ strahler verteilt. Diese UV-Licht-Niederdruckstrahler zünden dann nahezu gleichzeitig, denn mit jedem weiteren gezündeten UV-Licht-Niederdruckstrahler erhöht sich die Spannung an den restlichen UV-Licht-Niederdruckstrahlern und erzwingt so die schnelle Zündung selbst von zündunwilligen UV-Licht-Nieder­ druckstrahler, die eine höhere Zündspannung benötigen als zündfreudige UV-Licht-Niederdruckstrahler.

Bei einer Ausführung mit ungleichen Kapazitäten oder sogar einer fehlenden Kapazität und damit einem ungleichem Teiler­ verhältnis kann die maximale Zündspannung auf einen Wert be­ schränkt werden, der nur mäßig größer als die nötige Zünd­ spannung eines einzigen UV-Licht-Niederdruckstrahlers ist. Die über der Serienschaltung anstehende Zündspannung wird aufgrund des ungleichen Teilerverhältnisses zunächst mit einem dominierenden Anteil nur für einen ersten UV-Licht- Niederdruckstrahler wirksam, der darauf zündet.

Anschließend wird die anstehende Zündspannung abzüglich der Brennspannung des gezündeten Strahlers im Teilerverhältnis des verbleibenden kapazitiven Spannungsteilers auf die verbleibenden UV-Licht-Niederdruckstrahler aufgeteilt, von denen wieder einer einen dominierenden Anteil der Zündspan­ nung erhält und darauf zündet. Dieser Vorgang setzt sich sinngemäß fort, bis alle UV-Licht-Niederdruckstrahler gezün­ det sind.

Die Speisespannung des Vorschaltgerätes kann variabel und bei einer Serienschaltung von mehreren UV-Licht-Niederdruckstrah­ lern an die Summe der Einzelspannungen der UV-Licht-Nieder­ druckstrahlern anpassbar sein.

Mit dieser Lösung lassen sich ohne Änderung des Vorschaltge­ rätes nicht nur ein UV-Licht-Niederdruckstrahler, sondern Se­ rienschaltungen aus einer unterschiedlichen Anzahl von UV- Licht-Niederdruckstrahlern am selben Vorschaltgerät betrei­ ben. Die Wirtschaftlichkeit des Vorschaltgerätes lässt sich nämlich deutlich steigern, wenn mehrere UV-Licht-Niederdruck­ strahler am selben Vorschaltgerät betrieben werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie­ len beschrieben, die in der Zeichnung dargestellt sind. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipschaltung eines Vorschaltge­ rätes mit Halbleiterschaltern,

Fig. 2 eine alternative Ausgestaltung gemäß Fig. 1, bei der zwei Schalter durch steuerbare Stromquellen ersetzt sind,

Fig. 3 eine Schaltung entsprechend Fig. 2, je­ doch zusätzlich mit einem Zündgerät,

Fig. 4 eine weitere Alternative für ein Zündge­ rät und

Fig. 5 ein Zündgerät für eine Serienschaltung von UV-Licht-Niederdruckstrahlern.

Das in den Zeichnungen in Abwandlungen dargestellte Vor­ schaltgerät dient dazu, einen UV-Licht-Niederdruckstrahler 10 mit elektrischer Energie aus einer Spannungsquelle 16 zu ver­ sorgen.

Bei der Spannungsquelle 16 in den Fig. 1 und 2 handelt es sich um eine Gleichspannungsquelle, die Gleichspannung an die Elektroden 12 und 14 des W-Licht-Niederdruckstrahlers 10 an­ legt. Um von Zeit zu Zeit eine Polaritätsumkehr zu erzielen, sind Halbleiterschalter 18, 20, 22 und 24 vorgesehen. Die Halbleiterschalter 18, 20, 22 und 24 bilden dabei einen Ring, an dessen einem Knoten zwischen den Halbleiterschaltern 18 und 20 bzw. 22 und 24 die Gleichspannungsquelle 16 ange­ schlossen ist und an dessen anderen Knoten zwischen den Halb­ leiterschaltern 18 und 22 bzw. 20 und 24, also diagonal zum Ring, der UV-Licht-Niederdruckstrahler 10 mit seinen Elektro­ den 12 und 14 angeschlossen ist.

