EP2522204A2 - Verfahren zum optimierten betrieb einer hochdruckentladungslampe - Google Patents

Verfahren zum optimierten betrieb einer hochdruckentladungslampe

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Publication number
EP2522204A2
EP2522204A2 EP11743211A EP11743211A EP2522204A2 EP 2522204 A2 EP2522204 A2 EP 2522204A2 EP 11743211 A EP11743211 A EP 11743211A EP 11743211 A EP11743211 A EP 11743211A EP 2522204 A2 EP2522204 A2 EP 2522204A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
discharge lamp
lamp
weighting factor
pressure discharge
burner
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11743211A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Baier
Bastian Dobler
Peter Flesch
Jürgen Müller
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.)
Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram GmbH filed Critical Osram GmbH
Publication of EP2522204A2 publication Critical patent/EP2522204A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/36—Controlling
    • H05B41/38—Controlling the intensity of light
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    • H05B41/392—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor
    • H05B41/3921—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations
    • H05B41/3922—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations and measurement of the incident light
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters
    • H05B41/295—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps with preheating electrodes, e.g. for fluorescent lamps
    • H05B41/298—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2981—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions
    • H05B41/2985—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions against abnormal lamp operating conditions
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/20—Responsive to malfunctions or to light source life; for protection

Definitions

  • the invention relates to a method for extending the life of a high pressure discharge lamp comprising a gas discharge lamp burner ⁇ of quartz glass. background
  • the invention is based on a method for extending the life of a high-pressure discharge lamp according to the preamble of the main claim.
  • DE 195 40 326 discloses a method for operating a high-pressure discharge lamp, in which the lamp voltage and the cumulative burning time are measured and based on the lamp voltage and the cumulative one
  • the power at the gas discharge lamp is he ⁇ increased to a maximum value of the burning voltage, wherein after reaching a maximum value of Burning voltage, the power at the gas discharge lamp is lowered again.
  • P nom is the nominal ⁇ performance of the high pressure discharge lamp
  • G (t) is a weighting- ⁇ weighting factor which depends on the cumulative burning period
  • G ( AP) is a weighting factor that depends on certain factors such as the number of lamp starts
  • G (U) is a weighting factor that depends on the lamp voltage.
  • the weighting factor G (AP) preferably depends on the light reduction caused by the devitrification of the gas discharge lamp burner of the high-pressure discharge lamp. Particularly preferably, the weighting factor G (AP) may also depend on the number of lamp starts.
  • weighting factor G may also depend on the duration of operation of the high pressure discharge lamp outside its nominal power range. Further advantageous developments and refinements of the method according to the invention for extending the service life of a high-pressure discharge lamp are evident from further dependent claims and from the following description.
  • the cumulative burning time is no longer applied to the high-pressure discharge lamp via the cumulative burning time, but the power is calculated from different weighting factors. Since the so-called devitrification of the quartz piston, the electrode burn-back and the chemical If the processes in the gas discharge lamp burner change during the service life and are significantly influenced by the operating temperature, it is important and helpful to control the operating temperature in addition to the cooling, above all with the aid of the introduced power.
  • the operating method provides in a first disclosed embodiment, one of the age of the HID burner, that is already ver ⁇ underlined operating hours, adjusted target power before.
  • the operating hours that have already elapsed are also referred to below as cumulative lamp burn times.
  • the elapsed time can be determined very easily and with the help of non-volatile memories, such as EEPROM, FLASH or FRAM, also log on the switched-off state of the high-pressure discharge lamp operating device away.
  • the power applied to the high-pressure discharge lamp according to the method of the invention is calculated as:
  • G (t) P Nom * G (t) * G (U) * G (AP).
  • G (t) describe the time ⁇ Liche a function of the elapsed operating time t G (U)
  • a modeling on the lamp voltage U and G (AP) summarizes the influence of other parameters such as the number of carried out ignitions or Devitrification of the gas discharge lamp burner etc. together. The factors can be used together, but also independently of each other.
  • Fig. 1 shows the curves of various parameters as a function of the cumulative lamp burn time.
  • the parameter curves are each plotted twice, once for a method according to the prior art with a constant over the life applied to the lamp power, and once for the inventive method with a variable over the life of the lamp applied power.
  • the solid lines represent the curves with optimized power control according to the inventive method and the dashed the without optimized power control according to the prior art.
  • the constant power P c applied over the cumulative burning time of the high-pressure discharge lamp is naturally a horizontal straight line. In the inventive method applied to the high-pressure discharge lamp power will now be reduced from a predetermined cumulative burning period to curb the progressive devitrification of Gasentla pressure discharge lamp burner.
