EP2117032B1 - Anordnung zur UV-Bestrahlung von Objekten - Google Patents

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EP2117032B1
EP2117032B1 EP09159395A EP09159395A EP2117032B1 EP 2117032 B1 EP2117032 B1 EP 2117032B1 EP 09159395 A EP09159395 A EP 09159395A EP 09159395 A EP09159395 A EP 09159395A EP 2117032 B1 EP2117032 B1 EP 2117032B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lamp
voltage
gas discharge
starting
electrode
Prior art date
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EP09159395A
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English (en)
French (fr)
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EP2117032A2 (de
EP2117032A3 (de
Inventor
Robert Sänger
Wilfried Henzler
Peter Dr. Schwarz-Kiene
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eta Plus Electronic GmbH and Co KG
Original Assignee
Eta Plus Electronic GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Eta Plus Electronic GmbH and Co KG filed Critical Eta Plus Electronic GmbH and Co KG
Publication of EP2117032A2 publication Critical patent/EP2117032A2/de
Publication of EP2117032A3 publication Critical patent/EP2117032A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/54—Igniting arrangements, e.g. promoting ionisation for starting
    • H01J61/547—Igniting arrangements, e.g. promoting ionisation for starting using an auxiliary electrode outside the vessel

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for UV irradiation of objects, in particular for crosslinking of coatings, comprising a gas discharge space comprehensive, provided at both longitudinal ends with lamp electrodes and in the irradiation transverse to the lamp longitudinal direction or longitudinally aligned on the object elongated medium-pressure gas discharge lamp and a high voltage power supply for charging the lamp electrodes with AC voltage.
  • Such long arc lamps are mainly used in printing technology for curing of special UV-reactive paints and printing inks.
  • the excitation of the mercury plasma takes place via lamp electrodes, which are spaced apart over at least the width of the printing substrate.
  • mercury vapor pressures of up to about 0.1 MPa and correspondingly high alternating voltages between 150 V and 4 kV, a high UV yield with a long service life can be achieved.
  • These lamps can be ignited in the cold state (room temperature) by applying a comparable (only slightly increased) ignition voltage to the lamp operating voltage, since in this case the mercury vapor pressure is low and the ignition of the buffer gas (argon or similar noble gases) requires lower ignition voltages.
  • the lamp temperature increases during the start-up phase, causing the mercury vapor pressure and the pressure-dependent lamp operating voltage to rise to nominal values.
  • an immediate ignition despite high lamp temperature and associated high mercury vapor pressure is desirable.
  • the ignition under high pressure hot lamps is generally more difficult and requires much higher ignition field strengths, since the middle free path length between the collisions of the electrons with atoms is shorter, and accordingly less energy can be absorbed between two collisions. This can be compensated for by applying a higher voltage on the one hand or by shortening the effective length between the electrodes subjected to ignition voltage, for example.
  • conventional heterodyne ignitors for generating high ignition pulses are unsuitable, since these ignitors for the medium-frequency high voltage and the medium-frequency lamp current have too high reactance.
  • an ignition circuit for a high-intensity light source designed as a short arc lamp, for example an image projector, which comprises a high-voltage supply for the lamp electrodes and an auxiliary electrode which is controlled via a trigger circuit outside the discharge space.
  • the circuit serves primarily to smooth the luminous flux during polarity reversal.
  • the object of the invention is to further improve the devices known in the state of the art and, under difficult ignition conditions, to enable the most immediate (re) ignition with simple means, especially at high lamp temperatures.
  • a starting auxiliary electrode extending over a discharge region between the lamp electrodes outside the gas discharge space wherein an ignition circuit for triggering a between the lamp electrodes within the gas discharge space
  • the ignition circuit is designed to increase the voltage potential of the lamp electrodes relative to the auxiliary ignition electrode during the lamp ignition, wherein the two-ended Zündiselektrode is at a terminal end at ground potential and thus has a potential independent of the lamp electrodes potential.
  • the ignition circuit can thus be connected directly to the lamp electrodes, while the auxiliary electrode remains galvanically isolated from the lamp electrodes.
  • the ignition auxiliary electrode guided along the lamp can provide a field strength critical for impact ionization near a lamp electrode, so that the effective electrode spacing is initially significantly reduced.
  • a dielectrically impeded sliding discharge can be guided to the remote lamp electrode via the auxiliary ignition electrode, thus allowing a sheet transfer between the electrodes.
