DE102010028921A1

DE102010028921A1 - Verfahren zum Betrieb einer Hochdruckentladungslampe auf der Basis eines niederfrequenten Rechteckbetriebs und einem teilweisen Hochfrequenten Betrieb zur Bogenstabilisierung und zur Farbdurchmischung

Info

Publication number: DE102010028921A1
Application number: DE102010028921A
Authority: DE
Inventors: Markus Berger; Marko Käning; Herbert Kästle
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2011-11-17
Also published as: JP2013526757A; JP5450893B2; EP2499885A1; CN102893704B; CN102893704A; KR20130066634A; WO2011141282A1; US20130049630A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe mit folgenden Schritten: a) an die Hochdruckentladungslampe wird während einer ersten Zeitscheibe eine Spannung mit einer ersten Frequenz angelegt, und diese mit einer zweiten Frequenz und einem ersten Modulationsgrad moduliert, b) an die Hochdruckentladungslampe wird während einer zweiten Zeitscheibe eine Spannung mit einer dritten Frequenz angelegt, und diese mit einer vierten Frequenz und einem zweiten Modulationsgrad moduliert, c) an die Hochdruckentladungslampe wird während einer dritten Zeitscheibe eine Spannung einer fünften Frequenz angelegt. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Betriebsgerät zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe, dass obiges Verfahren ausführt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Betriebsgerät, welches dieses Verfahren ausführt.
Hintergrund
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Zum Betrieb von Hochdruckentladungslampen (HID-Lampen) wird meist eine relativ niederfrequente rechteckförmige Lampenstromversorgung, wie sie in 1 dargestellt ist, mit schneller Kommutierung verwendet.
Diese Betriebsweise gilt insbesondere für den Betrieb von Standard-HCI-Lampen, bedingt kann sie aber auch zum Betrieb von quecksilberfreien molekularstrahlungsdominierten Lampen herangezogen werden.
Die Stromkommutierung dient dabei zur Verhinderung der einseitigen Elektrodenabnutzung und muss mit hinreichend schneller Umpolung bewerkstelligt werden, damit die Lampe während der Kommutierung nicht erloscht.
Die Kommutierungszeit sollte typischerweise im Bereich < 100 usec erfolgen.
Die Kommutierungsfrequenz wird im allgemeinen so gewählt, dass einerseits die kurzzeitigen Diskontinuitäten während des Kommutierungsvorgangs sich im Licht nicht als Flackern zeigen und anderseits die akustischen Emissionen sowohl vom EVG als auch von der heißen Lampe möglichst nicht in den Audiobereich fallen.
Die Kommutierungsfrequenz sollte also möglichst im Bereich zwischen 50 Hz und 200 Hz gewählt werden.
Die besten Ergebnisse erzielt man, wenn man die Kommutierungsfrequenz bei 100 Hz auf das Netz synchronisiert, wodurch die niederfrequenten und leicht sichtbaren Mischungsmoden zwischen den Schwankungen während den Kommutierungsübergängen und dem allfälligem Ripple der Netzversorgung unterdrückt werden.
Die Kommutierungsfrequenz sollte aber auch nicht über den Audiohörbereich bei > 20 kHz gelegt werden, damit beim Betrieb der Lampe die akustischen Eigenresonanzen des Entladungsbogens, die bei gängigen Lampengeometrien ja zwischen 20 kHz und 150 kHz liegen, nicht willkürlich angeregt werden. Eine resonante Anregung des Lichtbogens würde in den meisten Fällen zu Bogenfluktuation und Bogeninstabilitäten führen, die letztlich zum Erlöschen der Lampe oder gar zur Zerstörung der Lampe führen können.
Mit dem oben beschriebenen einfachen Rechteckbetrieb können in der Regel die meisten standardisierten HID-Lampen betrieben werden, ohne dass es dabei zu nennenswerten Bogeninstabilititäten und Bogenauslenkungen kommt.
