DE102020108372A1

DE102020108372A1 - Lichtquelle und Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle

Info

Publication number: DE102020108372A1
Application number: DE102020108372.6A
Authority: DE
Inventors: Marco Herold; Andreas Stahl
Original assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Current assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2021-09-30
Also published as: EP4126396A1; JP2023519550A; JP7477634B2; US20230142332A1; CN115297973A; CN115297973B; WO2021190971A1

Abstract

Eine Lichtquelle (1) umfasst wenigstens ein lichtemittierendes Bauelement (11, 13, 15), insbesondere ein ultraviolettes Licht emittierendes Bauelement und/oder ein Halbleiterbauelement, und ein mit einem Kühlfluid in einer Strömungsrichtung (F) durchströmbares Leitungssystem (103) zur Temperierung des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements sowie einen ersten und einen zweiten Kühlfluid-Drucksensor (21, 22), die in der Strömungsrichtung (F) hinter einander in dem Leitungssystem (103) angeordnet sind; und eine mit dem ersten und dem zweiten Kühlfluid-Drucksensor (21, 22) verbundene Elektronikeinheit (3), die dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Diagnose-, Steuer- und/oder Regelwert auf Basis von durch den ersten Kühlfluid-Drucksensor (21) und durch den zweiten Kühlfluid-Drucksensor (22) erfassten Drucken (p1, p2) zu bestimmen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtquelle und ein Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle. Eine Lichtquelle umfasst wenigstens ein lichtemittierendes Bauelement, insbesondere ein ultraviolettes Licht emittierendes Bauelement und/oder ein Halbleiterbauelement sowie ein mit einem Kühlfluid in einer Strömungsrichtung durchströmbares Leitungssystem zur Temperierung des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements.
WO 2016/115299 A1 offenbart ein intelligentes Verteilersystem für eine Lichtquelle, eine Lichtquelle mit intelligentem Verteilersystem und dazugehörige Betriebsverfahren. Das intelligente Verteilersystem ist mit wenigstens einem Sensor zum Erfassen einer charakteristischen Größe des Kühlfluids innerhalb des Verteilersystems vorgesehen und mit einem Mikroprozessor, der die Sensordaten verarbeitet. Die intelligente Sensoranordnung kann beispielsweise einen Eingangs-Durchflussrate des Kühlfluids, eine Ausgangs-Durchflussrate des Kühlfluids, den pH-Wert des Kühlfluids, einen Druck des Kühlfluids, eine Einlasstemperatur des Kühlfluids, eine Auslasstemperatur des Kühlfluids, eine Umgebungstemperatur des Systems oder dergleichen erfassen. Auf Basis der erfassten Grö0e kann beispielsweise eine Regelung des Kühlfluid-Durchfluss erfolgen, um das Lampensystem zu Temperierung oder um einen Einschaltvorgang optimal zu steuern. Zu diesem Zweck schlägt WO 2016/115299 A1 insbesondere die Verwendung von Temperatur- und Durchfluss-Sensoren am Zulauf und am Ausgang des Verteilers vor. Ferner schlägt WO 2016/115299 A1 vor, eine Leckageerkennung anhand der Messung eines Drucks im Verteilersystem durchzuführen. Die Verwendung verschiedener Sensoren für unterschiedliche Größen des Kühlfluids erlaubt eine präzise Erkennung von verschiedener Systemzustände und hat sich daher als hervorragend geeignet zur Durchführung einer präzisen Regelung der Temperierung von Lampensystemen erwiesen. Für manche Anwendungen besteht der Wunsch nach einer alternativen Lösung für eine Lichtquelle und ein dazugehöriges Betriebsverfahren, welche nicht notwendigerweise eine hochpräzise Regelung gewährleisten braucht, jedoch mit einfachen und/oder kostengünstigen Mittel einen möglichst effizienten und möglichst sicheren Betrieb ermöglicht. Dabei soll insbesondere auf die Verwendung von fehleranfälligen beweglichen Teilen, wie Federn, Klappen und/oder Messgabeln, verzichtet werden. Diese Aufgabe löst der Gegenstand von Anspruch 1.
Demnach ist eine Lichtquelle vorgesehen, die wenigstens ein lichtemittierendes Bauelement umfasst und ein mit Kühlfluid in einer Strömungsrichtung durchströmbares Leitungssystem zur Temperierung des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements. Das lichtemittierende Bauelement kann insbesondere ein ultraviolettes Licht emittierendes Bauelement sein. Alternativ oder zusätzlich kann das lichtemittierende Bauelement ein Halbleiterbauelement sein.
Erfindungsgemäß umfasst die Lichtquelle einen ersten Kühlfluid-Drucksensor und einen zweiten Kühlfluid-Drucksensor. Der erste Kühlfluid-Drucksensor und der zweite Kühlfluid-Drucksensor sind in der Strömungsrichtung hinter einander in dem Leitungssystem angeordnet. In dem Leitungssystem sind der erste Kühlfluid-Drucksensor und der zweite Kühlfluid-Drucksensor an unterschiedlichen Stellen angeordnet. Ein derartiger Messaufbau kann besonders einfach und kostengünstig realisiert werden. Eine Nachrüstung vorhandener Lichtquellen ist einfach umsetzbar. Der Messaufbau ist geeignet, unterschiedliche insbesondere variierende, beispielsweise fluktuierende, Pumpenleistungen zu tolerieren. Der Messaufbau weist eine geringe Abhängigkeit von der Länge der Leitungen zwischen der Lichtquelle, insbesondere deren Verteilerblock, und Pumpe oder dergleichen auf.
Ferner umfasst die erfindungsgemäße Lichtquelle eine Elektronikeinheit, die mit dem ersten Kühlfluid-Drucksensor und dem zweiten Kühlfluid-Drucksensor verbunden ist. Die Verbindungen der Elektronikeinheit zu den Kühlfluid-Drucksensoren ist eine elektrische, insbesondere datenübertragende Verbindung, die zur Übertragung analoger und/oder digitaler Daten ausgeführt sein kann. Die Elektronikeinheit ist dazu eingerichtet, wenigstens einen Diagnose-, Steuer- und/oder Regelwert auf Basis von durch den ersten Kühlfluid-Drucksensor und durch den zweiten Kühlfluid-Drucksensor erfassten Drucken zu bestimmen.
Die Elektronikeinheit kann insbesondere dazu eingerichtet sein, einen Differenzwert zu bilden auf Basis der Drucke, die von dem ersten Kühlfluid-Drucksensor und dem zweiten Kühlfluid-Drucksensor erfasst werden. Beispielsweise kann die Elektronikeinheit dazu eingerichtet sein, eine Druckdifferenz zwischen dem vom ersten Drucksensor erfassten ersten Kühlfluid-Druck und dem von dem zweiten Kühlfluid-Drucksensor erfassten zweiten Kühlfluid-Druck zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich kann die Elektronikeinheit dazu eingerichtet sein, elektrische, insbesondere digitale und/oder analoge, Messsignale bezüglich des ersten Kühlfluid-Drucks am ersten Kühlfluid-Drucksensor und des zweiten Kühlfluid-Drucks am zweiten Kühlfluid-Drucksensor zu erfassen und eine Differenz bezogen auf die Messwerte vom ersten Kühlfluid-Drucksensor und dem zweiten Kühlfluid-Drucksensor zu bilden. Abhängig von den Messsignalen von den Kühlfluid-Drucksensoren, d. h.: den ersten Kühlfluid-Drucksensor und dem zweiten Kühlfluid-Drucksensor sowie gegebenenfalls weiteren Kühlfluid-Drucksensoren, und/oder eventuellen weiteren anderen Sensoren, kann die Elektronikeinheit einen Diagnose-, Steuer- und/oder Regelwert bestimmen.
Ein Diagnosewert kann beispielsweise eine Warnmeldung, eine Zustandsmeldung oder eine Fehlermeldung sein. Die Ausgabe eines Diagnosewert, insbesondere einer Fehlermeldung oder einer Warnmeldung kann auf einem dezidierten Datenübertragungsweg, insbesondere einer dezidierte Datenübertragungsleitung, exklusiv für Fehler- und/oder Warnmeldungen erfolgen. Die Elektronikeinheit kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, eine Fehlermeldung zu erzeugen, wenn der erste Druck und der zweite Druck gleich sind. Die Elektronikeinheit kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, eine Warnmeldung zu erzeugen, die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck außerhalb eines vorbestimmen zulässigen Druckdifferenzbereichs liegt. Die Elektronikeinheit kann dazu eingerichtet sein, in Reaktion auf eine Fehlermeldung eine Notabschaltung der Lichtquelle zu veranlassen. Die Wärmekapazität der als Wärmetauscher wirkenden Komponenten, wie des Verteilerblocks und/oder der Trägerelemente, die aus einem Metall, wie Aluminium, Kupfer, oder dergleichen, gebildet sind, bietet bis zum Reagieren der Leistungssteuerung ausreichenden Schutz vor einem sprunghaften Temperaturanstieg der lichtemittierenden Bauelemente.
Die Elektronikeinheit kann insbesondere dazu eingerichtet sein, als Diagnosewert eine Zustandsmeldung abzugeben, die das Vorhandensein eines geringsten erforderlichen Durchflusses oder einer geringsten erforderlichen Differenz zum Betrieb der Lichtquelle zwischen dem ersten und dem weiten Kühlfluid-Druck oder Druckwert anzeigt. Beispielsweise kann die Elektronikeinheit dazu eingerichtet sein, eine Zustandsmeldung abzugeben, bei deren fehlen ein Aktivieren der Lichtemittierenden Bauelemente unterbliebt. Solange die Ist-Differenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck geringer ist als die geringste erforderliche Differenz, veranlasst die Elektronikeinheit, dass das wenigstens eine lichtemittierende Bauelement nicht betrieben wird. Auf diese weise kann sichergestellt werden, dass ein unabhängig von sonstigen Parametern ein Mindestdurchfluss in dem Leitungssystem vorherrscht, um das wenigstens eine lichtemittierende Bauelement überhaupt zu starten.
Ein Steuer- und/oder Regelwert kann beispielsweise ein Steuerwert zum Betätigen eines Kühlfluid-Aktors sein, wie eine Pumpe, ein Stellventil oder dergleichen, um Einfluss auf einen Durchfluss des Kühlfluids in dem Leitungssystem zu nehmen.