  • the change from the range with nominal power into operation with reduced set power takes place by way of example. Later, at time t2, the target value of the lowered power is reached, for later times the lamp power remains at this value. Due to the transition to a lower power with increasing service life compared to a standard operation according to the prior art, the luminous flux t initially drops; But it is for a certain time later, if the luminous flux ⁇ ⁇ would already drop significantly when operating at a constant power due to the progressive devitrification, higher and offers a longer time extension, so that extends the lamp life. Here, above all, the long-term effect of slowed devitrification due to reduced power supply noticeable. High-pressure discharge lamps with a burner made of quartz glass show devitrification of the burner progressing with increasing cumulative burning time. This is reflected in an increasing roughness of the
  • Inner wall of the burner down which shows a reduced light ⁇ permeability and thus reduces the luminous flux ⁇ of the lamp.
  • the devitrification of the inner wall of the gas discharge lamp burner is now significantly slowed by a dependent of ver ⁇ different parameters power reduction from a certain cumulative lamp burn time to increase despite a lower applied to the high pressure discharge lamp power at advanced cumulative burning time compared to a normal operation.
  • Another advantage of reducing the devitrification is the prevention of the likelihood of the gas discharge lamp burner and the concomitant safety aspect.
  • An end-of-life voltage threshold beyond which operation must be stopped for safety reasons due to possible bursting of the gas discharge lamp burner can advantageously be shifted to higher values.
  • the reduction or increase in power can be done linearly with time as shown in the figure. However, it can also be carried out stepwise or exponentially.
  • the proposed linear change results in a virtually invisible change for the user.
  • power changes in the range of 1% to 15% are sufficient.
  • ⁇ the luminous flux is at constant applied to the high-pressure discharge lamp power
  • t the luminous flux during lamp operation with the inventive method.
  • ⁇ 0 is higher than t only for a short time after decreasing the power of the lamp due to the greater devitrification of the gas discharge lamp burner, the luminous flux decreases significantly more with the cumulative burning time as compared to when operating the high pressure discharge lamp with the inventive method.
  • the lamp voltage U t is increased during operation of the high pressure discharge lamp with the inventive procedural ⁇ ren with increasing cumulative burning time less than the lamp voltage U c in a conventional constant power operation.
  • FIG. 2 shows an exemplary graph of the weighting factor G (t) as a function of the cumulative lamp burn time.
  • the solid line describes the curve G (t) for a first embodiment of the method.
  • the factor G (t) is one until the time tl of the cumulative burning time, from this point on it is continuously lowered until the time t2, which can be about 1000h in the case of a commercially available pro - duction lamp, and then at a value of To stay 0.97. This value can vary from application to application and from lamp to lamp.
  • the power is raised somewhat at the beginning of the cumulative burning time, as shown in the dotted line in FIG.
  • the burner may be operated at a higher power than its nominal power to promote the diffusion of hydrogen from the burner.
  • the existing hydrogen significantly influences the WolframHalogen cycle and so the
  • Blackening of the inner glass bulb wall by dejection ⁇ genes tungsten has a negative effect on the luminous flux.
  • An increase of the power at the beginning of the burner life can positively influence the blackening behavior by accelerating the diffusion of hydrogen, moreover the luminous flux is higher per se due to the higher power at the beginning of the cumulative burning time.
  • the standard operation of the burner follows at its nominal power.
  • the power available to the burner is reduced from time t1. This reduces the thermal load on the glass bulb and thus also slows down the devitrification continues.
  • the electric Branding is also inhibited. Both have a positive effect on the reduction of the luminous flux.
  • the progress of the devitrification with the milky opacity of the glass bulb is reduced and, on the other hand, the widening of the emission site is reduced by the slower electrode burn-back. From the time t2, the voltage applied to the high-pressure discharge lamp ⁇ power again remains constant at 97% of nominal power.
  • FIG. 3 shows a graph of the weighting factor G (U) as a function of the lamp voltage.
  • G (U) is, as already described above, a modeling of the power P (t) over the lamp voltage U.
  • G (U) has the value one, and higher for low burning voltages, as they usually occur in new high-pressure discharge ⁇ lamps Burning voltages, as they usually occur at the end of life of high-pressure discharge ⁇ lamps, a reduced value of 0.97 in this example. Starting at 1, the value is continuously reduced starting from 1 until it reaches 0.97 for voltages greater than U2.
  • the lowering or the increase in power can be done linearly with the lamp voltage as shown in the figure. But it can also be conducted in stages or exponentially from ⁇ .
  • the proposed linear change results in a virtually invisible to the user Change. As exemplified in the graph, power changes in the range of 1% to 15% are sufficient.