Anders verhält es sich hingegen bei speziellen Lampengeometrien mit hohen Aspektverhältnissen, d. h. Lampen mit hohem Verhältnis zwischen Lampengefäßlänge und Lampengefäßdurchmesser, bzw. Bogenlänge zu Bogendurchmesser, oder auch bei Lampen mit speziellen Füllungssystemen, die auf der molekülstrahlungsdominierten Abstrahlung beruhen, was in der Regel zur erhöhten Bogeneinschnürung und der damit verbunden erhöhten Empfindlichkeit auf akustische Resonanzen führt.
In diesen Fällen tritt neben der Möglichkeit der Anregung stabilitätsmindernder akustischer Eigenresonanzen auch die Möglichkeit auf, dass der Lichtbogen in Abhängigkeit von seiner Orientierung, wie vertikaler oder horizontaler Brennlage, infolge von Auftriebskräften in der heißen Lampe selbst, systematisch aus seinem axialen Zentrum heraus nach oben hin ausgelenkt wird und sich damit bogenförmig zwischen den Elektroden ausbildet.
Diese bogenförmigen Auslenkungen führen im allgemeinen wegen der Änderung der effektiven Bogenlänge zur Änderung der elektrischen Plasmabetriebsparameter, wie der Brennspannung oder der Lage der akustischen Eigenresonanzen, welche aber für den stabilen Betrieb des Bogens mit einem elektrischen Betriebsgerät (EVG) von eminenter Wichtigkeit sind.
Eine derartige systematische Bogenauslenkung führt also in der Regel zu Problemen beim elektrischen Betrieb der Lampe. Zur Vermeidung dieser meist auftriebsbedingten Bogenauslenkungen in der Lampe und zur allgemeinen Stabilisierung von Entladungsbögen mit hohem Aspektverhältnis können die Betriebsmethoden der Bogenbegradigung bzw. des Arc-Straightenings angewandt werden.
Neben der Bogenauslenkung muss bei HID-Lampen mit hohen Aspektverhältnissen, wie sie bei hocheffizienten Lampen bzw. bei molekularstrahlungsdominierten Lampen verwendet werden, zusätzlich noch die sogenannte Farbsegregation unterdrückt werden.
Unter Farbsegregation versteht man die ungleichmäßige Verteilung der Füllungskomponenten im Bogenplasma in der Lampe, was zu unterschiedlichen Lichtparametern zwischen dem oberen und dem unteren Teil der Lampe führt.
Die Farbsegregation tritt insbesondere in vertikaler Lampenbrennlage auf.
Um dies zu verhindern, können besondere akustische Eigenfrequenzen des Lampenbrenners angeregt werden. Man spricht hier von der Anregung einer 2A-Resonanz.
Die einfachste Methode zur gezielten Anregung einer spezieller akustischer Eigenfrequenz in der Lampe ist, den Lichtbogen mit dem elektronischen Betriebsgerät nicht wie üblich im niederfrequenten Rechteckmode zu betreiben, sondern den Lichtbogen bereits mit einer Wechselspannung bzw. einem Wechselstrom mit der entsprechenden halben Frequenz der akustischen Eigenresonanz zu betreiben.
Im Gegensatz zum Rechteckbetrieb spricht man hier von einem Hochfrequenzbetrieb, im Folgenden auch als Direct-Drive bezeichnet. Der folgende Absatz beschreibt die dosierte Anregung einer 2A-Mode zur Unterdrückung der Bogenauslenkung, bzw. zur Stablisierung des Bogens per Arc-Straighning.
Eine bekannte Betriebsweise, die über die 2A-Anregung zur Bogenstabilisierung führt, die keine Farbsegregation zulässt wäre der einfache Rechteckbetrieb wie in 2a dargestellt, mit einfachem sequentielle Direct-Drive, bei dem kurzzeitig aus dem Rechteckmode heraus im Direct-Drive eine Betriebsfrequenz von z. B. 40 kHz eingestellt wird, mit der sich dann über die Länge der Zeitscheibe die Anregung einer bestimmte akustischen Eigenresonanz z. B. der 2A-Resonanz einstellen lässt. 2b zeigt einen Ausschnitt des Direct-Drives mit einer Betriebsfrequenz von 40 kHz.
