WO2015158921A1

WO2015158921A1 - Vorrichtung und verfahren zum betreiben eines lichterzeugers

Info

Publication number: WO2015158921A1
Application number: PCT/EP2015/058458
Authority: WO
Inventors: Ekkehard Kress
Original assignee: Iie Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2014-04-19
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2015-10-22
Also published as: US20160374185A1; DE102014005669A1; US9615437B2; EP3135081A1; CN106233821A; DE102014005669B4; CN106233821B

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Betreiben eines Lichterzeugers (2) mit einer Spannungsquelle (4). Erfindungsgemäß sind vorgesehen: • eine Einrichtung (5; 13) zur Erzeugung einer Messspannung, die proportional zu der Spannung ist, die an dem Lichterzeuger (2) anliegt, • eine Einrichtung (6, 9) zur Erzeugung einer ersten und einer zweiten Vergleichsspannung, die jeweils proportional zu dem durch den Lichterzeuger (2) fließenden Strom sind, • eine Einrichtung (9, 8), um aus der Messspannung und der einen Vergleichsspannung eine Differenzspannung und aus der Messspannung und der anderen Vergleichsspannung eine Summenspannung zu bilden, • zwei kapazitive Gleichrichter (7) zum Gleichrichten der Differenzspannung und der Summenspannung, sowie • eine Steuerung (3), mit der die gleichgerichtete Differenzspannung und die gleichgerichtete Summenspannung auswertbar sind.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben

eines Lichterzeugers

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Betreiben eines Lichterzeugers nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. dem Oberbegriff von Anspruch 7.

Für die schnelle Aushärtung von Lacken und Farben werden oft UV-Generatoren benutzt. Meist handelt es sich bei den UV-Generatoren um Entladungslampen, die hauptsächlich Licht im UV-Bereich emittieren. Die UV-Generatoren werden im Blitzbetrieb oder kontinuierlich betrieben.

Die Kontrolle und Überwachung solcher UV-Generatoren ist sehr aufwändig und proble- matisch. Um einen durchgehenden und störungsfreien Betrieb einer Härtungsanlage gewährleisten zu können, muss hauptsächlich herausgefunden werden, ob der UV-Generator gezündet hat und ob er eventuell während des Betriebs erloschen ist. Soll auch die leistung des UV-Generators beurteilt werden, ist insbesondere die UV-Leistung ausschlaggebend, die in hohem Maße von der Wirkleistung abhängt. Je nach verwendeter Lampe, nach Schaltung des Vorschaltgerätes und nach verwendeter Frequenz kann die Wirkleistung unter Umständen jedoch nur einen Bruchteil der Blindleistung betragen. Daher ist dieses Unterfangen sehr problematisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrei- ben eines Lichterzeugers nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. von Anspruch 9 so zu verbessern, dass eine einfache, zuverlässige und preisgünstige Ermittlung von Status-Parametern des Lichterzeugers ermöglicht wird.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 bzw. von Anspruch 9. Erfindungsgemäß wird hierzu eine Einrichtung zur Erzeugung einer Messspannung, die proportional zu der Spannung ist, die an dem Lichterzeuger anliegt, eine Einrichtung zur Erzeugung einer ersten und ei- ner zweiten Vergleichsspannung, die jeweils proportional zu dem durch den Lichterzeuger fließenden Strom sind, eine Einrichtung, um aus der Messspannung und der einen Vergleichsspannung eine Differenzspannung und aus der Messspannung und der anderen Vergleichsspannung eine Summenspannung zu bilden, zwei Gleichrichter zum Gleichrich- ten der Differenzspannung und der Summenspannung, sowie eine Steuerung, mit der die gleichgerichtete Differenzspannung und die gleichgerichtete Summenspannung auswertbar sind, vorgesehen.

Das Verhältnis der Summenspannung und der Differenzspannung zueinander hängt von der Phasenlage von Strom und Spannung in der Vorrichtung ab. So ergibt sich beispielsweise der größte Unterschied zwischen Summen- und Differenzspannung, wenn Spannung und Strom gleich- oder gegenphasig sind (mit unterschiedlichem Vorzeichen). Der geringste Unterschied ergibt sich dagegen bei einer Phasenverschiebung von ca. 250° bzw. von ca. 70°. Es lässt sich folglich aus dem Unterschied zwischen Summen- und Dif- ferenzspannung sowie aus dessen Vorzeichen auf die Phasenverschiebung zwischen Lampenspannung und Lampenstrom und damit auf den Zustand der Lampe schließen.

Die Gleichrichter, mit denen die beiden Vergleichsspannungen gleichgerichtet werden, sind vorteilhaft als wechselstromgekoppelte Gleichrichter ausgeführt.

Durch die erfindungsgemäße Kombination und den dadurch möglichen Vergleich der gleichgerichteten Differenzspannung mit der gleichgerichteten Summenspannung wird es möglich, den Zustand des Lichterzeugers zu beurteilen. Dazu muss vor dem Betrieb eine Kalibrierung durchgeführt werden, so dass die Werte der gleichgerichteten Differenz- und Summenspannung jeweils einem Zustand des Lichterzeugers (insbesondere gezündet oder nicht gezündet) zugeordnet werden können.

