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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Ansteuerung und/oder
Regelung des Heizbetriebs einer Heizwendel einer Gasentladungslampe, wie
sie typischerweise durch Betriebsgeräte für Gasentladungslampen durchgeführt wird.
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Beispielsweise
durch die Hersteller von Gasentladungslampen wird vorgegeben, welche
Heizparameter (insbesondere Heizstrom) für eine Heizwendel einer Gasentladungslampe
bereitgestellt werden müssen.
Diese Heizparameter werden üblicherweise abhängig von
der Lampenleistung der Gasentladungslampe festgelegt, so dass sich
unterschiedliche Heizparameter für
unterschiedliche Lichtpegel ergeben. Derartige Vorschriften sind
indessen für den
statischen Betrieb festgelegt, bei dem sich also die Lampenleistung
gar nicht bzw. nur über
sehr lange Zeitdauer hin gesehen verändert.
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Andererseits
ist das Problem bekannt, dass diese Vorgaben unter bestimmten Verhältnissen nicht
mehr zutreffend sein können,
so dass sich die Lebensdauer der Heizwendel verkürzen kann. Diese kritischen
Betriebszustände
sind insbesondere eine sehr schnelle Veränderung des Lampenstroms ausgehend
beispielsweise von niedrigen Lichtpegelstellungen (Dimmstellungen).
Dabei kann das sogenannte 'Sputtering' auftreten, wie es üblicherweise nur
bei zu kalten Wendeln auftritt. Dieses 'Sputtering' lässt
die Wendel bei häufigem
Auftreten sehr schnell altern, was zu einem frühzeitigen Ausfallen der zugeordneten
Lampe führen
kann.
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Dieses
Problem kann auch nicht durch eine grundsätzliche Anpassung der Heizströme behoben werden,
da insbesondere zu hohe Heizströme
andere Alterungseffekte wie beispielsweise das Verdampfen des Emittermaterials
und eine Kolbenschwärzung
verursachen können.
Auch diese Probleme können
dann zu einer Lebensdauerverkürzung
der Gasentladungslampe führen.
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Die
Erfindung setzt an diesem Problem an und stellt eine Lösung bereit,
wie eine unnötige
Verkürzung
der Lebensdauer der Heizwendel bei statischem und auch bei nicht-statischem
Dimmbetrieb der Gasentladungslampe vermieden werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale der unabhängigen
Ansprüche
gelöst. Die
abhängigen
Ansprüche
bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonderes vorteilhafter Weise
weiter.
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Erfindungsgemäß wird also
ein Verfahren zum Betrieb eines dimmbaren Betriebsgeräts für eine Gasentladungslampe
vorgeschlagen, wobei die Gasentladungslampe wenigstens eine Heizwendel
aufweist.
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Dem
Betriebsgerät
kann ein Lichtpegel in Form eines Dimmbefehls vorgegeben werden.
Wenn ein anliegender Dimmbefehl beispielsweise einen im Vergleich
zur aktuellen Leistung der angeschlossenen Gasentladungslampe höhere Leistung
der Gasentladungslampe anweist, wird durch das Betriebsgerät ein erhöhter Heizstrom
an der Heizwendel eingestellt. Dieser erhöhte Heizstrom entspricht der Summe
aus dem Wert, der beispielsweise vom Lampenhersteller für die angewiesene
höhere
Leistung der Gasentladungslampe im statischen Betrieb vorgegeben
ist und einem Korrekturwert, der die dynamische Belastung der Wendel
berücksichtigt.
Erst wenn sich der erhöhte
Heizstrom an der Heizwendel dann auch eingestellt hat, wird zeitlich
gesehen verzögert
die dem Dimmbefehl entsprechende höhere Leistung der Gasentladungslampe durch
das Betriebsgerät
eingestellt. Nach Einschwingen des Systems besteht die Möglichkeit,
den statischen Heizstrom auf den vom Lampenhersteller vorgegebenen Wert
einzustellen. Zum energieoptimalen Betrieb der Lampe, beispielsweise
bei sehr niedrigen Lichtpegeln, ist darüber hinaus bei längerem stationären Lichtpegel
eine weitere Anpassung (Absenkung) des Heizstroms möglich.