  • Fig. 4 shows an exemplary graph of the weighting factor G (AP).
  • G (AP) describes the dependence of Leis ⁇ reduction processing by other factors, for example on the number of ignitions or the scattered light.
  • the light reduction caused by the devitrification was selected.
  • a sensor is necessary, which captures the radiation from the burner.
  • devitrification who should ⁇ here a sensor above the burner has been selected.
  • the devitrification starts at the top of the burner, where it is hottest, and reduces the "direct" radiation towards the sensor, as parts of the radiation are scattered away. If one selects a sensor in the near IR range, then the sensor can be placed outside of the reflector, since the reflector coating is often "transparent" in IR and UV. From the graph, it can be seen that, starting from a scattering radiation of, for example, 3%, the weighting factor G (AP) drops linearly from 100%. From a scattered radiation of, for example, 18%, the weighting factor G (AP) then remains the same again at 97%.
  • Fig. 5 shows an advantageous arrangement for measuring the light output of the gas discharge lamp burner to measure the scattered radiation ⁇ for the above embodiment Koen ⁇ NEN.
  • the gas discharge lamp burner 5 is embedded in a reflector 3, as usual with many projection lamps, but, as mentioned above, it is transparent to near IR radiation. Outside of this reflector a light ⁇ sensor 2 is now placed, which measures the direct radiation of the Gasentla pressure discharge lamp burner. Based on this measured value, the normalized light output of the gas discharge lamp burner ⁇ / ⁇ ⁇ ⁇ can be calculated, and from this due to the relationship of FIG. 4 the weighting factor G (AP).
  • AP weighting factor
  • the light sensor (2) for example, rotatably mounted around the main axis by the electrodes of the gas discharge lamp burner and always automatically adjust to the upper side of the burner with the stronger devitrification. Due to the thermals, the devitrification of the gas discharge lamp burner is always most pronounced on its upper side. As the top side of the upper Gasentladungslampenbren ⁇ agent is meant in the sense gravitatorischem.
  • the automatic adjustment can, for example, by using a sensor 2 attached opposite and heavier counterweight betechnikstel ⁇ ligt, which will always rotate on the underside of the gas discharge lamp burner. The simplicity of the mechanics ensures their secure use.
  • Many video pros have a position sensor to be able to react to such different operating conditions and to be able to adapt the image accordingly. This position sensor can be queried and based on this information, the corresponding light sensor 2 can be selected.
  • the above embodiment is merely exemplary for the calculation of the weighting factor G (AP).
  • this weighting factor can depend on various boundary conditions such as the number of ignitions, the operating time for powers outside the nominal range, the decrease in the luminous flux, etc. All these Fakto ⁇ ren fHessen in the calculation of the weighting factor G (AP) a. Often, however, a simple model as shown in Fig. 4 will suffice. Finally and in summary again the erfindungsge ⁇ mäße calculation of the optimal performance for a gas discharge lamp burner:

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verlängerung der Lebensdauer einer Hochdruckentladungslampe, aufweisend einen Gasentladungslampenbrenner aus Quarzglas, der mit einer zeitlich veränderlichen elektrischen Leistung P(t) betrieben wird, wobei die zeitlich veränderliche elektrische Leistung folgender Beziehung genügt: P (t) =PNom*G (t) *G (U) *G (AP); PNom ist dabei die Nominalleistung der Hochdruckentladungslampe, G (t) ist ein Gewichtungsfaktor, der von der kumulierten Brenndauer abhängt, G (AP) ist ein Gewichtungsfaktor, der von bestimmten Faktoren wie z.B. der Anzahl der Lampenstarts abhängt, und G (U) ist ein Gewichtungsfaktor, der von der Lampenspannung abhängt.

Description

Beschreibung
Verfahren zum optimierten Betrieb einer Hochdruckentla¬ dungslampe .
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verlängerung der Lebensdauer einer Hochdruckentladungslampe mit einem Gas¬ entladungslampenbrenner aus Quarzglas. Hintergrund
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Verlängerung der Lebensdauer einer Hochdruckentladungslampe nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der US 2008/0192211 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe bekannt, bei dem die Lampen¬ spannung gemessen wird und anhand der Lampenspannung ein vorbestimmter Lampenstrom eingestellt wird, so dass mit steigender Lampenspannung die an der Lampe angelegte Leistung sinkt, um den Elektrodenrückbrand zu verlangsamen. Eine zeitliche Abhängigkeit ist hier nicht gegeben.
Aus der DE 195 40 326 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe bekannt, bei dem die kumulierte Brenndauer der Gasentladungslampe gemessen wird, und mit steigender kumulierter Brenndauer die Leistung an der Gas- entladungslampe erhöht wird, um den altersbedingten Licht¬ stromverlust auszugleichen.