Die Halbleiterschalter werden dabei so gesteuert, dass stets das eine Paar Halbleiterschalter 18 und 24 geschlossen ist, während das andere Paar Halbleiterschalter 20 und 22 geöffnet ist und umgekehrt. Die Zeitabstände, in der jeweils das eine Paar Halbleiterschalter geöffnet und das andere Paar Halbleiterschalter geschlossen ist, ist nach der thermischen Träg­ heit des UV-Licht-Niederdruckstrahlers 10 bemessen, die zwi­ schen 0,2 und 5 Sekunden liegen kann. In der Praxis beträgt dieser Zeitabstand etwa 0,5 Sekunden. Während dieses Zeitab­ standes liegt eine konstante Gleichspannung oder ein konstan­ ter Gleichstrom an den Elektroden 12 und 14 an, deren Polari­ tät im Abstand der Zeitabstände regelmäßig gewechselt wird. Die Darstellung gemäß Fig. 1 verdeutlicht den stationären Be­ triebsfall, bei dem bereits eine Gasentladungssäule im UV- Licht-Niederdruckstrahler vorhanden ist.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 1 muss die Spannung der Span­ nungsquelle 16 ohne weitere Strombegrenzungsmaßnahmen sehr eng toleriert der Brennspannung des UV-Licht-Niederdruck­ strahlers 10 entsprechen.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung ähnlich Fig. 1, bei der jedoch statt der Halbleiterschalter 22 und 24 regelbare oder steuer­ bare Stromquellen 26 und 28 eingesetzt sind. Diese übernehmen sowohl die Funktion der Halbleiterschalter 22 und 24 aus Fig. 1, als auch eine Strombegrenzung. Dadurch entfällt eine eng tolerierte Auslegung der Gleichspannungsquelle 16. Vielmehr kann die Gleichspannungsquelle 16 für die maximale Brennspannung ausgelegt sein, da bei Änderungen der Betriebsparameter, bei Alterungserscheinungen oder bei anderen Toleranzen des UV-Licht-Niederdruckstrahlers 10 der Strom dann durch die Stromquellen 26 und 28 auf den zulässigen Wert begrenzt wird.

Die bisherigen Darstellungen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 sind nur für den stationären Betrieb ausgelegt, bei dem davon ausge­ gangen wird, dass der UV-Licht-Niederdruckstrahler 10 bereits in Betrieb ist. Zur Inbetriebnahme ist jedoch eine zusätzli­ che Maßnahme erforderlich, da hier eine Zündspannung benötigt wird, die höher als die Brennspannung liegt.

Weiterhin benötigen Hochleistungs-UV-Licht-Niederdruckstrah­ ler auch eine Vorheizung der Elektroden, damit die Zündung erleichtert oder überhaupt erst ermöglicht wird. Die Darstel­ lung gemäß Fig. 3 zeigt hier eine Lösung, bei der sowohl eine Beheizung der Elektroden, als auch eine Zündung möglich ist. Hierbei handelt es sich somit um eine praktisch einsetzbare Ausführung.

