EP3532434A1 - Lamp system having a gas-discharge lamp and operating method adapted therefor - Google Patents

Lamp system having a gas-discharge lamp and operating method adapted therefor

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EP3532434A1
EP3532434A1 EP17784957.7A EP17784957A EP3532434A1 EP 3532434 A1 EP3532434 A1 EP 3532434A1 EP 17784957 A EP17784957 A EP 17784957A EP 3532434 A1 EP3532434 A1 EP 3532434A1
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EP
European Patent Office
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light intensity
control
gas discharge
discharge lamp
lamp
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EP17784957.7A
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German (de)
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EP3532434B1 (en
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Jan Winderlich
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Heraeus Noblelight GmbH
Original Assignee
Heraeus Noblelight GmbH
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Publication date
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    • H01J61/12—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature
    • H01J61/18—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having a metallic vapour as the principal constituent
    • H01J61/20—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having a metallic vapour as the principal constituent mercury vapour

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a lamp system, with a gas discharge lamp, an electronic ballast and with a control unit for controlling a power-influencing controlled variable of the lamp system.
  • the present invention relates to a lamp system for carrying out the method, comprising a gas discharge lamp, an electronic ballast and a control unit for controlling a power-influencing controlled variable of the lamp system.
  • Gas discharge lamps are mercury vapor lamps, fluorescent lamps or sodium vapor lamps. The emission performance of mercury-containing UV discharge lamps shows a maximum at a specific
  • a tempering of the amalgam deposit was proposed.
  • a temperature sensor is arranged in the region of the amalgam depot, and depending on the determined temperature, the amalgam depot is heated by means of an adjustable heater.
  • the surface temperature of the lamp bulb is measured by means of a temperature sensor and at the same time the UV radiation emission is measured by means of a UV sensor.
  • the lamp be cooled or heated as a function of the determined temperature via a fan unit.
  • GB 2 316 246 A describes a dimmable fluorescent lamp, which is equipped with an independent and can be controlled separately from the actual power current heating circuit for the lamp heating.
  • the power requirement for the electric heater is detected by a temperature sensor.
  • an electronic ballast and a cooling element which can be adjusted via a control unit, are provided for cooling the gas discharge lamp.
  • the lamp voltage be used as the controlled variable at constant lamp current and the cooling power as the manipulated variable.
  • the nominal lamp current is applied when the UV lamp is switched on and as a rule kept almost constant during the operation of the UV lamp.
  • Altered operating conditions of the UV lamp, in particular the temperature lead to undesirable changes in the emission performance.
  • some prior knowledge of the radiator type is needed, for example to adapt a temperature control loop. Due to lamp aging occurring changes that would require an adjustment of the electrical connection power, are also not considered.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method for operating a gas discharge lamp, which allows operation with high emission power regardless of their design and any changes due to lamp aging, especially if the optimum operating temperature is not known.
  • this object is achieved on the basis of a method of the aforementioned type in that a light intensity control is provided, measured by means of a light sensor, an actual value of a light emitted from the gas discharge lamp light intensity and the emitted light intensity is used as a controlled variable.
  • Gas discharge lamps are usually power-controlled, sometimes operated under current control, the connected load or the Connection current to an optimum concentration of the charge carrier in the discharge space or optimal temperature and thus maximum light intensity are designed. Demeneterrorism is reacted in conventional lamp systems to deviations of the ambient temperature and concomitant changes in the operating temperature of the gas discharge lamp by adjusting operating parameters such as current, voltage or temperature of an amalgam. .
  • the light intensity of the gas discharge lamp forms the power-influencing desired value of the control.
  • the emitted light intensity is therefore not only measured, as usual, but it is also controlled by a value acting on the light intensity control value of the lamp control to a maximum or a predetermined threshold, which is lower than the actual maximum value of the emission. If the term “maximum” of the light intensity is mentioned below, this term also encompasses a "predetermined threshold value of the light intensity", unless expressly stated to the contrary.
  • the light intensity, in particular the emitted UV power always remains in the range of the setpoint, ie the maximum or the predetermined threshold, regardless of the ambient conditions, even if neither the current operating temperature nor an optimum operating temperature are known.
  • the maximum of the light intensity may generally be specified for a lamp type and then may not have to be determined for each individual gas discharge lamp. In another embodiment, the maximum of
  • Light intensity for each gas discharge lamp factory determined individually.
  • the individually determined desired value is stored in a memory unit of the lamp system, which is read out by the control unit when the gas discharge lamp is switched on.
  • the current maximum of the light intensity when switching on the gas discharge lamp not known and is determined individually when switching on the gas discharge lamp.
  • this individual determination takes place each time the lamp is switched on or in predetermined switch-on cycles and / or operating periods.
  • the operating method according to the invention is preferably used in a gas discharge lamp which emits UV radiation.
  • the spectral range for ultraviolet radiation which is decisive for the gas discharge lamp extends between 184 nm over predominantly 254 nm up to 380 nm.
  • a light intensity containing UV light from the wavelength range from 170 to 380 nm is also preferably used as the light intensity to be controlled preferably, the intensity of a UV radiation emitted by the gas discharge lamp comprising radiation of the wavelength of 254 nm.
  • the emission spectrum of mercury vapor discharge lamps shows a characteristic and pronounced line at 254 nm (UVC radiation), which is very well suited for regulation.
  • the control technology knows under the keyword "extreme value control" a number of methods for finding a maximum of a controlled variable and the subsequent control to this maximum detected.
  • a preferred method variant of the method according to the invention therefore provides that a target value for a manipulated variable is determined by means of extreme value control, in which case the light intensity assumes a maximum or a predefined threshold value.
  • the extreme value control comprises a maximum value determination of the light intensity and, as a result, the control unit is given a setpoint value for the control variable, ie for the light intensity. This setpoint remains constant during the subsequent phase of operation, or it is continually reset, from time to time or as needed.
  • this is designed as a two-point control, in which the manipulated variable is set during a start phase to at least two output values, one of which Temperature increase, and of which the other causes a decrease in temperature of the gas discharge lamp, wherein both due to the temperature increase and as a result of the temperature reduction, a maximum of the light intensity is reached and exceeded, and that set as the target value of the manipulated variable, a value between the one and the other output value becomes.
  • the two-point control is based on the fact that the controlled variable, ie here the light intensity as a function of the manipulated variable has a relative maximum.
  • the controlled variable ie here the light intensity as a function of the manipulated variable has a relative maximum.
  • amalgam lamps exhibit maximum UV power at a specific mercury vapor pressure, which in turn is correlated with the temperature of the amalgam reservoir.
  • the temperature of the amalgam deposit may in turn depend on another parameter, such as the cooling or heating power of a tempering element acting on the amalgam deposit.
  • This type of dependence of the light intensity on a manipulated variable with a pronounced maximum is shown schematically in FIG. 3a. It allows the maximum to be subtracted with two output values of the manipulated variable (or the parameter correlated therewith) on both sides of the maximum, the output values being changed such that the maximum in the illustration of FIG. 3a is once from the left side and once from the right side Page is reached and exceeded.
  • the two-point control applied here is particularly suitable for use in comparatively sluggish control systems, as is the case with the light intensity of the gas discharge lamp.
  • this comprises a determination of the curvature of a transfer function of manipulated variable and the light intensity, the target value being determined on the basis of the maximum of the light intensity.
  • This embodiment of the extreme value determination is particularly well suited for the control since, once the optimum has been reached, the manipulated variable no longer changes under constant environmental conditions (in contrast to the 2-point control and classic "extremum seeking control" algorithms)
  • the determination of the curvature does not require any elaborate determination of the maximum of the light intensity and allows continuous control without steps.It can handle comparatively few control actions, which has a positive effect on the lifetime of the actuator supplying the manipulated variable, such as a fan, and is therefore also acoustic less noticeable than other regulations.
  • this control method proves to be particularly suitable for use in the comparatively sluggish control system as compared to other methods of extreme value control as here.
  • a deviation of the light intensity from a previously determined maximum may indicate a change in the environment of the gas discharge lamp, in particular a temperature change with an influence on the light intensity; such as the temperature of an amalgam deposit. It makes sense to use the relevant temperature or a variable parameter mathematically uniquely correlated variable parameters as a control variable of the light intensity control.
  • a particularly preferred variant of the method is characterized in that an operating temperature of the gas discharge lamp influencing the light intensity can be changed by means of a tempering element with controllable temperature control, and that the temperature control output is used as a control variable of the control unit.
  • the tempering takes place by using a gaseous, liquid or solid tempering.
  • the tempering element is embodied, for example, as a pelletizing element or as an array, a plurality of pelletizing elements.
  • the operating temperature is for example a characteristic temperature in the region of the surface of the gas discharge lamp or the temperature of an amalgam depot.
  • the tempering comprises increasing, reducing and maintaining this temperature by means of the tempering element.
  • the use of a fan with PWM-controlled ventilation performance as a tempering element has proven to be particularly effective, whereby the ventilation capacity is used as a control variable of the control.
  • the fan With fan control using PWM (pulse width modulation), the fan has its own control chip. In contrast to fan control with variable voltage, PWM fan control has no start-up voltage below which the fan rotor stops rotating. As a result, the speed can be reduced down to very small values. In addition, eliminates the problem of waste heat through the variable resistance in the voltage regulation in the PWM control.
  • the temperature control as a control variable of the control here is the ventilation power, which can be specified, for example in revolutions of the fan rotor per unit time or as a mass or volume flow of a gaseous tempering. Cooling and heating processes, such as here the tempering of the gas discharge lamp, basically cause a sluggish control system, for which a continuous regulation via PWM has proved to be particularly advantageous.
  • the control unit for adjusting the operating temperature outputs a control signal regulating the cooling power to the temperature control element.
  • the light intensity measured as a controlled variable can relate to the emission of a specific wavelength and / or to that of a wavelength range.
  • a method variant has proved particularly suitable in which light intensity Did the intensity of a UV radiation emitted by the gas discharge lamp is used, which includes radiation of the wavelength of 254 nm.
  • a threshold value of the light intensity is predetermined, the undershoot of which marks the end of the service life of the gas discharge lamp, wherein this threshold value is used as the desired value of the light intensity control
  • a drop to, for example, 50% to 90% of the initial power can be defined as the end of the lamp life.
  • a gas discharge lamp with constant UV power can be operated according to the specified threshold value over its entire lifetime. This procedure is hereafter referred to as "life-time compensation.”
  • the UV intensity setpoint D is set to a lower threshold that marks the emitter's life, for example, 50-90% of the initial maximum light intensity.
  • the "lifetime compensation" operating parameters that affect the light intensity such as supply voltage, flow or power or the temperature of an amalgam deposit, are adjusted in standard mode so that one of the maximum possible light intensity UV ma x reduced adjusts light intensity at a lower, relative intensity maximum UV D except.
  • the light intensity is controlled at this lower preferred maximum UV D Auer, wherein for the above-described extreme-value control can be applied according to the invention.
  • the purpose verrin- siege, lower, relative maximum UV D In this case, except for the light intensity, the setpoint is replaced by the absolute maximum UVmax of the light intensity.
  • the operating parameters which have an effect on the light intensity such as supply voltage, current or power or the temperature of an amalgam depot, are optimally adjusted in standard operation, so that theoretically the maximum possible light intensity UV m ax could be generated.
  • Threshold of the light intensity set as the setpoint of the temperature control is not set to the maximum light intensity UVmax, but, for example, to a value that is 10 to 50 percentage points below this maximum value.
  • the abovementioned object is achieved on the basis of a lamp system of the type mentioned in the introduction by providing a light sensor for determining an actual value of a light intensity emitted by the gas discharge lamp, and the control is designed as a light intensity control, in which the emitted light intensity is used as a controlled variable, wherein applied to a signal input of the control unit, the actual value of the light intensity as an input signal.