Diese Kalibrierung kann bei der Produktion der Vorrichtung erfolgen, so dass die teure und aufwendige Messtechnik nicht für jede Vorrichtung, sondern nur einmal in dem Be- trieb erforderlich wird, in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung gefertigt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich mit einfachen und preisgünstigen Bauteilen realisieren und arbeitet genau und zuverlässig. Vorteilhaft haben die erste und die zweite Vergleichsspannung den gleichen Wert. Auf diese Weise lassen sich nicht nur die Referenzwerte in besonders einfacher Weise bilden, sondern es lassen sich auch Rückschlüsse über den Zustand der in den Gleichrichtern verwendeten Kondensatoren und Dioden ziehen. Die Gleichrichter sind vorteilhaft als Spitzenwert-Gleichrichter ausgebildet.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteilhaft ist die Spannungsquelle galvanisch von dem Lichterzeuger getrennt. Auf diese Weise lässt sich eine wesentlich höhere Sicherheit erreichen. Auch bei Spannungen um ca. 6 kV besteht so keinerlei Gefahr für das Bedienpersonal.

Vorzugsweise arbeitet die Vorrichtung mit einer galvanisch getrennten Spannungsquelle. Auf diese Weise lässt sich sehr einfach eine Messspannung erzeugen, die proportional zu der an dem Lichterzeuger anliegenden Spannung ist. Die Einrichtung zur Erzeugung einer Messspannung weist hierzu eine Messwicklung oder einen Spannungswandlertransformator an einer galvanisch getrennten Spannungsquelle auf. Es ist aber ebenso möglich, einen Spannungsteiler zum direkten Abgriff vorzusehen. Der Spannungsteiler kann aus rein ohmschen oder komplexen Widerständen bestehen. Wird ein eigener Spannungs- wandlertransformator (Messtransformator) eingesetzt so wird dieser parallel zur Lampe geschaltet um die hohe Spannung in eine kleine Messspannung zu transformieren. Die Funktionen von Messwicklung und Spannungswandlertransformator sind praktisch identisch. Besonders vorteilhaft ist die Einrichtung zur Erzeugung einer ersten und einer zweiten Vergleichsspannung als Strommesswandler mit zwei Sekundärspulen aufgebaut. Dadurch lassen sich in besonders einfacher Weise Vergleichsspannungen erzeugen, die proportional zu dem durch den Lichterzeuger fließenden Strom sind. Die an dem Lichterzeuger anliegende Spannung ist gut zu kontrollieren,wenn Spannungspulse erzeugt werden. Um die geforderte Spannung aufrecht zu erhalten, lässt sich so beispielsweise die Pulsdichte oder die Amplitude der Pulse entsprechend beeinflussen. Die Spannungsquelle ist deshalb so aufgebaut, dass sie unipolare oder bipolare Pulse liefert.

Als Pulsform kann ein Dreieck, ein Trapez oder ein Sinus verwendet werden. Besonders vorteilhaft sind die Pulse der Spannungsquelle aber als Rechteck-Pulse aufgebaut. Auf diese Weise lässt sich ein kostengünstiges einfaches Vorschaltgerät realisieren.

Wie bereits weiter oben erwähnt, werden als Lichterzeuger für die Härtung von Lacken und Farben oftmals herkömmliche Gasentladungslampen eingesetzt. Diese Lampen kön- nen jedoch nur einen gewissen Teil des emittierten Lichts im UV-Bereich erzeugen, so dass ihre Effizienz nicht optimal ist. Der Lichterzeuger ist deshalb vorteilhaft so aufgebaut, dass er das Licht über eine dielektrische behinderte Entladung (DBE) erzeugt. Über eine gepulste Anregung lässt sich hier besonders effektiv eine homogene Entladung erzeugen. Ein weiterer Vorteil eines Lichterzeugers mit DBE ist, dass keine metallischen Elektroden im Entladungsraum verwendet werden müssen und somit keine metallischen Verunreinigungen entstehen. Auch tritt kein Elektrodenverschleiß auf. Die DBE-Lichterzeuger können mit hoher Effizienz betrieben werden, da an den Elektroden keine Ladungsträger aus- oder eintreten müssen. Insbesondere bei einem DBE-Lichterzeuger ist der Unterschied zwischen Blindleistung und Wirkleistung sehr groß (je nach Aufbau kann die Blindleistung etwa den neunfachen Betrag der Wirkleistung erreichen). Da die Beurteilung, ob ein Lichterzeuger sich im gezündeten oder nicht gezündetem Zustand befindet, aber am besten über den schnellen Anstieg oder Abfall der Wirkleistung detektiert werden kann, ist es hier um so wichtiger, dies mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einfacher Weise über die Werte der gleichgerichteten Summen- und Differenzspannung möglich ist.