  • a rapid hot re-ignition in a medium-pressure long-arc lamp is possible.
  • a particularly advantageous embodiment provides that the ignition circuit generates one of the alternating voltage preferably superimposed as common mode voltage ignition auxiliary voltage. Due to the voltage superimposition, especially as common-mode voltage, the lamp electrodes are constantly at a high alternating voltage potential with respect to the auxiliary electrode during the ignition phase, in order to favor the above-described sliding discharge. Here, the lamp electrodes should still have a sufficiently high voltage difference against each other to convert the sliding discharge from one lamp electrode to another in an arc discharge.
  • the lamp electrodes are connected via leads to the high voltage power supply, wherein the ignition circuit is connected in the supply lines, so that no additional supply lines to the location of the lamp must be performed.
  • a further improvement can be achieved in that the high-voltage supply during lamp ignition delivers an ignition voltage which is higher than an operating voltage of the gas discharge lamp, and in that the ignition circuit is connected to the ignition circuit via a control unit AC voltage of the high voltage power supply or the lamp current of the gas discharge lamp derived switching signal can be activated. Thus, no additional synchronization for the ignition is required.
  • an ignition transformer for providing the ignition auxiliary voltage amounting to a multiple of the operating voltage. It is particularly advantageous if the ignition transformer has a primary winding and two secondary windings, wherein the primary winding is acted upon by AC voltage from the high voltage power supply or a separate voltage source and the secondary windings are in current-compensated circuit each between a tap of the primary winding and a lamp electrode. The primary winding thus generates a magnetic flux which penetrates both secondary windings in the same direction and brings the electrodes to a high potential, while in normal lamp operation, no voltage drop is caused.
  • Such a transformer works particularly well in the medium frequency range, because there the required components can be kept small. Accordingly, it is advantageous if the AC voltage is in the frequency range of 10 kHz to 1 MHz.
  • An advantageous implementation provides that the ignition circuit is connected to one of the lamp electrodes and on one side to the auxiliary ignition electrode, wherein the sliding discharge is triggered by the free, lying at a higher potential end of the auxiliary ignition electrode.
  • auxiliary ignition electrode is formed by a metallic component of the gas discharge lamp, in particular a reflector, a shutter or a housing part.
  • the lateral distance between the auxiliary ignition electrode and the gas discharge lamp during lamp ignition is smaller than in the subsequent lamp operation. This can be done in a simple way realize that the auxiliary ignition electrode is arranged on or formed by a retractable into the irradiation region between the gas discharge lamp and object shutter.
  • auxiliary ignition electrode is formed by a metallic conductor wire. It is also for the limitation of the field strength in the lamp tube advantageous if the auxiliary ignition electrode is preferably held in an insulating cladding outside at a lateral distance from a lamp tube or lamp envelope of the gas discharge lamp, so that there is no direct contact between the lamp envelope and auxiliary ignition electrode. This distance is an important aspect for a high lamp life.
  • the auxiliary ignition electrode may be formed by a lamp tube of the gas discharge lamp in combination with a surrounding fluid.
  • a liquid to be irradiated can flow through in an enveloping tube in the lamp longitudinal direction and at the same time be kept at a distance from the lamp tube.
  • the fluid should be sufficiently conductive and the lamp tube should have sufficient capacity to carry the current for the sliding discharge can.
  • the gas discharge lamp is of cylindrical design, the axial lamp length being more than twice, preferably more than five times, the lamp diameter.
  • the lamp arrangement shown in the drawing can generally be used for UV irradiation of objects, for example for surface treatment of printing substrates, for drinking water disinfection or for exhaust air treatment.
  • a UV irradiation unit or a gas discharge lamp 10 is provided, which is connected to a high voltage supply 12 and can be started (re) quickly by means of an ignition circuit 16 in the hot state via a Zündangeselektrode 14.
  • the gas discharge lamp 10 designed as a medium-pressure mercury lamp has a long cylindrical lamp tube 18 made of quartz glass, which delimits a gas discharge space 20. At the two ends of the lamp tube 18, a lamp electrode 22 is arranged in each case. The lamp electrodes 22, 22 'are connected via leads 24 to the high voltage power supply 12. A longitudinal side 26 of the lamp tube 18 is aligned with the surface of a substrate 28 to be irradiated. The UV radiation is therefore emitted here transversely to the lamp longitudinal direction on the substrate 28 shown in cross section. For example, a material web perpendicular to the plane of the Fig.