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Die
Erfindung sieht weiterhin vor, dass der Heizstrom nicht nur abhängig von
den statischen Zuständen
des Dimmbetriebs, sondern auch von der Dynamik, also den zeitlichen Änderungen
des Dimmbetriebs eingestellt wird. Beispielsweise kann ein Betriebsgerät dem Heizstrom
I für die
Heizwendel abhängig
von der zeitlichen Änderung
des Dimmwerts in einem definierten vorhergehenden Zeitintervall
dt einstellen. Insbesondere kann der Heizstrom desto höher eingestellt
werden je höher
größer die
Dimmdynamik ist.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf einen Steuerbaustein für ein Betriebsgerät für Gasentladungslampen,
der zur Durchführung
eines Verfahrens der angeführten
Art ausgelegt ist.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein dimmbares Betriebsgerät für Gasentladungslampen, das
einen derartigen Steuerbaustein aufweist.
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Schließlich bezieht
sich die Erfindung auch auf ein Computersoftware-Programmprodukt,
das ein derartiges Verfahren implementiert, wenn es auf einer Recheneinrichtung
läuft.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung
sollen nunmehr anhand der Figuren der beigefügten Zeichnungen sowie der
detaillierten Erläuterung
eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden.
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1 zeigt
schematisch ein System gemäß der vorliegenden
Erfindung bzw. zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
und
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2 zeigt
Zeitverlaufsdiagramme zur Erläuterung
der vorliegenden Erfindung.
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Wie
in der 1 dargestellt, ist ein Betriebsgerät vorgesehen,
das beispielsweise ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG)
sein kann. Dieses Betriebsgerät
steuert den Betrieb einer Gasentladungslampe 8 an, die
wenigstens eine Heizwendel 15 aufweist.
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Das
Betriebsgerät
kann mit einer Schnittstelle 2 versehen sein, mittels der
dem Betriebsgerät insb.
digitale Sollwerte für
Lichtpegel beispielsweise über
eine Busleitung 1 zugeführt
werden können. Das
Betriebsgerät
ist grundsätzlich
dazu ausgelegt, den Betrieb der Lampe 8 derart zu steuern,
dass die Ist-Lichtleistung
der Lampe 8 im wesentlichen einem extern bspw. mittels
eines Dimmsignals vorgegebenen Lichtpegel 1 entspricht,
wobei die Zuführung
der Lichtpegel über
eine Busleitung nur eine Möglichkeit der
Sollwertvorgabe darstellt.
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Dazu
gibt eine EVG-Steuerung 3 einen Lichtsollwert 4 an
eine Einheit 5, die eine Lampenleistung/Lampenstromberechnung
durchführt
und wiederum eine Lampenregeleinheit 6 ansteuert. Die Einheit 5 gibt
der Lampenregelungseinheit 6 einen Sollwert vor, mittels
dem die Leistung der Lampe 8 steuerbar ist. Bei einem hochfrequenten
Betrieb einer Gasentladungslampe kann beispielsweise diese Vorgabe
die Betriebsfrequenz einer Halbbrücke zur Erzeugung der hochfrequenten
Betriebsspannung für die
Lampe 8 sein. Allerdings sind auch beliebige andere Steuerwerte,
wie beispielsweise Betriebsspannung oder Betriebsstrom der Lampe 8 denkbar.
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Abhängig von
dem zugeführten
Steuerwert von der Einheit 5 steuert die Lampenregelung 6 mittels
eines Leistungsverstärkers 7 entsprechend
den Betrieb der Lampe 8 an. Gleichzeitig kann vorgesehen
sein, dass ein Parameter 10 zur Lampenregelung 6 zurückgeführt wird,
wobei der Parameter 10 ein Indiz für die aktuelle Lampenleistung
ist und beispielsweise der Lampenstrom und/oder die Lampenspannung
sein kann. In diesem Fall liegt also eine Lampenleistungsregelung
vor.