  • the light intensity of the gas discharge lamp is the power-influencing desired value of the control.
  • a sensor is provided for measuring the emitted light intensity.
  • the sensor preferably a UV sensor, is part of the gas discharge lamp or it is positioned in the emission region of the gas discharge lamp, for example in a base or a frame or a housing of the lamp system.
  • the UV sensor is designed such that it detects the emission of a specific wavelength and / or the emission of a wavelength range, preferably UV radiation emitted by the gas discharge lamp which comprises radiation of the wavelength of 254 nm.
  • the control is designed for extreme value control. It is suitable for regulating the light intensity to a maximum or a predetermined threshold value. As a result, the light intensity, in particular the emitted UV power, always remains within the range of the setpoint value, that is to say the maximum or the predefined threshold value, regardless of the ambient conditions.
  • the maximum of the light intensity can generally be specified for a lamp type, it can be determined individually for each gas discharge lamp at the factory or it is read out when the gas discharge lamp is switched on by the control unit.
  • the control unit comprises a device for extreme value control, in which a target value for a manipulated variable is determined at which the light intensity assumes a maximum or a predetermined threshold value.
  • the extreme value control is preferably carried out as a two-point control or as a determination of the curvature of a transfer function of manipulated variable and the light intensity.
  • the relevant explanations regarding the method according to the invention also apply to the lamp system.
  • the manipulated variable used is preferably the temperature of an amalgam depot of the gas discharge lamp.
  • the lamp system is preferably equipped with a tempering with adjustable temperature control, which is adapted to change the light intensity affecting operating temperature of the gas discharge lamp, wherein the operating temperature or a correlated with the operating temperature parameter applied to a signal input of the control unit and is used as a control variable of the light intensity control ,
  • the tempering works with a gaseous, liquid or solid temperature control.
  • the tempering element is embodied, for example, as a pelletizing element or as an array, a plurality of pelletizing elements.
  • the operating temperature is for example a characteristic temperature in the region of the surface of the gas discharge lamp or the temperature of an amalgam depot.
  • the tempering comprises increasing, reducing and maintaining this temperature by means of the tempering element.
  • a tempering element with controllable cooling or heating power, in particular a fan with PWM-regulated ventilation power, which is connected to the control unit, has proven particularly useful.
  • FIG. 1 shows a lamp system for generating ultraviolet radiation with a
  • FIG. 2 shows a diagram to illustrate the determination of the maximum of the light intensity by means of a 2-point control
  • FIG. 3 shows a diagram to illustrate the adjustment of the maximum of the light intensity by means of a control based on the determination of the curvature of a transfer function of manipulated variable and the light intensity
  • Figure 4 is a diagram with the time courses of UV intensity
  • FIG. 1 shows a lamp system for the generation of ultraviolet radiation, to which the reference numeral 10 is assigned overall.
  • the lamp system comprises a low-pressure amalgam radiator 11, an electronic ballast 14 for the low-pressure amalgam radiator 11, a radial fan 15 for cooling the low-pressure amalgam radiator 11 and a control unit 16 for the radial fan 15.
  • the low-pressure amalgam radiator 1 1 is operated with a substantially constant lamp current with a nominal power of 200 W (at a nominal lamp current of 4.0 A). It has a luminous length of 50 cm, a radiator outer diameter of 28 mm and a power density of about 4 W / cm.
  • the discharge space 12 which is filled with a gas mixture of argon and neon (50:50), there are two helical electrodes 18a, 18b, between which operation a discharge arc is ignited.
  • At least one amalgam deposit 13 is located in the discharge space 12 at a gold point of the enveloping piston.
  • the enveloping piston of the low-pressure amalgam radiator 11 is closed at both ends with pinches 17, through which a power supply 18 is guided and which are held in sockets 23.
  • a storage element 22 is arranged in the form of an EEPROM.
  • the separate memory chip in the base of the gas discharge lamp is dispensed with and the required data is stored in the central control unit 16.
  • a UV sensor 24 is arranged in the vicinity of the one envelope end. It is a commercially available photodiode made of silicon carbide (SiC), which is characterized by daylight insensitivity and long-term stability. It detects UVC radiation including the wavelength of 254 nm, a main emission line of the low-pressure amalgam radiator 11.
  • the UV sensor 24 is connected to the control unit 16 via a data line 25. During operation, the control unit 16 determines the UVC light intensity measured by the UV sensor 24 as the actual value UV s t. the light intensity control.
  • the low-pressure amalgam radiator 1 1 is operated on the electronic ballast 14 and connected thereto via the connection lines 20.
  • the electronic ballast 14 furthermore has a mains voltage connection 19.
  • the radial fan 15 has a PWM signal (pulse width modulation) for speed control of the rotor. The speed determines its cooling capacity, which is adjustable by a cooling air volume flow between 0 and 200 m 3 / h.
  • the light intensity serves as a variable setpoint and the cooling capacity of the radial fan 15 forms the control value of the lamp control.
  • the light intensity is regulated to a maximum or to a predetermined threshold, which is lower than the actual maximum value of the emission. As a result, the light intensity always remains in the range of the setpoint, ie the maximum or the predetermined
  • Threshold regardless of the environmental conditions. In the following, operating and control procedures will be explained in more detail by means of three methods.
  • the diagram of Figure 2 illustrates a procedure for determining the target value of the light intensity using the example of a two-point control. It shows time courses of measured light intensity (curve A), cooling power (curve B, measured as PWM) and temperature of the amalgam reservoir 13 (curve C, measured by means of an IR sensor). On the left ordinate the light intensity UV measured by the UV sensor is plotted in mW / cm 2 , and on the right ordinate the cooling air volume flow PWM is plotted in m 3 / h. In the case of the temperature profile (curve C) also entered into the diagram, the temperatures are not specifically scaled relative values. The unit of the time axis t is seconds (s).
  • the fan 15 (curve B) remains initially off.
  • the UV light intensity (curve A) increases rapidly, reaches a maximum and then drops off.
  • the drop in UV light intensity can be attributed to too high a temperature of the envelope bulb of the lamp and the amalgam deposit 13 (curve C).
  • the fan 15 so long at maximum speed (fan ma x) operated until the lamp bulb (more precisely, the temperature of the amalgam reservoir 13) is supercooled and therefore the UV light intensity drops again.
  • the duration of this period is t max.
  • the fan 15 is operated for a duration t m in at low speed (fan, TM) (so that it is just still rotating) until the gas discharge lamp overheats again and the UV light intensity drops again.
  • the result of this start phase is an initial value for the standard speed of the fan 15, as used in the further operation of the gas discharge lamp as a measure of the cooling capacity.
  • This standard speed can be calculated as follows:
  • Standard fan (ax * tmax + m fan fan in m * tmin / (tmin + t max)) (1)
  • the UV light intensity adjusting itself with the cooling performance fan standard represents the target value UVsoii for the lamp control; it also represents the maximum value. If, in operation, the UV light intensity falls below a critical threshold (for example, 98% of the maximum value), the fan is switched to minimum operation (Fan, TM) and checked for a reaction time t cr it, if the UV light intensity increases again. If necessary, the fan standard value is reduced. Otherwise, the fan is operated at maximum fan ma x and the standard test direction is changed (from fan, to fan ma x).
  • a critical threshold for example, 98% of the maximum value
  • the time constant t cr it can be determined by a simple test with a step function, even automatically from the reaction time of the UV light intensity after the first switching on the fan.
  • Another procedure for determining the setpoint value of the light intensity and the operation of the lamp system is illustrated by FIG. 3 using the example of a determination of curvature in a transfer function of manipulated variable and the light intensity.
  • the diagram of FIG. 3 a outlines the dependence of the UV light intensity UV on the cooling power PWM (for example, the fan speed).
  • the UV light intensity shows a pronounced maximum with optimal cooling performance. Since the transfer function (Fig. 3a) is not monotone, it is not possible to conclude the correct control direction when the light intensity changes.
  • APWM Const. * sign (APWMait) * sign (d 2 UV) * abs (AUV) (2).
  • This case is intercepted as soon as during operation the UV light intensity falls below a critical threshold (for example 95% of the maximum value, UV ⁇ 95% of UVmax).
  • the fan speed is then selectively disturbed, that is, the speed is drastically changed; for example, at a previous PWM value of 50% or more to zero, or at a previous PWM value of less than 50% to maximum PWM value (100%) to produce a clear control signal.
  • This disturbance is then not allowed for x time steps to allow the control time to adjust.
  • the control always returns the fan setting to the relative maximum to maintain this setpoint.
  • This process variant with an operating parameter (lamp current) adapted to UV D auer is shown in FIG. 3 a by the dashed curve V1 with the relative maximum UV D auer
  • control unit 16 compares the actual value of the UV light intensity transmitted by the UV light sensor 24 with the desired value UV D , determines the deviation of the actual value from the desired value and outputs a control signal which determines the cooling capacity of the radial Fan 15 regulates.
  • the reduction The light intensity on UV D here is done by a deliberately non-optimized fan performance, an adjustment of the operating parameters is not required.
  • the fan power is set so that the amalgam reservoir 13 sets a temperature which is lower than the temperature required to reach the absolute maximum.

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Abstract

In order to control a lamp system having a gas-discharge lamp, an electronic ballast and a control unit, a performance-influencing controlled variable of the lamp system is used. In order to specify, on the basis of this, a method for operating a gas-discharge lamp which enables operation with a high emission performance irrespective of the design of the lamp and any changes on account of lamp ageing and without knowledge of the optimum operating temperature, the invention proposes that light intensity control is provided, in which an actual value of a light intensity emitted by the gas-discharge lamp is measured by means of a light sensor and the emitted light intensity is used as the controlled variable.

Description

Lampensystem mit einer Gasentladungslampe  Lamp system with a gas discharge lamp
und dafür angepasstes Betriebsverfahren Beschreibung  and adapted operating procedure Description
Technischer Hintergrund Technical background
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Lampensystems, mit einer Gasentladungslampe, einem elektronischen Vorschaltgerät und mit einer Steuereinheit zur Regelung einer leistungsbeeinflussenden Regelgröße des Lampensystems. The present invention relates to a method for operating a lamp system, with a gas discharge lamp, an electronic ballast and with a control unit for controlling a power-influencing controlled variable of the lamp system.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Lampensystem zur Durchführung des Verfahrens, aufweisend eine Gasentladungslampe, einem elektronischen Vorschaltgerät und mit einer Steuereinheit zur Regelung einer leistungsbeeinflussenden Regelgröße des Lampensystems. Bei Gasentladungslampen handelt es sich um Quecksilberdampflampen, Fluoreszenzlampen oder Natriumdampflampen. Die Emissionsleistung von quecksilberhaltigen UV-Entladungslampen zeigt ein Maximum bei einem spezifischen Furthermore, the present invention relates to a lamp system for carrying out the method, comprising a gas discharge lamp, an electronic ballast and a control unit for controlling a power-influencing controlled variable of the lamp system. Gas discharge lamps are mercury vapor lamps, fluorescent lamps or sodium vapor lamps. The emission performance of mercury-containing UV discharge lamps shows a maximum at a specific
Quecksilberpartialdruck. Es gibt daher eine optimale Betriebstemperatur, bei der die Emissionsleistung der Gasentladungslampe maximal ist. Bei Entladungslam- pen, bei denen mindestens ein Teil des Quecksilbers nicht in flüssiger Form sondern als Legierung (Amalgam) vorliegt, bildet sich ein Gleichgewicht zwischen dem im Amalgam gebundenen und dem freien Quecksilber, das ebenfalls von der Betriebstemperatur der Gasentladungslampe, insbesondere von der Temperatur des Amalgamdepots, abhängt. Die elektrische Anschlussleistung der Gasentladungslampe ist unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen auf eine möglichst hohe Emissionsleistung im Dauerbetrieb ausgelegt. Die sich im Einsatz tatsächlich einstellende Betriebstemperatur unterscheidet sich aber häufig von der projektierten Temperatur. Beispielsweise können eine Überhitzung wegen hoher Umgebungslufttemperatur oder unzulänglicher Belüftung zu einer Abweichung vom Betriebsoptimum führen. Ebenso kann die Lampenalterung zu Änderungen der Emission führen. Quecksilberpartialdruck. There is therefore an optimum operating temperature at which the emission power of the gas discharge lamp is maximum. In discharge lamps, in which at least part of the mercury is not in liquid form but as an alloy (amalgam), an equilibrium forms between the mercury bound in the amalgam and the free mercury, which also depends on the operating temperature of the gas discharge lamp, in particular on the temperature the amalgam deposit depends. The electrical connection performance of the gas discharge lamp is designed taking into account the ambient conditions to the highest possible emission performance in continuous operation. However, the actual operating temperature setting in use often differs from the configured temperature. For example, overheating due to high ambient air temperature or inadequate ventilation will lead to a deviation from the optimum operating conditions. Likewise, the lamp aging can lead to changes in the emission.