  • auxiliary ignition electrode 14 is outside of the gas discharge space 20 in an in Fig. 1 not shown to scale lateral distance and arranged extends over the discharge region or along the discharge gap between the lamp electrodes 22, 22 '.
  • auxiliary ignition electrode 14 may be provided a metal wire which is insulated in a cladding tube.
  • a metallic lamp component in particular a so-called shutter, in a dual function as auxiliary starting electrode.
  • shutter in a dual function as auxiliary starting electrode.
  • Shutter known per se can be moved into the radiation area between the lamp 18 and the object 28 in order to be able to interrupt or switch off the irradiation rapidly. In this case, the smaller distance of the closed shutter from the lamp during the shielding can be advantageously used for the electrode function.
  • the auxiliary ignition electrode 14 has a free end 30 and a connected via line 32 to the ignition circuit 16 terminal end 43, which is in the example shown at ground potential (earth terminal 36).
  • the high voltage supply 12 supplies the required lamp current in a medium frequency range of about 10 kHz to 1 MHz.
  • the plasma state is generated during a start or ignition phase by impact ionization in the gas discharge space.
  • an ignition voltage which is higher than the operating voltage, is provided to the lamp electrodes 22, 22 '.
  • an ignition auxiliary voltage is superimposed by means of the ignition circuit 16.
  • This sliding discharge then propagates in the course of one or more periods of ignition auxiliary voltage within the gas discharge space 20 to the other Lamp electrode 22 'out until finally the entire discharge path is ignited and the normal operating condition is reached.
  • Fig. 2 shows the voltage curve at the Fig. 1 apparent measuring points.
  • UL (t) is the AC voltage applied between the two lamp electrodes (no-load voltage when the lamp is not lit).
  • UZH (t) is the superimposed as common mode voltage increased ignition auxiliary voltage, which is applied between the lamp electrode 22 'and the auxiliary ignition electrode 14.
  • UE1 then designates the voltage of the lamp electrode 22 relative to the ignition auxiliary electrode 14 lying at ground potential.
  • the ignition circuit 16 is connected near the lamp 18 between the leads 24 of the electronic ballasts, for example, in a cabinet further distant high voltage power supply 12.
  • the capacitances 38 establish a connection of the high-voltage supply 12 to ground or ground potential, with a component lying on ground acting as a starting auxiliary electrode 14.
  • the ignition circuit 16 has an ignition transformer for providing the ignition auxiliary voltage. This consists of a primary winding 40 and two arranged in the leads 24 secondary windings 42.
  • the secondary windings 42 are designed in current-compensating winding, so that the current flowing through the lamp 18 operating current leads to no magnetization of the common core 44.
  • the number of turns of the primary winding 40 is smaller than the same number of turns the secondary windings 42.
  • the primary winding 40 is connected to a separate voltage source 46.
  • Fig. 4 shows a similar circuit in which the primary winding 40 is directly acted upon by the AC voltage from the high voltage supply 12.
  • a control unit 48 is provided which derives a control signal for the switch 50 from the rms value of the AC voltage supplied by the high-voltage supply 12.
  • the voltage difference between the open circuit voltage and the ignition voltage of the high voltage power supply 12 is detected and converted into a control signal for the switch 50.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur UV-Bestrahlung von Objekten, insbesondere zur Vernetzung von Beschichtungen, mit einer einen Gasentladungsraum umfassenden, an ihren beiden Längsenden mit Lampenelektroden versehenen und bei der Bestrahlung quer zur Lampenlängsrichtung bzw. längsseitig auf das Objekt ausgerichteten langgestreckten Mitteldruck-Gasentladungslampe und einer Hochspannungsversorgung zum Beaufschlagen der Lampenelektroden mit Wechselspannung.