Bei dem verwendeten UV-Licht-Niederdruckstrahler 10 sind die Elektroden als Heizwendeln 30 und 32 ausgebildet. Ein Heiz­ stromkreis führt von den Knotenpunkten zwischen dem Halbleiterschalter 18 und der regelbaren Stromquelle 26 sowie dem Halbleiterschalter 20 und der regelbaren Stromquelle 28 über die Reihenschaltung aus einer Induktivität 34 und einer Kapa­ zität 36. Zur Vorheizung wird der UV-Licht-Niederdruckstrah­ ler 10 zunächst mit Wechselspannung betrieben. Dies kann da­ durch geschehen, dass die Spannungsquelle 16 selbst Wechsel­ spannung erzeugt, oder auch dadurch, dass die Spannungsquelle 16 als Gleichspannungsquelle betrieben wird und die Wechsel­ spannung durch wechselweises Umschalten der Schalter 18 und 20 sowie Auf- und Abregeln der Stromquellen 26 und 28 er­ folgt. Es wird hier eine sinusförmige nieder- bis mittelfre­ quente Wechselspannung vorausgesetzt.

Diese Wechselspannung lässt einen Strom durch die Heizwendeln 30 und 32 fließen, der durch die für Wechselspannung als Vor­ widerstand dienende Serienschaltung aus der Induktivität 34 und der Kapazität 36 begrenzt wird. Da bei diesem Vorheizbe­ trieb die Induktivität 34 und die Kapazität 36 wechselweise Energie speichern, kann die Serienschaltung auch zur Zündung herangezogen werden.

Zum Zündzeitpunkt werden nämlich die Schalter 18 und 20 ge­ öffnet sowie die regelbaren Stromquellen 26 und 28 gesperrt, woraufhin die in der Induktivität 34 gespeicherte Energie zu einem Spannungsanstieg an den nunmehr als Elektroden wirken­ den Heizwendeln 30 und 32 führt und dadurch nach Erreichen der Zündspannung die Zündung des UV-Licht-Niederdruckstrah­ lers 10 bewirkt. Es baut sich dann eine Gasentladungssäule im Inneren des UV-Licht-Niederdruckstrahlers 10 auf. Nach Aufbau der Gasentladungssäule wird dann auf den stationären Betrieb umgeschaltet, wobei die Schalter 18 und die regelbare Strom­ quelle 28 wechselweise zu dem Schalter 20 und der regelbaren Stromquelle 26 geöffnet und geschlossen werden. Da der UV- Licht-Niederdruckstrahler 10 dann mit Gleichstrom betrieben wird, bildet die Serienschaltung aus der Induktivität 34 und der Kapazität 36 keinen Nebenschluss.

Fig. 4 zeigt eine weitere Alternative für ein Zündgerät, das zwei parallel zum UV-Licht-Niederdruckstrahler 10 angeordnete Kapazitäten 38 und 40 umfasst. Dabei bildet die Kapazität 38 eine Hauptglättungskapazität und die Kapazität 40 eine Zünd­ kapazität. Die Hauptglättungskapazität 38 ist über einen Halbleiterschalter 42 parallel ein- und ausschaltbar. Die Zündung erfolgt in der Weise, dass die Gleichspannungsquelle 16 zunächst die Spannung an der Zündkapazität 40 auf Zünd­ spannungshöhe ansteigen lässt. Nach erfolgter Zündung wird die Hauptglättungskapazität 38 über den Halbleiterschalter 42 parallel geschaltet. Die Hauptglättungskapazität 38 muss in ihrer Spannungsfestigkeit lediglich auf die Brennspannung des W-Licht-Niederdruckstrahlers 10 ausgelegt sein.

Fig. 5 zeigt ein Zündgerät für eine Serienschaltung von UV- Licht-Niederdruckstrahlern. Die Ausführung basiert auf der Schaltung nach Fig. 4, jedoch sind mehrere UV-Licht-Nieder­ druckstrahler 10, 10' und 10" in Serie geschaltet, wobei die Trennlinie symbolisiert, dass auch mehr als die drei gezeig­ ten UV-Licht-Niederdruckstrahler 10, 10' und 10" vorhanden sein können. Das Zündgerät umfasst eine Serienschaltung von Kapazitäten 44, 44' und 44", die ihrerseits jeweils parallel zu den UV-Licht-Niederdruckstrahlern 10, 10' und 10" ange­ ordnet sind. Dadurch wird ein Spannungsteiler gebildet, der die Zündspannung im Teilerverhältnis des Spannungsteilers an die zugehörigen UV-Licht-Niederdruckstrahler 10, 10' und 10" anlegt.