Stand der Technik State of the art
Um eine von den Umgebungsbedingungen unabhängige maximale Emissionsleis- tung zu gewährleisten, wurde eine Temperierung des Amalgamdepots vorgeschlagen. Bei der aus der DE 101 29 755 A1 bekannten Leuchtstoffröhre erfolgt ist ein Temperatursensor im Bereich des Amalgamdepots angeordnet, und in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur wird das Amalgamdepot mittels einer einstellbaren Heizung beheizt. Bei der aus der WO 2005/102401 A2 bekannten Sterilisierungsvornchtung mit einer UV-Lampe werden die Oberflächentemperatur des Lampenkolbens mittels eines Temperatursensors und gleichzeitig die UV-Strahlungsemission mittels eines UV-Sensors gemessen. Um eine optimale Betriebstemperatur und Emissionsleistung der Lampe zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, dass die Lampe in Ab- hängigkeit von der ermittelten Temperatur über eine Gebläse-Einheit gekühlt oder erwärmt wird. In order to ensure a maximum emission output independent of the ambient conditions, a tempering of the amalgam deposit was proposed. In the case of the fluorescent tube known from DE 101 29 755 A1, a temperature sensor is arranged in the region of the amalgam depot, and depending on the determined temperature, the amalgam depot is heated by means of an adjustable heater. In the case of the sterilization device with a UV lamp known from WO 2005/102401 A2, the surface temperature of the lamp bulb is measured by means of a temperature sensor and at the same time the UV radiation emission is measured by means of a UV sensor. In order to ensure an optimum operating temperature and emission power of the lamp, it is proposed that the lamp be cooled or heated as a function of the determined temperature via a fan unit.
Die GB 2 316 246 A beschreibt eine dimmbare Fluoreszenzlampe, die mit einem unabhängigen und separat vom eigentlichen Leistungsstrom ansteuerbaren Heizstromkreis für die Lampenheizung ausgestattet ist. Der Strombedarf für die Elekt- rodenheizung wird mit einem Temperatursensor detektiert wird. GB 2 316 246 A describes a dimmable fluorescent lamp, which is equipped with an independent and can be controlled separately from the actual power current heating circuit for the lamp heating. The power requirement for the electric heater is detected by a temperature sensor.
Bei der Gasentladungslampe gemäß der WO 2014/056670 A1 ist ein elektronisches Vorschaltgerät und ein über eine Steuereinheit einstellbares Kühlelement zur Kühlung der Gasentladungslampe vorgesehen. Um eine hohe Emissionsleistung zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass bei konstantem Lampenstrom als Regelgröße die Lampenspannung und als Stellgröße die Kühlleistung verwendet werden. Technische Aufgabe In the gas discharge lamp according to WO 2014/056670 A1, an electronic ballast and a cooling element, which can be adjusted via a control unit, are provided for cooling the gas discharge lamp. In order to achieve a high emission output, it is proposed that the lamp voltage be used as the controlled variable at constant lamp current and the cooling power as the manipulated variable. Technical task
Bei den bekannten Steuerungsmethoden wird der nominelle Lampenstrom beim Einschalten der UV-Lampe angelegt und in der Regel während des Betriebs der UV-Lampe nahezu konstant gehalten. Veränderte Betriebsbedingungen der UV-Lampe, insbesondere der Temperatur, führen zu unerwünschten Änderungen der Emissionsleistung. Um dabei gegenzusteuern, wird ein gewisses Vorwissen über den Strahlertyp benötigt, um beispielsweise einen Temperatur-Regelkreis anzupassen. Infolge von Lampenalterung auftretende Änderungen, die eine Anpassung der elektrischen Anschlussleistung erfordern würden, werden auch nicht berücksichtigt. In the known control methods, the nominal lamp current is applied when the UV lamp is switched on and as a rule kept almost constant during the operation of the UV lamp. Altered operating conditions of the UV lamp, in particular the temperature, lead to undesirable changes in the emission performance. In order to counteract this, some prior knowledge of the radiator type is needed, for example to adapt a temperature control loop. Due to lamp aging occurring changes that would require an adjustment of the electrical connection power, are also not considered.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungslampe anzugeben, das einen Betrieb mit hoher Emissionsleistung unabhängig von deren Bauform und etwaigen Änderungen infolge von Lampenalterung ermöglicht, insbesondere auch dann, wenn die optimale Be- triebstemperatur nicht bekannt ist. The invention is therefore based on the object to provide a method for operating a gas discharge lamp, which allows operation with high emission power regardless of their design and any changes due to lamp aging, especially if the optimum operating temperature is not known.
Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Lampensystem bereitzustellen, die auch bei sich verändernden Betriebsbedingungen und etwaigen Änderungen infolge von Lampenalterung mit einer hohen Emissionsleistung betrieben werden kann. Allgemeine Beschreibung der Erfindung It is another object of the present invention to provide a lamp system which can operate with high emission power even under changing operating conditions and any changes due to lamp aging. General description of the invention
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Lichtintensitätsregelung vorgesehen ist, bei der mittels eines Lichtsensors ein Ist- Wert einer von der Gasentladungslampe emittierten Lichtintensität gemessen und die emittierte Lichtintensität als Regelgröße eingesetzt wird. With regard to the method, this object is achieved on the basis of a method of the aforementioned type in that a light intensity control is provided, measured by means of a light sensor, an actual value of a light emitted from the gas discharge lamp light intensity and the emitted light intensity is used as a controlled variable.
Gasentladungslampen werden üblicherweise leistungsgeregelt, manchmal auch stromgeregelt betrieben, wobei die Anschlussleistung beziehungsweise der Anschlussstrom auf eine optimale Konzentration des Ladungsträgers im Entladungsraum oder optimale Temperatur und damit maximale Lichtintensität ausgelegt sind. Demenentsprechend wird bei konventionellen Lampensystemen auf Abweichungen der Umgebungstemperatur und damit einhergehender Änderungen der Betriebstemperatur der Gasentladungslampe durch Anpassungen von Betriebsparametern wie Strom, Spannung oder Temperatur eines Amalgamdepots reagiert. , Gas discharge lamps are usually power-controlled, sometimes operated under current control, the connected load or the Connection current to an optimum concentration of the charge carrier in the discharge space or optimal temperature and thus maximum light intensity are designed. Demenentsprechend is reacted in conventional lamp systems to deviations of the ambient temperature and concomitant changes in the operating temperature of the gas discharge lamp by adjusting operating parameters such as current, voltage or temperature of an amalgam. .
Im Unterschied dazu bildet beim erfindungsgemäßen Lampensystem die Lichtintensität der Gasentladungslampe den leistungsbeeinflussenden Sollwert der Re- gelung. Die emittierte Lichtintensität wird daher nicht nur gemessen, wie auch sonst auch üblich, sondern sie wird außerdem anhand eines auf die Lichtintensität wirkenden Stellwerts der Lampenregelung auf ein Maximum oder einen vorgegebenen Schwellwert, der niedriger ist als der eigentliche Maximalwert der Emission, geregelt. Sofern im Folgenden von dem„Maximum" der Lichtintensität die Rede ist, so um- fasst dieser Begriff auch einen„vorgegebenen Schwellwert der Lichtintensität", sofern nicht ausdrücklich Gegenteiliges gesagt wird. In contrast, in the lamp system according to the invention, the light intensity of the gas discharge lamp forms the power-influencing desired value of the control. The emitted light intensity is therefore not only measured, as usual, but it is also controlled by a value acting on the light intensity control value of the lamp control to a maximum or a predetermined threshold, which is lower than the actual maximum value of the emission. If the term "maximum" of the light intensity is mentioned below, this term also encompasses a "predetermined threshold value of the light intensity", unless expressly stated to the contrary.
Dadurch bleibt die Lichtintensität, insbesondere die emittierte UV-Leistung immer im Bereich des Sollwerts, also des Maximums oder des vorgegeben Schwellwerts, und zwar unabhängig von den Umgebungsbedingungen und zwar auch dann, wenn weder die aktuelle Betriebstemperatur noch eine optimale Betriebstemperatur bekannt sind. As a result, the light intensity, in particular the emitted UV power always remains in the range of the setpoint, ie the maximum or the predetermined threshold, regardless of the ambient conditions, even if neither the current operating temperature nor an optimum operating temperature are known.
Das Maximum der Lichtintensität kann allgemein für einen Lampentyp spezifiziert sein und muss dann gegebenenfalls nicht für jede einzelne Gasentladungslampe bestimmt werden. Bei einer anderen Ausführungsform wird das Maximum derThe maximum of the light intensity may generally be specified for a lamp type and then may not have to be determined for each individual gas discharge lamp. In another embodiment, the maximum of
Lichtintensität für jede Gasentladungslampe werksseitig individuell bestimmt. In dem Fall wird der individuell bestimmte Sollwert in einer Speichereinheit des Lampensystems gespeichert, das beim Einschalten der Gasentladungslampe von der Steuereinheit ausgelesen wird. Bei einer weiteren Ausführungsform ist das aktuelle Maximum der Lichtintensität beim Einschalten der Gasentladungslampe nicht bekannt und wird beim Einschalten der Gasentladungslampe individuell ermittelt. Gegebenenfalls erfolgt diese individuelle Ermittlung bei jedem Einschalten der Lampe oder in vorgegebenen Einschaltzyklen und/oder Betriebsdauern. Light intensity for each gas discharge lamp factory determined individually. In that case, the individually determined desired value is stored in a memory unit of the lamp system, which is read out by the control unit when the gas discharge lamp is switched on. In a further embodiment, the current maximum of the light intensity when switching on the gas discharge lamp not known and is determined individually when switching on the gas discharge lamp. Optionally, this individual determination takes place each time the lamp is switched on or in predetermined switch-on cycles and / or operating periods.
Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren wird bevorzugt bei einer Gasentla- dungslampe angewandt, die UV-Strahlung emittiert. Der für Gasentladungslampe maßgebliche Spektralbereich für Ultraviolettstrahlung erstreckt sich zwischen 184 nm über schwerpunktmäßig 254 nm bis zu 380 nm. Gegebenenfalls wird als zu regelnde Lichtintensität auch bevorzugt eine Lichtintensität herangezogen, die UV-Licht aus dem Wellenlängenbereich von 170 bis 380 nm enthält, und ganz besonders bevorzugt die Intensität einer von der Gasentladungslampe emittierten UV-Strahlung, die Strahlung der Wellenlänge von 254 nm umfasst. Das Emissionsspektrum von Quecksilberdampfentladungslampen zeigt eine charakteristische und ausgeprägte Linie bei 254 nm (UVC-Strahlung), die zur Regelung sehr gut geeignet ist. Die Regelungstechnik kennt unter dem Stichwort„Extremwertregelung" eine Anzahl von Methoden zum Auffinden eines Maximums einer Regelgröße und der anschließenden Regelung auf dieses aufgefundene Maximum. The operating method according to the invention is preferably used in a gas discharge lamp which emits UV radiation. The spectral range for ultraviolet radiation which is decisive for the gas discharge lamp extends between 184 nm over predominantly 254 nm up to 380 nm. Optionally, a light intensity containing UV light from the wavelength range from 170 to 380 nm is also preferably used as the light intensity to be controlled preferably, the intensity of a UV radiation emitted by the gas discharge lamp comprising radiation of the wavelength of 254 nm. The emission spectrum of mercury vapor discharge lamps shows a characteristic and pronounced line at 254 nm (UVC radiation), which is very well suited for regulation. The control technology knows under the keyword "extreme value control" a number of methods for finding a maximum of a controlled variable and the subsequent control to this maximum detected.
Eine bevorzugte Verfahrensvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht daher vor, dass mittels Extremwertregelung ein Zielwert für eine Stellgröße ermit- telt wird, bei dem die Lichtintensität ein Maximum oder einen vorgegebenen Schwellwert einnimmt. A preferred method variant of the method according to the invention therefore provides that a target value for a manipulated variable is determined by means of extreme value control, in which case the light intensity assumes a maximum or a predefined threshold value.
Die Extremwertregelung umfasst eine Maximalwert-Findung der Lichtintensität und als Ergebnis davon wird der Steuerungseinheit ein Sollwert für die Regelungsgröße, also für die Lichtintensität, übergeben. Dieser Sollwert bleibt während der anschließenden Betriebsphase konstant oder er wird kontinuierlich, von Zeit zu Zeit oder bei Bedarf neu festgelegt. The extreme value control comprises a maximum value determination of the light intensity and, as a result, the control unit is given a setpoint value for the control variable, ie for the light intensity. This setpoint remains constant during the subsequent phase of operation, or it is continually reset, from time to time or as needed.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Extremwertregelung ist diese als Zweipunkt-Regelung ausgeführt, bei der die Stellgröße während einer Startphase auf mindestens zwei Ausgangswerte eingestellt wird, von denen der eine Temperaturerhöhung, und von denen der andere eine Temperaturerniedrigung des Gasentladungslampe bewirkt, wobei sowohl in Folge der Temperaturerhöhung als auch in Folge der Temperaturerniedrigung ein Maximum der Lichtintensität erreicht und überschritten wird, und dass als Zielwert der Stellgröße ein Wert zwischen dem einen und dem anderen Ausgangswert eingestellt wird. In a first preferred embodiment of the extreme value control this is designed as a two-point control, in which the manipulated variable is set during a start phase to at least two output values, one of which Temperature increase, and of which the other causes a decrease in temperature of the gas discharge lamp, wherein both due to the temperature increase and as a result of the temperature reduction, a maximum of the light intensity is reached and exceeded, and that set as the target value of the manipulated variable, a value between the one and the other output value becomes.
Die Zweipunkt-Regelung basiert darauf, dass die Regelgröße, also hier die Lichtintensität in Abhängigkeit von der Stellgröße ein relatives Maximum aufweist. Beispielsweise zeigen Amalgamlampen eine maximale UV-Leistung bei einem spezifischen Quecksilberdampfdruck, der wiederum mit der Temperatur des Amalgamdepots korreliert ist. Die Temperatur des Amalgamdepots kann wiederum von einem anderen Parameter abhängen, wie beispielsweise der Kühl- oder Heizleistung eines auf das Amalgamdepot einwirkenden Temperierelements. Diese Art der Abhängigkeit der Lichtintensität von einer Stellgröße mit einem ausgeprägten Maximum ist schematisch in Figur 3a dargestellt. Sie ermöglicht eine Fin- dung des Maximums mit zwei Ausgangswerten der Stellgröße (oder des damit korrelierten Parameters) beiderseits des Maximums, wobei die Ausgangswerte so geändert werden, dass das Maximum in der Darstellung von Figur 3a einmal von der linken Seite und einmal von der rechten Seite erreicht und überschritten wird. The two-point control is based on the fact that the controlled variable, ie here the light intensity as a function of the manipulated variable has a relative maximum. For example, amalgam lamps exhibit maximum UV power at a specific mercury vapor pressure, which in turn is correlated with the temperature of the amalgam reservoir. The temperature of the amalgam deposit may in turn depend on another parameter, such as the cooling or heating power of a tempering element acting on the amalgam deposit. This type of dependence of the light intensity on a manipulated variable with a pronounced maximum is shown schematically in FIG. 3a. It allows the maximum to be subtracted with two output values of the manipulated variable (or the parameter correlated therewith) on both sides of the maximum, the output values being changed such that the maximum in the illustration of FIG. 3a is once from the left side and once from the right side Page is reached and exceeded.
Im Vergleich zu anderen Methoden der Extremwert-Regelung ist die hier ange- wandte Zweipunkt-Regelung besonders geeignet für den Einsatz bei vergleichsweise trägen Regelsystemen, wie dies bei der Lichtintensität der Gasentladungslampe der Fall ist. In comparison with other methods of extreme value control, the two-point control applied here is particularly suitable for use in comparatively sluggish control systems, as is the case with the light intensity of the gas discharge lamp.
Bei einer zweiten, gleichermaßen bevorzugten Ausführungsform der Extremwertregelung umfasst diese eine Krümmungsbestimmung einer Übertragungsfunktion von Stellgröße und der Lichtintensität, wobei der Zielwert anhand des Maximums der Lichtintensität ermittelt wird. In a second, equally preferred embodiment of the extreme value control, this comprises a determination of the curvature of a transfer function of manipulated variable and the light intensity, the target value being determined on the basis of the maximum of the light intensity.
Auch diese Art der Regelung basiert darauf, dass die Lichtintensität in Abhängigkeit von der Stellgröße ein relatives Maximum aufweist. In der Praxis wird aber das Maximum der Lichtintensität nicht direkt, sondern nur mittelbar ermittelt, in- dem die Regelung als Differentialregelung ausgelegt ist, die mit der 2. Ableitung der Übertagungsfunktion arbeitet. Da die Übertragungsfunktion nicht monoton ist, ist es nicht möglich, bei Änderung der Lichtintensität auf die richtige Regelrichtung zu schließen. Die erste Ableitung ist jedoch monoton und hat bei der optimalen Stellgrößeneinstellung (= max. Lichtintensität) einen Null-Durchgang. Die Än- derung der Stellgröße ergibt sich nun aus dem negativen Anstieg dieser Funktion (= 2. Ableitung der Übertragungsfunktion). Diese Ausführungsform der Extremwertbestimmung eignet sich besonders gut für die Regelung, da sich nach Erreichen des Optimums die Stellgröße unter konstanten Umgebungsbedingungen nicht mehr verändert (im Gegensatz zur 2-Punkt-Regelung und zu klassischen „Extremum Seeking Control" Algorithmen). Die Regelung auf Basis der Krümmungsbestimmung benötigt keine aufwändige Ermittlung des Maximums der Lichtintensität und ermöglicht eine kontinuierliche Regelung ohne Stufen. Sie kommt mit vergleichsweise wenigen Regeleingriffen aus, was sich auf die Lebensdauer des die Stellgröße liefernden Stellglieds günstig auswirkt, wie etwa einem Lüfter, und sie ist daher auch akustisch weniger auffällig als andere Regelungen. This type of control is also based on the fact that the light intensity has a relative maximum as a function of the manipulated variable. In practice, however, the maximum of the light intensity is not determined directly, but only indirectly, in that the control is designed as a differential control with the second derivative the transfer function works. Since the transfer function is not monotone, it is not possible to conclude the correct control direction when the light intensity changes. However, the first derivative is monotonic and has a zero crossing at the optimum manipulated variable setting (= maximum light intensity). The change in the manipulated variable now results from the negative increase in this function (= 2nd derivation of the transfer function). This embodiment of the extreme value determination is particularly well suited for the control since, once the optimum has been reached, the manipulated variable no longer changes under constant environmental conditions (in contrast to the 2-point control and classic "extremum seeking control" algorithms) The determination of the curvature does not require any elaborate determination of the maximum of the light intensity and allows continuous control without steps.It can handle comparatively few control actions, which has a positive effect on the lifetime of the actuator supplying the manipulated variable, such as a fan, and is therefore also acoustic less noticeable than other regulations.
Auch dieses Regelverfahren erweist sich im Vergleich zu anderen Methoden der Extremwert-Regelung als besonders geeignet für den Einsatz bei dem vergleichsweisen trägen Regelsystem wie hier. Eine Abweichung der Lichtintensität von einem vorher ermittelten Maximum kann auf eine Veränderung der Umgebung der Gasentladungslampe hinweisen, insbesondere auf eine Temperaturänderung mit Einfluss auf die Lichtintensität; wie beispielsweise die Temperatur eines Amalgamdepots. Es bietet sich an, die betreffende Temperatur oder einen mit der Temperatur mathematisch eindeutig kor- relierten veränderbaren Parameter als Stellgröße der Lichtintensität-Regelung einzusetzen. Also, this control method proves to be particularly suitable for use in the comparatively sluggish control system as compared to other methods of extreme value control as here. A deviation of the light intensity from a previously determined maximum may indicate a change in the environment of the gas discharge lamp, in particular a temperature change with an influence on the light intensity; such as the temperature of an amalgam deposit. It makes sense to use the relevant temperature or a variable parameter mathematically uniquely correlated variable parameters as a control variable of the light intensity control.
Im Hinblick darauf zeichnet sich eine besonders bevorzugte Verfahrensvariante dadurch aus, dass eine die Lichtintensität beeinflussende Betriebstemperatur der Gasentladungslampe mittels eines Temperierelements mit regelbarer Temperier- leistung veränderbar ist, und dass die Temperierleistung als Stellgröße der Rege- lung eingesetzt wird. Das Temperieren erfolgt durch Einsatz eines gasförmigen, flüssigen oder festen Temperiermediums. Bei einem festen Temperiermedium ist das Temperierelement beispielsweise als Pelltierelement oder als Array mehrere Pelltierelemente ausgeführt. Die Betriebstemperatur ist beispielsweise eine charakteristische Temperatur im Bereich der Oberfläche der Gasentladungslampe oder die Temperatur eines Amalgamdepots. Das Temperieren umfasst ein Erhöhen, Verringern und Halten dieser Temperatur mittels des Temperierelements. Dabei hat sich der Einsatz eines Lüfters mit PWM-geregelter Lüftungsleistung als Temperierelement beson- ders bewährt, wobei die Lüftungsleistung als Stellgröße der Regelung eingesetzt wird. In view of this, a particularly preferred variant of the method is characterized in that an operating temperature of the gas discharge lamp influencing the light intensity can be changed by means of a tempering element with controllable temperature control, and that the temperature control output is used as a control variable of the control unit. is used. The tempering takes place by using a gaseous, liquid or solid tempering. In the case of a fixed tempering medium, the tempering element is embodied, for example, as a pelletizing element or as an array, a plurality of pelletizing elements. The operating temperature is for example a characteristic temperature in the region of the surface of the gas discharge lamp or the temperature of an amalgam depot. The tempering comprises increasing, reducing and maintaining this temperature by means of the tempering element. The use of a fan with PWM-controlled ventilation performance as a tempering element has proven to be particularly effective, whereby the ventilation capacity is used as a control variable of the control.