  • Solche Langbogenlampen werden vor allem in der Drucktechnik zur Aushärtung von speziellen UV-reaktiven Lacken und Druckfarben eingesetzt. Die Anregung des Quecksilberplasmas erfolgt dabei über Lampenelektroden, die über mindestens die Breite des Drucksubstrats voneinander beabstandet sind. Bei Quecksilberdampfdrücken bis etwa 0,1 MPa und entsprechend hohen Wechselspannungen zwischen 150 V und 4 kV kann eine hohe UV-Ausbeute bei langer Lebensdauer erreicht werden. Diese Lampen lassen sich im kalten Zustand (Zimmertemperatur) durch Anlegen einer der Lampenbetriebsspannung vergleichbaren (nur geringfügig erhöhten) Zündspannung zünden, da hierbei der Quecksilberdampfdruck gering ist und die Zündung des Puffergases (Argon oder ähnliche Edelgase) geringere Zündspannungen erfordert. Nach der Zündung erhöht sich innerhalb der Hochlaufphase die Lampentemperatur, dadurch steigen der Quecksilberdampfdruck und die vom Druck abhängige Lampenbetriebsspannung bis auf Nennwerte an. Um auch bei Unterbrechungen des Druckbetriebs ein rasches Anfahren zu ermöglichen, ist eine sofortige Zündung trotz hoher Lampentemperatur und damit verbundenem hohem Quecksilberdampfdruck wünschenswert.
  • Die Zündung unter hohem Druck stehender heißer Lampen ist generell schwieriger und erfordert wesentlich höhere Zündfeldstärken, da die mittlere freie Weglänge zwischen den Stößen der Elektronen mit Atomen kürzer ist, und entsprechend zwischen zwei Stößen weniger Energie aufgenommen werden kann. Dies kann dadurch kompensiert werden, dass einerseits eine höhere Spannung angelegt wird, oder aber die effektive Länge zischen den mit Zündspannung beaufschlagten Elektroden verkürzt wird. Insbesondere bei Lampenbetriebsgeräten mit höherer Betriebsfrequenz sind herkömmliche Überlagerungs-Zündgeräte zur Erzeugung hoher Zündpulse ungeeignet, da diese Zündgeräte für die mittelfrequente Hochspannung bzw. den mittelfrequenten Lampenstrom einen zu hohen Blindwiderstand aufweisen.
  • Aus der US 2007/285030 A1 ist eine Zündschaltung für eine als Kurzbogenlampe ausgebildete hochintensive Lichtquelle beispielsweise eines Bildprojektors bekannt, die eine Hochspannungsversorgung für die Lampenelektroden und eine über eine Triggerschaltung angesteuerte Hilfselektrode außerhalb des Entladungsraums umfasst. Die Schaltung dient dort primär der Glättung des Lichtstroms beim Umpolen.
  • Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen weiter zu verbessern und unter erschwerten Zündbedingungen insbesondere bei hoher Lampentemperatur eine möglichst sofortige (Wieder-)Zündung mit einfachen Mitteln zu ermöglichen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Demzufolge wird erfindungsgemäß eine über einen Entladungsbereich zwischen den Lampenelektroden außerhalb des Gasentladungsraums sich erstreckende Zündhilfselektrode vorgeschlagen, wobei eine Zündschaltung zum Auslösen einer zwischen den Lampenelektroden innerhalb des Gasentladungsraums sich ausbreitenden Gasentladung mittels der Zündhilfselektrode vorgesehen ist und die Zündschaltung dazu ausgebildet ist, das Spannungspotential der Lampenelektroden gegenüber der Zündhilfselektrode während der Lampenzündung zu erhöhend, wobei die zweiendige Zündhilfselektrode an einem Anschlussende auf Erdpotential liegt und somit ein von den Lampenelektroden unabhängiges Potential besitzt. Die Zündschaltung kann somit direkt an die Lampenelektroden angeschlossen sein, während die Hilfselektrode von den Lampenelektroden galvanisch getrennt bleibt. Durch die entlang der Lampe geführte Zündhilfselektrode kann eine für die Stoßionisation kritische Feldstärke nahe einer Lampenelektrode bereitgestellt werden, so dass der wirksame Elektrodenabstand zunächst deutlich reduziert wird. Sodann kann über die Zündhilfselektrode eine dielektrisch behinderte Gleitentladung zu der entfernten Lampenelektrode geführt werden, um somit eine Bogenübernahme zwischen den Elektroden zu ermöglichen. Neben der Überwindung eines großen Elektrodenabstandes von typisch größer 200 mm ist auf diese Weise auch eine schnelle Heißwiederzündung bei einer Mitteldruck-Langbogenlampe möglich.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Zündschaltung eine der Wechselspannung vorzugsweise als Gleichtaktspannung überlagerte Zündhilfsspannung erzeugt. Durch die Spannungsüberlagerung speziell als Gleichtaktspannung liegen die Lampenelektroden während der Zündphase ständig auf hohem Wechselspannungspotential gegenüber der Hilfselektrode, um die vorstehend beschriebene Gleitentladung zu begünstigen. Hierbei sollten die Lampenelektroden immer noch eine ausreichend hohe Spannungsdifferenz gegeneinander aufweisen, um die Gleitentladung von einer Lampenelektrode zur anderen in eine Bogenentladung zu überführen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Lampenelektroden über Zuleitungen mit der Hochspannungsversorgung verbunden, wobei die Zündschaltung in die Zuleitungen geschaltet ist, so dass nicht zusätzliche Versorgungsleitungen zum Ort der Lampe geführt werden müssen.