Aus der US 6437517B1 und der EP 1434471 sind Betriebsverfahren bekannt, die die Gasentladungslampe mit sequentiellem Direct-Drive betreiben. Dazu werden zwei verschiedene Frequenzen zur Anregung zweier verschiedener akustischer Resonanzen an die Lampe angelegt. Durch den Dauerbetrieb im Direct-Drive kann aber die Modulation beider Frequenzen bezüglich ihrer Modulationstiefe nur im Verhältnis zueinander verändert werden, die absoluten Modulationstiefen der beiden Frequenzen lassen sich dagegen nicht unabhängig voneinander einstellen. Diese Betriebsverfahren sind daher nicht auf alle Lampentypen sicher anzuwenden und technisch teilweise schwierig zu implementieren.
Aufgabe
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb einer Hochdruckentladungslampe anzugeben, bei dem der Entladungsbogen begradigt wird und in allen Brennlagen eine erhöhte Betriebsstabilität zeigt (2A-Anregung) als auch die Farbsegregation durch Colormixing unterdrückt wird (2L-Anregung), wobei die absolute Modulationstiefe der beiden hochfrequenten Anregungen unabhängig voneinander einstellbar sind.
Zusammenfassung
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Zur Vermeidung der Entmischung der Füllungskomponenten müssen die Betriebsmethoden des Colormixings angewandt werden.
Die Entmischung der Füllungskomponenten lässt sich durch die gezielte Anregung einer speziellen akustischen Eigenresonanz im Entladungsbogen der Lampe mit longitudinalem Modencharakter (2L-Anregung) verhindern, da diese Mode in Lampenbrennergefäß zur Ausbildung übergreifender Strömungszellen führt, die der Entmischung der Füllkomponenten entgegenwirken.
Man spricht von der Anregung der 2. longitudinalen akustischen Mode zum Zwecke der Farbsegregationsunterdrückung bzw. zum Zwecke des Colormixing.
Die gezielte Anregung der 2L-Mode in der Lampe muss durch das elektrische Betriebsgerät erfolgen.
Ähnlich wie beim Colormixing wird beim Arc-Straightening ebenfalls durch das elektrische Betriebsgerät gezielt im Entladungsbogen eine spezielle akustische Eigenresonanz angeregt (2A-Anregung), die ebenfalls infolge ihrer modalen Eigenschaften nicht zu den allgemein üblichen Bogeninstabilitäten führt, sondern vielmehr eine erhöhten Stabilität des Bogens in axialer Richtung mit sich bringt.
Die hierzu in Frage kommenden Eigenresonanzen sind meist die mit azimutaler Modenstruktur.
Man spricht von der Anregung der 2. azimutalen akustischen Mode zum Zwecke der Bogenbegradigung bzw. von Arc-Straightening.
Die Anregung kann über einen direkten Hochfrequenzbetrieb (sog. Direct-Drive), über eine Amplitudenmodulation auf die niederfrequente Rechteckspannung oder durch eine Mischung dieser Betriebsarten erfolgen. Erfindungsgemäß werden bestimmte azimutale Resonanzfrequenzen gleichzeitig mit bestimmten longitudinalen Resonanzfrequenzen angeregt, wobei der hochfrequente Betrieb mit einer niederfrequenten Rechteckspannung zum Betrieb der Gasentladungslampe kombiniert wird. Die Anregung kann entweder durch einen Direct-Drive mit zwei verschiedenen Frequenzen in zwei verschiedenen Zeitscheiben oder einer Kombination zweier unterschiedlicher Direct-Drive in zwei verschiedenen Zeitscheiben und zwei verschiedenen Frequenzen mit einem niederfrequenten Rechteckbetrieb oder durch Kombination eines Direct-Drive mit einer Frequenz mit einem niederfrequenten Rechteckbetrieb, der mit einer anderen hohen Frequenz amplitudenmoduliert wird, erfolgen. Eine Schaltungsanordnung zur Ausführung dieses Verfahrens ist aus der WO2008/083852A1 bekannt, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
1 einen Graphen einer bekannten rechteckförmigen Lampenbetriebsspannung nach dem Stand der Technik,
2a einen Graphen einer bekannten Lampenbetriebsspannung mittels einer Bogenbegradigung durch Anregung einer azimutalen Moden mittels eines Direct Drive in Kombination mit einem niederfrequenten Rechteckbetrieb nach dem Stand der Technik.