Besonders vorteilhaft ist der Lichterzeuger als Excimer-Lampe aufgebaut. Excimer-Lam- pen können über die Zusammensetzung des verwendeten Gases genau auf die benötigte Wellenlänge ausgerichtet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Erzeugen einer Messspannung, die proportional zu der Spannung ist, die an dem Lichterzeuger anliegt, Erzeu- gen einer ersten und einer zweiten Vergleichsspannung, die jeweils proportional zu dem durch den Lichterzeuger fließenden Strom sind, Erzeugen sowohl einer Differenzspannung aus der Messspannung und der einen der Vergleichsspannungen, als auch einer Summenspannung aus der Messspannung und der anderen Vergleichsspannung, Gleich- richten der Differenzspannung und der Summenspannung, sowie Vergleichen der gleichgerichteten Differenz- und Summenspannung mit kalibrierten in einem Speicher abgelegten oder errechneten Werten.

Aus der gleichgerichteten Differenz- und Summenspannung lassen sich einige Rück- Schlüsse über den Zustand des Systems, beispielsweise über den Zustand der Gleichrichter ziehen. Auch ergibt sich die Phasenverschiebung zwischen Lampenstrom und Lampenspannung aus der gleichgerichteten Summenspannung und der gleichgerichteten Differenzspannung. Besonders vorteilhaft wird aus der gleichgerichteten Differenzspannung und der gleichgerichteten Summenspannung durch Quotientenbildung ein Faktor errechnet und der Zustand des Lichterzeugers durch den Vergleich des Faktors mit einem vorbestimmten Schwellwert ermittelt. Es spielt dabei keine Rolle, ob dabei die Differenz- durch die Summenspannung oder die Summen- durch die Differenzspannung dividiert wird. Der

Schwellwert kann bei einer Kalibrierung festgelegt werden, bei der ermittelt wird, bei welchem Faktor sich der Lichterzeuger in einem gezündeten und bei welchem Faktor in einem nicht gezündeten Zustand befindet.

Da sich die Faktoren für gezündeten und nicht gezündeten Zustand bei richtiger Dimen- sionierung der Vorrichtung gut erkennbar unterscheiden, lässt sich an den errechneten Faktoren relativ deutlich erkennen, ob sich der Lichterzeuger in einem gezündeten Zustand befindet. Durch die Hinterlegung des Schwellwerts in der Steuerung ist ein direkter Abgleich mit dem aktuell ermittelten Faktor möglich. Die Möglichkeit, den Zustand des Lichterzeugers erkennen zu können, ist unabdingbar, wenn beispielsweise eine schonen- de Zündung mit möglichst geringer Zündspannung durchgeführt werden soll. Aber auch zur rechtzeitigen Erkennung von Ausfällen des Lichterzeugers wird diese Erkennung benötigt. Auf diese Weise lassen sich Fehlproduktionen fast vollständig vermeiden. Um mit der Vorrichtung eine Wirkleistung einstellen zu können, muss eine Kalibrierung mit einem Leistungsanalysator durchgeführt werden. Bei der Kalibrierung wird vorteilhaft den gemessenen Werten für die Wirkleistung die von der Spannungsquelle erzeugte Spannung zugeordnet. Hierzu wird besonders vorteilhaft eine Look-Up-Table (LUT) aufgestellt. Die LUT enthält den entsprechenden Wert für die während der Kalibrierung gemessene Wirkleistung und für die von der Spannungsquelle jeweils erzeugte Spannung. Für Kontrollaufgaben kann in die LUT auch noch die jeweilige gleichgerichtete Summenspannung und Differenzspannung, der daraus bestimmte Faktor und der bei diesen Bedingungen vorliegende Zustand des Lichterzeugers (gezündet oder nicht gezündet) eingeschrieben werden. Es lässt sich folglich nach der Kalibrierung des Systems die gewünschte Wirkleistung direkt über das Erzeugen der entsprechenden zugeordneten Spannung über die Spannungsquelle erzeugen.

Die Kalibrierung kann beispielsweise in dem Betrieb, in dem die Vorrichtung produziert wird, durchgeführt werden. Die ermittelten Werte für die Wirkleistung und die jeweils dazu über die Spannungsquelle erzeugte Spannung werden - wie oben beschrieben - entweder in einem Speicher als zweidimensionale LUT abgelegt oder es wird ein arithmetischer Ansatz ermittelt und abgelegt. Auf diese Weise kann während des Betriebs der Vorrichtung jeweils zu einer gewünschten Wirkleistung eine von der Spannungsquelle zu erzeugende Spannung entweder über die LUT zugeordnet oder entsprechend errechnet werden. Dadurch ist eine sehr einfache und an die Anforderungen anpassbare Steuerung möglich. Der Lichterzeuger muss üblicherweise mit einer Zündspannung gezündet werden, die über der normalen Betriebsspannung liegt. Es soll aber mit einer möglichst geringen Zündspannung gezündet werden, um die verwendeten Bauteile zu schonen und so eine möglichst lange Lebensdauer der Vorrichtung gewährleisten zu können. Besonders vorteilhaft werden deshalb die folgenden Schritte durchgeführt: Durchführen eines Zündvor- gangs für den Lichterzeuger mit einer niedrigen Zündspannung, Ermitteln der Werte für die gleichgerichtete Differenz- und Summenspannung und Ermitteln des Zustande des Lichterzeugers anhand dieser Werte, bei Ermittlung eines nicht gezündeten Zustande Wiederholen des Zündvorgangs und des Ermitteln des Zustande des Lichterzeugers mit jeweils erhöhter Zündspannung bis ein gezündeter Zustand des Lichterzeugers ermittelt wird und Generieren eines Alarms oder einer Fehlermeldung bei Erreichen einer vorbestimmten maximalen Zündspannung. Das Hochfahren der Anlage kann auf diese Weise weitgehend automatisiert werden. Ebenso lässt sich eine Fehlproduktion bei nicht gezün- detem Lichterzeuger verhindern.