  • Eine weitere Verbesserung lässt sich dadurch erreichen, dass die Hochspannungsversorgung während der Lampenzündung eine gegenüber einer Betriebsspannung der Gasentladungslampe erhöhte Zündspannung liefert, und dass die Zündschaltung über eine Steuerungseinheit durch ein aus der Wechselspannung der Hochspannungsversorgung oder dem Lampenstrom der Gasentladungslampe abgeleitetes Schaltsignal aktivierbar ist. Somit ist keine zusätzliche Synchronisation für die Zündung erforderlich.
  • Vorteilhafterweise ist ein Zündtransformator zum Bereitstellen der ein Mehrfaches der Betriebsspannung betragenden Zündhilfsspannung vorgesehen. Hierbei ist es von besonderem Vorteil, wenn der Zündtransformator eine Primärwicklung und zwei Sekundärwicklungen besitzt, wobei die Primärwicklung mit Wechselspannung aus der Hochspannungsversorgung oder einer gesonderten Spannungsquelle beaufschlagt ist und die Sekundärwicklungen in stromkompensierter Schaltung jeweils zwischen einem Abgriff der Primärwicklung und einer Lampenelektrode liegen. Die Primärwicklung erzeugt somit einen magnetischen Fluss, der beide Sekundärwicklungen gleichsinnig durchsetzt und die Elektroden auf ein hohes Potential bringt, während im normalen Lampenbetrieb kein Spannungsabfall verursacht wird. Ein solcher Transformator funktioniert besonders gut im Mittelfrequenzbereich, weil dort die erforderlichen Bauteile noch klein gehalten werden können. Demgemäß ist es von Vorteil, wenn die Wechselspannung im Frequenzbereich von 10 kHz bis 1 MHz liegt.
  • Eine vorteilhafte Realisierung sieht vor, dass die Zündschaltung an eine der Lampenelektroden und einseitig an die Zündhilfselektrode angeschlossen ist, wobei die Gleitentladung über das freie, auf höherem Potential liegende Ende der Zündhilfselektrode ausgelöst wird.
  • Eine besonders einfache Anordnung wird dadurch erreicht, dass die Zündhilfselektrode durch ein metallisches Bauteil der Gasentladungslampe, insbesondere einen Reflektor, einen Shutter oder ein Gehäuseteil gebildet ist.
  • Günstig ist es auch, wenn der seitliche Abstand zwischen Zündhilfselektrode und Gasentladungslampe während der Lampenzündung kleiner als im nachfolgenden Lampenbetrieb ist. Dies lässt sich auf einfache Weise dadurch verwirklichen, dass die Zündhilfselektrode an einem in den Bestrahlungsbereich zwischen Gasentladungslampe und Objekt einfahrbaren Shutter angeordnet oder durch diesen gebildet ist.
  • Eine besonders einfache Ausführung sieht vor, dass die Zündhilfselektrode durch einen metallischen Leiterdraht gebildet ist. Dabei ist es auch für die Begrenzung der Feldstärke im Lampenrohr von Vorteil, wenn die Zündhilfselektrode vorzugsweise in einem isolierenden Hüllrohr außenseitig im seitlichen Abstand von einem Lampenrohr bzw. Lampenkolben der Gasentladungslampe gehalten ist, so dass kein direkter Kontakt zwischen Lampenkolben und Zündhilfselektrode besteht. Dieser Abstand ist ein wichtiger Aspekt für eine hohe Lampenstandzeit.