2b eine Detailansicht des Direct-Drives der Lampenspannung zur Anregung der azimutalen Moden aus der 2a
3a einen Graphen der Lampenbetriebsspannung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Bogenbegradigung mit dualem sequentiellem direct drive in Kombination mit einem niederfrequenten Rechteckbetrieb zur Anregung der azimutalen und der longitudinalen Moden,
3b eine Detailansicht des ersten hochfrequenten Direct-Drives der Lampenspannung zur Anregung der azimutalen Moden aus der 3a,
3c eine Detailansicht des zweiten hochfrequenten Direct-Drives der Lampenspannung zur Anregung der longitudinalen Moden aus der 3a,
4a einen Graphen der Lampenbetriebsspannung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Bogenbegradigung mit sequentiellem Direct Drive zur Anregung der azimutalen Moden und auf die niederfrequente Spannung aufmodulierter hochfrequenter Spannung zur Anregung der longitudinalen Moden,
4b eine Detailansicht des Direct-Drives der Lampenspannung zur Anregung der azimutalen Moden aus der 4a,
4c eine Detailansicht der Amplitudenmodulationsfrequenz der Lampenspannung der Lampenspannung zur Anregung der longitudinalen Moden aus der 4a,
5a einen Graphen der Lampenbetriebsspannung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Bogenbegradigung mit sequentiellem direct drive zur Anregung der azimutalen Moden und auf die niederfrequente Spannung und auf die Spannung des direct drives aufmodulierter hochfrequenter Spannung zur Anregung der longitudinalen Moden,
5b eine Detailansicht des amplitudenmodulierten Direct-Drives der Lampenspannung zur Anregung der azimutalen und longitudinalen Moden aus der 5a,
5c eine Detailansicht der Amplitudenmodulationsfrequenz der Lampenspannung zur Anregung der longitudinalen Moden aus der 5a,
6a einen Graphen der Lampenbetriebsspannung einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäße Verfahrens mit einer Bogenbegradigung mit auf die niederfrequente Spannung sequentiell aufmodulierter hochfrequenter Spannung zur Anregung der longitudinalen und der azimutalen Moden,
6b eine Detailansicht der beiden sequentiellen Amplitudenmodulationsfrequenzen der Lampenspannung zur Anregung der azimutalen und der longitudinalen Moden aus der 6a.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Lage der für die Bogenbegradigung aktiven azimutalen Eigenfrequenzen hängt einerseits von der Geometrie der Lampe (Länge, Aspektverhältnis) aber auch von den allgemeinen Betriebsparametern der Lampe, wie Druck, Temperatur, Füllgas, Füllungskomponenten, Leistung etc. ab. Bei vorliegenden Lampen liegen die azimutalen Eigenmoden im Bereich zwischen 20 kHz bis 150 kHz, typischerweise bei etwa 80 kHz.
Die wirksamen longitudinalen Eigenfrequenzen hängen ebenfalls von der Geometrie der Lampe (Länge, Aspektverhältnis) und auch von den allgemeinen Betriebsparametern der Lampe, wie Druck, Temperatur, Füllgas, Füllungskomponenten, Leistung etc. ab. Bei vorliegenden Lampen liegen die longitudinalen Eigenmoden im Bereich zwischen 20 kHz bis 60 kHz, typischerweise bei etwa 26 kHz.
