EP1152645A1 - Method and device to control a gas discharge lamp circuit - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer mit Wechselspannung oder Wechselstrom gespeisten Gasentladungslampe, wobei in bestimmten Zeitintervallen die Momentanleistung der Lampe erhöht wird (gepulster Betrieb). Daneben betrifft die Erfindung mit solchen Lampen und Vorrichtungen versehene Geräte sowie auf dem Betriebsverfahren beruhende Verfahren zum Bearbeiten einer Elektrode.The invention relates to a method and a device for operating a AC voltage or AC-powered gas discharge lamp, being in certain Time intervals the instantaneous power of the lamp is increased (pulsed Business). In addition, the invention relates to such lamps and devices provided devices as well as processing methods based on the operating method an electrode.
Solche Betriebsverfahren und -vorrichtungen sind bekannt, beispielsweise aus der WO 96/174724 oder der US 5,608,294. In der genannten WO-Schrift wird eine Vorrichtung mit einer Energieversorgungsschaltung zum Betreiben einer Gasentladungslampe beschrieben, wobei die Energieversorgungsschaltung eine Wechselspannung oder einen Wechselstrom vorgegebener Periodendauer zur Speisung der Gasentladungslampe mit einer vorgegebenen Leistung derart bereitstellt, dass bei einer Reduzierung der mittleren Lampenleistung gegenüber der Nennleistung unmittelbar vor dem Umpolen der Wechselspannung oder des Wechselstroms innerhalb einer halben Periodendauer eine Erhöhung der momentanen Leistung erfolgt. Diese kurzzeitige Erhöhung der momentanen Leistung vor dem Umpolvorgang bewirkt, dass die notwendige Wiederzündspannung nach dem Umpolvorgang nicht wesentlich gegenüber der Spannung im Nennbetrieb erhöht werden muss.Such operating methods and devices are known, for example from WO 96/174724 or US 5,608,294. In the aforementioned WO document, a device described with a power supply circuit for operating a gas discharge lamp, wherein the power supply circuit is an AC voltage or an AC current predetermined period for feeding the gas discharge lamp with a provides predetermined power in such a way that with a reduction of the average Lamp power compared to the nominal power immediately before reversing the polarity of the AC voltage or an increase in the alternating current within half a period the current performance. This brief increase in current performance before the polarity reversal process causes the necessary re-ignition voltage after the The polarity reversal process cannot be significantly increased compared to the voltage during nominal operation got to.
Aus der genannten US-Schrift ist ein Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungslampe mit kurzem Lichtbogen bekannt, bei welchem der Lampe ein Wechselstrom bestimmter Periodendauer zugeführt und in jeder Halbperiode dem Lampenstrom ein kurzer Strompuls überlagert wird, der dieselbe Polarität wie der Lampenstrom in der jeweiligen Halbperiode besitzt, was die Konstanz des Lichtbogens und die Haltbarkeit der Elektroden der Gasentladungslampe wesentlich verbessert. A method for operating a gas discharge lamp is known from the cited US document known with a short arc, in which the lamp determines an alternating current Period duration supplied and a short current pulse to the lamp current in each half period is superimposed on the same polarity as the lamp current in the respective half-period has what the constancy of the arc and the durability of the electrodes of the Gas discharge lamp significantly improved.