Sobald der erste UV-Licht-Niederdruckstrahler mit der nied­ rigsten Zündspannung bei Annahme eines gleichen Teilerver­ hältnisses oder dem dominierenden Anteil der anliegenden Zündspannung bei Annahme eines ungleichen Teilerverhältnisses gezündet hat und dessen Spannungsanteil auf den Wert der Brennspannung zurückgeht, erhöhen sich entsprechend die Span­ nungsanteile an den übrigen Kapazitäten und UV-Licht-Nieder­ druckstrahlern, worauf diese nun auch nahezu gleichzeitig, wenigstens aber kurz nacheinander zünden.

Zur Vorheizung sind Spannungsquellen 46, 46', 46" und 46''' vorgesehen, die einzeln oder paarweise die Elektrodenwendeln 30, 30', 30" sowie 32, 32' und 32" beheizen können. Da eine Beheizung während der Brennphase nicht mehr nötig ist, können die Spannungsquellen 46, 46', 46' und 46''' durch Schalter 48, 48', 48" und 48''' nach Zündung des betreffenden UV- Licht-Niederdruckstrahlers 10, 10' und 10" abgeschaltet wer­ den.

Claims (19)

1. Verfahren zur Speisung eines UV-Licht-Niederdruckstrah­ lers (10) mit einer Spannung oder einem Strom wechselnder Po­ larität, dadurch gekennzeichnet, dass nach Zündung des UV- Licht-Niederdruckstrahlers (10) die Zeitabstände, nach denen die Polarität gewechselt wird, größer als die halbe Perioden­ dauer der üblicher Netzfrequenz aber kleiner als eine sich aus der thermischen Zeitkonstante des UV-Licht-Niederdruck­ strahlers (10) ergebende Zeit bis zum Erreichen eines unteren Grenzwertes für die Betriebstemperatur der Elektroden (12, 14) bemessen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitabstände länger als 0,2 sec aber kürzer als 5 sec be­ messen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Strahlerspannung oder der Strahlerstrom nach einem Wechsel der Polarität überwacht werden und dass bei Abweichung der elektrischen Leistung von einem Sollwert die Polarität erneut gewechselt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert vorzugsweise 3% unter dem Leistungswert zu Beginn eines Polaritätswechsels liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, dass die Überwachungsintervalle für die Leistungsmessung kürzer als die thermische Zeitkonstante des UV-Licht-Nieder­ druckstrahlers (10) bemessen sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Übergangszeit, in der die Polarität wechselt, kürzer als die Rekombinationszeit der Gasentla­ dungssäule des UV-Licht-Niederdruckstrahlers (10) bemessen ist.

7. Vorschaltgerät zur Speisung eines UV-Licht-Niederdruck­ strahlers (10) bestehend aus einer Zündvorrichtung und Spei­ sevorrichtung für den stationären Betrieb, welche eine Gleichstromquelle oder eine Gleichspannungsquelle (16) um­ fasst, die mittels einer Schalteranordnung (18, 20, 22, 24) in der Polarität umschaltbar ist, wobei die Schalteranordnung (18, 20, 22, 24) durch eine Steuerung betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung so dimensioniert ist, dass die Zeitabstände, nach denen die Polarität gewechselt wird, größer als die halbe Periodendauer der üblicher Netzfrequenz aber kleiner als eine sich aus der thermischen Zeitkonstante des UV-Licht-Niederdruckstrahlers (10) ergebende Zeit bis zum Erreichen eines unteren Grenzwertes für die Betriebstempera­ tur der Elektroden (12, 14) ist.

8. Vorschaltgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung so dimensioniert ist, dass die Zeitabstän­ de, nach denen die Polarität gewechselt wird, länger als 0,2 sec aber kürzer als 5 sec sind.

9. Vorschaltgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, dass eine Überwachungsvorrichtung für die Strahler­ spannung oder den Strahlerstrom nach einem Wechsel der Pola­ rität vorgesehen ist und bei Abweichung der elektrischen Leistung von einem Sollwert ein Signal an die Steuerung über­ mittelt wird, die Polarität erneut zu wechseln.

10. Vorschaltgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert vorzugsweise 3% unter dem Leistungswert zu Beginn eines Polaritätswechsels liegt.

11. Vorschaltgerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Überwachungsintervalle für die Leistungs­ messung kürzer als die thermischen Zeitkonstante des UV- Licht-Niederdruckstrahlers (10) bemessen sind.

12. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, dass die Umschaltzeit der Steuerung, in der die Polarität wechselt, kürzer als die Rekombinationszeit der Gasentladungssäule des UV-Licht-Niederdruckstrahlers (10) bemessen ist.

13. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, dass die Schalteranordnung eine ring­ förmige Anordnung aus vier Halbleiterschaltern (18, 20, 22, 24) bildet, die an zwei gegenüberliegenden Knoten mit einer Gleichstrom- oder Gleichspannungsquelle (16) verbunden ist, einen Brückenzweig mit einem UV-Licht-Niederdruckstrahler (10) umfasst, und bei der jeweils zwei diagonal gegenüberlie­ gende Halbleiterschalter (18, 24; 20, 22) im Wechsel zu den zwei anderen diagonal gegenüberliegenden Halbleiterschaltern (20, 22; 18, 24) öffne- und schließbar sind.

14. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, dass jeweils wenigstens einer der gleichzeitig schließbaren Halbleiterschalter als steuerbare Stromquelle (26, 28) ausgebildet ist.

15. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, dass das Zündgerät eine Serienschaltung aus einer Induktivität (34) und einer Kapazität (36) umfasst, die zwischen den Elektroden (30, 32) des UV-Licht-Nieder­ druckstrahlers (10) angeordnet ist, vor der Zündung an eine Wechselstrom- oder Wechselspannungsquelle (10) anschaltbar und zur Zündung von der Wechselstrom- oder Wechselspannungs­ quelle (10) trennbar ist.

16. Vorschaltgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Serienschaltung aus einer Induktivität (34) und ei­ ner Kapazität (36) in Serie zu Heizwendeln (30, 32) der E­ lektroden des UV-Licht-Niederdruckstrahlers (10) angeordnet ist und der vor der Zündung angelegte Wechselstrom gleichzei­ tig zur Vorheizung von Heizwendeln (30, 32) dient.

17. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, dass das Zündgerät eine Kapazität (40) umfasst, die zwischen den Elektroden (12, 14) des UV-Licht- Niederdruckstrahlers (10) angeordnet ist, vor der Zündung an eine auf den Wert der Zündspannung ansteigende Gleichspannung anlegbar ist und dass nach der Zündung eine Glättungskapazi­ tät (38) über einen Halbleiterschalter (42) zuschaltbar ist.

18. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, dass das Zündgerät bei einer Serien­ schaltung von mehreren UV-Licht-Niederdruckstrahlern (10, 10', . . . 10") zusätzlich eine Serienschaltung von Kapazitä­ ten (44, 44', . . . 44") umfasst, die ihrerseits jeweils pa­ rallel zu den UV-Licht-Niederdruckstrahlern (10, 10', . . . 10") angeordnet sind und für die Zündspannung einen kapazi­ tiven Spannungsteiler mit gleichem oder ungleichem Teilerver­ hältnis bilden.

19. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, dass die Speisespannung variabel ist und bei einer Serienschaltung von mehreren UV-Licht-Nieder­ druckstrahlern (10, 10', . . . 10") an die Summe der Einzelspannungen der UV-Licht-Niederdruckstrahlern (10, 10', . . . 10") anpassbar ist.