Bei einer Lüfterregelung mittels PWM (Pulsweitenmodulation) verfügt der Lüfter über einen eigenen Steuerungs-Chip. Im Unterschied zur Lüfterregelung mit variabler Spannung, gibt es bei der PWM Lüfterregelung keine Anlaufspannung, un- terhalb der sich Lüfterrotor nicht mehr dreht. Dadurch kann die Drehzahl bis auf sehr kleine Werte herabgeregelt werden. Außerdem entfällt bei der PWM- Regelung das Problem der Abwärme durch den variablen Widerstand bei der Spannungsregelung. Die Temperierleistung als Stellgröße der Regelung ist hierbei die Lüftungsleistung, die beispielsweise in Umdrehungen des Lüfterrotors pro Zeiteinheit oder als Massen- oder Volumenstrom eines gasförmigen Temperiermediums angegeben werden kann. Kühlungs- und Erwärmungsvorgänge, wie hier das Temperieren der Gasentladungslampe, bewirken grundsätzlich ein träges Regelsystem, für das sich eine Stetigregelung über PWM als besonders vorteilhaft erwiesen hat. In Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung vom Sollwert der Lichtintensität gibt die Steuereinheit zur Einstellung der Betriebstemperatur ein die Kühlleistung regulierendes Steuersignal an das Temperierelement. With fan control using PWM (pulse width modulation), the fan has its own control chip. In contrast to fan control with variable voltage, PWM fan control has no start-up voltage below which the fan rotor stops rotating. As a result, the speed can be reduced down to very small values. In addition, eliminates the problem of waste heat through the variable resistance in the voltage regulation in the PWM control. The temperature control as a control variable of the control here is the ventilation power, which can be specified, for example in revolutions of the fan rotor per unit time or as a mass or volume flow of a gaseous tempering. Cooling and heating processes, such as here the tempering of the gas discharge lamp, basically cause a sluggish control system, for which a continuous regulation via PWM has proved to be particularly advantageous. Depending on the determined deviation from the setpoint value of the light intensity, the control unit for adjusting the operating temperature outputs a control signal regulating the cooling power to the temperature control element.
Die als Regelgröße gemessene Lichtintensität kann sich auf die Emission einer spezifischen Wellenlänge und/oder auf die eines Wellenlängenbereichs bezie- hen. Besonders bewährt hat sich eine Verfahrensvariante, bei der als Lichtintensi- tat die Intensität einer von der Gasentladungslampe emittierten UV-Strahlung herangezogen wird, die Strahlung der Wellenlänge von 254 nm umfasst. The light intensity measured as a controlled variable can relate to the emission of a specific wavelength and / or to that of a wavelength range. A method variant has proved particularly suitable in which light intensity Did the intensity of a UV radiation emitted by the gas discharge lamp is used, which includes radiation of the wavelength of 254 nm.
Bei einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante wird ein Schwellwert der Lichtintensität vorgegeben, dessen Unterschreitung das Lebensdauerende der Gasentladungslampe markiert, wobei als Sollwert der Lichtintensitätsregelung dieser Schwellwert genutzt wird In a particularly preferred variant of the method, a threshold value of the light intensity is predetermined, the undershoot of which marks the end of the service life of the gas discharge lamp, wherein this threshold value is used as the desired value of the light intensity control
Die Lichtintensität - und damit auch die spezifische UV-Intensität - nimmt über die Lebensdauer der Gasentladungslampe ab. Ein Abfall auf beispielsweise 50 % bis 90% der Anfangsleistung kann als Ende der Strahlerlebensdauer definiert wer- den. Mit Hilfe der Erfindung kann eine Gasentladungslampe mit konstanter UV- Leistung entsprechend dem festgelegten Schwellwert über ihre gesamte Lebensdauer betrieben werden. Diese Verfahrensweise wird im Folgenden als„Lebensdauerkompensation" bezeichnet. Dazu wird der Sollwert UVDauer der Lichtintensität auf einen niedrigeren Schwellwert festgelegt, der das Strahlerlebensende mar- kiert, beispielsweise auf einen Wert im Bereich von 50 bis 90 % der anfänglichen, maximalen Lichtintensität. The light intensity - and thus the specific UV intensity - decreases over the life of the gas discharge lamp. A drop to, for example, 50% to 90% of the initial power can be defined as the end of the lamp life. With the aid of the invention, a gas discharge lamp with constant UV power can be operated according to the specified threshold value over its entire lifetime. This procedure is hereafter referred to as "life-time compensation." For this purpose, the UV intensity setpoint D is set to a lower threshold that marks the emitter's life, for example, 50-90% of the initial maximum light intensity.
Bei einer ersten Verfahrensvariante der„Lebensdauerkompensation" werden im Standardbetrieb Betriebsparameter, die sich auf die Lichtintensität auswirken, wie etwa Versorgungsspannung, -ström oder -leistung oder die Temperatur eines Amalgamdepots, so eingestellt, dass sich eine gegenüber der maximal möglichen Lichtintensität UVmax verringerte Lichtintensität bei einem niedrigeren, relativen Intensitätsmaximum UVDauer einstellt. Die Lichtintensität wird auf dieses niedriger gelegene Maximum UVDauer geregelt, wobei dafür die oben erläuterte Extremwertregelung gemäß der Erfindung angewandt werden kann. Das absichtlich verrin- gerte, niedrigere, relative Maximum UVDauer der Lichtintensität tritt dabei als Sollwert an die Stelle des absoluten Maximums UVmax der Lichtintensität. In a first variant of the "lifetime compensation" operating parameters that affect the light intensity, such as supply voltage, flow or power or the temperature of an amalgam deposit, are adjusted in standard mode so that one of the maximum possible light intensity UV ma x reduced adjusts light intensity at a lower, relative intensity maximum UV D except. the light intensity is controlled at this lower preferred maximum UV D Auer, wherein for the above-described extreme-value control can be applied according to the invention. the purpose verrin- siege, lower, relative maximum UV D In this case, except for the light intensity, the setpoint is replaced by the absolute maximum UVmax of the light intensity.
Bei einer anderen Verfahrensvariante der„Lebensdauerkompensation" werden die Betriebsparameter, die sich auf die Lichtintensität auswirken, wie etwa Versorgungsspannung, -ström oder -leistung oder die Temperatur eines Amalgamde- pots, im Standardbetrieb zwar optimal eingestellt, so dass theoretisch die maximal mögliche Lichtintensität UVmax erzeugt werden könnte. Allerdings wird der In another variant of the method of "life-time compensation", the operating parameters which have an effect on the light intensity, such as supply voltage, current or power or the temperature of an amalgam depot, are optimally adjusted in standard operation, so that theoretically the maximum possible light intensity UV m ax could be generated. However, the
Schwellwert der Lichtintensität als Sollwert der Temperatur-Regelung nicht auf die maximale Lichtintensität UVmax eingestellt, sondern beispielsweise auf einen Wert, der um 10 bis 50 Prozentpunkte unterhalb dieses Maximalwerts liegt. Bei beiden Verfahrensvarianten kann der niedrigere Schwellwert dabei anhand der Spezifikation - also ohne individuelle Messung - festgelegt werden, oder er wird als Anteil der anfänglichen Maximum (=100%) der Lichtintensität festgelegt, wie er bei beispielsweise bei der ersten Inbetriebnahme der Gasentladungslampe ermittelt wird. Im letztgenannten Fall werden das anfängliche Maximum und/oder der anfängliche Sollwert in einem Speicher des Lampensystems abgelegt und beim Einschalten der Gasentladungslampe aus dem Speicher ausgelesen. Threshold of the light intensity set as the setpoint of the temperature control is not set to the maximum light intensity UVmax, but, for example, to a value that is 10 to 50 percentage points below this maximum value. In both variants of the method, the lower threshold value can be determined on the basis of the specification - ie without individual measurement - or it is determined as the proportion of the initial maximum (= 100%) of the light intensity, as determined, for example, during the first startup of the gas discharge lamp. In the latter case, the initial maximum and / or the initial setpoint value are stored in a memory of the lamp system and read out of the memory when the gas discharge lamp is switched on.
Hinsichtlich des Lampensystems zur Durchführung des Verfahrens wird die oben genannte Aufgabe ausgehend von einem Lampensystem der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Lichtsensor zur Ermittlung eines Ist-Wert einer von der Gasentladungslampe emittierten Lichtintensität vorhanden ist, und die Regelung als Lichtintensitätsregelung ausgelegt ist, bei der die emittierte Lichtintensität als Regelgröße eingesetzt wird, wobei an einem Signaleingang der Steuereinheit der Ist-Wert der Lichtintensität als Eingangssignal anliegt. Beim erfindungsgemäßen Lampensystem ist die Lichtintensität der Gasentladungslampe der leistungsbeeinflussende Sollwert der Regelung. Zur Messung der emittierten Lichtintensität, vorzugsweise der UV-Intensität bei einer UV- Strahlung emittierenden Gasentladungslampe, ist ein Sensor vorgesehen. Der Sensor, bevorzugt ein UV-Sensor, ist Bestandteil der Gasentladungslampe oder er wird im Emissionsbereich der Gasentladungslampe positioniert, beispielsweise in einem Sockel oder einem Rahmen oder einem Gehäuse des Lampensystems. With regard to the lamp system for carrying out the method, the abovementioned object is achieved on the basis of a lamp system of the type mentioned in the introduction by providing a light sensor for determining an actual value of a light intensity emitted by the gas discharge lamp, and the control is designed as a light intensity control, in which the emitted light intensity is used as a controlled variable, wherein applied to a signal input of the control unit, the actual value of the light intensity as an input signal. In the lamp system according to the invention, the light intensity of the gas discharge lamp is the power-influencing desired value of the control. For measuring the emitted light intensity, preferably the UV intensity in a UV-emitting gas discharge lamp, a sensor is provided. The sensor, preferably a UV sensor, is part of the gas discharge lamp or it is positioned in the emission region of the gas discharge lamp, for example in a base or a frame or a housing of the lamp system.
Der UV-Sensor ist so ausgelegt, dass er die Emission einer spezifischen Wellenlänge und/oder auf die Emission eines Wellenlängenbereichs erfasst, vorzugsweise von der Gasentladungslampe emittierte UV-Strahlung, die Strahlung der Wellenlänge von 254 nm umfasst. Die Regelung ist für eine Extremwertregelung ausgelegt. Sie ist geeignet, die Lichtintensität auf ein Maximum oder einen vorgegebenen Schwellwert zu regeln. Dadurch bleibt die Lichtintensität, insbesondere die emittierte UV-Leistung, immer im Bereich des Sollwerts, also des Maximums oder des vorgegeben Schwellwerts, und zwar unabhängig von den Umgebungsbedingungen. The UV sensor is designed such that it detects the emission of a specific wavelength and / or the emission of a wavelength range, preferably UV radiation emitted by the gas discharge lamp which comprises radiation of the wavelength of 254 nm. The control is designed for extreme value control. It is suitable for regulating the light intensity to a maximum or a predetermined threshold value. As a result, the light intensity, in particular the emitted UV power, always remains within the range of the setpoint value, that is to say the maximum or the predefined threshold value, regardless of the ambient conditions.
Das Maximum der Lichtintensität kann allgemein für einen Lampentyp spezifiziert sein, es kann für jede Gasentladungslampe werksseitig individuell bestimmt sein oder es wird beim Einschalten der Gasentladungslampe von der Steuereinheit ausgelesen. Im Hinblick darauf umfasst bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lampensystems die Steuereinheit eine Vorrichtung zur Extremwertregelung, bei der ein Zielwert für eine Stellgröße ermittelt wird, bei der die Lichtintensität ein Maximum oder einen vorgegebenen Schwellwert einnimmt.. The maximum of the light intensity can generally be specified for a lamp type, it can be determined individually for each gas discharge lamp at the factory or it is read out when the gas discharge lamp is switched on by the control unit. In this regard, in a preferred embodiment of the lamp system according to the invention, the control unit comprises a device for extreme value control, in which a target value for a manipulated variable is determined at which the light intensity assumes a maximum or a predetermined threshold value.