Auf Basis von an unterschiedlichen Stellen in dem Leitungssystem erfassten Kühlfluid-Drucken lässt sich auf besonders einfache Weise eine Diagnose, Steuerung und/oder Regelung für einen effektiven und sicheren Betrieb einer Lichtquelle erreichen. Beispielsweise lässt sich auf einfache Weise anhand einer Differenz der Drucke oder Druck-Messwerte erkennen, ob der Durchfluss an Kühlfluid in dem Leitungssystem einem Soll-Durchfluss entspricht oder hiervon maßgeblich abweicht, sodass entsprechende Korrektur- und/oder Notfallmaßnahmen vorgenommen werden können.
Gemäß einer Ausführung der Lichtquelle umfasst das Kühlfluid-Leitungssystem einen Verteilerblock mit einer Kühlfluidzulauföffnung und einer Kühlfluidrücklauföffnung. Der Verteilerblock umfasst einen ersten Hohlraum und einen weiteren Hohlraum, die fluidleitend mittels wenigstens eines Fluidwegs miteinander verbunden sind. Der erste Hohlraum bildet die Kühlfluidzulauföffnung. Der zweite Hohlraum bildet die Kühlfluidrücklauföffnung. Beispielsweise kann der erste Hohlraum und der weitere Hohlraum mittels einer Anzahl von Fluidwege in verbunden sein, die gleich, wenigstens gleich, größer als, insbesondere entsprechend der doppelten Anzahl, der lichtemittierenden Bauelemente der Lichtquelle ist. Der erste Kühlfluid-Drucksensor ist in dem ersten Hohlraum angeordnet und der zweite Kühlfluid-Drucksensor ist in dem zweiten Hohlraum angeordnet. Bei einer derartigen Anordnung kann maßgeblich für eine Druckdifferenz der durch den wenigstens einem Fluidweg erzeugte Druckverlust zwischen dem ersten Hohlraum und dem zweiten Hohlraum sein. Insbesondere ist das Leitungssystem derart gestaltet, dass der Durchfluss des Kühlfluids es in der Strömungsrichtung von der Kühlfluidzulauföffnung des Verteilerblocks durch den ersten Hohlraum, anschließend durch den wenigstens einen Fluidweg, danach durch den zweiten Hohlraum und dann durch die Kühlfluidrücklauföffnung erfolgt. Es kann bevorzugt sein, dass das Kühlfluid in dem Leitungssystem von dem ersten Hohlraum zu dem weiteren bzw. zweiten Hohlraum ausschließlich durch einen Fluidwege oder mehrere Fluidwege in Strömungsrichtung fließt.
Der wenigstens eine Fluidweg und/oder die mehreren Fluidwege zwischen dem ersten Hohlraum und dem weiteren Hohlraum können den Druckunterschied in dem Kühlfluid zwischen dem ersten Drucksensor und dem zweiten Drucksensor bestimmen. Insbesondere kann die Druckdifferenz von dem ersten Drucksensor zum zweiten Drucksensor zu wenigstens 90 %, insbesondere wenigstens 95 %, vorzugsweise wenigstens 99 % bestimmt seine durch den Druckverlust infolge der Durchströmung des wenigstens einen Fluidwegs oder der mehreren Fluidwege. Insbesondere kann der Kühlfluid-Druck innerhalb des ersten Hohlraums konstant oder im Wesentlichen konstant sein. Insbesondere kann der Kühlfluid-Druck in dem zweiten oder weiteren Hohlraum im Wesentlichen konstant oder konstant sein. Ein im Wesentlichen konstanten Kühlfluid-Druck innerhalb des ersten Hohlraums bzw. innerhalb des zweiten Hohlraum kann als vorliegen, wenn der Kühlfluid-Druck sich an der Kühlfluidzu- oder -rück-Lauföffnung sich relativ zu dem Kühlfluid-Druck an der von der -Öffnung am weitesten entfernten Stelle innerhalb des ersten oder zweiten Hohlraums sich um weniger als 10 %, insbesondere weniger als 5 %, vorzugsweise weniger als 1% unterscheidet.
Es kann bevorzugt sein, dass der Durchströmungsquerschnitt des ersten Hohlraums und der Durchströmungsquerschnitt des zweiten Hohlraums wesentlich größer ist als der geringste Durchströmungsquerschnitt des wenigstens einen Fluidwegs ist. Beispielsweise kann Fluidweg einen für den Druckverlust maßgeblichen kleinsten Querschnitt, beispielsweise in Form eines Kapillarkanals, einer Stichbohrungen bzw. eines Stichkanals oder dergleichen haben. Der maßgebliche Querschnitt des Fluidwegs kann der wenigstens 10-mal, wenigstens 20-mal, wenigstens 50-mal oder wenigstens 100-mal kleiner sein als der Durchströmungsquerschnitt des ersten Hohlraums und/oder des zweiten Hohlraums. Der Durchströmungsquerschnitt des ersten Hohlraums kann im Wesentlichen gleich dem Durchströmungsquerschnitt des zweiten Hohlraums sein. Der Durchströmungsquerschnitt des ersten Hohlraums und der Durchströmungsquerschnitt des zweiten Hohlraums können sich um einen Faktor von höchstens 5, insbesondere höchstens 2, vorzugsweise höchstens 1,5 , besonders bevorzugt höchstens 1,1 voneinander unterscheiden.
Gemäß einer Weiterbildung der Lichtquelle kann der erste Kühlfluid-Drucksensor an der Kühlfluidzulauföffnung angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Kühlfluid-Drucksensor an der Kühlfluidrücklauföffnung angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der erste Drucksensor an dem Ende des Verteilerblocks gegenüber der Kühlfluidzulauföffnung oder an einer von der Kühlfluidzulauföffnung am weitesten entfernten Stelle innerhalb des ersten Hohlraums angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Drucksensor an dem Ende des Verteilerblocks gegenüber der Kühlfluidrücklauföffnung oder an einer von der Kühlfluidrücklauföffnung am weitesten entfernten Stelle innerhalb des zweiten Hohlraums angeordnet sein.
Das Kühlfluid-Leitungssystem kann wenigstens ein erstes Trägerelement umfassen, dass den wenigstens einen Fluidweg zumindest abschnittsweise aus. Das wenigstens eine erste lichtemittierende Halbleiterbauelement ist an dem ersten Trägerelement befestigt. Insbesondere kann die Lichtquelle eine Anzahl von Trägerelementen korrespondierend zur Anzahl der lichtemittierenden Bauelemente umfassen. Vorzugsweise ist die Anzahl der Trägerelemente gleich der Anzahl lichtemittierender Bauelemente. Das wenigstens eine Trägerelement kann lösbar oder unlösbar an dem Verteilerblock befestigt sein. Beispielsweise kann ein Trägerelement an dem Verteilerblock lösbar angeschraubt sein. Es ist denkbar, dass ein Trägerelement unlösbar an dem Verteilerblock angelötet, angeschweißt und/oder vernietet ist.
Der Fluidweg zwischen dem ersten Hohlraum und dem zweiten Hohlraum ist vorzugsweise durch einen ersten Stichkanal in dem Verteilerblock, einen Durchgangsabschnitt in dem Trägerelement und einen zweiten Strichabschnitt in dem Verteilerblock realisiert. Insbesondere kann sich der wenigstens eine erste Stichkanal von dem ersten Hohlraum zu dem Trägerelement erstrecken. Insbesondere kann sich der wenigstens eine zweite Stichkanal von dem wenigstens einen Trägerelement zu dem weiteren Hohlraum erstrecken. Insbesondere kann der Fluidweg aus einem wenigstens einem ersten Stichkanal, wenigstens einem Durchgangsabschnitt und wenigstens einem zweiten Stichkanal bestehen. Ein Fluidweg kann bestehen aus genau einem, genau zwei oder mehreren ersten Stichkanälen in dem Verteilerblock, genau einem, genau zwei oder mehreren zweiten Stichkanälen in dem Verteilerblock und genau einen, genau zwei oder mehreren Durchgangsabschnitten in dem Trägerelement. Jedes einzelne Trägerelemente einer Lichtquelle kann genau einen Durchgangsabschnitt, genau zwei Durchgangsabschnitte oder mehrere Durchgangsabschnitte ausbilden. Der Durchgangsabschnitt in dem Trägerelement kann gebildet sein durch einen oder mehrere, insbesondere in dem Trägerelement gebildete, Wärmetauscherkanäle. Eine Lichtquelle, die mehrere Trägerelemente umfasst, kann für jedes einzelne Trägerelement in dem Verteilerblock mit einer Anzahl von ersten Stichkanälen ausgestattet sein, die genau gleich der Anzahl oder dem doppelten der Anzahl von Trägerelementen ist oder wenigstens genauso groß ist wie die Anzahl der Trägerelemente. Eine Lichtquelle, die mehrere Trägerelemente umfasst, kann für jedes einzelne Trägerelement in dem Verteilerblock mit einer Anzahl von zweiten Stichkanälen ausgestattet sein, die genau gleich der Anzahl oder dem doppelten der Anzahl von Trägerelementen ist oder wenigstens genauso groß ist wie die Anzahl der Trägerelemente. Die Anzahl der ersten Stichkanäle und der zweiten Stichkanäle ist insbesondere gleich groß.
Gemäß einer Ausführung einer Lichtquelle erfasst der erste Kühlfluid-Drucksensor und/oder der zweite Kühlfluid-Drucksensor einen Druckmesswert des Kühlfluids und stellt ein korrespondierendes elektrisches, insbesondere digitales und/oder analoges, Druckmesssignal an die Elektronikeinheit bereit. Der erste Kühlfluid-Drucksensor stellt ein erstes elektrisches Druckmesssignal bereit. Der zweite Kühlfluid-Drucksensor stellt ein zweites elektrisches Druckmesssignal bereit. Vorzugsweise kann das Druckmesssignal derart zu dem Druckmesswert korrespondieren, dass das Druckmesssignal ein Strom- oder Spannungssignal ist, welches proportional zu dem Druckmesswert ist. Das Druckmesssignal des Kühlfluid-Drucksensors kann vorzugsweise derart zu dem Druckmesswert korrespondieren, dass ein konstanter Proportionalitätsfaktor definiert sein kann, der multipliziert mit dem gemessenen Kühlfluid-Druck oder Druckmesswert das jeweilige Druckmesssignal (insbesondere Spannungssignal oder Stromsignal) ergibt. Die Elektronikeinheit kann wenigstens eine Analog-Digital-Wandler umfassen, um ein Stromsignal oder eine Spannungssignal in ein digitales Signal umzuwandeln. Die Elektronikeinheit kann einen Mikrocontroller und/oder Mikroprozessor umfassen, welcher ein insbesondere analog-Digital-gewandeltes Druckmesssignal, insbesondere Strom- oder Spannungssignal, verarbeiten kann.