  • In besonderen Anwendungsfällen kann die Zündhilfselektrode durch ein Lampenrohr der Gasentladungslampe in Kombination mit einem umgebenden Fluid gebildet sein. Beispielsweise kann eine zu bestrahlende Flüssigkeit in einem Hüllrohr in Lampenlängsrichtung durchfließen und zugleich im Abstand von dem Lampenrohr gehalten werden. Hierbei sollte das Fluid ausreichend leitfähig sein und das Lampenrohr eine ausreichende Kapazität besitzen, um den Strom für die Gleitentladung tragen zu können.
  • Um eine große Bestrahlungsfläche überdecken zu können, ist es von Vorteil, wenn die Gasentladungslampe zylinderförmig ausgebildet ist, wobei die axiale Lampenlänge mehr als das Doppelte, vorzugsweise mehr als das Fünffache des Lampendurchmessers beträgt.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1
    ein Blockschaltbild einer Anordnung zur UV-Bestrahlung ei- nes Substrats;
    Fig. 2
    den Potentialverlauf bei der Lampenzündung an verschiede- nen Messpunkten;
    Fig. 3 und 4
    weitere Ausführungsbeispiele mit unterschiedlichen Zünd- schaltungen.
  • Die in der Zeichnung dargestellte Lampenanordnung lässt sich allgemein zur UV-Bestrahlung von Objekten, beispielsweise zur Oberflächenbehandlung von Drucksubstraten, zur Trinkwasserdesinfektion oder auch zur Abluftbehandlung einsetzen. Zu diesem Zweck ist ein UV-Bestrahlungsaggregat bzw. eine Gasentladungslampe 10 vorgesehen, die an eine Hochspannungsversorgung 12 angeschlossen ist und über eine Zündhilfselektrode 14 mittels einer Zündschaltung 16 auch im heißen Zustand schnell (wieder) gestartet werden kann.
  • Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist die als Quecksilber-Mitteldrucklampe ausgebildete Gasentladungslampe 10 ein langes zylindrisches Lampenrohr 18 aus Quarzglas auf, das einen Gasentladungsraum 20 begrenzt. An den beiden Stirnenden des Lampenrohrs 18 ist jeweils eine Lampenelektrode 22 angeordnet. Die Lampenelektroden 22, 22' sind über Zuleitungen 24 mit der Hochspannungsversorgung 12 verbunden. Eine Längsseite 26 des Lampenrohrs 18 ist auf die Oberfläche eines zu bestrahlenden Substrats 28 ausgerichtet. Die UV-Strahlung wird hier also quer zur Lampenlängsrichtung auf das im Querschnitt gezeigte Substrat 28 abgestrahlt. Beispielsweise kann eine Materialbahn senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 1 an der Lampe 10 vorbeitransportiert werden, um im Durchlauf eine Strahlungsvemetzung bzw. Aushärtung einer Druckfarbe oder eines Lacks zu bewirken. Denkbar ist es aber auch, ein zu behandelndes Fluid an der Außenseite des Lampenrohrs 18 in Richtung der Lampenlängsachse vorbeizuführen.
  • Die Zündhilfselektrode 14 ist außerhalb des Gasentladungsraums 20 in einem in Fig. 1 nicht maßstäblich gezeigten seitlichen Abstand angeordnet und erstreckt sich dabei über den Entladungsbereich bzw. entlang der Entladungsstrecke zwischen den Lampenelektroden 22, 22'. Als Zündhilfselektrode 14 kann ein Metalldraht vorgesehen sein, der in einem Hüllrohr isoliert ist. Zweckmäßig wird jedoch ein metallisches Lampenbauteil, insbesondere ein so genannter Shutter in einer Doppelfunktion auch als Zündhilfselektrode eingesetzt. Ein solcher beispielsweise aus der DE-A 19916474 an sich bekannter Shutter lässt sich in den Strahlungsbereich zwischen Lampe 18 und Objekt 28 einfahren, um die Bestrahlung rasch unterbrechen bzw. abschalten zu können. Hierbei kann auch der geringere Abstand des geschlossenen Shutters von der Lampe während der Abschirmung für die Elektrodenfunktion vorteilhaft genutzt werden.
  • Die Zündhilfselektrode 14 besitzt ein freies Ende 30 und ein über Leitung 32 an die Zündschaltung 16 angeschlossenes Anschlussende 43, das in dem gezeigten Beispiel auf Erdpotential (Erdanschluss 36) liegt.