Die Extremwertregelung ist dabei bevorzugt als Zweipunkt-Regelung oder als Krümmungsbestimmung einer Übertragungsfunktion von Stellgröße und der Lichtintensität ausgeführt. Die diesbezüglichen Erläuterungen zum erfindungsgemäßen Verfahren gelten auch auf das Lampensystem. The extreme value control is preferably carried out as a two-point control or as a determination of the curvature of a transfer function of manipulated variable and the light intensity. The relevant explanations regarding the method according to the invention also apply to the lamp system.
Als Stellgröße wird vorzugsweise die Temperatur eines Amalgamdepots der Gasentladungslampe verwendet. Dabei ist das Lampensystem vorzugsweise mit einem Temperierelement mit regelbarer Temperierleistung ausgestattet, das geeignet ist, eine die Lichtintensität beeinflussende Betriebstemperatur der Gasentladungslampe zu verändern, wobei die Betriebstemperatur oder ein mit der Betriebstemperatur korrelierter Parameter an einem Signaleingang der Steuereinheit anliegt und als Stellgröße der Lichtintensitätsregelung verwendbar ist. Das Temperierelement arbeitet mit einem gasförmigen, flüssigen oder festen Temperiermedium. Bei einem festen Temperiermedium ist das Temperierelement beispielsweise als Pelltierelement oder als Array mehrere Pelltierelemente ausgeführt. Die Betriebstemperatur ist beispielsweise eine charakteristische Temperatur im Bereich der Oberfläche der Gasentladungslampe oder die Temperatur eines Amalgamdepots. Das Temperieren umfasst ein Erhöhen, Verringern und Halten dieser Temperatur mittels des Temperierelements. Besonders bewährt hat sich ein Temperierelement mit regelbarer Kühl- oder Heizleistung, insbesondere ein Lüfter mit PWM-geregelter Lüftungsleistung, der mit der Steuereinheit verbunden ist. The manipulated variable used is preferably the temperature of an amalgam depot of the gas discharge lamp. In this case, the lamp system is preferably equipped with a tempering with adjustable temperature control, which is adapted to change the light intensity affecting operating temperature of the gas discharge lamp, wherein the operating temperature or a correlated with the operating temperature parameter applied to a signal input of the control unit and is used as a control variable of the light intensity control , The tempering works with a gaseous, liquid or solid temperature control. In the case of a fixed tempering medium, the tempering element is embodied, for example, as a pelletizing element or as an array, a plurality of pelletizing elements. The operating temperature is for example a characteristic temperature in the region of the surface of the gas discharge lamp or the temperature of an amalgam depot. The tempering comprises increasing, reducing and maintaining this temperature by means of the tempering element. A tempering element with controllable cooling or heating power, in particular a fan with PWM-regulated ventilation power, which is connected to the control unit, has proven particularly useful.
Ausführungsbeispiel embodiment
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher be- schrieben. Im Einzelnen zeigt in schematischer Darstellung: The invention will be described in more detail below with reference to exemplary embodiments. In detail shows in a schematic representation:
Figur 1 ein Lampensystem zur Erzeugung ultravioletter Strahlung mit einem 1 shows a lamp system for generating ultraviolet radiation with a
Niederdruck-Amalgamstrahler,  Low pressure amalgam lamp,
Figur 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Findung des Maximums der Lichtintensität anhand einer 2-Punkt-Regelung, Figur 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Einstellung des Maximums der Lichtintensität anhand einer Regelung basierend auf der Krümmungsbestimmung einer Übertragungsfunktion von Stellgröße und der Lichtintensität, und 2 shows a diagram to illustrate the determination of the maximum of the light intensity by means of a 2-point control, FIG. 3 shows a diagram to illustrate the adjustment of the maximum of the light intensity by means of a control based on the determination of the curvature of a transfer function of manipulated variable and the light intensity, and
Figur 4 ein Diagramm mit den zeitlichen Verläufen von UV-Intensität und Figure 4 is a diagram with the time courses of UV intensity and
Lüfterleistung beim erfindungsgemäßen Verfahren.  Fan power in the method according to the invention.
Figur 1 zeigt ein Lampensystem für die Erzeugung ultravioletter Strahlung, der insgesamt die Bezugsziffer 10 zugeordnet ist. Das Lampensystem umfasst einen Niederdruck-Amalgamstrahler 1 1 , ein elektronisches Vorschaltgerät 14 für den Niederdruck-Amalgamstrahler 1 1 , einen Radial-Lüfter 15 zur Kühlung des Nie- derdruck-Amalgamstrahlers 1 1 und eine Steuereinheit 16 für den Radial-Lüfter 15. Der Niederdruck-Amalgannstrahler 1 1 wird mit einem im Wesentlichen konstanten Lampenstrom mit einer Nominal-Leistung von 200 W betrieben (bei einem nominalen Lampenstrom von 4,0 A). Er hat eine Leuchtlänge von 50 cm, einen Strahler-Außendurchmesser von 28 mm und eine Leistungsdichte von etwa 4 W/cm. Im Entladungsraum 12, der mit einer Gasmischung aus Argon und Neon (50:50) gefüllt ist, liegen sich zwei wendeiförmige Elektroden 18a, 18b gegenüber, zwischen denen Betrieb ein Entladungsbogen gezündet ist. Im Entladungsraum 12 an einem Goldpunkt des Hüllkolbens befindet sich mindestens ein Amalgamdepot 13. Der Hüllkolben des Niederdruck-Amalgamstrahlers 1 1 ist an beiden Enden mit Quetschungen 17 verschlossen, durch die eine Stromversorgung 18 geführt ist und die in Sockeln 23 gehalten sind. In einem der Sockel 23 ist ein Speicherelement 22 in Form eines EEPROMs angeordnet. Bei einer alternativen Ausführungsform des Lampensystems wird auf den separaten Speicherchip im Sockel der Gasentladungslampe verzichtet und die benötigten Daten in der zentralen Steuereinheit 16 abgespeichert. FIG. 1 shows a lamp system for the generation of ultraviolet radiation, to which the reference numeral 10 is assigned overall. The lamp system comprises a low-pressure amalgam radiator 11, an electronic ballast 14 for the low-pressure amalgam radiator 11, a radial fan 15 for cooling the low-pressure amalgam radiator 11 and a control unit 16 for the radial fan 15. The low-pressure amalgam radiator 1 1 is operated with a substantially constant lamp current with a nominal power of 200 W (at a nominal lamp current of 4.0 A). It has a luminous length of 50 cm, a radiator outer diameter of 28 mm and a power density of about 4 W / cm. In the discharge space 12, which is filled with a gas mixture of argon and neon (50:50), there are two helical electrodes 18a, 18b, between which operation a discharge arc is ignited. At least one amalgam deposit 13 is located in the discharge space 12 at a gold point of the enveloping piston. The enveloping piston of the low-pressure amalgam radiator 11 is closed at both ends with pinches 17, through which a power supply 18 is guided and which are held in sockets 23. In one of the pedestals 23, a storage element 22 is arranged in the form of an EEPROM. In an alternative embodiment of the lamp system, the separate memory chip in the base of the gas discharge lamp is dispensed with and the required data is stored in the central control unit 16.
In der Nähe des einen Hüllkolben-Endes ist ein UV-Sensor 24 angeordnet. Es handelt sich um eine handelsübliche Photodiode aus Siliziumcarbid (SiC), die sich durch Tageslichtunempfindlichkeit und Langzeitstabilität auszeichnet. Sie detektiert UVC-Strahlung einschließlich der Wellenlänge von 254 nm, einer Hauptemissionslinie der Niederdruck-Amalgamstrahlers 1 1 . Der UV-Sensor 24 ist über eine Datenleitung 25 mit der Steuereinheit 16 verbunden. Während des Betriebs ermittelt die Steuereinheit 16 die von dem UV-Sensor 24 gemessene UVC- Lichtintensität als Ist-Wert UVst. der Lichtintensitäts-Regelung. Der Niederdruck-Amalgamstrahler 1 1 wird an dem elektronischen Vorschaltgerät 14 betrieben und mit diesem über die Anschlussleitungen 20 verbunden. Das elektronische Vorschaltgerät 14 weist darüber hinaus einen Netzspannungsan- schluss 19 auf. Der Radiallüfter 15 verfügt über ein PWM-Signal (pulse width modulation) zur Drehzahlregelung des Rotors. Die Drehzahl bestimmt dessen Kühlleistung, die durch einen Kühlluft-Volumenstrom zwischen 0 und 200 m3/h einstellbar ist. In the vicinity of the one envelope end, a UV sensor 24 is arranged. It is a commercially available photodiode made of silicon carbide (SiC), which is characterized by daylight insensitivity and long-term stability. It detects UVC radiation including the wavelength of 254 nm, a main emission line of the low-pressure amalgam radiator 11. The UV sensor 24 is connected to the control unit 16 via a data line 25. During operation, the control unit 16 determines the UVC light intensity measured by the UV sensor 24 as the actual value UV s t. the light intensity control. The low-pressure amalgam radiator 1 1 is operated on the electronic ballast 14 and connected thereto via the connection lines 20. The electronic ballast 14 furthermore has a mains voltage connection 19. The radial fan 15 has a PWM signal (pulse width modulation) for speed control of the rotor. The speed determines its cooling capacity, which is adjustable by a cooling air volume flow between 0 and 200 m 3 / h.
Die Lichtintensität dient als variabler Sollwert und die Kühlleistung des Radiallüf- ters 15 bildet den Stellwert der Lampenregelung. Dabei wird die Lichtintensität auf ein Maximum oder auf einen vorgegebenen Schwellwert, der niedriger ist als der eigentliche Maximalwert der Emission, geregelt. Dadurch bleibt die Lichtintensität stets im Bereich des Sollwerts, also des Maximums oder des vorgegeben The light intensity serves as a variable setpoint and the cooling capacity of the radial fan 15 forms the control value of the lamp control. The light intensity is regulated to a maximum or to a predetermined threshold, which is lower than the actual maximum value of the emission. As a result, the light intensity always remains in the range of the setpoint, ie the maximum or the predetermined
Schwellwerts, und zwar unabhängig von den Umgebungsbedingungen. Nachfol- gend werden Betriebs- und Regelverfahren anhand dreier Methoden näher erläutert. Threshold, regardless of the environmental conditions. In the following, operating and control procedures will be explained in more detail by means of three methods.
Das Diagramm von Figur 2 veranschaulicht eine Prozedur zur Ermittlung des Sollwerts der Lichtintensität am Beispiel einer Zwei-Punkt-Regelung. Es zeigt zeitliche Verläufe von gemessener Lichtintensität (Kurve A), Kühlleistung (Kurve B; gemessen als PWM) und Temperatur des Amalgamdepots 13 (Kurve C; gemessen mittels eines IR-Sensors). Auf der linken Ordinate ist die vom UV-Sensor gemessene Lichtintensität UV in mW/cm2 aufgetragen, und auf der rechten Ordinate ist der Kühlluft-Volumenstrom PWM in m3/h aufgetragen. Bei dem in das Diagramm außerdem eingetragenen Temperaturverlauf (Kurve C) sind die Tempera- turen nicht eigens skalierte Relativwerte. Die Einheit der Zeitachse t sind Sekunden (s). The diagram of Figure 2 illustrates a procedure for determining the target value of the light intensity using the example of a two-point control. It shows time courses of measured light intensity (curve A), cooling power (curve B, measured as PWM) and temperature of the amalgam reservoir 13 (curve C, measured by means of an IR sensor). On the left ordinate the light intensity UV measured by the UV sensor is plotted in mW / cm 2 , and on the right ordinate the cooling air volume flow PWM is plotted in m 3 / h. In the case of the temperature profile (curve C) also entered into the diagram, the temperatures are not specifically scaled relative values. The unit of the time axis t is seconds (s).