Aus der DE 195 40 326 schließlich ist ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe bekannt, bei dem die Lampenspannung und die kumulierte Brenndauer gemessen wird und anhand der Lampenspannung und der kumulierten
Brenndauer mit zunehmender kumulierter Brenndauer und mit zunehmender Lampenspannung die Leistung an der Gasentladungslampe bis zu einem Maximalwert der Brennspannung er¬ höht wird, wobei nach Erreichen eines Maximalwertes der Brennspannung die Leistung an der Gasentladungslampe wieder erniedrigt wird.
Au gabe
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum optimierten Betrieb einer Hochdruckentladungslampe anzugeben, welches entweder die nutzbare Lebensdauer der Hochdruckentladungs¬ lampe verlängert oder alternativ die Performance der Hoch¬ druckentladungslampe verbessert.
Zusammen assung Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum optimierten Betrieb einer Hochdruckentladungslampe, aufweisend einen Gasentladungslampenbrenner aus Quarzglas, der mit einer zeitlich veränderlichen elektrischen Leistung P(t) betrieben wird, wobei die zeitlich veränderliche elektrische Leistung folgender Beziehung genügt: P ( t ) =PNom*G ( t ) *G (U) *G (AP) , wobei PNom die Nominal¬ leistung der Hochdruckentladungslampe ist, G(t) ein Gewich¬ tungsfaktor ist, der von der kumulierten Brenndauer abhängt, G(AP) ein Gewichtungsfaktor ist, der von bestimmten Faktoren wie z.B. der Anzahl der Lampenstarts abhängt, und G (U) ein Gewichtungsfaktor ist, der von der Lampenspannung abhängt. Damit ist ein auf den Brenner der Hochdruckentla¬ dungslampe optimiertes Leistungsmanagement gewährleistet, welches die nutzbare Brenndauer der Hochdruckentladungslam- pe entweder verlängern kann oder alternativ die Performance der Hochdruckentladungslampe verbessert.
Dabei hängt der Gewichtungsfaktor G(AP) bevorzugt von der durch die Entglasung des Gasentladungslampenbrenners der Hochdruckentladungslampe verursachten Lichtreduktion ab. Besonders bevorzugt kann der der Gewichtungsfaktor G(AP) ebenfalls von der Anzahl der Lampenstarts abhängen.
Weiterhin kann der Gewichtungsfaktor G(AP) ebenfalls von der Betriebsdauer der Hochdruckentladungslampe außerhalb ihres nominalen Leistungsbereiches abhängen. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verlängerung der Lebensdauer einer Hochdruckentladungslampe ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Be- Schreibung.
Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identi sehen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen: eine Grafik der an die Lampe angelegten Leistung, der Brennspannung, des Lichtflusses und der
Entglasung in Abhängigkeit der kumulierten Lampenbrenndauer,
eine Grafik des Gewichtungsfaktors G(t) in Abhän¬ gigkeit von der kumulierten Lampenbrenndauer, eine Grafik des Gewichtungsfaktors G (U) in Abhän¬ gigkeit von der Lampenspannung U,
eine Grafik des Gewichtungsfaktors G(AP) in Abhängigkeit von der normierten Lichtabgabe des Gasentladungslampenbrenners ,
eine vorteilhafte Anordnung zur Messung der
Lichtabgabe des Gasentladungslampenbrenners.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird an die Hochdruckentladungslampe übe die kumulierte Brenndauer keine konstante Leistung mehr angelegt, sondern die Leistung wird aus verschiedenen Ge wichtungsfaktoren berechnet. Da sich die sog. Entglasung des Quarzkolbens, der Elektrodenrückbrand und die chemi- sehen Vorgänge im Gasentladungslampenbrenner während der Nutzungsdauer ändern und durch die Betriebstemperatur signifikant beeinflusst werden, ist es wichtig und hilfreich, die Betriebstemperatur neben der Kühlung vor allem auch mit Hilfe der eingebrachten Leistung zu kontrollieren.
Das Betriebsverfahren sieht in einer ersten Aus führungs form eine an das Alter des HID-Brenners , d.h. der bereits ver¬ strichenen Betriebsstunden, angepasste Sollleistung vor. Die bereits verstrichenen Betriebsstunden werden im Folgen- den auch als kumulierte Lampenbrenndauer bezeichnet. Die verstrichene Zeit lässt sich sehr einfach ermitteln und mit Hilfe von nichtflüchtigen Speichern, wie EEPROM, FLASH oder FRAM, auch über den ausgeschalteten Zustand des die Hochdruckentladungslampe betreibenden Betriebsgerätes hinweg mitprotokollieren.