Es kann aber auch nach der Zündung während des Betriebs des Lichterzeugers eine Störung (meist am Lichterzeuger) auftreten, die zu einem Erlöschen des Lichterzeugers führt. Dieser Zustand ist über den ermittelten Faktor sofort festzustellen. Erfindungsgemäß wird deshalb ein Alarm oder eine Fehlermeldung generiert, wenn während des Betriebs des gezündeten Lichterzeugers Werte für die gleichgerichtete Differenz- und Summenspannung ermittelt werden, die einem nicht gezündeten Lichterzeugers entsprechen. Auf diese Weise lassen sich Störungen schnell feststellen und beheben. Ein längerer Betrieb der defekten Anlage und eine große Fehlproduktion kann so sicher vermieden werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das anhand der Zeichnung eingehend erläutert wird.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen

Vorrichtung und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind auf der Stromversorgung 1 hauptsächlich eine Spannungsquelle 4, ein Spannungsteiler 5, ein Strommesswandler 6 und zwei Gleichrichter 7 angeordnet. Über elektrische Anschlüsse ist die Stromversorgung 1 mit der Lampe 2 und der Steuerung 3 verbunden. Die Spannungsquelle 4 ist als Rechteckgenerator ausgebildet und liefert eine bipolare

Rechteck-Spannung. Es wäre auch möglich, eine unipolare Rechteckspannung, oder aber eine Sinus-Spannung oder Sägezahn-Spannung (jeweils unipolar oder bipolar) zu ver- wenden, jedoch weist ein bipolarer Rechteckgenerator das beste Preis-Leistungs Verhältnis auf. Die Spannung der Spannungsquelle 4 liegt direkt an der Lampe 2 an.

Der Spannungsteiler 5 dient der Erzeugung einer Messspannung, die proportional zu der an der Lampe 2 anliegenden Spannung ist. Durch die Spannungsteilerschaltung ist sichergestellt, dass sich die Messspannung entsprechend der an der Lampe 2 anliegenden Spannung verändert. Die Messspannung liefert folglich ein Signal, aus dem sich die an der Lampe 2 anliegende Spannung ermitteln ließe. Zwischen der Spannungsquelle 4 und der Lampe 2 ist ein Strommesswandler 6 in den Stromkreis eingeschaltet. Die Primärspule 15 des Strommesswandlers 6 ist auf der Stromversorgung 1 der Lampe 2 in Reihe mit der Lampe 2 geschaltet. Galvanisch getrennt von der Primärspule 15 weist der Strommesswandler 6 zwei in Reihe geschaltete Sekundärspulen 9 auf. Die beiden Sekundärspulen besitzen idealer Weise die gleiche In- duktivität. Zwischen den beiden Sekundärspulen 9 wird das Signal der Messspannung zugeführt.

An dem Messwiderstand 8 liegt nun beidseitig eine Spannung an, die sich zusammensetzt aus der Messspannung und einer Spannung, die proportional zu dem durch die Lampe 2 fließenden Strom ist. Diese Spannung wird auf der einen Seite zu der Messspannung addiert und auf der anderen Seite von der Messspannung subtrahiert, wobei das jeweilige Additions- bzw. Subtraktionsergebnis von der Phasenverschiebung zwischen Lampenstrom und -Spannung abhängt. Die Summen- und die Differenzspannung liegen jeweils an den gleich aufgebauten Spitzenwert-Gleichrichtern 7 an, die jeder einen Kondensator und zwei Dioden aufweisen. Die so gleichgerichteten Signale werden dann zur weiteren Behandlung an die Steuerung 3 zugeführt. Zur Kalibrierung wird die Vorrichtung vorteilhaft mit einer Lampenersatzschaltung, einem sogenannten Dummy, aus zwei parallel geschalteten Kondensatoren und einem Widerstand, der mit einem der Kondensatoren in Reihe geschaltet ist, betrieben. In der Zeichnung ist die Lampe 2 entsprechend dargestellt. In dem Dummy werden dazu der Wider- stand und die Kondensatoren so eingestellt, dass die elektrischen Eigenschaften im Mittel den Eigenschaften mehrerer vermessener gezündeter Lampen entsprechen. Die Kalibrierung wird vorteilhaft werkseitig durchgeführt, da hierfür teure Messeinrichtungen, insbesondere ein Leistungsanalysator zur Messung der Wirkleistung, benötigt werden.