Der Lüfter 15 (Kurve B) bleibt zunächst ausgeschaltet. Die UV-Lichtintensität (Kurve A) steigt rasch an, erreicht ein Maximum und fällt danach ab. Der Abfall der UV-Lichtintensität kann auf eine zu hohe Temperatur des Hüllkolbens der Lampe und des Amalgamdepots 13 (Kurve C) zurückgeführt werden. Danach wird der Lüfter 15 so lange mit maximaler Drehzahl (Lüftermax) betrieben, bis der Lampenkolben (genauer: die Temperatur des Amalgamdepots 13) unterkühlt ist und deswegen die UV-Lichtintensität erneut abfällt. Die Dauer dieses Zeitabschnitts beträgt t max- Danach wird der Lüfter 15 für eine Dauer tmin bei geringer Drehzahl (Lüfter,™) betrieben (so dass er sich gerade noch dreht) bis die Gasentladungslampe erneut überhitzt und die UV-Lichtintensität erneut abfällt. The fan 15 (curve B) remains initially off. The UV light intensity (curve A) increases rapidly, reaches a maximum and then drops off. The drop in UV light intensity can be attributed to too high a temperature of the envelope bulb of the lamp and the amalgam deposit 13 (curve C). Thereafter, the fan 15 so long at maximum speed (fan ma x) operated until the lamp bulb (more precisely, the temperature of the amalgam reservoir 13) is supercooled and therefore the UV light intensity drops again. The duration of this period is t max. Thereafter, the fan 15 is operated for a duration t m in at low speed (fan, ™) (so that it is just still rotating) until the gas discharge lamp overheats again and the UV light intensity drops again.
Ergebnis dieser Startphase ist ein Anfangswert für die Standard-Drehzahl des Lüfters 15, wie sie im weiteren Betrieb der Gasentladungslampe als Maß für die Kühlleistung verwendet wird. Diese Standard-Drehzahl kann wie folgt berechnet werden: The result of this start phase is an initial value for the standard speed of the fan 15, as used in the further operation of the gas discharge lamp as a measure of the cooling capacity. This standard speed can be calculated as follows:
LÜfterstandard = (LÜftermax * tmax + LÜftermin * tmin / (tmin + tmax)) (1 ) Standard fan = (ax * tmax + m fan fan in m * tmin / (tmin + t max)) (1)
Die sich bei der Kühlleistung Lüfterstandard einstellende UV-Lichtintensität stellt den Sollwert UVsoii für die Lampenregelung dar; sie repräsentiert gleichzeitig den Maximalwert. Sollte im Betrieb die UV-Lichtintensität unter eine kritische Schwelle fallen (beispielsweise 98% des Maximalwerts), wird der Lüfter auf Minimalbetrieb geschaltet (Lüfter,™) und während einer Reaktionsdauer tcrit geprüft, ob die UV- Lichtintensität wieder ansteigt. Gegebenenfalls wird der Wert für Lüfterstandard ver- ringert. Andernfalls wird der Lüfter im Maximum betrieben Lüftermax und die Standardprüfrichtung umgestellt (von Lüfter,™ auf Lüftermax). The UV light intensity adjusting itself with the cooling performance fan standard represents the target value UVsoii for the lamp control; it also represents the maximum value. If, in operation, the UV light intensity falls below a critical threshold (for example, 98% of the maximum value), the fan is switched to minimum operation (Fan, ™) and checked for a reaction time t cr it, if the UV light intensity increases again. If necessary, the fan standard value is reduced. Otherwise, the fan is operated at maximum fan ma x and the standard test direction is changed (from fan, to fan ma x).
Die Zeitkonstante tcrit, kann durch einen einfachen Test mit einer Stufenfunktion bestimmt werden, sogar automatisch aus der Reaktionszeit der UV-Lichtintensität nach dem ersten Einschalten des Lüfters. Eine andere Prozedur zur Ermittlung des Sollwerts der Lichtintensität und des Betriebs des Lampensystems veranschaulicht Figur 3 am Beispiel einer Krümmungsbestimmung bei einer Übertragungsfunktion von Stellgröße und der Lichtintensität. Das Diagramm von Figur 3a skizziert die Abhängigkeit der UV- Lichtintensität UV von der Kühlleistung PWM (beispielsweise der Lüfter- Drehzahl). Die UV-Lichtintensität zeigt ein ausgeprägtes Maximum bei einer optimalen Kühlleistung. Da die Übertragungsfunktion (Fig. 3a) nicht monoton ist, ist es nicht möglich, bei Änderung der Lichtintensität auf die richtige Regelrichtung zu schließen. Im Diagramm von Figur 3b ist die mathematische Ableitung der Funktion von Figur 3a schematisch dargestellt. Die erste Ableitung AUV/APWM ist nun auch monoton und hat bei der optimalen Kühlleistung (= max. Lichtintensität) einen Null- Durchgang. Die Vorgabe zur Änderung der Stellgröße APWM ergibt sich nun di- rekt aus dem negativen Anstieg dieser Funktion (~-dUV2/d2PWM = 2. Ableitung der Übertragungsfunktion = Krümmung). The time constant t cr it, can be determined by a simple test with a step function, even automatically from the reaction time of the UV light intensity after the first switching on the fan. Another procedure for determining the setpoint value of the light intensity and the operation of the lamp system is illustrated by FIG. 3 using the example of a determination of curvature in a transfer function of manipulated variable and the light intensity. The diagram of FIG. 3 a outlines the dependence of the UV light intensity UV on the cooling power PWM (for example, the fan speed). The UV light intensity shows a pronounced maximum with optimal cooling performance. Since the transfer function (Fig. 3a) is not monotone, it is not possible to conclude the correct control direction when the light intensity changes. In the diagram of Figure 3b, the mathematical derivation of the function of Figure 3a is shown schematically. The first derivative AUV / APWM is now also monotonic and has a zero crossing at the optimum cooling capacity (= maximum light intensity). The specification for modifying the manipulated variable APWM now results directly from the negative increase in this function (~ -dUV 2 / d 2 PWM = 2nd derivation of the transfer function = curvature).
Als technisch sinnvoll hat sich folgende Abwandlung erwiesen, wobei die Einstellung des Lüfters nach folgendem Schema erfolgt: The following modification has proved to be technically meaningful, the setting of the fan taking place according to the following scheme:
APWM = Const. * sign(APWMait) * sign(d2UV) * abs(AUV) (2). Die Richtung der Stellgrößenänderung zwischen Zeitschritt n und nächsten bei n+1 ergibt sich aus dem Vorzeichen der 2. Ableitung. Diese setzt sich aus den drei zuletzt gemessenen UV-Werten zusammen (d2UV = UVn-2*UVn-i+UVn-2) und den beiden zuletzt eingestellten Lüftereinstellungen (APWMait = PWMn-PWMn-i). Die Höhe der Änderung zum nächsten Zeitschritt APWM = PWMn+i-PWMn wird allerdings mit der betragsmäßigen Veränderung der UV-Intensität AUV und einem Parameter Const. skaliert, also: Const * abs (UVn-i+UVn-2). APWM = Const. * sign (APWMait) * sign (d 2 UV) * abs (AUV) (2). The direction of the manipulated variable change between time step n and next at n + 1 results from the sign of the 2nd derivative. This is composed of the last three measured UV values (d 2 UV = UV n -2 * UV n -i + UV n -2) and the two last set fan settings (APWMait = PWM n -PWM n -i). The amount of change to the next time step APWM = PWM n + i-PWM n is, however, with the magnitude change of the UV intensity AUV and a parameter Const. scaled, ie: Const * abs (UV n -i + UV n -2).
Figur 4 demonstriert anhand der zeitlichen Verläufe von UV-Lichtintensität (Kurve D) und dazugehöriger Kühlleistung (Lüfterdrehzahl beziehungsweise Kühlluft- Volumenstrom; Kurve E). Auf der linken Ordinate ist die Lichtintensität UVreiative (in %) als Relativwert bezogen auf die maximale Lichtintensität aufgetragen und auf der rechten Ordinate der Kühlluft-Volumenstrom PWM in m3/h. Diese Stetigregelung mittels PWM-geregeltem Radiallüfters 15 erzeugt trotz der Trägheit des Regelsystems, die sich durch das Temperieren der Gasentladungslampe als Stellgröße ergibt, eine weitgehend konstante UV-Lichtintensität, wie Kurve D zeigt. Unter ungünstigen Bedingungen kann diese UV-Regelung über die Krümmungsbestimmung jedoch instabil werden und der Lüfter in die falsche Richtung verändert werden. Dieser Fall wird regeltechnisch abgefangen, sobald im Betrieb die UV-Lichtintensität unter eine kritische Schwelle fällt (beispielsweise 95% des Maximalwerts; UV< 95% von UVmax). Die Lüfterdrehzahl wird dann gezielt gestört, das heißt die Drehzahl wird drastisch verändert; beispielsweise bei einem bisherigen PWM-Wert von 50 % oder mehr auf Null, oder bei einem bisherigen PWM- Wert von weniger als 50 % auf maximalen PWM-Wert (100 %), um ein deutliches Regelsignal zu erzeugen. Diese Störung wird anschließend für x Zeitschritte nicht zugelassen, um der Regelung Zeit zum Einstellen zu lassen. 4 shows on the basis of the time courses of UV light intensity (curve D) and the associated cooling power (fan speed or cooling air volume flow, curve E). On the left hand ordinate is the light intensity UV rel tive A (in%) as a relative value to the maximum light intensity and plotted on the right ordinate of the cooling air flow PWM in m 3 / h. This continuous regulation by means of PWM-controlled radial fan 15, despite the inertia of the control system, which results from the tempering of the gas discharge lamp as a manipulated variable, a largely constant UV light intensity, as curve D shows. Under unfavorable conditions, however, this UV regulation can become unstable via the determination of the curvature and the fan can be changed in the wrong direction. This case is intercepted as soon as during operation the UV light intensity falls below a critical threshold (for example 95% of the maximum value, UV <95% of UVmax). The fan speed is then selectively disturbed, that is, the speed is drastically changed; for example, at a previous PWM value of 50% or more to zero, or at a previous PWM value of less than 50% to maximum PWM value (100%) to produce a clear control signal. This disturbance is then not allowed for x time steps to allow the control time to adjust.
Eine weitere Methode zum Betrieb und für die Regelung des Lampensystems beruht auf einer Absolut-Messung der UV-Lichtintensität auf einen vorgegebenen Wert (und nicht auf Regelung auf das relative Maximum der UV-Lichtintensität, wie bei den beiden obigen Prozeduren beschrieben). Es ist bekannt, dass über die Strahlerlebensdauer die UV-Leistung auf beispielsweise 90% der Anfangsleistung absinkt. Mit Hilfe der Absolut-Regelung kann eine Gasentladungslampe mit konstanter UV-Leistung über ihre gesamte Lebensdauer betrieben werden. Für diese„Lebensdauerkompensation" wird beim erstmaligen Einschalten (@0h) der Gasentladungslampe die anfängliche Höhe der UV- Lichtintensität bestimmt (UVmax@oh=100%), und daraus die über die Lebensdauer konstant zu haltende UV-Lichtintensität UVDaUer = 90% von UVmax@oh bestimmt und entweder im Speicherelement 22 des Lampensystems oder in der Lampensteuerung gespeichert. Another method of operating and controlling the lamp system relies on absolute measurement of UV light intensity to a predetermined value (rather than regulation to the relative maximum of UV light intensity, as described in the above two procedures). It is known that over the radiator life, the UV power drops to, for example, 90% of the initial power. Absolute control allows the operation of a gas discharge lamp with constant UV power over its entire lifetime. For this "life-time compensation", the initial level of UV light intensity (UV m ax @ oh = 100%) is determined when the gas discharge lamp is switched on for the first time (@ 0 h ), and from this the UV light intensity UV D a constant over the service life = 90% determined by UV ma x @ oh and stored either in the memory element 22 of the lamp system or in the lamp control.