Will man z. B. mit dem elektronischen Betriebsgerät im Direct-Drive gezielt eine azimutale Mode in der Lampe bei 60 KHz anregen, so muss das elektronische Betriebsgerät die Lampe genau mit der halben Betriebswechselfrequenz bei 30 kHz sinusförmig betreiben. Will man eine azimutale Mode in der Lampe bei 80 KHz anregen, so muss das elektronische Betriebsgerät die Lampe genau mit der halben Betriebswechselfrequenz bei 40 kHz sinusförmig betreiben.
Das Amplitudenspektrum dieser Versorgungsspannung bzw. dieses Versorgungsstroms würde bei 30 kHz beziehungsweise bei 40 kHz eine singuläre Frequenzkomponente aufweisen, und das zugehörige Leistungsspektrum, also das Spektrum des Produkts aus Strom und Spannung würde genau bei der doppelten Frequenz, also bei 60 kHz beziehungsweise bei 80 kHz eine singuläre Frequenzlinie aufweisen wird, mit der dann die entsprechende akustische Mode in der Lampe angeregt wird.
Zusätzlich zu der Frequenzlinie bei 80 kHz weist das Leistungsspektrum im Allgemeinen auch noch eine Komponente bei f = 0 Hz auf, die der mittleren umgesetzten Leistung in der Lampe entspricht.
Der Vorteil des Direct-Drives ist der, dass er mit den einfachen Schaltanordnungen in einer Halbbrücke realisieren werden kann und das EVG damit mit relativ geringem elektronischen Aufwand aufgebaut werden kann.
Der Nachteil des Direct-Drives ist, dass es relativ schwierig ist, die Anregungsstärke der gewünschten akustischen Eigenmode zu steuern, da beim Direct-Drive der Durchmodulationsgrad stets 100% beträgt und die beiden Freiheitsgrade, die Größe des Sweepbereichs, also des Frequenzbereichs, der periodisch überfahren wird oder die Sweepwiederholfrequenz, nur bedingt variiert werden können.
Die Größe des Sweepbereichs lässt sich nicht beliebig verbreitern, da meist in unmittelbarer Nähe der angezielten und bogenbegradigungsaktiven Resonanz sich weitere akustische Eigenfrequenzen befinden, die möglichst nicht getroffen werden sollten, da sich diese dann bei Anregung mit ihren negativen Auswirkungen auf die Bogenstabilität nachteilig bemerkbar machen würden.
Die Sweepwiederholungsrate bzw. die Sweepwiederholfrequenz lässt sich in der Regel auch nicht beliebig erniedrigen, da unvermeidliche Leistungsschwankungen sich während des Sweepvorgangs regelungstechnisch nur mit hohem Aufwand exakt kompensieren lassen und diese Leistungsschwankungen sich gerade bei Frequenzen < 50 Hz als Fluktuation im Licht bemerkbar machen würden.
Eine alternative Methode zur gezielten und dosierten Anregung einer speziellen akustischen Eigenfrequenz des Entladungsbogens mittels des Betriebsgeräts lässt sich dagegen mit dem Rechteckbetrieb erreichen.
Man spricht von der Rechteck-AM-Modulation.
Im niederfrequenten Rechteckbetrieb muss zur elektrischen Anregung einer speziellen Lampeneigenfrequenz die entsprechende Frequenzkomponente als Amplitudenmodulation auf die rechteckförmige Lampenversorgung additiv aufgesetzt werden.
Bei dieser Modulationsmethode deckt sich die aufmodulierte Frequenzkomponente betragsmäßig mit dem Wert der tatsächlichen angezielten Eigenfrequenz in der Lampe und die aufmodulierte Frequenzkomponente erscheint direkt im Leistungsspektrum des Rechtecksignals.
Die Frequenzverdopplung wie beim Direct-Drive findet hierbei nicht statt.
Liegt beispielsweise die tatsächliche angezielte Eigenfrequenz in der Lampe bei 26 kHz, so muss die aufmodulierte Frequenzkomponente ebenfalls bei 26 kHz liegen.
Der Vorteil der aufgesetzten Amplitudenmodulation ist der, dass sich der Anregungsgrad der anvisierten akustischen Eigenresonanz eindeutig über die Tiefe der Modulation bzw. dem Modulationsgrad einstellen lässt, was selbst eine Anpassung auf individuelle Lampen ermöglichen würde.