Nun wird über die Spannungsquelle 4 eine Spannung erzeugt, die sich aus Erfahrungswerten ergibt und normalerweise die Zündung der Lampe 2 herbeiführen würde. Über den hier nicht gezeigten Leistungsanalysator wird die Wirkleistung an dem Dummy ermittelt und es werden die gleichgerichtete Summen- und Differenzspannung gemessen. Alle Werte werden in eine LUT eingetragen.

Der gleiche Vorgang wird für unterschiedliche, über die Spannungsquelle 4 erzeugte Spannungen wiederholt. Die erzeugten Spannungen sollten sich in einem sinnvollen Bereich befinden. Dieser Bereich erstreckt sich im unteren Bereich über eine Spannung, mit der ein Betrieb der Lampe gerade nicht mehr möglich ist (untere Grenze des Bereichs) bis zu einer Spannung, die noch zur Zündung der Lampe verwendet werden kann, ohne die Lampe dabei zu schädigen (obere Grenze des Bereichs).

Die Messung bei verschiedenen erzeugten Spannungen wird wiederholt, wobei der Wert des Widerstands des Dummys so weit angehoben wird, dass die Eigenschaften des Dum- mys denen einer nicht gezündeten Lampe entsprechen. Auch hier sollten sich die erzeugten Spannungen in einem sinnvollen Bereich befinden. Dieser Bereich ist vorteilhaft identisch mit dem Bereich zur Kalibrierung der gezündeten Lampe. Am Ende der Messungen liegt eine Vielzahl von Wertegruppen vor, wobei jede Wertegruppe einer bestimmten er- zeugten Spannung bei gezündeter und/oder bei nicht gezündeter Lampe zugeordnet werden kann.

Nun kann jeder Wertegruppe noch ein Faktor zugeordnet werden, der rechnerisch aus dem Quotienten von Summen- und Differenzspannung gebildet wird. Dieser Faktor ist ein Maß für die Phasenverschiebung zwischen Lampenstrom und Lampenspannung. Es lässt sich daran sehr gut ablesen, ob die Lampe gezündet hat oder nicht. Jede Wertegruppe enthält nun die erzeugte Spannung, den gemessenen Wert für die Wirkleistung, die gleichgerichtete Summenspannung und Differenzspannung, sowie den aus Summen- und Differenzspannung errechneten Quotienten als Faktor. Es kann auch noch der Zustand der Lampe, also gezündet oder nichtgezündet, abgelegt werden. Jeder erzeugten Spannung ist folglich eine Wirkleistung zugeordnet. Diese Vorrichtungs-LUT wird in der Steuerung 3 abgelegt. Anstatt die Faktoren mit jeder Wertegruppe abzulegen, kann aber auch aus den Faktoren ein Schwellwert bestimmt und abgespeichert werden.

Da bei der Einmessung der Stromversorgung 1 ein Dummy verwendet wird, dessen Ei- genschaften den mittleren Eigenschaften des zu verwendenden Lampentyps entsprechen, wird bei jeder Lampe eine von der Spannungsquelle 4 erzeugte Spannung eine etwas andere Wirkleistung ergeben. Um folglich eine exakte Beziehung zwischen erzeugter Spannung und Wirkleistung herstellen zu können, wird für jede Lampe bei einer bestimmten erzeugten Spannung und einer mit einem Leistungsanalysator gemessenen Wirkleis- tung ein Offset bestimmt. Der Offset ergibt sich aus dem Wert der tatsächlich erzeugten Spannung und dem Wert für die erzeugte Spannung in der Wertegruppe, in der die Wirkleistung mit der mit der Lampe gemessenen Wirkleistung übereinstimmt. Dieser über die Messung bestimmte Offset kann in beliebiger Weise mit der Lampe verknüpft werden. So kann beispielsweise der Lampe ein Datenträger beigefügt werden oder es wird ein Code angebracht, über den der entsprechende Offset über das Internet bezogen werden kann.

Nach dem Einbau einer neuen Lampe kann dann der Offset mit dem Wert für die erzeugte Spannung in jeder Wertegruppe der Vorrichtungs-LUT verrechnet werden. Es ergibt sich auf diese Weise eine an eine bestimmte Lampe angepasste LUT. Auch diese angepasste LUT wird in der Steuerung 3 abgelegt.

So eine angepasste LUT lässt sich aber auch rein rechnerisch erzeugen. Zu diesem Zweck wird eine Spannung erzeugt, bei der sich die Lampe 2 in einem gezündeten Zustand befindet. Nun wird in der Vorrichtungs-LUT die Wertegruppe ermittelt in der die Wer- te von Summen- und Differenzspannung den gemessenen Werten entsprechen. Ist der Wert für die erzeugte Spannung in dieser Wertegruppe identisch mit der tatsächlich erzeugten Spannung, so muss keine Anpassung vorgenommen werden. Ergibt sich jedoch eine Abweichung, so entspricht diese Abweichung wiederum dem Offset, der jeweils mit dem Wert für die angelegte Spannung in jeder Wertegruppe zu verrechnen ist.