Beim nächsten Einschalten der Gasentladungslampe wird bei einer ersten Verfah- rensvariante die UV-Lichtintensität zunächst ins Maximum geführt und danach der Lampenstrom so lange reduziert bis der vorgegebene Sollwert UVDauer =90 % von UVmax@oh erreicht ist. Die Regelung führt die Lüftereinstellung immer wieder ins relative Maximum, um diesen Sollwert zu halten. Diese Verfahrensvariante mit einem auf UVDauer angepassten Betriebsparameter (Lampenstrom) ist in Figur 3a durch den gestrichelten Kurvenverlauf V1 mit dem relativen Maximum UVDauer derThe next time the gas discharge lamp is switched on, in a first variant of the method the UV light intensity is first led to the maximum and then the lamp current is reduced until the predetermined desired value UV D auer = 90% of UVmax @ oh is reached. The control always returns the fan setting to the relative maximum to maintain this setpoint. This process variant with an operating parameter (lamp current) adapted to UV D auer is shown in FIG. 3 a by the dashed curve V1 with the relative maximum UV D auer
Lichtintensität angedeutet. Light intensity indicated.
Bei einer anderen Verfahrensvariante vergleicht die Steuereinheit 16 den vom UV-Lichtsensor 24 übermittelten Istwert der UV-Lichtintensität mit dem Sollwert UVDauer, ermittelt die Abweichung des Ist-Wertes vom Sollwert und gibt ein Steuer- Signal aus, das die Kühlleistung des Radial-Lüfters 15 regelt. Die Verringerung der Lichtintensität auf UVDauer erfolgt hierbei durch eine absichtlich nicht optimierte Lüfterleistung, eine Anpassung der Betriebsparameter ist dafür nicht erforderlich. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Lüfterleistung so eingestellt, dass sich am Amalgamdepot 13 eine Temperatur einstellt, die niedriger ist als die zum Er- reichen des absoluten Maximums erforderliche Temperatur. Diese Verfahrensvariante ohne Anpassung der Betriebsparameter ist in Figur 3a durch den Regelpunkt V2 angedeutet. In another variant of the method, the control unit 16 compares the actual value of the UV light intensity transmitted by the UV light sensor 24 with the desired value UV D , determines the deviation of the actual value from the desired value and outputs a control signal which determines the cooling capacity of the radial Fan 15 regulates. The reduction The light intensity on UV D here is done by a deliberately non-optimized fan performance, an adjustment of the operating parameters is not required. In the preferred embodiment, the fan power is set so that the amalgam reservoir 13 sets a temperature which is lower than the temperature required to reach the absolute maximum. This method variant without adaptation of the operating parameters is indicated in FIG. 3a by the control point V2.
Es kann selbstverständlich auch sinnvoll sein, die beiden beschriebenen Verfahrensvarianten für die„Lebensdauerkompensation" miteinander zu kombinieren. It may of course also be useful to combine the two described process variants for the "life compensation" with each other.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zum Betrieb eines Lampensystems (10), mit einer Gasentladungslampe (1 1 ), einem elektronischen Vorschaltgerät (14) und mit einer Steuereinheit (16) zur Regelung einer leistungsbeeinflussenden Regelgröße des Lampensystems (10), dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtintensitätsregelung vorgesehen ist, bei der mittels eines Lichtsensors (24) ein Ist-Wert einer von der Gasentladungslampe (1 1 ) emittierten Lichtintensität gemessen und die emittierte Lichtintensität als Regelgröße eingesetzt wird. 1 . Method for operating a lamp system (10), with a gas discharge lamp (1 1), an electronic ballast (14) and with a control unit (16) for controlling a power-influencing controlled variable of the lamp system (10), characterized in that a light intensity control is provided, in which an actual value of a light intensity emitted by the gas discharge lamp (11) is measured by means of a light sensor (24) and the emitted light intensity is used as a control variable.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasentladungslampe (1 1 ) eingesetzt wird, die UV-Strahlung emittiert. 2. The method according to claim 1, characterized in that a gas discharge lamp (1 1) is used, which emits UV radiation.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Extremwertregelung ein Zielwert für eine Stellgröße ermittelt wird, bei dem die Lichtintensität ein Maximum (UVmax) oder einen vorgegebenen Schwellwert (UVDauer) einnimmt. 3. The method of claim 1 or 2, characterized in that by means of extreme value control, a target value for a manipulated variable is determined, in which the light intensity occupies a maximum (UV m ax) or a predetermined threshold (UV duration).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Extremwertregelung als Zweipunkt-Regelung ausgeführt ist, bei der die Stellgröße während einer Startphase auf mindestens zwei Ausgangswerte eingestellt wird, von denen der eine Temperaturerhöhung, und von denen der andere eine Temperaturerniedrigung des Gasentladungslampe (1 1 ) bewirkt, wobei sowohl in Folge der Temperaturerhöhung als auch in Folge der Temperaturerniedrigung ein Maximum der Lichtintensität erreicht und überschritten wird, und dass als Zielwert der Stellgröße ein Wert zwischen dem einen und dem anderen Ausgangswert eingestellt wird. 4. The method according to claim 3, characterized in that the extreme value control is designed as a two-point control, wherein the manipulated variable is set during a start phase to at least two output values, one of which a temperature increase, and of which the other a decrease in temperature of the gas discharge lamp ( 1 1), wherein a maximum of the light intensity is reached and exceeded both as a result of the temperature increase and as a result of the temperature reduction, and that a value between the one and the other output value is set as the target value of the manipulated variable.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Extremwertregelung eine Krümmungsbestimmung einer Übertragungsfunktion von Stellgröße und der Lichtintensität umfasst, wobei der Zielwert der Stellgröße anhand des Maximums der Lichtintensität ermittelt wird. 5. The method according to claim 3, characterized in that the extreme value control comprises a determination of curvature of a transfer function of manipulated variable and the light intensity, wherein the target value of the manipulated variable is determined based on the maximum of the light intensity.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Lichtintensität beeinflussende Betriebstemperatur der Gasentladungslampe (1 1 ) mittels eines Temperierelements (15) mit regelbarer Temperierleistung veränderbar ist, und dass die Temperierleistung als Stellgröße der Regelung eingesetzt wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an operating temperature of the gas discharge lamp (1 1) influencing the light intensity can be varied by means of a tempering element (15) with controllable temperature control, and that the temperature control is used as a control variable of the control.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Temperierelement (15) ein Lüfter mit PWM-geregelter Lüftungsleistung eingesetzt wird, und dass die Lüftungsleistung als Stellgröße der Regelung eingesetzt wird. 7. The method according to claim 6, characterized in that as a tempering (15) a fan with PWM-controlled ventilation performance is used, and that the ventilation performance is used as a control variable of the scheme.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtintensität die Intensität einer von der Gasentladungslampe (1 1 ) emittierten UV-Strahlung herangezogen wird, die Strahlung der Wellenlänge von 254 nm umfasst. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the intensity of a light emitted from the gas discharge lamp (1 1) UV radiation is used, which comprises radiation of the wavelength of 254 nm.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwellwert der Lichtintensität (UVDauer) vorgegeben ist, dessen Unterschreitung das Lebensdauerende der Gasentladungslampe (1 1 ) markiert, und dass als Sollwert der Lichtintensitätsregelung dieser Schwellwert genutzt wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a threshold value of the light intensity (UV D auer) is specified, the undershoot marks the end of life of the gas discharge lamp (1 1), and that is used as the setpoint of the light intensity control of this threshold.
10. Lampensystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, mit einer Gasentladungslampe (1 1 ), einem elektronischen Vorschaltgerät (14) und mit einer Steuereinheit (16) zur Regelung einer leistungsbeeinflussenden Regelgröße des Lampensystems (10), dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtsensor (24) zur Ermittlung eines Ist-Wert einer von der Gasentladungslampe (1 1 ) emittierten Lichtintensität vorhanden ist, und die Regelung als Lichtintensitätsregelung ausgelegt ist, bei der die emittierte Lichtintensität als Regelgröße eingesetzt wird, wobei an einem Signaleingang der Steuereinheit (16) der Ist-Wert der Lichtintensität als Eingangssignal anliegt. 10. Lamp system for carrying out the method according to one of the preceding claims 1 to 9, with a gas discharge lamp (1 1), an electronic ballast (14) and with a control unit (16) for controlling a power-influencing control variable of the lamp system (10), characterized in that a light sensor (24) is provided for determining an actual value of a light intensity emitted by the gas discharge lamp (1 1), and the control is designed as a light intensity control in which the emitted light intensity is used as a controlled variable, wherein at a signal input of the control unit (16) the actual value of the light intensity is present as an input signal.
1 1 . Lampensystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (16) eine Vorrichtung zur Extremwertregelung umfasst, bei der ein Zielwert für eine Stellgröße ermittelt wird, bei die Lichtintensität ein Maximum (UVmax) oder einen vorgegebenen Schwellwert (UVDauer) einnimmt. 1 1. Lamp system according to claim 10, characterized in that the control unit (16) comprises a device for extreme value control, in which a target value for a manipulated variable is determined in which the light intensity assumes a maximum (UVmax) or a predetermined threshold (UV D auer).
12. Lampensystem nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Extremwertregelung als Zweipunkt-Regelung oder als Krümmungsbestimmung einer Übertragungsfunktion von Stellgröße und der Lichtintensität ausgeführt ist. 12. Lamp system according to claim 1 1, characterized in that the extreme value control is designed as a two-point control or as a determination of the curvature of a transfer function of manipulated variable and the light intensity.
13. Lampensystem nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasentladungslampe (1 1 ) eine UV-Strahlung emittierende Gasentladungslampe ist. 13. Lamp system according to claim 1 1 or 12, characterized in that the gas discharge lamp (1 1) is a UV-emitting gas discharge lamp.
14. Lampensystem nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperierelement (15) mit regelbarer Temperierleistung vorgesehen ist, das geeignet ist, eine die Lichtintensität beeinflussende Betriebstemperatur der Gasentladungslampe (1 1 ) zu verändern, und dass die Betriebstemperatur oder ein mit der Betriebstemperatur korrelierter Parameter an einem Signaleingang der Steuereinheit anliegt und als Stellgröße der Lichtintensitätsregelung verwendbar ist. 14. Lamp system according to one of claims 1 1 to 13, characterized in that a tempering (15) is provided with adjustable temperature control, which is adapted to change the light intensity affecting operating temperature of the gas discharge lamp (1 1), and that the operating temperature or a correlated with the operating temperature parameter is applied to a signal input of the control unit and can be used as a control variable of the light intensity control.
15. Lampensystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperierelement (15) mit regelbarer Kühl- oder Heizleistung, insbesondere ein Lüfter mit PWM-geregelter Lüftungsleistung mit der Steuereinheit (16) verbunden ist. 15. Lamp system according to claim 14, characterized in that a tempering element (15) with controllable cooling or heating power, in particular a fan with PWM-regulated ventilation power to the control unit (16) is connected.
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