Gemäß einer Ausführung einer Lichtquelle weist die Elektronikeinheit eine Strömungs-Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, einen Durchfluss des Kühlfluids in der Strömungsrichtung durch das Leitungssystem zu definieren. Der Durchfluss des Kühlfluids kann beispielsweise als Durchflussrate, beispielsweise als Volumenstrom definiert sein (z.B. in L/Min oder m³/s). Beispielsweise kann bei einer Lichtquelle vorbestimmter maximaler Ausgangsleistung ein soll-Durchfluss des Kühlfluids zur Temperierung der Lichtquelle, insbesondere des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements, derart definiert sein, dass bei maximaler Nominalleistung des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements der Durchfluss wenigstens so groß ist, dass eine Überhitzung des lichtemittierenden Bauelements vermieden wird. Beispielsweise kann abhängig von der Leuchtleistung des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements und der damit korrespondierenden Verlustleistung bzw. Wärmeleistung der Lichtquelle der Durchfluss in Abhängigkeit von den lichtquellenspezifischen Kühlfluidtemperatur an der Kühlfluidzulauföffnung der Kühlfluiddurchfluss eingestellt werden.
Insbesondere kann das Trägerelement mit einer Kühlleistung zur Abfuhr der Wärmeleistung des lichtemittierenden Bauelements in einem Bereich von 100 bis 5000 W, bevorzugt 100 bis 3000 W, bevorzugter von 200 bis 2000 W, gekühlt werden. Beispielsweise kann das Trägerelement mit einer Kühlleistung zur Abfuhr der Wärmeleistung des lichtemittierenden Bauelements in einem Bereich von 100 bis 1000 W, bevorzugt 100 bis 500 W, bevorzugter von 200 bis 400 W, gekühlt werden. Alternativ kann das Trägerelement mit einer Kühlleistung zur Abfuhr der Wärmeleistung des lichtemittierenden Bauelements in einem Bereich von 500 bis 5000 W, bevorzugt 1000 bis 3000 W, bevorzugter von 1500 bis 2000 W, gekühlt werden. Beinhaltet die Lichtquelle mindestens ein weiteres Trägerelement, wird bevorzugt jedes weitere Trägerelement mit einer Kühlleistung in einem der vorstehenden Bereiche gekühlt.
Beispielsweise kann eine Strömungs-Steuervorrichtung eine Pumpe zum fördern des Kühlfluids es gemäß einem Durchfluss der größer oder gleich dem soll Durchfluss ist umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Strömungs-Steuervorrichtung eine Drossel und/oder ein Ventil, insbesondere ein Abgleichventil, beispielsweise ein sogenanntes Taco-Setter-Ventil, wie etwa in DE 20 2013 001 744 U1 beschrieben sein, um einen insbesondere maximalen soll-Durchfluss einzustellen. Insbesondere kann eine Strömungs-Steuervorrichtung eine Pumpe umfassen, die dazu eingerichtet ist, gemäß ihrer maximal nominellen Pumpenleistungen Kühlfluid durch das Leitungssystem zu fördern, und eine Drossel und/oder ein Ventil, insbesondere ein Abgleichventil, welches den Durchfluss in dem Leitungssystem entsprechend einem soll-Durchfluss eingestellt, insbesondere einen höchstmöglichen Durchfluss beschränkt.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Elektronikeinheit eine Strömungs-Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung, die eine Pumpe mit einer Förderleistung zum Fördern des Kühlfluids durch das Leitungssystem aufweist. Die Strömungs-Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, die Förderleistung der Pumpe unter Berücksichtigung einer soll-Temperierung des lichtemittierenden Bauelements für einen geringsten Kühlfluid-soll-Durchfluss einzustellen. Insbesondere ist die Strömungs-Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung dazu eingerichtet, den geringsten Kühlfluid-soll-Durchfluss abhängig von einem Diagnose-, Steuer- und/oder Regelwert anzupassen. Beispielsweise kann die Strömungs-Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, die Pumpe mit einer Förderleistung gleich oder kleiner ihrer nominellen maximalen Pumpenleistung einzustellen, wobei insbesondere die Strömungs-Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung dazu eingerichtet sein kann, auf Basis eines Diagnose- , Steuer- und/oder Regelwerts der Elektronikeinheit die Förderleistung einzustellen, insbesondere sodass die Temperierung des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements einer soll-Temperierung entspricht. Beispielsweise kann die Strömungs-Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung wenigstens einen Fluidaktor, wie eine Pumpe, eine Drossel oder ein Ventil, steuern, indem ein Messwert und/oder einem Diagnose-, Steuer- und/oder Regelwert ein ist-Wert mit einem auf die soll-Temperierung bezogener soll-Wert verglichen wird, um einen Stellenwert für den Aktor zu definieren. Beispielsweise kann die Strömungs-Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung mit der Elektronikeinheit signalübertragungsgemäß kommunizieren oder in Funktionsunion gebildet sein.
Gemäß einer Ausführung der Lichtquelle umfasst die Elektronikeinheit wenigstens eine Leistungselektronik zum Einstellen der Leuchtleistung des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements oder der mehreren lichtemittierenden Bauelemente, wobei die Elektronikeinheit dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Diagnose-, Steuer- und/oder Regelwert auf Basis der Leuchtleistung zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich kann die Strömungs-Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, den Durchfluss des Kühlfluids durch das Leitungssystem auf Basis der Leuchtleistung zu definieren. Eine Leistungselektronik kann insbesondere bei einer Lichtquelle mit einem oder mehreren lichtemittierenden Halbleiterbauelementen vorgesehen sein. Die Leistungselektronik kann die Leuchtleistung des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements es auf dessen maximale nominelle Leuchtleistung oder eine geringere Leuchtleistung einstellen, wobei eine geringere als die maximale nominelle Leuchtleistung einer gedimmten Leuchtleistung entspricht. Es sei klar, dass mit der eingestellten Leuchtleistung die Verlustleistung bzw. Wärmeleistung korreliert. Bei einer Lichtquelle, die mit einer gedimmten Leuchtleistung betrieben wird, ist zum Erreichen einer soll-Temperierung des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements unter Umständen lediglich ein verringerter Durchfluss an Kühlfluids erforderlich. Die Leistungselektronik und die Strömungs-Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung können derart aufeinander abgestimmt sein, dass bei einer eine gedimmten Leuchtleistung eine korrespondierende Verringerung des Kühlfluids-Durchflusses definiert wird, oder umgekehrt. Die Elektronikeinheit kann dazu eingerichtet sein, bei einer gedimmten Leuchtleistung und/oder einem verringerten Durchfluss, die gedimmten Leuchtleistung und/oder den verringerten Durchfluss für die Bestimmung des Diagnose-, Steuer- und/oder Regelwerts zu berücksichtigen. Die Elektronikeinheit kann beispielsweise berücksichtigen, dass bei verringertem Durchfluss eine korrespondierende verringerte Druckdifferenz zwischen dem ersten Kühlfluid-Druck und dem zweiten Kühlfluid-Druck zu erwarten ist. Die Elektronikeinheit kann beispielsweise bei einer gedimmten Leuchtleistung zur Bestimmung des Diagnose- Steuer- und/oder Regelwerts andere, insbesondere größere Abweichungen, zu einer soll-Druck-Differenz tolerieren. Beispielsweise kann die Elektronikeinheit dazu eingerichtet sein, dass bei einer vorbestimmten anteilig gedimmten Leuchtleistung eine um einen zu dem vorbestimmten Anteil korrespondierenden Toleranzfaktor veränderte zulässige maximale Differenz zwischen dem ersten Kühlfluiddruckzweiten Kühlfluid-Druck toleriert wird, ohne dass ein Diagnosewert, wie ein Warnmeldung oder eine Fehlermeldung, erzeugt wird und/oder dass an den Toleranzfaktor angepasste Steuerwerte oder Regelwerte erzeugt werden.
Die Elektronikeinheit kann dazu eingerichtet sein, abhängig von einer eingestellten Leuchtleistung einen Druckschwellwert, wie einem Minimalschwellwert und/oder einen Maximalschwellwert korrespondierend zu einer insbesondere gedimmten Einstellung der Leuchtleistung anzupassen. Die Elektronikeinheit und die Leistungselektronik können signalübertragungsgemäß miteinander gekoppelt oder in Funktionsunion gebildet sein. Die Leistungselektronik und die Strömungs-Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung können signalübertragungsgemäß miteinander verbunden oder in Funktionsunion gebildet sein. Elektronikeinheit, Strömungs-Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung und Leistungselektronik können miteinander signalübertragungsgemäß gekoppelt oder in Funktionsunion gebildet sein.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle. Das Verfahren ist zum Betreiben einer Lichtquelle vorgesehen, die wenigstens ein lichtemittierendes Bauelement, insbesondere ein ultraviolettes Licht emittierendes Bauelement oder ein Halbleiter Bauelement umfasst, wobei das wenigstens eine lichtemittierende Bauelement mittels einem Kühlfluid temperiert wird, wobei das Kühlfluid durch ein Leitungssystem gefördert wird. Die Lichtquelle kann insbesondere wie oben beschrieben ausgeführt sein.
Erfindungsgemäß wird an einer ersten Stelle in dem Leitungssystem wenigstens ein erster Druck des Kühlfluids erfasst und an einer zweiten Stelle in dem Leitungssystem wird ein zweiter Druck des Kühlfluids erfasst. Gemäß dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren wird auf Basis des ersten Drucks und des zweiten Drucks einen Diagnose-, Steuer- und/oder Regelwert bestimmt. Beispielsweise kann anhand der bekannten charakteristischen Kennwerte der Lichtquelle und deren Leitungssystems auf Basis des ersten Drucks und des zweiten Drucks ein ist-Kühlfluid-Durchfluss in dem Leitungssystem rechnerisch bestimmt werden.