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Die
EVG-Steuerung 3 gibt weiterhin einen Wendelheizungssollwert 11 abhängig von
dem zugeführten
Soll-Lichtpegel 1 an eine Einheit 12 zur Wendelheizungsberechnung
bspw. zur Adaption und Vorsteuerung aus. Weiterhin gibt die EVG-Steuerung 3 einen
Adaptionssollwert 9 an diese Einheit 12 aus, mittels
der die Art der Adaption und Vorsteuerung durch die Einheit 12 beeinflusst
werden kann.
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Ausgehend
von dem Wendelheizungssollwert 11 und dem Adaptionssollwert 9 wird
eine Wendelheizungssteuerungs- und/oder
Regelungseinheit 13 angesteuert, die einen Steuerwert für die Wendelheizung 15 ausgibt,
der mittels eines Leistungsverstärkers 14 verstärkt wird.
Gleichzeitig kann ein die Heizleistung wiedergebender Parameter 16 von
der Wendel 15 zu der Steuer- und/oder Regelungseinheit 13 zurückgeführt werden.
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Dieser
Parameter der Heizleistung kann bspw. der Heizstrom und/oder die
Heizspannung sein.
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Schließlich wird
auch der die Lampenleistung wiedergebende Parameter 10 zu
der Wendelheizungsberechnung, Adaption und Vorsteuereinheit 12 zurückgeführt.
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Insbesondere
wenn das dargestellte Betriebsgerät als digital angesteuertes
dimmbares Gerät
ausgeführt
ist, kann also die Information über
den gewünschten
zukünftigen
Lichtpegel jeweils kurz vor Ausführung
der Vorgabe vergleichsweise einfach für mehrere unabhängige Regelungsprozesse
nutzbar gemacht werden. Diese Regelungsprozesse können bspw.
zeitlich kurz vor der Ansteuerung der Lampe auf den aktuell vorliegenden
Vorgabewert durchgeführt
werden.
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Erfindungsgemäß kann dazu
vorgesehen sein, dass die Lampenleistungsregelung und die Wendelheizungsregelung
durch voneinander unabhängige
Regelungseinheiten durchgeführt
wird, so dass ein Lampenleistungsparameter und ein Wendelheizleistungsparameter
sowohl statisch wie auch zeitlich unabhängig voneinander eingestellt
werden können.
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Grundsätzlich kann
somit die Wendelheizung, d.h. insbesondere die Einstellung des Wendelheizstroms
nicht nur abhängig
von dem statischen Parametern der Lampenleistungsregelung, sondern auch
abhängig
von der Dynamik der Lampenleistungsregelung, d.h. der Dimmdynamik
ausgeführt werden.
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Beispielsweise
kann zur Erhöhung
der Lampenlebensdauer dann, wenn die Dimmdynamik gerade niedrig
ist und somit die Vorgabe für
den Lampenstrom über
längere
Zeit nicht verändert
wurde, ein Heizleistungsparameter (bspw. der Wendelheizstrom oder
die Heizspannung) auf einen Wert für optimale Lebensdauer im stationären Betrieb
angepasst, insbesondere abgesenkt, werden.
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Umgekehrt
kann der Heizstrom für
den Fall einer erhöhten
Dimmdynamik abweichend von demjenigen Vorgabewert für die Wendelheizung
angepasst, insbesondere angehoben, werden, der für den stationären Betrieb
vorgesehen ist.
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Bspw.
kann also bei einem Dimmsprung von 0% auf 100% Lichtpegel die Heizleistung
temporär über den
Nominalwert erhöht
werden („Überheizen"), während bei
einem Dimmsprung von 100 auf 1% Lichtpegel die Heizleistung temporär unter
den Nominalwert verringert werden kann („Unterheizen").