Die verwendeten Lampen 2 unterliegen einem Alterungsprozess. Dabei ändern sich ihre Eigenschaften. Das hat zur Folge, dass nach einer gewissen Anzahl von Betriebsstunden von der Spannungsquelle 4 eine höhere Spannung erzeugt werden muss, um die gleiche UV-Leistung zu erreichen. Es ist folglich zur Erreichung der gleichen UV-Leistung eine höhere Wirkleistung erforderlich. Auch dieser Effekt sollte bei der Steuerung der Vorrichtung berücksichtigt werden.

Zu diesem Zweck könnte beispielsweise eine Alterungskurve ausgemessen werden. Dabei wird eine Lampe in der Vorrichtung betrieben und die UV-Leistung über eine entsprechende Anpassung der erzeugten Spannung und damit der Wirkleistung während der Lebensdauer der Lampe konstant gehalten. Es ergibt sich auf diese Weise zu jeder Be- triebsstundenzahl ein Offset für die erzeugte Spannung. Da in jeder Vorrichtung meist ein Betriebsstundenzähler vorgesehen ist, kann eine einem Lampentyp entsprechende Alte- rungs-LUT zusätzlich in der Steuerung 3 abgelegt werden. Zu jeder erreichten Betriebsstundenzahl kann dann der Offset aus der Alterungs-LUT mit dem Wert für die erzeugte Spannung in jeder Wertegruppe der angepassten LUT verrechnet werden.

Es besteht aber auch eine Möglichkeit, die Alterung ohne vorherige Aufnahme einer Alterungs-LUT zu berücksichtigen. Dabei wird immer nach einer vorher festzulegenden Anzahl von Betriebsstunden eine rechnerische Anpassung der angepassten LUT, wie sie oben bereits für die Erzeugung der angepassten LUT beschrieben ist, durchgeführt. Der zeitliche Abstand zwischen den Anpassungen muss nicht immer gleich groß sein, sondern sollte sich nach dem tatsächlichen Alterungsverlauf des Lampentyps richten. Hierbei kann auf Messungen oder auf Erfahrungswerte zurückgegriffen werden.

Anstelle von LUTs können selbstverständlich auch arithmetische Funktionen hinterlegt werden. Meist ist jedoch der Aufwand zur Generierung einer solchen Funktion zu hoch. Auch erfordert der Rechenaufwand während des Betriebs unter Umständen eine Rechnerkapazität, die über einen Mikrocontroller nicht mehr abgedeckt werden kann. Dies kann sich natürlich bei zukünftigen Mikrocontrollern ändern, so dass dieses Vorgehen in Zukunft eine echte Option darstellen kann.

Bisher wurde davon ausgegangen, dass eine bestimmte Wirkleistung an eine durch die Spannungsquelle 4 zu erzeugende Spannung gekoppelt ist. Selbstverständlich lässt sich aber die Wirkleistung auch durch die Frequenz oder durch Spannung und Frequenz gemeinsam beeinflussen. Aus Übersichtlichkeitsgründen wird hier aber nur auf eine Steuerung über die von der Spannungsquelle 4 erzeugte Spannung eingegangen. Während des Betriebs der Stromversorgung kann die Steuerung 3 bereits aus dem Faktor, also aus einem Quotienten, der aus den Absolutwerten der beiden gleichgerichteten Signale der Summen- und der Differenzspannung gebildet wird, bestimmte Rückschlüsse (z. B. über den Zustand der Lampe 2) ableiten. So ist z. B. bei Phasengleichheit von Lampenstrom und Lampenspannung sowie bei einer Verschiebung von 180° der Differenzbe- trag zwischen der Summen- und der Differenzspannung am größten, während bei einer Phasenverschiebung von 250° bzw. von 70° der Differenzbetrag am kleinsten ist. An dem Verhältnis zwischen Summen- und Differenzspannung, also an dem ermittelten Faktor, lässt sich somit zumindest ermitteln, in welchem von vier Quadranten (0-90°; 90-180°; 180-270°; 270-360°) die Phasenverschiebung zwischen Lampenstrom und Lampenspan- nung liegt. Aus der ermittelten Phasenverschiebung lässt sich bereits auf den Zustand der Lampe schließen.

Eine genaue Beurteilung ob die Lampe 2 gezündet hat, lässt sich dann durchführen, wenn aus den ermittelten und in der Vorrichtungs-LUT abgelegten Faktoren ein Grenzwert ge- bildet wird. Da sich die Faktoren bei gezündetem und bei nicht gezündetem Zustand doch so stark von einander unterscheiden, dass eine Zuordnung zu dem jeweiligen Lampenzu- stand ohne weiteres möglich ist, kann ein Grenzwert als entsprechender Mittelwert festgelegt werden. Auch dieser Grenzwert ist in der Steuerung 3 hinterlegt. Alternativ lässt sich natürlich bei der Ermittlung eines Faktors die Wertegruppe oder lassen sich die Werte- gruppen bestimmen, in denen der ermittelte Faktor enthalten ist. Wenn in jeder Wertegruppe noch der Zustand der Lampe vermerkt ist, kann auch direkt über die LUT ermittelt werden, ob sich die Lampe in gezündetem oder nicht gezündetem Zustand befindet. Beim Einschalten der Vorrichtung wird ein erster Zündversuch mit einer Spannung gestartet, die an der unteren Grenze der Zündspannung liegt. Nach einer Zeitspanne, die für die Zündung der Lampe 2 üblicherweise ausreichend ist, wird überprüft, ob die Lampe 2 tatsächlich gezündet hat. Zu diesem Zweck wird von der Steuerung 3 der Faktor ermittelt und mit dem als Grenzwert hinterlegten Faktor oder den in der LUT hinterlegten Faktoren verglichen. Eine ziemlich eindeutige Bestimmung des Zustands der Lampe 2 ist auf diese Weise möglich.