Gemäß einer Ausführung umfasst das Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle, dass ein Durchfluss des Kühlfluids in der Strömungsrichtung durch das Leitungssystem definiert wird. Insbesondere kann unter Berücksichtigung einer soll-Temperierung des lichtemittierenden Bauelements ein geringster Kühlfluid-soll-Durchfluss eingestellt werden. Der Kühlfluid-soll-Durchfluss kann derart konfiguriert werden, dass der Durchfluss des Kühlfluids durch das Leitungssystem so definiert wird, dass ein nicht mehr als hinreichender Durchfluss bereitgestellt wird, der erforderlich ist, um zu vermeiden, dass eine maximale soll-Temperierung, insbesondere eine maximale Temperatur, des lichtemittierenden Bauelements überschritten wird. Beispielsweise kann eine Lichtquelle betrieben werden, indem eine Pumpe mit einer Förderleistung betrieben wird, welche wenigstens so groß ist wie oder größer ist als die Förderleistung, welche erforderlich ist, um wenigstens den hinreichenden Durchfluss in der Strömungsrichtung durch das Leitungssystem zu gewährleisten. Alternativ oder zusätzlich kann eine maximale nominelle Förderleistung der Pumpe eingestellt sein, wobei insbesondere eine Drossel, ein Ventil, beispielsweise ein Stellventil, ein Abgleichventil oder dergleichen, derart eingestellt wird, dass der Durchfluss des Kühlfluids durch das Leitungssystem so gering wie möglich eingestellt wird, um die soll-Temperierung des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements dass der Lichtquelle noch zu gewährleisten.
Gemäß einer Ausführung eines Verfahrens zum Betreiben einer Lichtquelle, die mit den vorherigen kombinierbar ist, wird ein Diagnosewert, insbesondere eine Zustandsmeldung, eine Warnmeldung oder eine Fehlermeldung, ausgegeben, wenn der erste Druck und der zweite Druck gleich oder im Wesentlichen gleich sind. Ein im wesentlichen gleicher Druck kann vorliegen, wenn der Unterschied zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck nicht größer ist als 0,5 bar, insbesondere nicht größer als 0,25 bar, vorzugsweise nicht größer als 0,1 bar. Wenn der erste Druck und der zweite Druck gleich oder im Wesentlichen gleich sind, kann eine Fehlermeldung ausgegeben werden, welche angibt, dass kein Durchfluss oder ein kritischer, zu geringer Durchfluss vorliegt. Dem Fachmann ist klar, dass die Differenz zwischen einem ersten Druck und einem zweiten Druck, die an verschiedenen Stellen in einem Leitungssystem erfasst werden, zu dem Durchfluss in dem Leitungssystem korreliert, sodass bei einer kritisch geringen oder nicht-vorhandenen Differenz zwischen erstem Druck und zweitem Druck Rückschlüsse auf einen verschwindenden oder nicht-vorhandenen ist-Durchfluss gezogen werden können.
Es ist denkbar, dass bei dem Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle in Reaktion auf die Ausgabe eines Diagnosewert, insbesondere eines Fehlerwerts oder einer Zustandsmeldung, eine Abschaltung des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelementes, insbesondere der gesamten Lichtquelle, veranlasst wird. Der Diagnosewert kann ausgegeben werden in Reaktion darauf, dass mithilfe der Erfassung des ersten Drucks und des zweiten Drucks festgestellt wird, dass eine zu geringe Druckdifferenz vorliegt. Das Betriebsverfahren kann bei Erhalt eines vorbestimmten Diagnosewerts, wie eines Fehlerwerts oder Fehlersignals, eine Notabschaltung der lichtemittierenden Bauelemente veranlassen, um das Risiko von insbesondere irreparablen Schäden an einem oder mehreren lichtemittierenden Bauelementen zu verhindern oder zumindest zu verringern.
Gemäß einer Ausführung eines Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle, welches mit den vorherigen kombinierbar ist, kann ein Diagnosewert ausgegeben werden, insbesondere eine Warnmeldung oder ein Warnwert, wenn eine Differenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck einen Minimalschwellwert unterschreitet oder/und einen Maximalschwellwert überschreitet. Das Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle kann umfassen, dass ein auf die konkrete Lichtquelle bezogener Minimalschwellwert und/oder ein auf die konkrete Lichtquelle bezogener Maximalschwellwert für eine zulässige Differenz zwischen dem ersten oder zweiten Druck, insbesondere eine Druckdifferenz oder eine Druckmesswert-Differenz, vorbestimmt festgelegt wird. Der Maximalschwellwert und/oder der Minimalschwellwert können mittels einer Kalibrierroutine oder anhand von berechneten theoretischen Werten oder anhand von Tabellenwerten oder dergleichen festgelegt werden. In dem Verfahren zum Betreiben der Lichtquelle kann insbesondere durch eine Elektronikeinheit geprüft werden, ob die Differenz größer ist als ein Maximalschwellwert und/oder es kann geprüft werden, ob die Differenz kleiner ist als ein Minimalschwellwert. Wenn die Differenz kleiner ist als der Minimal- oder Minimalschwellwert und/oder wenn die Differenz größer ist als der Maximalschwellwert kann insbesondere von der Elektronikeinheit ein Diagnosewert ausgegeben werden. Beispielweise kann als Diagnosewert eine Warnmeldung ausgegeben werden, um zu veranlassen, dass Maßnahmen erfolgen, die bewirken, dass der erste Druck und/oder der zweite Druck sich derart ändern, dass die Differenz (wieder) geringer wird als der Maximalschwellwert oder größer als der Minimalschwellwert wird. Beispielsweise kann bei einem Unterschreiten des Minimalschwellwerts eine Diagnosewert oder Steuerwert ausgegeben werden, der beispielsweise eine Erhöhung der Förderleistung einer Pumpe veranlasst, um den Durchfluss und die damit korrelierende Differenz zwischen dem ersten und zweiten Druck zu vergrößern.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Warnmeldung ausgegeben werden, um ein manuelles Eingriffen zu veranlassen, wie etwa Wartungsarbeiten oder dergleichen. Es ist denkbar, dass bei Unterschreiten eines insbesondere zweiten Minimalschwellwerts eine Diagnosewert, wie eine Warnmeldung oder eine Fehlermeldung ausgegeben wird, welche Maßnahmen in Reaktion auf eine Leckage des Leitungssystems veranlasst. Beispielsweise kann eine soll-Differenz vorbestimmt sein, insbesondere abhängig von einer Leuchtleistung und/oder einem Soll-Durchfluss, wobei bei einer Abweichung der ist-Differenz zwischen gegenwärtig mit dem ersten Drucksensor erfassten ersten Druck und gegenwärtig mit dem ersten Drucksensor erfassten ersten Druck gegenüber der Soll-Differenz eine Abweichung von ±30 % oder mehr, insbesondere ±50 % oder mehr, vorzugsweise ±75 % oder mehr vorliegt. Relativ zu einer, insbesondere abhängig von einer Leuchtleistung und/oder einem Soll-Durchfluss eingestellten, soll-Differenz kann der Minimalschwellwert beispielsweise 75 % der soll-Differenz, 50 % der soll-Differenz oder 30 % der soll-Differenz oder weniger betragen. Relativ zu einer, insbesondere abhängig von einer Leuchtleistung und/oder einem Soll-Durchfluss eingestellten, soll-Differenz kann der Maximalschwellwert beispielsweise 130 %, 150 %, 200 % oder mehr der soll-Differenz betragen.
Gemäß einer Ausführung eines Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle, dass mit den vorherigen kombinierbar ist, kann die Leuchtleistung des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements eingestellt werden. Insbesondere kann die Leuchtleistung verschiedener lichtemittierender Bauelemente vorzugsweise unterschiedlich eingestellt werden, wobei der Diagnose-, Steuer- und/oder Regelwert auf Basis der Leuchtleistung oder Leuchtleistungen bestimmt wird. Alternativ oder zusätzlich kann auf Basis der Leuchtleistung ein Durchfluss, insbesondere der soll-Durchfluss, eingestellt werden. Beispielsweise kann die Leuchtleistung des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements verringert bzw. gedimmt werden, was insbesondere durch die Elektronikeinheit durch eine angepasste Einstellung der Diagnose-, Steuer- und/oder Regelwert auf Basis der Leuchtleistung einzustellen
Es sei klar, dass die erfindungsgemäße Lichtquelle dazu eingerichtet sein kann, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben zu werden. Es sei klar, dass das erfindungsgemäße Verfahren mit der zuvor beschriebenen Lichtquelle sowie gegebenenfalls deren oben beschriebenen insbesondere optionalen Komponenten durchgeführt werden kann. Es sei klar, dass das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer oben beschriebenen Lichtquelle durchgeführt werden kann.
Die Erfindung kann optional realisiert sein in einer Druckmaschine, die eine erfindungsgemäße Lichtquelle umfasst. Dazu kommt jede Art Druckmaschine in Betracht, die sich zum Einsatz der erfindungsgemäßen Lichtquelle eignet. Eine bevorzugte Druckmaschine ist zu einem Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet.
In einer Ausführungsform der Druckmaschine kann die Lichtquelle in der Druckmaschine zu einem Bestrahlen einer auf einen Druckträger gedruckten Zusammensetzung angeordnet und ausgebildet sein. Optional kann die Druckmaschine zum Verarbeiten einer Zusammensetzung eingerichtet sein, wobei die Zusammensetzung eine Druckfarbe oder ein Lack oder beides ist. Eine insbesondere druckbildspeicherlose Druckmaschine kann für ein berührungsloses Drucken (Non Impact Printing - NIP) ausgebildet sein. Eine bevorzugte druckbildspeicherlose Druckmaschine ist ein Tintenstrahldrucker oder ein Laserdrucker oder beides.
In einer alternativen Ausführungsform beinhaltet die Druckmaschine einen Druckbildspeicher. Ein bevorzugter Druckbildspeicher ist eine Druckwalze oder eine Druckplatte.
Die Druckmaschine kann für ein indirektes Drucken mittels des Druckbildspeichers angeordnet und ausgebildet sein. Eine bevorzugte Druckmaschine für ein indirektes Drucken ist eine Offset-Druckmaschine. Eine bevorzugte Offset-Druckmaschine ist eine Bogen-Offset-Druckmaschine.