Die an die Hochdruckentladungslampe angelegte Leistung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren berechnet sich zu:
P (t) =PNom*G (t) *G (U) *G (AP) . Hierbei beschreibt G(t) die zeit¬ liche Abhängigkeit von der bereits verstrichenen Betriebs- dauer t, G (U) eine Modellierung über der Lampenspannung U und G(AP) fasst den Einfluss anderer Parameter, wie z.B. der Zahl der durchgeführten Zündungen oder die Entglasung des Gasentladungslampenbrenners etc. zusammen. Die Faktoren können gemeinsam, aber auch unabhängig voneinander verwen- det werden.
Fig. 1 zeigt die Verläufe verschiedener Parameter in Abhängigkeit von der kumulierten Lampenbrenndauer. Die Parameterkurven sind jeweils doppelt aufgetragen, einmal für ein Verfahren nach dem Stand der Technik mit einer über die Lebensdauer konstanten an die Lampe angelegten Leistung, und einmal für das erfindungsgemäße Verfahren mit einer über die Lebensdauer variablen an die Lampe angelegten Leistung. Dabei repräsentieren die durchgezogenen Linien die Verläufe mit optimierter Leistungsregelung nach dem erfindungsgemäße Verfahren und die gestrichelten die ohne optimierter Leistungsreglung nach dem Stand der Technik. Die über die kumulierte Brenndauer der Hochdruckentladungs¬ lampe angelegte konstante Leistung Pc ist naturgemäß eine waagerechte Gerade. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun die an die Hochdruckentladungslampe angelegte Leistung ab einer vorbestimmten kumulierten Brenndauer erniedrigt, um die fortschreitende Entglasung des Gasentla¬ dungslampenbrenners einzudämmen. Zum Zeitpunkt tl findet beispielhaft der Wechsel vom Bereich mit nominaler Leistung in den Betrieb bei reduzierter Sollleistung statt. Später, zum Zeitpunkt t2 ist der Zielwert der abgesenkten Leistung erreicht, für spätere Zeiten verbleibt die Lampenleistung auf diesem Wert. Durch den Übergang zu einer geringeren Leistung bei ansteigender Lebensdauer gegenüber einem Standard-Betrieb nach dem Stand der Technik sinkt zwar zunächst der Lichtstrom t; Er ist aber dafür eine gewisse Zeit später, wenn der Lichtstrom Φα bei Betrieb mit konstanter Leistung auf Grund der fortschreitenden Entglasung bereits deutlich absinken würde, höher und bietet eine längere zeitliche Ausdehnung, so dass sich die Lampenlebensdauer verlängert. Hier macht sich vor allen Dingen der Langzeiteffekt der verlangsamten Entglasung auf Grund von reduzierter Leistungszufuhr bemerkbar. Hochdruckentladungslampen mit einem Brenner aus Quarzglas zeigen eine mit steigender kumulierter Brenndauer fortschreitende Entglasung des Bren- ners . Dies schlägt sich in einer zunehmenden Rauhung der
Innenwand des Brenners nieder, die eine verringerte Licht¬ durchlässigkeit zeigt und damit den Lichtstrom Φ der Lampe erniedrigt. Erfindungsgemäß wird nun durch eine von ver¬ schiedenen Parametern abhängige Leistungserniedrigung ab einer bestimmten kumulierten Lampenbrenndauer die Entglasung der Innenwand des Gasentladungslampenbrenners deutlich verlangsamt, um trotz einer niedrigeren an die Hochdruckentladungslampe angelegten Leistung den Lichtstrom bei fortgeschrittener kumulierter Brenndauer gegenüber einem Normalbetrieb zu erhöhen. Ein weiterer Vorteil durch die Reduktion der Entglasung ist die Verhinderung der Platzwahrscheinlichkeit des Gasentladungslampenbrenners und der damit einhergehende Sicherheitsaspekt. Eine End-Of-Life Spannungsschwelle, bei deren Überschreitung der Betrieb aus Sicherheitsgründen wegen einem möglichen Platzen des Gasentladungslampenbrenners abgebrochen werden muss, kann vorteilhaft zu höheren Werten hin verschoben werden.
Die Absenkung bzw. die Anhebung der Leistung kann wie in der Figur dargestellt linear mit der Zeit geschehen. Sie kann aber auch stufenweise oder exponentiell ausgeführt werden. Bei der vorgeschlagenen linearen Änderung ergibt sich eine für den Benutzer praktisch nicht sichtbare Veränderung. Wie in der Graphik beispielhaft dargestellt, sind Leistungsänderungen im Bereich von 1% bis 15% ausreichend.