  • Im Betrieb der Lampe 10 ist ein Stromfluss zwischen den Lampenelektroden 22, 22' aufgrund eines Plasmazustandes im Gasentladungsraum 20 möglich. Durch die Gasentladung wird auch UV-Licht charakteristischer Wellenlängen erzeugt. Die Hochspannungsversorgung 12 liefert hierbei den erforderlichen Lampenstrom in einem Mittelfrequenzbereich von ca. 10 kHz bis 1 MHz.
  • Um den Betriebszustand zu erreichen, wird während einer Start- bzw. Zündphase durch Stoßionisation im Gasentladungsraum der Plasmazustand erzeugt. Hierzu wird über die Hochspannungsversorgung 12 eine gegenüber der Betriebsspannung erhöhte Zündspannung an den Lampenelektroden 22, 22' bereitgestellt. Zugleich wird mittels der Zündschaltung 16 eine Zündhilfsspannung überlagert. Dadurch wird eine dielektrisch behinderte Gasentladung bzw. Gleitentladung im Bereich der nahe dem freien Ende 30 der Zündhilfselektrode 14 liegenden Lampenelektrode 22 gestartet. Diese Gleitentladung breitet sich dann im Verlauf einer oder mehrerer Perioden der Zündhilfsspannung innerhalb des Gasentladungsraums 20 zu der anderen Lampenelektrode 22' hin aus, bis schließlich die gesamte Entladungsstrecke durchzündet und der normale Betriebszustand erreicht ist.
  • Fig. 2 zeigt den Spannungsverlauf an den aus Fig. 1 ersichtlichen Messstellen. UL(t) ist die zwischen den beiden Lampenelektroden anliegende Wechselspannung (Leerlaufspannung bei nicht gezündeter Lampe). UZH(t) ist die als Gleichtaktspannung überlagerte erhöhte Zündhilfsspannung, welche zwischen der Lampenelektrode 22' und der Zündhilfselektrode 14 anliegt. UE1 bezeichnet dann die Spannung der Lampenelektrode 22 gegenüber der auf Erdpotential liegenden Zündhilfselektrode 14.
  • In Fig. 3 und 4 sind Blockschaltbilder weiterer Ausführungsformen dargestellt, bei denen die Zündschaltung 16 direkt an die Lampenelektroden 22, 22' angeschlossen ist, während die Zündhilfselektrode einseitig auf Erdpotential 36 liegt. Gleiche oder ähnliche Bauteile sind hier mit den gleichen Bezugszeichen wie vorstehend beschrieben versehen.
  • Gemäß Fig. 3 ist die Zündschaltung 16 nahe der Lampe 18 zwischen die Zuleitungen 24 der als elektronisches Vorschaltgeräte beispielsweise in einem Schaltschrank weiter entfernten Hochspannungsversorgung 12 geschaltet. Die Kapazitäten 38 stellen eine Verbindung der Hochspannungsversorgung 12 mit Masse bzw. Erdpotential her, wobei ein auf Masse liegendes Bauteil als Zündhilfselektrode 14 wirkt.
  • Die Zündschaltung 16 weist einen Zündtransformator zum Bereitstellen der Zündhilfsspannung auf. Dieser besteht aus einer Primärwicklung 40 und zwei in den Zuleitungen 24 angeordneten Sekundärwicklungen 42. Die Sekundärwicklungen 42 sind in stromkompensierender Wicklungsart ausgeführt, so dass der durch die Lampe 18 fließende Betriebsstrom zu keiner Magnetisierung des gemeinsamen Kerns 44 führt. Die Windungszahl der Primärwicklung 40 ist kleiner als die untereinander gleichen Windungszahlen der Sekundärwicklungen 42. Die Primärwicklung 40 ist an eine gesonderte Spannungsquelle 46 angeschlossen.
  • Fig. 4 zeigt eine ähnliche Schaltung, in der die Primärwicklung 40 direkt mit der Wechselspannung aus der Hochspannungsversorgung 12 beaufschlagbar ist. Zu diesem Zweck ist eine Steuerungseinheit 48 vorgesehen, welche aus dem Effektivwert der von der Hochspannungsversorgung 12 gelieferten Wechselspannung ein Steuersignal für den Schalter 50 ableitet. Zweckmäßig wird hierfür die Spannungsdifferenz zwischen der Leerlaufspannung und der Zündspannung der Hochspannungsversorgung 12 erfasst und in ein Stellsignal für den Schalter 50 umgesetzt.