Lichtquelle
Als Lichtquelle kommt im Rahmen der Erfindung jede zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung ausgebildete Vorrichtung in Frage, die dem Fachmann für den erfindungsgemäßen Einsatz, vorzugsweise zum Einsatz in einer Druckmaschine, geeignet erscheint. Der Begriff elektromagnetische Strahlung umfasst neben sichtbarem Licht auch für das menschliche Auge nicht sichtbare Bestandteile des elektromagnetischen Spektrums. Bevorzugte elektromagnetische Strahlung liegt im Wellenlängenbereich von 10 nm bis 1 mm. Ferner bevorzugte elektro-magnetische Strahlung ist Infrarotstrahlung (IR-Strahlung) oder ultraviolette Strahlung (UV-Strahlung) oder eine Mischung aus beiden. Gemäß der Norm DIN 5031-7 erstreckt sich der Wellenlängenbereich der UV-Strahlung von 10 bis 380 nm. Hierbei liegt UV-A-Strahlung definitionsgemäß im Bereich von 315 bis 380 nm, UV-B-Strahlung im Bereich von 280 bis 315 nm, UV-C-Strahlung im Bereich von 100 bis 280 nm, und EUV-Strahlung im Bereich von 10 bis 121 nm. Im Rahmen der Erfindung ist UV-Strahlung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus UV-A-Strahlung, UV-B-Strahlung, und UV-C-Strahlung, oder eine Kombination aus mindestens zwei davon besonderes bevorzugt. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die vorgenannte Norm zwar die Wellenlängenbereiche von UV-Strahlung definiert, im technischen Gebiet der LED, welche wie untenstehend beschrieben im Rahmen der Erfindung bevorzugte lichtemittierende Halbleiterbauelemente sind, jedoch auch LED mit Maxima der abgestrahlten Intensität (im technischen Gebiet auch Peakwellenlänge genannt) bei Wellenlängen, die nicht in den in der Norm angegebenen Wellenlängenbereichen liegen, als UV-LED bezeichnet werden. Beispielsweise werden auch LED mit Maxima der abgestrahlten Intensität bei Wellenlängen von 385 nm, 395 nm und 405 nm als UV-A-LED bezeichnet. Im Rahmen der Erfindung gehören auch solche LED zu den bevorzugten lichtemittierenden Halbleiterbauelementen. Ferner wird hier die Bezeichnungsweise des technischen Gebiets übernommen und auch solche LED als UV-LED bezeichnet. Eine bevorzugte Lichtquelle beinhaltet ein LED-Modul oder ist ein LED-Modul. Ein LED-Modul beinhaltet vorzugsweise eine Platine, auf der mehrere LED angeordnet sind. Die LED können hierbei jeweils mit einer Optik ausgestattet sein. Ferner kann eine Optik auch mehreren LED zugeordnet sein. Eine Optik ist hierin ein Element, welches zur Manipulation elektromagnetischer Strahlung angeordnet und ausgebildet ist. In Frage kommen hierbei sowohl optische Bauelemente als auch optische Komponenten. Eine bevorzugte Optik ist eine, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Transmissionsoptik, einer Konversionsoptik, und einer Reflexionsoptik, oder eine Kombination aus mindestens zwei davon. Eine Transmissionsoptik ist eine Optik, die zur Manipulation der elektromagnetischen Strahlung von dieser durchquert wird. Eine bevorzugte Transmissionsoptik ist eine Linse oder ein Transmissionsgitter. Eine Konversionsoptik ist eine Optik, die zur Veränderung einer Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung angeordnet und ausgebildet ist. Diese kann im Fall einer LED vorzugsweise zum Anpassen einer Farbe des von der LED emittierten Lichts dienen. Eine bevorzugte Konversionsoptik ist eine Konversionsschicht, also eine mindestens einen Fluoreszenzfarbstoff beinhaltende Schicht. Eine Reflexionsoptik ist eine Optik, die zur Manipulation der elektromagnetischen Strahlung, insbesondere einer Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung, diese reflektiert. Eine bevorzugte Reflexionsoptik ist ein Spie-gel oder ein Reflexionsgitter. Die Lichtquelle beinhaltet ferner bevorzugt ein Vorschaltgerät, welches zum Betreiben des LED-Moduls angeordnet und ausgebildet ist. Ein bevorzugtes Vor-schaltgerät ist ein LED-Treiber.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement
Als lichtemittierendes Halbleiterbauelement kommt jedes einen Halbleiter beinhaltende Bauteil in Frage, welches dem Fachmann als lichtemittierendes Bauelemente der erfindungsgemäßen Lichtquelle geeignet erscheint. Zu den lichtemittierenden Halbleiterbauelementen gehören insbesondere Leuchtdioden (LED) und Laserdioden (auch Halbleiterlaser genannt), wobei Leuchtdioden hier besonders bevorzugt sind. Eine besonders bevorzugte LED ist eine IR-LED oder eine UV-LED oder beides. Eine bevorzugte UV-LED ist eine, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus eine UV-A-LED, einer UV-B-LED, und einer UV-C-LED, oder eine Kombination aus mindestens zwei davon.
Trägerelement
Als Trägerelement kommt jedes dem Fachmann für den Einsatz in einer erfindungsgemäßen Lichtquelle geeignet erscheinende Bauteil in Frage. Ein bevorzugtes Trägerelement ist plattenförmig, also als Trägerplatte, ausgebildet. Ein besonders bevorzugtes Trägerelement ist eine Kühlplatte. Als Platte wird hierin ein flächenförmig ausgebildetes Element bezeichnet, dessen Dicke an jeder Stelle um mindestens einen Faktor 2, bevorzugter mindestens 5, geringer ist als jeweils dessen Länge und Breite. Das Trägerelement besteht vorzugsweise zu mindestens 80 Gew.-%, bevorzugter zu mindestens 90 Gew.-%, noch bevorzugter zu mindestens 95 Gew.-%, aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 50 W/(m·K), bevorzugter mindestens 100 W/(m·K), noch bevorzugter mindestens 200 W/(m·K),, am bevorzugtesten mindestens 230 W/(m·K). Bevorzugt beinhaltet das Trägerelement zu mindestens 80 Gew.-%, bevorzugter zu mindestens 90 Gew.-%, noch bevorzugter zu mindestens 95 Gew.-%, ein Metall. Ein bevorzugtes Metall ist Kupfer oder Aluminium oder eine Legierung beinhaltend eines oder beide der vorgenannten Metalle. In einer bevorzugten Ausgestaltung bildet das vorgenannte Material einen Grundkörper des Trägerelements, welcher zudem eine oder mehrere Beschichtungen aufweisen kann. Eine bevorzugte Beschichtung besteht aus einem Metall ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Nickel, Palladium, und Gold, oder aus einer Legierung, bein-haltend mindestens eines der vorgenannten Metalle. Beinhaltet das Trägerelement mehrere Beschichtungen, überlagern diese den Grundkörper vom Grundkörper nach außen bevorzugt in der vorgenannten Reihenfolge. Hierbei sind die Schichtfolgen Grundkörper, Nickelbeschichtung, Goldbeschichtung und auch Grundkörper, Nickelbeschichtung, Palladiumbeschichtung, Goldbeschichtung besonders bevorzugt. Das Trägerelement weist die vorgenannten Beschichtungen besonders bevorzugt mindestens auf der Seite seiner Trägeroberfläche auf. Bei den hierin als Trägerelement bezeichneten Elementen handelt es sich bevorzugt nicht um ein Substrat oder eine Platine einer LED oder eines LED-Moduls. Vielmehr ist das Trägerelement vorzugsweise ein Bauteil, auf dessen Trägeroberfläche eine Vielzahl von LED oder ein LED-Modul angeordnet sein können. Die Trägeroberfläche eines Trägerelements ist bevorzugt weitestgehend eben ausgebildet.
Verteilerblock
Als Verteilerblock kommt grundsätzlich jedes Bauteil in Frage, welches dem Fachmann für 20 den erfindungsgemäßen Einsatz geeignet erscheint. Der Verteilerblock dient bevorzugt als Verteiler für ein Kühlfluid und als Bauteil, welches das erste Trägerelement und die etwaigen weiteren Trägerelemente der erfindungsgemäßen Lichtquelle trägt. Hierfür weist der Verteilerblock vorzugsweise elektrische Anschlüsse und auch Anschlüsse für einen Zulauf und einen Rücklauf eines Kühlfluids auf. Die vorgenannten Anschlüsse befinden sich bevorzugt an einer oder beiden Stirnseite des Verteilerblocks. Ferner beinhaltet der Verteilerblock vorzugsweis einen Zulauf und einen Rücklauf für ein Kühlfluid.
Kühlfluid
Als Kühlfluid kommt jedes dem Fachmann im Rahmen der Erfindung, insbesondere zum Kühlen der erfindungsgemäßen Lichtquelle, geeignet erscheinende Fluid in Frage. Ein Fluid ist hierin ein fließfähiges Medium. Hierzu gehören insbesondere Gase und Flüssigkeiten. Als Kühlfluid ist hierin eine Kühlflüssigkeit bevorzugt. Eine bevorzugte Kühlflüssigkeit beinhaltet Wasser oder Glykol oder eine Mischung aus beiden. Bevorzugt besteht die Kühlflüssigkeit aus Wasser oder einem Wasser-Glykol-Gemisch.
Druckträger
Als Druckträger, auch Bedruckstoff genannt, kommt jedes dem Fachmann im Rahmender Erfindung geeignet erscheinende Objekt in Frage. Ein bevorzugter Druckträger ist flächenförmig ausgebildet. Dies bedeutet, dass eine Länge und eine Breite des Druckträgers um einen Faktor von mindestens 10, bevorzugter mindestens 100, noch bevorzugter mindestens 1000, größer sind als eine Dicke des Druckträgers. Ein bevorzugter flächenförmiger Druckträger ist bahnförmig ausgebildet. Dies bedeutet, dass eine Länge des Druckträgers um einen Faktor von mindestens 2, bevorzugter mindestens 5, noch bevorzugter mindestens 10, am bevorzugtesten mindestens 100, größer sind als eine Breite des Druckträgers. Ein bevorzugter Druckträger beinhaltet, bevorzugt besteht aus, Papier, ein Folie oder ein Laminat. Ein bevorzugtes Laminat beinhaltet eine oder mehrere Polymerschichten, eine oder mehrere Papierschichten, eine oder mehrere Metallschichten, oder eine Kombination der vorgenannten Schichten in einer Schichtfolge.