Ein Nachteil der Amplitudenmodulation im Rechteckbetrieb ist aber im allgemeinen deren aufwändige technische Realisierung im EVG, weshalb sie bislang in der Regel selten umgesetzt wurde. Der Modulationsgrad der Amplitudenmodulation liegt für eine wirksame Modulation zwischen 5% und 30%, typischerweise bei 10%.
Im folgendem wird nun das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer quecksilberfreien und molekularstrahlungsdominierten Hochdruckentladungslampe (HID-Lampe) erläutert, die gezielte akustische Anregungen sowohl für das Arc-Straightening als auch die gezielte akustische Anregungen zur Unterdrückung der Farbsegregation benötigt.
Hierbei ist es, infolge der akustischen Eigenschaften dieses Lampentyps erforderlich, dass bei beiden Frequenzeintragungen die Anregungsstärke gezielt und unabhängig voneinander auf einem reduzierten Level eingestellt werden kann.
Um dies zu bewerkstelligen, werden folgende erfindungsgemäße Betriebsverfahren vorgeschlagen:
3a zeigt einen Graphen der Lampenbetriebsspannung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäße Verfahrens mit einer Bogenbegradigung mit dualem sequentiellem direct drive in Kombination mit einem neutralen Rechtecksignal zur Anregung der azimutalen und der longitudinalen Moden. Diese Betriebsweise ist der duale sequentielle Direct-Drive in Kombination mit einem neutralen Rechtecksignal, bei dem in zwei unterschiedlichen Zeitscheiben jeweils zwei unterschiedliche Betriebsfrequenzen eingeprägt werden, mit denen dann zwei unterschiedlich akustische Eigenresonanzen mit einstellbarer Stärke angeregt werden können wobei der Grundbetrieb der Lampe über den Rechteckmode, wie er in 1 dargestellt ist erfolgt.
Die Anregung der 2. azimutalen Eigenresonanz zum Zwecke der Bogenbegradigung (des Arc-Staightenings), wie in 3b gezeigt, erfolgt sequentiell über den kurzzeitigen Betrieb der Lampe im Direct-Drive-Mode bei 40 kHz, wobei über die Einstellung des zeitlichen Tastverhältnisses von Rechteckmode und Direct-Drive-Mode die absolute Anregungsstärke für die akustische Eigenresonanz festgelegt werden kann.
Beträgt die Periodendauer des Rechteckbetriebs z. B. 10 msec, so lässt sich mit einer Direct-Drive-Zeitscheibe von 1 msec eine Modulationstiefe von 10% realisieren.
Die Anregung der 2. longitudinalen Eigenresonanz (2L-Resonanz) zum Zwecke des Colormixings, wie in 3c gezeigt, erfolgt sequentiell über den kurzzeitigen Betrieb der Lampe im Direct-Drive-Mode bei 13 kHz, wobei über die Einstellung des zeitlichen Tastverhältnisses von Rechteckmode und Direct-Drive-Mode die absolute Anregungsstärke für die akustische Eigenresonanz festgelegt werden kann.
Beträgt die Periodendauer des Rechteckbetriebs z. B. 10 msec, so lässt sich mit einer Direct-Drive-Zeitscheibe von 1,2 ms eine Modulationstiefe von 12% realisieren.
4a zeigt einen Graphen der Lampenbetriebsspannung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäße Verfahrens mit einer Bogenbegradigung mit sequentiellem direct drive zur Anregung der azimutalen Moden und auf die niederfrequente Spannung aufmodulierter hochfrequenter Spannung zur Anregung der longitudinalen Moden.
Die Anregung der 2. azimutalen Eigenresonanz zum Zwecke der Bogenbegradigung (des Arc-Staightenings), wie in 4b gezeigt, erfolgt sequentiell über den kurzzeitigen Betrieb der Lampe im Direct-Drive-Mode bei 40 kHz, wobei über die Einstellung des zeitlichen Tastverhältnisses von Rechteckmode und Direct-Drive-Mode die Anregungsstärke für die akustische Eigenresonanz festgelegt werden kann.