Wird festgestellt, dass die Lampe 2 nicht gezündet hat, wird ein zweiter Zündversuch un- ternommen, bei dem die Zündspannung um einen sinnvollen Betrag, beispielsweise um 10% erhöht wird. Nach der für die Zündung der Lampe 2 üblicherweise ausreichenden Zeitspanne wird erneut anhand des Faktors überprüft, ob die Lampe 2 gezündet hat. Ist dies wieder nicht der Fall, erfolgt der nächste Zündversuch. Die Zündversuche werden so lange fortgesetzt, bis ein oberer Grenzwert der Zündspannung erreicht ist. Kann hier wie- der keine Zündung festgestellt werden, liegt ein Fehler vor und es wird ein sichtbarer und/oder hörbarer Alarm generiert, der das Bedienpersonal über den Fehler informiert.

Bei der nächsten Inbetriebnahme der Vorrichtung beginnt der erste Zündversuch vorteilhaft nicht mit der kleinst möglichen Zündspannung. Die Zündspannung für den ersten Zündversuch wird unter Berücksichtigung einer Vielzahl von Parametern bestimmt. So wird beispielsweise der Wert, mit dem bei der letzten Inbetriebnahme die Zündung erfolgreich durchgeführt werden konnte, die Pause seit des letzten Betriebs und/oder Temperatur- und Lichtverhältnisse berücksichtigt werden. Hierzu wird auch die erfolgreiche Zündspannung und beispielsweise die Abschaltzeit in der Steuerung 3 hinterlegt und über- schreibt bei jeder Inbetriebnahme die zuletzt abgelegten Werte.

Da die Spannungsversorgung 1 , insbesondere aber die Isolation von eventuell verwendeten Transformatoren durch das Anlegen sehr hoher Spannungen schneller altert, kann durch dieses Zündverfahren die Lebensdauer verlängert werden. Weiterhin lässt sich durch diese Zündprüfung verhindern, dass die Produktion unter Umständen mit nicht gezündeter Lampe beginnt und eine eventuelle Fehlproduktion und damit einen hohen Ausschluss nach sich zieht. Die gezündete Lampe soll mit einer bestimmten Wirkleistung betrieben werden. Hierfür ermittelt die Steuerung 3 in der angepassten LUT diejenige Wertegruppe, in der die Wirkleistung dem gewünschten Wert entspricht. Aus der ermittelten Wertegruppe entnimmt sie den Wert für die Spannung, die durch die Spannungsquelle 4 erzeugt werden muss um die gewünschte Wirkleistung zu erhalten. Über die Verbindungsleitung 16 steuert die Steuerung 3 die Spannungsquelle 4 entsprechend an und reduziert auf diese Weise die an der Lampe 2 anliegende Spannung von der Zündspannung auf die entsprechende Betriebsspannung. Über den Faktor lässt sich aber auch feststellen wenn die Lampe 2 nach erfolgreicher Zündung während des Betriebs plötzlich erlischt. Auch wenn dieser Fehler unbemerkt bliebe, würde eine große Menge an Ausschuss produziert werden. Da auch in diesem Fall sofort ein Alarm ausgelöst wird, kann die Produktion sofort gestoppt und der Schaden behoben werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 hauptsächlich durch die Spannungsversorgung und die Erzeugung der Messspannung. Für gleiche Bauteile wurden in Fig. 2 die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet.

Die Spannungsquelle 4 ist hier über den Transformator 10 galvanisch von der eigentlichen Stromversorgung und der Lampe 2 getrennt. Die Spannungsquelle 4 ist dabei mit der Primärwicklung 11 des Transformators 10 verbunden. Der Strommesswandler 6 und die damit in Reihe geschaltete Lampe 2 werden dagegen über die Sekundärwicklung 12 des Transformators 10 versorgt. Weiterhin ist in dem Transformator 10 auf der Sekundärseite als zweite Wicklung noch eine Messwicklung 13 vorgesehen. Über diese Messwicklung 13 wird die Messspannung erzeugt, die dem Strommesswandler 6 zwischen den beiden Sekundärspulen 9 zugeführt wird. Auch diese Messspannung ist proportional zu der Spannung, die an der Lampe 2 anliegt.