Druckfarbe
Druckfarben sind farbmittelhaltige Gemische, die eine geeignete Viskosität zu einem Auftragen als dünne Schicht haben. Hierbei hat die dünne Schicht in ausgehärtetem Zustand bevorzugt eine Dicke (Trockendicke) in einem Bereich von 0,5 bis 50 µm, bevorzugt von 1 bis 30 µm, bevorzugter von 1 bis 20 µm. Eine bevorzugte Druckfarbe beinhaltet eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem oder mehreren Farbmitteln, einem Bindemittel, einer Vehikel, und einem Additiv, oder eine Kombination aus mindestens zwei, bevorzugt alle, der Vorgenannten. Ein bevorzugtes Bindemittel ist hierbei ein Harz oder ein Polymer oder eine 20 Mischung aus beiden. Ein bevorzugtes Vehikel ist ein Lösungsmittel. Ein bevorzugtes Additiv dient zu einem Einstellen einer gewünschten Eigenschaft der Druckfarbe, bevorzugt einer gewünschten Verarbeitungseigenschaft, beispielsweise einer Viskosität der Druckfarbe. Ein bevorzugtes Additiv ist eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Dispergieradditiv, einem Entschäumer, einem Wachs, einem Gleitmittel, und einem Substratnetzmittel, oder eine Kombination aus mindestens zwei davon. Ferner ist eine bevorzugte Druckfarbe eine, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Toner, einer Tinte für einen Tintenstrahldrucker, einer Offset-druckfarbe, einer Illustrationsdruckfarbe, einer Flüssigfarbe, und einer strahlenhärtenden Druckfarbe, oder eine Kombination aus mindestens zwei davon. Eine bevorzugte Offset-Druckfarbe ist eine Rollenoffset-Druckfarbe oder eine Bogenoffset-Druckfarbe oder beides. Eine bevorzugte Rollenoffset-Druckfarbe ist eine Rollenoffset-Coldsetdruckfarbe oder eine Rollenoffset-Heatsetdruckfarbe oder beides. Eine bevorzugte Flüssigfarbe ist eine wasserbasierte Flüssigfarbe oder eine lösemittelbasierte Flüssigfarbe oder beides. Eine besonders bevorzugte Druckfarbe beinhaltet zu 8 bis 15 Gew.-% mindestens ein Farbmittel, bevorzugt mindestens ein Pigmet, und zu insgesamt 25 bis 40 Gew.% mindestens ein Harz oder mindestens ein Polymer oder eine Mischung der beiden, zu 30 bis 45 Gew.-% mindestens ein hoch-siedendes Mineralöl (Siedebereich 250 bis 210 °C), und zu insgesamt 2 bis 8 Gew.-% mindestens ein Additiv, jeweils bezogen auf das Gewicht der Druckfarbe.
Lack
Ein Lack ist ein flüssiger oder auch pulverförmiger Beschichtungsstoff, der eine geeignete Viskosität zu einem Auftragen als dünne Schicht hat und aus dem durch ein Härten ein fester, vorzugsweise zusammenhängender, Film erhältlich ist. Lacke beinhalten oftmals mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus mindestens einem Bindemittel, mindestens einem Füllstoff, mindestens einem Vehikel, mindestens einem Farbmittel, mindestens einem Harz und/oder mindestens einem Acrylat, und mindestens einem Additiv, oder eine Kombination aus mindestens zwei davon, wobei eine Kombination aller vorgenannten Bestandteile (mit Harz und/oder Acrylat) bevorzugt ist. Ein bevorzugtes Additiv ist hierbei ein Biozid. Ein bevorzugtes Biozid ist ein Topf-Konservierer. Lacke dienen oftmals zum Schutz des damit versehenen Objekts, der Dekoration, eine Funktionalisierung einer Oberfläche des Objekts, beispielsweise einer Veränderung elektrischer Eigenschaften oder einer Beständigkeit gegen Ab-rieb, oder einer Kombination der vorgenannten Funktionen. Ein im Rahmen der Erfindung bevorzugter Lack ist einer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem wasserbasierten Lack, einem lösemittelbasierten Lack, einem UV-basierten, also UV-härtbaren, Lack, und einem Dispersionslack, oder eine Kombination aus mindestens zwei davon. Ein besonders bevorzugter Lack ist zum Schutz einer bedruckten Oberfläche ausgebildet.
Farbmittel
Als Farbmittel kommen dem Fachmann bekannte und für die vorliegende Erfindung geeignete sowohl feste und flüssige in Betracht. Farbmittel ist nach DIN 55943:2001-10 die Sammelbezeichnung für alle farbgebenden Stoffe, insbesondere für Farbstoffe und Pigmente. Ein bevorzugtes Farbmittel ist ein Pigment. Ein bevorzugtes Pigment ist ein organisches Pigment. Im Zusammenhang mit der Erfindung beachtliche Pigmente sind insbesondere die in der DIN 55943:2001-10 und die in „Industrial Organic Pigments, Third Edition.‟ (Willy Herbst, Klaus Hunger Copyright © 2004 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim ISBN: 3-527-30576-9) erwähnten Pigmente. Ein Pigment ist ein Farbmittel, das bevorzugt in dem Anwendungsmedium unlöslich ist. Ein Farbstoff ist ein Farbmittel, das bevorzugt in dem Anwendungsmedium löslich ist.
MESSMETHODEN
Sofern nichts anderes angegeben ist wurden die im Rahmen der Erfindung benutzt durchgeführten Messungen bei einer Umgebungstemperatur von 23°C, einem Umgebungsluftdruck 20 von 100 kPa (0,986 atm) und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % durchgeführt.
Die Erfindung wird im Folgenden durch Beispiele und Zeichnungen genauer dargestellt, wobei die Beispiele und Zeichnungen keine Einschränkung der Erfindung bedeuten. Ferner sind die Zeichnungen sofern nicht anders angegeben nicht maßstabsgetreu. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen angegeben. Besondere Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen zeigen:

1 eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Lichtquelle;
2 eine perspektivische Schnittansicht eines exemplarischen Verteilerblocks für eine erfindungsgemäße Lichtquelle; und
3 ein schematisches Diagramm eines ersten und eines zweiten Kühlfluid-Drucks in Abhängigkeit vom Durchfluss.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lichtquelle 1. Die Lichtquelle 1 umfasst eine Elektronikeinheit, die mit einem ersten Kühlfluid-Drucksensor 21 und einem zweiten Kühlfluid-Drucksensor 22 verbunden ist. Die Lichtquelle 1 umfasst ferner einen Verteilerblock 10 mit einer Kühlfluidzulauföffnung 121 und einer Kühlfluidrücklauföffnung 122. An dem Verteilerblock sind lichtemittierende Bauelemente 11, 13, 15 befestigt. Die Lichtquelle 1 umfasst eine Leistungselektronik 7 zum Einstellen der Leuchtleistung der lichtemittierenden Bauelemente 11, 13 und 15.
Die Lichtquelle 1 umfasst ein Leitungssystem 103, durch welches das Kühlfluid in einer Strömungsrichtung F gefördert wird. Das Kühlfluid wird mithilfe einer Strömungs-Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung 5 durch das Leitungssystem 103 gefördert, das eine Pumpe 51 sowie gegebenenfalls eine Drossel und/oder ein Ventil 53, wie ein Stellventil oder einen Abgleichventil, umfassen kann.
Der erste Drucksensor 21 kann an der Kühlfluidzulauföffnung 121 des Verteilerblocks 10 angeordnet sein. Der zweite Kühlfluid-Drucksensor 22 kann an der Kühlfluidrücklauföffnung 122 des Verteilerblocks angeordnet sein. Der Verteilerblock 10 ist als Gehäuse zum Aufnehmen der lichtemittierenden Halbleiterbauelemente 11, 13, 15 ausgebildet.
2 zeigt eine schematische Teildarstellung eines Ausschnitts des Verteilerblocks einer erfindungsgemäßen Lichtquelle 1 gemäß 1.in der 2 ist ein Trägerelement 12 dargestellt, dass eines der lichtemittierenden Bauelemente 11 trägt. Das Licht emittierende Bauelement 11 ist als ultraviolettes lichtemittierendes Halbleiterbauelement, genauer: LED-Modul realisiert. 2 stellt nur ein erstes Trägerelement 12 mit einem einzigen Licht emittierenden Bauelement 11 dar. Bezugnehmend auf 1 sei klar, dass eine Lichtquelle 1 eine Vielzahl von Licht emittierenden Bauelementen 11, 13, 15 umfassen kann, wobei insbesondere jedes lichtemittierende Bauelement 11, 12, 13 mittels je einem Trägerelement 12 an dem Verteilerblock 10 befestigt sein kann. Das erste lichtemittierende Halbleiterbauelement 11, welches ein LED-Modul 11 ist, ist auf das erste Trägerelement 12 gelötet. Das erste Trägerelement 12 kann mit beispielsweise mit zwei Senkkopfschrauben als Befestigungsmittel auf den Verteilerblock 10 geschraubt sein. Das erste lichtemittierende Halbleiterbauelement 11, das erste Trägerelement 12 und der Verteilerblock 10 überlagern einander in der vorgenannten Reihenfolge. Das LED Modul 11 beinhaltet ein Substrat aus einem keramischen Material, auf das mehrere LED-Chips insbesondere in Chip-on-Board-Technologie aufgebracht sind. Das LED Modul 11 ist ein UV-LED-Modul. Auf dem Verteilerblock 10 sind in dessen longitudinaler Richtung nebeneinander beispielsweise 28 Trägerelemente mit 12 mit je einem LED-Modul 11, 13, 15 angebracht.
Gemäß einem anderen, nicht dargestellten Beispiel können auf dem Verteilerblock 10 in dessen longitudinaler Richtung nebeneinander beispielsweise 16 Trägerelemente 12 mit einer longitudinalen Breite von je 1" angebracht sein, von denen jedes je ein LED Modul 11, 13 oder 15 trägt. Bei diesem Beispiel kann ein soll-Durchfluss von 16 L/min vorgesehen sein, wobei sich zwischen dem am ersten Drucksensor 21 gemessenen ersten Kühlfluid-Druck p1 (bspw. 1,2 bar) und dem am zweiten Drucksensor 22 gemessenen zweiten Kühlfluid-Druck p2 (bspw. 0,9 bar) eine Druckdifferenz Δp von etwa 300 mBar einstellt (vgl. 3). Der Durchmesser des ersten Kanals 501 und/oder des zweiten Kanals 502 kann beispielsweise 0,75 Zoll betragen. Der Durchmesser des ersten Stichkanals 504 und/oder des zweiten Stichkanals 506 kann beispielsweise 1,3 mm betragen.
Die in 2 dargestellte schematische Querschnittsdarstellung des Verteilerblocks 10 einer erfindungsgemäßen Lichtquelle 1 lässt erkennen, dass der Verteilerblock 10 einen ersten Hohlraum 501 beinhaltet, der als Zulauf für das Kühlfluid ausgebildet ist. Der erste Hohlraum für ist als erster Kanal gebildet, der unter jedem der Trägerelemente 12 hindurchführt. Der Verteilerblock 10 und beinhaltet auch einen zweiten Hohlraum 502, der als Rücklauf für das Kühlfluid ausgebildet ist. Der zweite Hohlraum 502 ist als ein zweiter Kanal gebildet, welcher unter jedem der Trägerelemente 12 hindurchführt. Von dem ersten Hohlraum 501 zum zweiten Hohlraum 502 führt ein erster Fluidweg 409. Der Querschnitt des ersten Hohlraums 501 und der Querschnitt des zweiten Hohlraums 502 sind gleich groß. Um von dem ersten Hohlraum 501 zu dem zweiten Hohlraum 502 zu fließen, muss das Kühlfluid durch einen der mehreren Fluidwege 409 des Verteilerblocks 10 fließen.