Beträgt die Periodendauer des Rechteckbetriebs z. B. 10 msec, so lässt sich mit einer Direct-Drive-Zeitscheibe von 1 msec eine Modulationstiefe von 10% realisieren.
Die Anregung der 2. longitudinalen Eigenresonanz (2L-Resonanz) zum Zwecke des Colormixings, wie in 4c gezeigt, erfolgt über die Aufprägung einer Amplitudenmodulation auf die Amplituden des Rechtecks. Die AM-Modulationsfrequenz beträgt 26 kHz. Die einstellbare AM-Modulationstiefe bestimmt die Anregungsstärke für die 2L-Colormixing-Resonanz.
Die Amplitudenmodulation kann optional während der gesamten Periode, also während der reinen Rechteckmodephase als auch der Direct-Drive-Phase aktiviert sein (vgl. die Ausführungen zur dritten Ausführungsform) oder nur während der reinen Rechteckphase aktiviert sein und während der kurzzeitigen Direct-Drive-Phase abgeschaltet sein. 4b zeigt einen Graphen der Lampenspannung während der Zeitscheibe, in der der Direct-Drive aktiv ist. 4c zeigt einen Graphen der Lampenspannung während der Zeitscheibe in der die Lampe mit einer modulierten niederfrequenten Spannung betrieben wird. Bei dieser Ausführungsform ist es von Vorteil, dass im Anregungsspektrum infolge der abgeschaltenen Amplitudenmodulation während der Direct-Drive-Phase um die Direct-Drive-Linie selbst keine Seitenbänder entstehen, die in der Lampe in unkontrollierter Weise zu Anregung ungewünschter akustischer Resonanzen führen könnten.
Eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens zeigt 5a. 5a zeigt einen Graphen der Lampenbetriebsspannung der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Bogenbegradigung mit sequentiellem Direct Drive zur Anregung der azimutalen Moden und auf die niederfrequente Spannung und auf die Spannung des Direct Drives aufmodulierter hochfrequenter Spannung zur Anregung der longitudinalen Moden. Dies ist eine Variante des oben Beschriebenen Verfahrens in seiner zweiten Ausführungsform. Hier wird die Amplitudenmodulation für das Colormixing nicht nur auf den niederfrequenten Rechteck aufmoduliert, sondern auch auf die hochfrequente sinusförmige Spannung für die Bogenbegradigung. 5b zeigt die modulierte sinusförmige Spannung im Direct-Drive, die mit einer Amplitudenmodulation mit 26 kHz moduliert ist. 5c zeigt einen Ausschnitt aus der rechteckförmigen Spannung, die ebenfalls mit einer Amplitudenmodulation mit 26 kHz moduliert ist.