Φο ist der Lichtstrom bei konstanter an die Hochdruckentla¬ dungslampe angelegter Leistung, t ist der Lichtstrom beim Betrieb der Lampe mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Φ0 ist nur für eine kurze Zeit nach erniedrigen der Leistung an der Lampe höher als t aufgrund der stärkeren Entglasung des Gasentladungslampenbrenners fällt der Lichtstrom mit fortschreitender kumulierter Brenndauer deutlich stärker ab als bei einem Betrieb der Hochdruckentladungslampe mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Auch die Lampenspannung Ut erhöht sich bei Betrieb der Hochdruckentladungslampe mit dem erfindungsgemäßen Verfah¬ ren mit zunehmender kumulierter Brenndauer weniger als die Lampenspannung Uc bei einem konventionellen Betrieb mit konstanter Leistung.
Die Wirkung ist deutlich an der Entglasungskurve D zu se¬ hen, bei konventionellen Betrieb mit konstanter Leistung steigt die Entglasung Dc kontinuierlich mit der kumulierten Brenndauer an während bei erfindungsgemäßen Betrieb der Hochdruckentladungslampe die Entglasung Dt ab dem Zeitpunkt der Leistungsreduzierung nur noch in sehr geringem Maße ansteigt. Dies ist auf die verminderte Belastung der Bren¬ nerinnenwand bei niedrigerer Leistung zurückzuführen. Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Grafik des Gewichtungsfak- tors G(t) in Abhängigkeit von der kumulierten Lampenbrenndauer. Die Durchgezogene Linie beschreibt die Kurve G(t) für eine erste Aus führungs form des Verfahrens. Der Faktor G(t) ist bis zum Zeitpunkt tl der kumulierten Brenndauer eins, ab diesem Zeitpunkt wird er bis zum Zeitpunkt t2, der bei einer marktüblichen Pro ektionslampe bei etwa 1000h liegen kann, kontinuierlich erniedrigt, um dann ab diesem Zeitpunkt bei einem Wert von 0,97 zu bleiben. Dieser Wert kann von Anwendung zu Anwendung und von Lampe zu Lampe variieren .
In einer zweiten Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Leistung zu Beginn der kumulierten Brenndauer etwas angehoben, wie in der gepunkteten Linie in Fig. 2 gezeigt. Innerhalb der ersten 150 Stunden, d.h. bis zum Zeitpunkt tOa kann der Brenner zum Beispiel mit einer gegenüber seiner Nominalleistung erhöhten Leistung betrieben werden, um die Diffusion von Wasserstoff aus dem Brenner zu begünstigen. Der vorhandene Wasserstoff beeinflusst wesentlich den WolframHalogen-Kreisprozess und so die
Schwärzung der inneren Glaskolbenwand durch niedergeschla¬ genes Wolfram. Eine mögliche Schwärzung wirkt sich negativ auf den Lichtstrom aus. Eine Überhöhung der Leistung am Anfang der Brennerlebensdauer kann das Schwärzungsverhalten durch Beschleunigung der Diffusion von Wasserstoff positiv beeinflussen, außerdem ist der Lichtstrom durch die höhere Leistung am Anfang der kumulierten Brenndauer an sich höher .
Anschließend folgt nach einer linearen Leistungsreduzierung zum Zeitpunkt tOb der Standard-Betrieb des Brenners bei seiner nominalen Leistung. Nach einer für den Brennertyp charakteristischen (und experimentell bestimmten) Zeit wird ab dem Zeitpunkt tl die dem Brenner zur Verfügung gestellte Leistung verringert. Hierdurch verringert sich die thermische Belastung des Glaskolbens und damit verlangsamt sich auch ein Weitervoranschreiten der Entglasung. Der Elektro- denrückbrand wird ebenso gehemmt. Beides wirkt sich positiv auf die Verringerung des Lichtstroms aus. Zum einen ist das Fortschreiten der Entglasung mit der milchigen Trübung des Glaskolbens verringert, zum anderen die Aufweitung des Abstrahlortes durch den verlangsamten Elektrodenrückbrand gemindert. Ab dem Zeitpunkt t2 bleibt die an die Hochdruck¬ entladungslampe angelegte Leistung wieder konstant bei 97% der Nominalleistung.