Ein Fluidweg 409 besteht aus drei Abschnitten. Der mittlere Abschnitt ist durch den Trägerkörper 12 bereitgestellt. Der Trägerkörper 12 umfasst mehrere Wärmetauscherkanäle 403, die unterhalb des lichtemittierenden Elements 11 (oder 13, 15) in dem Trägerkörper 13 gebildet sind. Von dem ersten Hohlraum 501 führt ein erster Stichkanal 504 r zu den Wärmetauscherkanälen 403. In dem Verteilerblock 10 kann auch ein weiterer erster Stichkanal (nicht dargestellt) vorgesehen sein, der von dem ersten Hohlraum 501 zu den Wärmetauscherkanälen 403 des Trägerelements bzw. Trägerkörpers 12 führt. Der erste Stichkanal und gegebenenfalls der weitere erster Stichkanal bilden den ersten Abschnitt des Fluidwegs 409.
Von dem zweiten Hohlraum 502 führt wenigstens ein zweiter Stichkanal 506 zu den Wärmetauscherkanälen 403 des Trägerkörpers 12. Es kann ein weiterer zweiter Stichkanal (nicht näher dargestellt) von dem zweiten Hohlraum 502 zu den Wärmetauscherkanälen 403 führen. Der wenigstens eine erste Stichkanal 504 und der wenigstens eine zweite Stichkanal 506 sind in dem Verteilerblock 10 ausgebildet. Der wenigstens eine erste Stichkanal 504, der wenigstens eine zweite erster Stichkanal 506 und der wenigstens eine Wärmetauscherkanal 403 bilden zusammen den Fluidwege 409.
Der Strömungswiderstand bzw. Druckverlust zwischen dem ersten Kühlfluid-Drucksensor 21 und dem zweiten Kühlfluid-Drucksensor 22 wird maßgeblich bestimmt durch die hydraulischen Eigenschaften des Fluidwegs. Die hydraulischen Eigenschaften des Fluidwege 409 werden maßgeblich bestimmt durch den Abschnitt mit dem geringsten Querschnitt. Der erste Abschnitt des Fluidwegs 409 ist gebildet durch die ersten Stichkanäle 504; und der dritte Abschnitt des Fluidwegs 409 ist gebildet durch die Stichkanäle 506. Die ersten Stichkanäle 504 und die zweiten Stichkanäle 506 haben im Wesentlichen den gleichen Querschnitt. Die Stichkanäle 504 bzw. 506 bestimmen maßgeblich die hydraulischen Eigenschaften des Fluidwegs 409. Die der Strömungswiderstand bzw. die Druckdifferenz zwischen dem ersten Kühlfluid-Drucksensor 21 dem zweiten Kühlfluid-Drucksensor 22 werden maßgeblich bestimmt durch den Strömungswiderstand des wenigstens einen ersten Stichkanals 504 und des wenigstens einen zweiten Stichkanals 506.
Die Wärmetauscherkanäle 403 in dem Trägerkörper 12 sind begrenzt zum einen durch den Trägerkörper 12 und zum anderen durch eine äußere Oberfläche des Verteilerblocks 10. Zwischen der Außenseite des Verteilerblocks 10 und dem Trägerkörper 12 ist eine Dichtung 16 vorgesehen, um einen Verlust von Kühlfluid zu vermeiden. Alternativ ist es denkbar, dass die lichtemittierenden Bauelemente ohne Trägerkörper direkt auf dem Verteilerblock 10 befestigt sind, wobei der Fluidweg in dem Verteilerblock 10 realisiert ist (nicht näher dargestellt). Alternativ ist es denkbar, dass Wärmetauscherkanäle 403 in einem Trägerkörper 12 ohne Begrenzung durch eine Verteilerblockseite gebildet sind. Derartige Wärmetauscherkanäle wären nur durch den Trägerkörper 12 begrenzt (nicht abgebildet). Die lichtemittierenden Bauelemente 11 können durch ein Schutzfenster 14, welches an dem Verteilerblock 10 gehalten ist, Licht an die Umgebung abgeben.
Die lichtemittierenden Bauelemente 11, 13 und 15 können ausgehend von einem Ende 101 des Verteilerblocks 10 unterteilt sein eines oder mehrere Proxymale lichtemittierende Bauelement 11, eines oder mehrere minütige lichtemittierende Bauelement 13 und eines oder mehrere distale lichtemittierende Bauelemente 15. Die verschiedenen proximalen (11) mittigen (13) und distalen (15) lichtemittierenden Bauelemente können durch di Leistungselektronik 7 der Elektronikeinheit 3 unabhängig voneinander eingestellt werden. Beispielsweise können beim Einsatz der Lichtquelle 1 in einem Drucker für unterschiedliche Formatbreiten die lichtemittierende Bauelemente teilweise, insbesondere ortsabhängig, gedimmt und/oder deaktiviert werden. Beispielsweise können für ein kleines Format nur die proxymalen lichtemittierenden Bauelemente 11 aktiviert und die mittleren und distalen lichtemittierenden Bauelemente 13, 15 deaktiviert oder gedimmt sein. Es sei klar, dass die vorgenommene Unterteilung eine proximale, mittlere und distale lichtemittierende Bauelemente 11, 13 und 15 rein exemplarisch ist. Insbesondere kann die Leistungselektronik 7 die Leuchtleistung jedes einzelnen lichtemittierenden Bauelements 11, 13 und/oder 15 einer Lichtquelle 1 unabhängig voneinander einstellen.
Die Pumpe 51 kann mit ihrer maximalen nominalen Pumpleistung betrieben werden und der Durchfluss f eingestellt werden mit dem Ventil 53 ein soll-Durchfluss konfiguriert werden, beispielsweise mit einem Abgleichventil wie in DE 20 2013 001 744 U1 beschrieben. Auf diese Weise kann der Durchfluss f eingestellt werden, der erforderlich ist, um bei einer vorbestimmten Kühlfluid-Eingangstemperatur die erforderliche Kühlleistung zur Temperierung der lichtemittierenden Bauelemente 11, 13, 15 bei Betrieb bei deren Betrieb mit ihrer jeweiligen maximalen Nominalleistung zu gewährleisten .
3 zeigt schematisch ein Diagramm Messungen des ersten Drucks p1 und Messung des zweiten Drucks p2 darstellt. Da der zweite Druck p2 in Strömungsrichtung F in dem Leitungssystem 103 hinter dem ersten Druck p1 gemessen wird, ist der zweite Druck p2 infolge des Strömungswiderstandes zwischen der ersten Messstelle der zweiten Stelle geringer als der erste Druck P 1. Der Unterschied zwischen den ersten Druck p1 und dem zweiten Druck p2 ist die Druckdifferenz Δp. Es sei klar, dass das der Verteilerblock 10 und/oder gegebenenfalls das Leitungssystem 103 insbesondere bei anderer Pumpenkonfiguration in der umgekehrten Richtung durchströmt sein könnte (nicht dargestellt).
Gemäß dem Diagramm, das in 3 dargestellt ist, kann der Druck als Druckwert in bar oder Pascal angegeben sein. Es ist denkbar, dass als Druck einen Druckmesswert verwendet wird, beispielsweise in Form eines Spannungssignals oder eines Stromsignals, welches durch den ersten Kühlfluid-Drucksensor 21 oder den zweiten Kühlfluid-Drucksensor 22 erzeugt wird. Der Druckmesswert, d. h. der Stromwert oder der Spannungswert, korrespondieren vorzugsweise proportional zum jeweiligen Druckwert p1 bzw. p2.
Wie in 3 dargestellt, ist der Druck p1 bzw. p2 [bar] innerhalb des Leitungssystems 103 abhängig von dem Durchfluss f [L/Min] des Kühlfluids durch das Leitungssystem 103. Die Druckdifferenz zwischen dem ersten Drucksensor 21 zweiten Drucksensor 22 kann näherungsweise bestimmt werden mit einer dem Fachmann bekannten Formel zur Bestimmung einer Druckänderung entlang einer geraden Rohrleitung.
Die Elektronikeinheit 3 ist dazu eingerichtet, zu erkennen, ob der von den Sensoren 21, 22 erfasste erste Druck p1 und zweite Druck p2 darauf schließen lassen, dass eine ordnungsgemäße Funktion der Lichtquelle 1 oder eine Fehlfunktion vorliegt.
Wenn die Druckdifferenz Δp gegen 0 geht, kann davon ausgegangen werden, dass der Volumenstrom ebenfalls gegen 0 geht; oder anders gesagt die lichtemittierenden Bauelemente 11, 13 und 15 nicht ordnungsgemäß temperiert werden. In diesem Fall kann die Elektronikeinheit 3 einer Notabschaltung der Lichtquelle 1 veranlassen. Bei der Notabschaltung der Lichtquelle 1 kann insbesondere zunächst die Leistungselektronik 7 dazu veranlasst werden, die Leuchtleistung der lichtemittierenden Bauelemente 11, 13 und 15 abzuschalten.
Die Elektronikeinheit 3 kann insbesondere dazu eingerichtet sein, einen Diagnosewert wie eine Zustandsmeldung abhängig vom Vorliegen einer geringsten erforderlichen Druckdifferenz Δp zu erzeugen, wobei die Leisungselektronik 7 dazu eingerichtet ist, die wenigstens eine Lichtquelle 1 ausschließlich dann zu betreiben, wenn die Elektronikeinheit 3 das Vorhandensein der geringsten erforderlichen Druckdifferenz Δp meldet. Die geringste erforderliche Druckdifferenz kann beispielsweise 50 mBar, 100 mBar, 500 mBar oder 1 Bar entsprechen. Anderenfalls kann davon ausgegangen werden, dass kein oder kein hinreichender Kühlfluid-Durchfluss f vorhanden ist, um die wenigstens eine Lichtquelle 1 beschädigungsfrei zu betreiben.
Im Normalbetrieb der Lichtquelle 1 kann die Elektronikeinheit 3 anhand des ersten Drucks p1 und des zweiten Drucks p2 bzw. zum ersten Druck oder zweiten Druck korrespondierenden elektrischen Druckmesswerten eine Regelung vornehmen. Falls beispielsweise die Druckdifferenz Δp sich verringert, kann dies auf einen sich verringerten Durchfluss schließen lassen, sodass die Elektronikeinheit 3 vermittels der Strömungs-Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung 5 den Durchfluss f anpassen kann; wobei beispielsweise die Förderleistung der Pumpe 51 vergrößert und/oder ein Ventil 53 weiter geöffnet werden kann.