Claims (13)

  1. Anordnung zur UV-Bestrahlung von Objekten, insbesondere zur Vernetzung von Beschichtungen, mit
    a) einer einen Gasentladungsraum (20) umfassenden, an ihren beiden Längsenden mit Lampenelektroden (22) versehenen und bei der Bestrahlung längsseitig auf das Objekt (28) ausgerichteten langgestreckten Mitteldruck-Gasentladungslampe (10), und
    b) einer Hochspannungsversorgung (12) zum Beaufschlagen der Lampenelektroden (22) mit Wechselspannung,
    c) einer über einen Entladungsbereich zwischen den Lampenelektroden (22) außerhalb des Gasentladungsraums (20) sich erstreckenden Zündhilfselektrode (14), und
    d) einer Zündschaltung (16) zum Auslösen einer zwischen den Lampenelektroden (22) innerhalb des Gasentladungsraums (20) sich ausbreitenden Gasentladung mittels der Zündhilfselektrode (14), wobei
    e) die Zündschaltung (16) das Spannungspotential der Lampenelektroden (22) gegenüber der Zündhilfselektrode (14) während der Lampenzündung erhöht,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    f) die Zündhilfselektrode (14) an einem Ende (34) auf Erdpotential liegt.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündschaltung (16) eine der Wechselspannung vorzugsweise als Gleichtaktspannung überlagerte Zündhilfsspannung erzeugt.
  3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündschaltung (16) an die Lampenelektroden (22) angeschlossen ist, und dass die Zündhilfselektrode (14) von den Lampenelektroden (22) galvanisch getrennt ist.
  4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampenelektroden (22) über Zuleitungen (24) mit der Hochspannungsversorgung (12) verbunden sind, und dass die Zündschaltung (16) in den Zuleitungen (24) angeordnet ist.
  5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungsversorgung (12) während der Lampenzündung eine gegenüber einer Betriebsspannung der Gasentladungslampe (10) erhöhte Zündspannung liefert.
  6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündschaltung (16) über eine Steuerungseinheit (48) durch ein aus der Wechselspannung der Hochspannungsversorgung (12) oder dem Lampenstrom der Gasentladungslampe (10) abgeleitetes Schaltsignal aktivierbar ist.
  7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Zündtransformator (40,42,44) zum Bereitstellen der Zündhilfsspannung, wobei der Zündtransformator eine Primärwicklung (40) und zwei Sekundärwicklungen (42) besitzt, wobei die Primärwicklung (40) mit Wechselspannung aus der Hochspannungsversorgung (12) oder einer gesonderten Spannungsquelle (46) beaufschlagt ist und die Sekundärwicklungen (42) in stromkompensierter Schaltung jeweils zwischen einem Abgriff der Primärwicklung (40) und einer Lampenelektrode (22) liegen.
  8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündschaltung (16) an eine der Lampenelektroden (22) und einseitig an die Zündhilfselektrode (14) angeschlossen ist, wobei die Gleitentladung über das freie Ende (30) der Zündhilfselektrode (14) ausgelöst wird.
  9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannung im Frequenzbereich von 10 kHz bis 1 MHz liegt.
  10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündhilfselektrode (14) durch ein metallisches Bauteil der Gasentladungslampe (10), insbesondere einen Reflektor, einen Shutter oder ein Gehäuseteil gebildet ist, und dass der seitliche Abstand zwischen Zündhilfselektrode (14) und Gasentladungslampe (10) während der Lampenzündung kleiner als im nachfolgenden Lampenbetrieb ist.
  11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündhilfselektrode (14) durch einen metallischen Leiterdraht gebildet ist.
  12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündhilfselektrode (14) außenseitig im seitlichen Abstand von einem Lampenrohr (18) der Gasentladungslampe (10) gehalten ist, so dass kein direkter Kontakt zwischen Zündhilfselektrode (14) und Lampenrohr (18) besteht.
  13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündhilfselektrode (14) durch ein Lampenrohr (18) der Gasentladungslampe (10) in Kombination mit einem umgebenden Fluid gebildet ist.
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