In einer anderen Aus führungs form des erfindungsgemäße Verfahrens, die auf maximale Performance der Hochdruckentla¬ dungslampe und nicht auf maximale Lebensdauer ausgelegt ist, bleibt die Leistung zwischen dem Zeitpunkt tl und dem Zeitpunkt tl' bei der Nominalleistung (gestrichelte Linie), um dann bis zum Zeitpunkt t2' auf ca. 105% der Nominalleis¬ tung angehoben zu werden, um die Lichtstromverluste durch die Kolbenschwärzung und den Elektrodenrückbrand auszuglei¬ chen. Das Lebensdauerende ist dann allerdings sehr schnell erreicht, da die Leistung nicht weiter gesteigert werden kann, der Lichtstrom aber aufgrund der oben genannten Effekte schnell absinken wird.
Fig. 3 zeigt eine Grafik des Gewichtungsfaktors G (U) in Abhängigkeit von der Lampenspannung. G (U) ist, wie oben schon beschrieben, eine Modellierung der Leistung P(t) über der Lampenspannung U. G (U) hat für niedrige Brennspannungen, wie sie üblicherweise bei neuen Hochdruckentladungs¬ lampen auftreten, den Wert eins, und für höhere Brennspannungen, wie sie am Lebensdauerende von Hochdruckentladungs¬ lampen üblicherweise auftreten, einen reduzierten Wert von in diesem Beispiel 0,97. Der Wert wird ab einer bestimmten Spannung Ul ausgehend von 1 kontinuierlich reduziert, bis er für Spannungen größer U2 den Wert 0,97 erreicht.
Die Absenkung bzw. die Anhebung der Leistung kann wie in der Figur dargestellt linear mit der Lampenspannung geschehen. Sie kann aber auch stufenweise oder exponentiell aus¬ geführt werden. Bei der vorgeschlagenen linearen Änderung ergibt sich eine für den Benutzer praktisch nicht sichtbare Veränderung. Wie in der Graphik beispielhaft dargestellt, sind Leistungsänderungen im Bereich von 1% bis 15% ausreichend .
Fig . 4 zeigt eine beispielhafte Grafik des Gewichtungsfak- tors G(AP) . G(AP) beschreibt die Abhängigkeit der Leis¬ tungsreduktion von anderen Faktoren, z.B. von der Anzahl der Zündungen oder dem Streulicht. Hier wurde als beispiel¬ hafte Aus führungs form die Lichtreduktion, verursacht durch die Entglasung, gewählt.
Dazu ist ein Sensor notwendig, der die Strahlung vom Brenner auffängt. Da ein Bezug zur Entglasung hergestellt wer¬ den soll, wurde hier ein Sensor über dem Brenner gewählt. Die Entglasung startet oben am Brenner, dort wo es am heißesten ist und reduziert die "direkte" Strahlung in Rich- tung Sensor, da Anteile der Strahlung weggestreut werden. Wählt man einen Sensor im nahen IR-Bereich, so kann der Sensor außerhalb des Reflektors platziert werden, da die Reflektorbeschichtung häufig im IR und UV "durchsichtig" ist. Aus der Grafik geht hervor, dass ab einer Streustrah- lung von beispielsweise 3% der Gewichtungsfaktor G(AP), ausgehend von 100% linear absinkt. Ab einer Streustrahlung von beispielsweise 18% bleibt der Gewichtungsfaktor G(AP) dann wieder gleich bei 97%.
Fig . 5 zeigt eine vorteilhafte Anordnung zur Messung der Lichtabgabe des Gasentladungslampenbrenners, um die Streu¬ strahlung für das obige Ausführungsbeispiel messen zu kön¬ nen. Der Gasentladungslampenbrenner 5 ist, wie bei vielen Pro ektionslampen üblich, in einen Reflektor 3 eingebettet, der aber, wie oben erwähnt, für nahe IR-Strahlung durch- sichtig ist. Außerhalb dieses Reflektors ist nun ein Licht¬ sensor 2 plaziert, der die direkte Strahlung des Gasentla¬ dungslampenbrenners misst. Anhand dieses Messwertes kann die normierte Lichtabgabe des Gasentladungslampenbrenners Φ/Φηοιη berechnet werden, und daraus aufgrund der Beziehung aus Fig . 4 der Gewichtungsfaktor G(AP) . Da die Projektoren auf dem Tisch stehend oder aber auch Überkopf an der Decke hängend zu betreiben sind und damit das Oben der Lampe nicht per se festgelegt ist, kann der Lichtsensor (2) z.B. drehbar um die Hauptachse durch die Elektroden des Gasentladungslampenbrenners gelagert sein und sich so automatisch immer auf die oben liegende Seite des Brenners mit der stärkeren Entglasung einstellen. Durch die Thermik prägt sich die Entglasung des Gasentladungslampenbrenners stets an seiner Oberseite am stärksten aus. Als Oberseite ist die obere Seite des Gasentladungslampenbren¬ ners in gravitatorischem Sinne gemeint. Die automatische Einstellung kann z.B. durch mit ein dem Sensor 2 gegenüberliegend befestigtem und schwererem Gegengewicht bewerkstel¬ ligt werden, welches sich immer auf die Unterseite des Gasentladungslampenbrenners drehen wird. Die Schlichtheit der Mechanik sorgt dabei für deren gesicherten Einsatz.