Durch die Verwendung des Transformators 10 ist die Stromversorgung 14 des zweiten Ausführungsbeispiels etwas aufwändiger und teurer zu fertigen als die Stromversorgung 1 des ersten Ausführungsbeispiels. Der Transformator bringt aber den Vorteil mit sich, dass sich wesentlich höhere Spannungen zum Betrieb der Lampe 2 erzeugen lassen und damit Leistungen von mehreren Kilowatt möglich sind. Dadurch wird natürlich eine höhere Produktionsgeschwindigkeit und somit eine Einsparung an Herstellkosten für die zu trocknenden Produkte erreicht.

Bezugszeichenliste:

1 Stromversorgung des ersten Ausführungsbeispiels

2 Lampe

3 Steuerung

4 Spannungsquelle

5 Spannungsteiler

6 Strommesswandler zur potentialfreien Messung

7 Gleichrichter

8 Messwiderstand

9 Sekundärspulen

10 Transformator mit galvanischer Trennung

11 Primärwicklung

12 Sekundärwicklung

13 Messwicklung

14 Stromversorgung des zweiten Ausführungsbeispiels

15 Primärspule

16 Verbindungsleitung Steuerung - Spannungsquelle

Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zum Betreiben eines Lichterzeugers (2) mit einer Spannungsquelle (4), gekennzeichnet durch,

• eine Einrichtung (5; 13) zur Erzeugung einer Messspannung, die proportional zu der Spannung ist, die an dem Lichterzeuger (2) anliegt,

• eine Einrichtung (6, 9) zur Erzeugung einer ersten und einer zweiten Vergleichsspannung, die jeweils proportional zu dem durch den Lichterzeuger (2) fließenden Strom sind,

• eine Einrichtung (9, 8), um aus der Messspannung und der einen Vergleichsspannung eine Differenzspannung und aus der Messspannung und der anderen Vergleichsspannung eine Summenspannung zu bilden,

• zwei Gleichrichter (7) zum Gleichrichten der Differenzspannung und der Summenspannung, sowie

• eine Steuerung (3), mit der die gleichgerichtete Differenzspannung und die gleichgerichtete Summenspannung auswertbar sind.

Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (4) galvanisch von dem Lichterzeuger (2) getrennt ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung einer Messspannung eine Messwicklung (13) oder einen Spannungswandlertransformator an der galvanisch getrennten Spannungsquelle oder einen Spannungsteiler (5) zum direkten Abgriff aufweist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung einer ersten und einer zweiten Vergleichsspannung als Strommesswandler (6) mit zwei Sekundärspulen (9) aufgebaut ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (4) so aufgebaut ist, dass sie unipolare oder bipolare Pulse liefert.

Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Pulse der Spannungsquelle (4) als Rechteck-Pulse aufgebaut sind.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichterzeuger (2) das Licht über eine dielektrische behinderte Entladung erzeugt.

Vorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Lichterzeuger (2) als Excimer-Lampe aufgebaut ist.

Verfahren zum Betreiben eines Lichterzeugers (2) mit einer Spannungsquelle (4), gekennzeichnet durch,

• Erzeugen einer Messspannung, die proportional zu der Spannung ist, die an dem Lichterzeuger (2) anliegt,

• Erzeugen einer ersten und einer zweiten Vergleichsspannung, die jeweils proportional zu dem durch den Lichterzeuger (4) fließenden Strom sind,

• Erzeugen sowohl einer Differenzspannung aus der Messspannung und einer Vergleichsspannung, als auch einer Summenspannung aus der Messspannung und der anderen Vergleichsspannung,

• Gleichrichten der Differenzspannung und der Summenspannung,

• Vergleichen der gleichgerichteten Differenz- und Summenspannung mit kalibrierten in einem Speicher abgelegten oder errechneten Werten.

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus der gleichgerichteten Differenzspannung und der gleichgerichteten Summenspannung durch Quotientenbildung ein Faktor errechnet wird und der Zustand des Lichterzeugers (2) durch den Vergleich des Faktors mit einem vorbestimmten Schwellwert ermittelt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kalibrierung den gemessenen Werten für die Wirkleistung die von der Spannungsquelle erzeugte Spannung zugeordnet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• Durchführen eines Zündvorgangs für den Lichterzeuger (2) mit einer niedrigen Zündspannung

· Ermitteln der Werte für die gleichgerichtete Differenz- und Summenspannung und

Ermitteln des Zustande des Lichterzeugers (2) anhand dieser Werte,

• bei Ermittlung eines nicht gezündeten Zustande Wiederholen des Zündvorgangs und des Ermitteln des Zustande des Lichterzeugers (2) mit jeweils erhöhter Zündspannung bis ein gezündeter Zustand des Lichterzeuger (2) ermittelt wird, · Generieren eines Alarms oder einer Fehlermeldung bei Erreichen einer vorbestimmten maximalen Zündspannung.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Alarm oder eine Fehlermeldung generiert wird, wenn während des Betriebs des ge- zündeten Lichterzeugers (2) Werte für die gleichgerichtete Differenz- und Summenspannung ermittelt werden, die einem nicht gezündeten Lichterzeuger (2) entsprechen.