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Wenn
sich der temporäre
Heizwert dann – wie
durch die Rückführung erfasst-
an der Heizwendel und/oder der Lichtpegel eingestellt hat, kann
ein von dem temporären
Heizwert abweichender Dauerheizwert (statischer oder stationärer Heizwert)
eingestellt werden.
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Im übrigen können über den
temporären/stationären Heizwert
hinaus ggf. noch weitere Zwischenstufen für die Heizleistung vorgesehen
sein.
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Da
dieser Vorgabewert für
die Wendelheizung für
den stationären
Betrieb für
den Betrieb bei dynamischen Dimmanwendungen regelmäßig nicht mehr
ausreichend ist, kann also die Wendelheizung bei dynamischer Beanspruchung
des Systems, insbesondere über
einen längeren
Zeitraum hin auf einen angepassten Wendelheizungswert innerhalb
der von dem Lampenhersteller spezifizierten Grenzen geregelt werden.
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Bei
extrem hoher dynamischer Belastung bis hin zu Sprungfunktionen im
angeforderten Lichtpegel kann dann zur schnelleren thermischen Einschwingung
der Wendel die Wendelheizung kurzzeitig auch außerhalb denvom Lampenhersteller
spezifizierten Werte betrieben werden.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann insbesondere bei zeitunkritischen Anwendungen die Änderung
des Lampenstroms gegenüber
der Änderung
der Wendelheizung geringfügig
verzögert
bzw. beschleunigt werden. Durch die entsprechende frühzeitige
Anpassung der Heizung kann somit die Auswirkung der thermischen
Zeitkonstante der Wendel besser kompensiert werden und der negative
Sputtering-Effekt bei ansonsten auf optimalen Wert für die Lebensdauer
eingestellte Wendelheizung vermieden werden.
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Im übrigen führt die
minimierte stationäre
Zuheizung der Wendelheizung auch zu einem besseren Wirkungsgrad
des Gesamtsystems Leuchte. Insbesondere bei tiefen Dimmwerten, d.h.
bei kleiner Lampenleistung und der dazu notwendigen höchsten Wendelheizung
(zur Verringerung eines Erkaltens der Wendel) wirkt sich diese Einsparung
wesentlich auf den Gesamtwirkungsgrad der Leuchte aus.
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In 2 ist
beispielhaft dargestellt, wie (siehe den Zeitraum von 5–15 Sekunden)
bei statischem Dimmbetrieb der Heizpegel abgesenkt werden kann. Andererseits,
wenn die Lichtpegeländerungen
(siehe den Bereich von etwa 45 bis 55 Sekunden) sehr groß sind,
kann der Heizstrom der Wendelheizung über den für den statischen Betrieb vorgesehenen
Wert (100 Wert) hinaus angehoben werden.
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Wie
ebenfalls ersichtlich ist der Heizpegel bei geringeren Lichtpegeln
anzuheben.
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Eine
vorteilhafte Anwendung der Erfindung liegt bspw. im Notlichtbetrieb,
wobei von einem Normallichtpegel auf einen Notlichtpegel umgeschaltet wird.
Beim Wechsel auf den Notlichtpegel kann die Heizung kurzfristig
(temporär)
mit einem ersten, lampenoptimierten Heizwert betrieben werden, bevor dann
ein die Ressourcen (Batterie etc.) schonender niedriger stationärer Heizwert
eingestellt wird.
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Dies
ist insbesondere vorteilhaft bei den für Notlichtgeräten vorgeschriebenen
regelmässigen Funktionsprüfungen,
bei denen die Lampe kurzfristig in den Notlichtbetrieb geschaltet
werden. Im Prüfmodus
wird dabei der temporäre
lampenoptimierte Heizwert beibehalten, was die Lebensdauer der Lampe verlängert. Der
stationäre,
niedrigere Heizwert wird dagegen nicht im Prüfmodus, sondern nur im echten Notlichtbetrieb
langfristig eingestellt.
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Der
stationäre
Heizwert kann im Notlichtbetrieb im übrigen „Null" sein, d.h. wird abgeschaltet.