Falls im Betrieb der Lichtquelle 1 die Differenz der Δp wischen dem ersten Druck p1 und dem zweiten Druck p2 oder dazu korrespondierenden elektrischen Druckmesswerten insbesondere unerwartet ansteigt, kann die Elektronikeinheit 3 mittels der Steuer- /oder Regelungsvorrichtung den Durchfluss f anpassen und/oder einen Diagnosewert ausgeben, insbesondere eine Warn- und/oder Fehlermeldung.
Bei einem raschen Anstieg der Differenz Δp (z.B. Änderung um wenigstens 0,5 bar in weniger als einer Minute) kann auf eine Leckage oder eine erhebliche Verstopfung des Leitungssystems 103, z.B. des ersten oder zweiten Kanals 501 oder 502, geschlossen werden. Die Elektronikeinheit 3 kann dazu eingerichtet sein, bei einem insbesondere raschen Anstieg der Differenz Δp mittels der Steuer- /oder Regelungsvorrichtung den Durchfluss f anpassen, indem beispielsweise die Förderleistung der Pumpe 51 verringert und/oder die Öffnungsweite des Ventils 53 verringert wird.
Bei einem schleichenden Anstieg der Differenz Δp (z.B. Änderung um wenigstens 0,5 bar innerhalb eines Zeitraums von wenigstens einer Stunde) kann auf ein teilwesen und/oder fortschreitenden Verschluss des Leitungssystems 103, insbesondere wenigstens eines Fluidwegs 409 geschlossen werden. Bei einem schleichenden Anstieg der Differenz Δp kann vermutet werden, dass bei gleichbleibender Förderleistung der Pumpe 51 der Durchfluss f sinkt während der Strömungswiderstand und die damit einhergehende Differenz Δp ansteigt. Die Elektronikeinheit 3 kann dazu eingerichtet sein, bei einem insbesondere schleichenden Anstieg der Differenz Δp mittels der Steuer- /oder Regelungsvorrichtung den Durchfluss f anpassen, indem beispielsweise die Förderleistung der Pumpe 51 erhöht und/oder die Öffnungsweite des Ventils 53 vergrößert wird.
Die Elektronikeinheit 3kann beispielsweise einen höchsten zulässigen Maximalschwellwert und/oder einen geringsten zulässigen Minimalschwellwert berücksichtigen, um zu erkennen, ob die Druckdifferenz Δp sich in einem zulässigen Bereich zwischen dem geringsten zulässigen Minimalschwellwert und dem höchsten zulässigen Maximalschwellwert befindet. Falls die Druckdifferenz der Δp außerhalb dieses zulässigen Bereichs liegt, kann die Elektronikeinheit 3 dazu eingerichtet sein, ein entsprechendes Diagnosewert, Steuerwert und/oder Regelwert abzugeben.
Durch den Aufbau der Lichtquelle 1 kann jedes der Trägerelemente 12 der Lichtquelle 1 in dem Verfahrens mittels eines Wasser-Glykol-Gemischs als Kühlfluid, welches z.B. bei etwa 5 bar oder etwa 1,5 bar in einem Kühlkreislauf 103 strömt, mit einer Kühlleistung von etwa 300 W gekühlt werden, so dass die beiden in der longitudinalen Richtung am weitesten voneinander entfernt liegenden Trägerelemente 12 eine Temperaturdifferenz von maximal 4 K zeigen. Hierdurch können alle LED-Module 11, 13, 15 der Lichtquelle bei etwa gleichem Wirkungsgrad betrieben werden. Dadurch ist beispielsweise ein homogenes Bestrahlen und damit homogenes Härten der Druckfarbe über eine große Fläche möglich ist.
Bezugszeichenliste

1: Lichtquelle
3: Elektronikeinheit
5: Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung
7: Leistungselektronik
10: Verteilerblock
11, 13, 15: lichtemittierendes Bauelement
12: Trägerkörper
14: Fenster
16: Dichtung
21: erster Drucksensor
22: zweiter Drucksensor
51: Pumpe
53: Ventil
103: Leitungssystem
121: Kühfluidzuflussöffnung
122: Kühlfluidrückflussöffnung
403: Wärmetauscherkanal
409: Fluidweg
501: erster Hohlraum
502: zweiter Hohlraum
504: erster Stichkanal
506: zweiter Stichkanal
f: Durchfluss
F: Strömungsrichtung
p1: erster Druck
p2: zweiter Druck
Δp: Druckdifferenz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2016/115299 A1 [0002]
DE 202013001744 U1 [0019, 0057]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 55943:2001-10 [0043]

Claims

Eine Lichtquelle (1), umfassend wenigstens ein lichtemittierendes Bauelement (11, 13, 15), insbesondere ein ultraviolettes Licht emittierendes Bauelement und/oder ein Halbleiterbauelement, und ein mit einem Kühlfluid in einer Strömungsrichtung (F) durchströmbares Leitungssystem (103) zur Temperierung des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten Kühlfluid-Drucksensor (21, 22), die in der Strömungsrichtung (F) hinter einander in dem Leitungssystem (103) angeordnet sind; und eine mit dem ersten und dem zweiten Kühlfluid-Drucksensor (21, 22) verbundene Elektronikeinheit (3), die dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Diagnose-, Steuer- und/oder Regelwert auf Basis von durch den ersten Kühlfluid-Drucksensor (21) und durch den zweiten Kühlfluid-Drucksensor (22) erfassten Drucken (p1, p2) zu bestimmen.
Die Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid-Leitungssystem (103) einen Verteilerblock (10) mit einer Kühlfluidzulauföffnung (121) und einer Kühlfluidrücklauföffnung (122) umfasst, wobei der Verteilerblock einen ersten Hohlraum (501) und einen weiteren Hohlraum (502) umfasst, wobei der erste Hohlraum (501) und der weitere Hohlraum (502) fluidleitend mittels wenigstens eines Fluidwegs (409) miteinander verbunden sind; wobei der erste Kühlfluid-Drucksensor (21) in dem ersten Hohlraum (501) und der zweite Kühlfluid-Drucksensor (22) in dem zweiten Hohlraum (502) angeordnet sind, wobei insbesondere der erste Kühlfluid-Drucksensor (21) an der Kühlfluidzulauföffnung (121) und/oder der zweite Kühlfluid-Drucksensor (22) an der Kühlfluidrücklauföffnung (122) angeordnet ist, und/oder wobei insbesondere der erste Drucksensor (21) an dem Ende (101) des Verteilerblocks (10) gegenüber der Kühlfluidzulauföffnung (121) und/oder der zweite Drucksensor (22) an dem Ende (101) des Verteilerblocks (10) gegenüber der Kühlfluidrücklauföffnung (122) angeordnet ist.
Die Lichtquelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlfluid-Drucksensor (21) und/oder der zweite Kühlfluid-Drucksensor (22) einen Druckmesswert des Kühlfluids erfasst und ein korrespondierendes elektrisches Druckmesssignal an die Elektronikeinheit (3) bereitstellt, wobei insbesondere das korrespondierende Druckmesssignal als ein vorzugsweise proportionales Strom- oder Spannungssignal realisiert ist.
Die Lichtquelle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (3) eine Strömungs-Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung (5) aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen Durchfluss (f) des Kühlfluids in der Strömungsrichtung (F) durch das Leitungssystem (103) zu definieren.
Die Lichtquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungs-Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung (5) eine Pumpe (51) mit einer Förderleistung zum Fördern des Kühlfluids durch das Leitungssystem (103) aufweist, wobei die Strömungs-Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, die Förderleistung der Pumpe (51) unter Berücksichtigung einer Soll-Temperierung des lichtemittierenden Bauelements (11, 13, 15) für einen geringsten Kühlfluid-Soll-Durchfluss einzustellen, wobei insbesondere die Strömungs-Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, den geringsten Kühlfluid-Soll-Durchfluss abhängig von einem Diagnose-, Steuer- und/oder Regelwert der Elektronikeinheit anzupassen.
Die Lichtquelle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (3) wenigstens eine Leistungselektronik (7) zum Einstellen der Leuchtleistung des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements (11, 13, 15) umfasst, wobei insbesondere die Elektronikeinheit (3) dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Diagnose-, Steuer- und/oder Regelwert auf Basis der Leuchtleistung zu bestimmen und/oder wobei die Strömungs-Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, den Durchfluss (f) des Kühlfluids durch das Leitungssystem (103) auf Basis der Leuchtleistung zu definieren.
Ein Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend wenigstens ein lichtemittierendes Bauelement (11, 13, 15), wobei das wenigstens eine lichtemittierende Bauelement (11, 13, 15) mittels einem Kühlfluid temperiert wird, wobei das Kühlfluid durch ein Leitungssystem (103) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass - an einer ersten Stelle in dem Leitungssystem (103) ein erster Druck (p1) des Kühlfluids erfasst wird, - an einer zweiten Stelle in dem Leitungssystem (103) ein zweiter Druck (p2) des Kühlfluids erfasst wird, und - ein Diagnose-, Steuer- und/oder Regelwert auf Basis des ersten Drucks (p1) und des zweiten Drucks (p2) bestimmt wird.
Das Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchfluss (f) des Kühlfluids in der Strömungsrichtung (F) durch das Leitungssystem (103) definiert wird, wobei insbesondere unter Berücksichtigung einer Soll-Temperierung des lichtemittierenden Bauelements (11, 13, 15) ein geringster Kühlfluid-Soll-Durchfluss eingestellt wird.
Das Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Diagnosewert, insbesondere eine Fehlermeldung, ausgegeben wird, wenn der erste Druck (p1) und der zweite Druck (p2) gleich oder im Wesentlichen gleich sind.
Das Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Diagnosewert, insbesondere eine Warnmeldung, ausgegeben wird, wenn eine Differenz (Δp) zwischen dem ersten Druck (p1) und dem zweiten Druck (p2) einen Minimalschwellwert unterschreitet und/oder einen Maximalschwellwert überschreitet.
Das Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leuchtleistung des wenigstens einen lichtemittierenden Bauelements (11, 13, 15) eingestellt wird, wobei der Diagnose-, Steuer- und/oder Regelwert auf Basis der Leuchtleistung bestimmt wird und/oder wobei der Durchfluss (f) auf Basis der Leuchtleistung eingestellt wird.