6a zeigt einen Graphen der Lampenbetriebsspannung einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäße Verfahrens mit einer Bogenbegradigung mit auf die niederfrequente Spannung aufmodulierter hochfrequenter Spannung zur Anregung der longitudinalen und der azimutalen Moden. Diese Betriebsweise wäre im Rechteckmode der Duale Sequentielle AM-Betrieb, bei dem in zwei unterschiedlichen Zeitscheiben die Amplitudenmodulation jeweils mit zwei verschiedenen Frequenzen betrieben wird. Die Anregungsstärke der beiden anvisierten akustischen Eigenresonanzen lassen sich dabei über die entsprechende dazugehörige AM-Tiefe einstellen. 6b zeigt eine Detailansicht der Lampenspannung zur Anregung der azimutalen und der longitudinalen Moden aus der 6a. Der Ausschnitt wurde so gewählt, dass der Wechsel zwischen den beiden Moden sichtbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6437517 B1 [0023]
EP 1434471 [0023]
WO 2008/083852 A1 [0033]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) an die Hochdruckentladungslampe wird während einer ersten Zeitscheibe eine Spannung mit einer ersten Frequenz angelegt, und diese mit einer zweiten Frequenz und einem ersten Modulationsgrad moduliert, b) an die Hochdruckentladungslampe wird während einer zweiten Zeitscheibe eine Spannung mit einer dritten Frequenz angelegt, und diese mit einer vierten Frequenz und einem zweiten Modulationsgrad moduliert, c) an die Hochdruckentladungslampe wird während einer dritten Zeitscheibe eine Spannung einer fünften Frequenz angelegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Frequenz eine niedrige Frequenz im Berech zwischen 50 Hz und 200 Hz ist, der erste Modulationsgrad 0 ist, die dritte Frequenz eine hohe Frequenz im Bereich zwischen 20 kHz und 150 kHz ist, vorzugsweise 40 kHz ist, der zweite Modulationsgrad 0 ist und die fünfte Frequenz eine hohe Frequenz im Bereich zwischen 10 kHz und 30 kHz, vorzugsweise 13 kHz ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Frequenz eine niedrige Frequenz im Berech zwischen 50 Hz und 200 Hz ist, der erste Modulationsgrad zwischen 5% und 30%, vorzugsweise bei 10% liegt, die zweite Frequenz eine hohe Frequenz im Bereich zwischen 20 kHz und 60 kHz, vorzugsweise 26 kHz ist, die dritte Frequenz eine hohe Frequenz im Bereich zwischen 20 kHz und 150 kHz, vorzugsweise 40 kHz ist, der zweite Modulationsgrad 0 ist und die Länge der dritten Zeitscheibe 0 ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Frequenz eine niedrige Frequenz im Berech zwischen 50 Hz und 200 Hz ist, der erste Modulationsgrad zwischen 5% und 30%, vorzugsweise bei 10% liegt, die zweite Frequenz eine hohe Frequenz im Bereich zwischen 20 kHz und 60 kHz, vorzugsweise 26 kHz ist, die dritte Frequenz eine hohe Frequenz im Bereich zwischen 20 kHz und 150 kHz, vorzugsweise 40 kHz ist, der zweite Modulationsgrad zwischen 5% und 30%, vorzugsweise bei 10% liegt, die vierte Frequenz eine hohe Frequenz im Bereich zwischen 20 kHz und 60 kHz, vorzugsweise 26 kHz ist, und die Länge der dritten Zeitscheibe 0 ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Frequenz eine niedrige Frequenz im Berech zwischen 50 Hz und 200 Hz ist, der erste Modulationsgrad zwischen 5% und 30%, vorzugsweise bei 10% liegt, die zweite Frequenz eine hohe Frequenz im Bereich zwischen 10 kHz und 30 kHz, vorzugsweise 13 kHz ist, die dritte Frequenz eine hohe Frequenz im Bereich zwischen 20 kHz und 150 kHz, vorzugsweise 80 kHz ist, der zweite Modulationsgrad 0 ist, und die fünfte Frequenz eine hohe Frequenz im Bereich zwischen 10 kHz und 30 kHz, vorzugsweise 13 kHz ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Frequenz eine niedrige Frequenz im Berech zwischen 50 Hz und 200 Hz ist, der erste Modulationsgrad zwischen 5% und 30%, vorzugsweise bei 10% liegt, die zweite Frequenz für einen ersten Teil der ersten Zeitscheibe eine hohe Frequenz im Bereich zwischen 20 kHz und 60 kHz, vorzugsweise 26 kHz ist, und für einen zweiten Teil der ersten Zeitscheibe eine hohe Frequenz im Bereich zwischen 20 kHz und 150 kHz, vorzugsweise 80 kHz ist, die Länge der zweiten Zeitscheibe 0 ist, und die Länge der dritten Zeitscheibe 0 ist.
Betriebsgerät zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführt.
Betriebsgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckentladungslampe eine quecksilberfreie, molekularstrahlungsdominierte Hochdruckentladungslampe ist.
Betriebsgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckentladungslampe eine hohes Längen zu Durchmesserverhältnis seines Brenngefäßes aufweist.