Eine weitere Möglichkeit bestünde in der zweifachen Ausfüh¬ rung des Lichtsensors 2 für den normalen Betrieb z.B. auf einem Tisch und den Überkopfbetrieb z.B. an einer Decke. Viele Videopro ektoren besitzen einen Lagesensor um eben auf solche unterschiedlichen Betriebszustände reagieren zu können und das Bild entsprechend anpassen zu können. Dieser Lagesensor kann abgefragt werden und aufgrund dieser Information kann der entsprechende Lichtsensor 2 ausgewählt werden .
Obige Aus führungs form ist lediglich beispielhaft für die Berechnung des Gewichtungsfaktors G(AP) . Dieser Gewichtungsfaktor kann, wie oben schon erwähnt, von verschiedenen Randbedingungen wie der Anzahl der Zündungen, der Betriebsdauer bei Leistungen ausserhalb des nominalen Bereiches, der Abnahme des Lichtstroms etc. abhängen. All diese Fakto¬ ren fHessen in die Berechnung des Gewichtungsfaktors G(AP) ein. Oft wird aber ein einfaches Modell, wie in Fig. 4 gezeigt, ausreichend sein. Abschließend und zusammenfassend nochmals die erfindungsge¬ mäße Berechnung der optimalen Leistung für einen Gasentladungslampenbrenner :
Popt = G(t) * G(U) * G(AP) * Pnominal
Bezugszeichenliste
Pc An die Hochdruckentladungslampe angelegte konstante Leistung über der Brenndauer nach dem Stand der Technik
P(t) An die Hochdruckentladungslampe angelegte variable Leistung über der Brenndauer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
Φ0 Lichtstrom bei konstanter Leistung Pc
Φί Lichtstrom bei variabler Leistung P(t)
Uc Lampenspannung bei konstanter Leistung Pc
Ut Lampenspannung bei variabler Leistung P(t)
Dc Entglasung bei konstanter Leistung Pc
Dt Entglasung bei variabler Leistung P(t) G(t) Gewichtungsfaktor in Abhängigkeit von der kumulierten Lampenbrenndauer
G (U) Gewichtungsfaktor in Abhängigkeit von der
Lampenspannung
G(AP) Gewichtungsfaktor in Abhängigkeit von ver- schiedenen Bedingungen
2 Strahlungssensor
3 Reflektor
4 Entglasungspunkt
5 Gasentladungslampenbrenner

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum optimierten Betrieb einer Hochdruckentladungslampe, aufweisend einen Gasentladungslampenbrenner (5) aus Quarzglas, der mit einer zeitlich veränderlichen elektrischen Leistung P(t) betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlich veränderliche elektrische Leistung folgender Beziehung genügt: P (t) =PNom*G (t) *G (U) *G (AP) , wobei PNom die Nominalleis¬ tung der Hochdruckentladungslampe ist, G(t) ein Ge¬ wichtungsfaktor ist, der von der kumulierten Lampenbrenndauer abhängt, G(AP) ein Gewichtungsfaktor ist, der von bestimmten Faktoren wie z.B. der Anzahl der Lampenstarts abhängt, und G (U) ein Gewichtungsfaktor ist, der von der Lampenspannung abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtungsfaktor G(AP) von der durch die Entglasung des Gasentladungslampenbrenners (5) der Hochdruckentladungslampe verursachten Lichtreduktion abhängt .
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtungsfaktor G(AP) von der Anzahl der Lampenstarts abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtungsfaktor G(AP) von der Betriebsdauer der Hochdruckentladungslampe außerhalb ih¬ res nominalen Leistungsbereiches abhängt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entglasung mittels eines Lichtsensors (2) an der oberen Seite des Gasentladungslampenbrenners (5) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (2) mechanisch derart aufgehängt ist, dass er um eine Achse, welche die beiden Lampen- elektroden des Gasentladungslampenbrenners (5) bilden rotiert und sich immer an der Oberseite des Gasentla¬ dungslampenbrenners befindet.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lichtsensoren (2) vorhanden sind, wobei der an der Oberseite des Gasentladungslampenbrenners (5) liegende Lichtsensor (2) über einen Lagesensor fü die Messung der Entglasung ausgewählt wird.
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Inventor name: BAIER, MARKUS

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