Das aus den genannten Schriften bekannte Variieren der Stromstärke bzw. der Spannung, das im folgenden als "gepulster Betrieb" oder "Pulsbetrieb" bezeichnet wird, hat sich in der Praxis überaus bewährt. Dabei sei an dieser Stelle betont, dass die Begriffe "gepulster Betrieb" und "Pulsbetrieb" hier alle Formen des Stromstärken- bzw. Spannungsverlaufs über die Zeit bezeichnen, bei denen dem Betriebsstrom bzw. der Betriebsspannung insbesondere zwecks Stabilisierung des Lampenbogens zusätzliche Strom- oder Spannungspulse überlagert werden (in manchen Schriften (vgl. z.B. EP 0 865 210 A2, WO 97/247871 oder US 5,428,408) wird dagegen unter dem Begriff "gepulster Betrieb" ausschließlich eine Lampenbetriebsart verstanden, bei der eine Lampe in schnell wiederholten, sehr kurzen Zeitabschnitten betrieben wird und während eines großen Teils der Zeit kein licht abgibt).The variation of the current strength or the voltage known from the cited documents, which is hereinafter referred to as "pulsed operation" or "pulsed operation" has in the Proven in practice. It should be emphasized at this point that the terms "pulsed Operation "and" pulse operation "here all forms of current and voltage curve denote by the time at which the operating current or operating voltage especially for the purpose of stabilizing the lamp arc additional current or Voltage pulses are superimposed (in some documents (see e.g. EP 0 865 210 A2, WO 97/247871 or US 5,428,408), however, is called "pulsed operation" understood only a lamp operating mode in which a lamp repeated quickly, is operated in very short periods of time and for a large part of the Time no light emits).
Durch den gepulsten Betrieb kann zwar die Konstanz des Lichtbogens wesentlich verbessert werden, jedoch ist die Lebensdauer insbesondere bei Hochdruck-Gasentladungs-lampen mit sehr kurzem Lichtbogen, wie sie z.B. bei Daten- und Videoprojektoren mit LC- oder Spiegel-Displays (Deformable Mirror Device), aber auch bei verschiedenen anderen Anwendungen eine wichtig? Rolle spielen, noch nicht befriedigend. Je kürzer der benötigte Lichtbogen, desto stärker macht sich ein Zurückbrennen der Lampenelektroden und die damit eingehende Verlängerung des zwischen den Elektroden entstehenden Lichtbogens nachteilig bemerkbar. So kommt es durch Zurückbrennen der Lampenelektroden bei Gasentladungslampen mit kurzen und sehr kurzen Lichtbögen nicht selten bereits in den ersten 100 Betriebsstunden zu einem Rückgang der Effizienz beispielsweise in einem Projektionssystem von 20%.Due to the pulsed operation, the constancy of the arc can be significantly improved However, the service life is particularly high-pressure gas discharge lamps with a very short arc, e.g. with data and video projectors with LC or mirror displays (Deformable Mirror Device), but also with various other applications an important one? Play role, not yet satisfactory. The shorter the required arcs, the stronger a burning back of the lamp electrodes and the consequent extension of the arc that arises between the electrodes disadvantageously noticeable. This is how the lamp electrodes burn back with gas discharge lamps with short and very short arcs, it is not uncommon already in the first 100 hours of operation, for example, in a drop in efficiency Projection system of 20%.
Zudem ist die Herstellung von Gasentladungslampen mit sehr kurzem Elektrodenabstand
ausgesprochen schwierig, denn die Elektroden werden üblicherweise in einem Quarzrohr
eingeschmolzen und vor der Einschmelzung in dem Rohr positioniert, so dass ihre
Position nach Fertigstellung der Lampe herstellungsprozessbedingt von der ursprünglichen
Justierung abwicht, und zwar sowohl hinsichtlich des Abstandes als auch der seitlichen
Ausrichtung zueinander. Die Positionierungstoleranzen der Elektroden lassen sich nur mit
erheblichem Kostenaufwand reduzieren.
Ein weiteres, nur mit großem Aufwand zu lösendes Problem ist die geometrische Form der
Elektroden selbst. Es ist zwar durchaus möglich, gewünschte Elektrodengeometrien aus
Vollmaterial herauszuschneiden, jedoch werden aus Kostengründen Elektroden bevorzugt,
die aus einem Elektrodenstab (gezogener Wolframdraht) und einer darüber geschobenen
Wolframspirale bestehen, wenngleich bei einer solche Konstruktion die Geometrie und die
innere Struktur der Elektroden, die letztendlich die Wärmeverteilung bestimmt, schlechter
kontrollierbar ist. Bei Lampen mit kurzem Lichtbogen kommt es ohnehin durch die
enorme Wärmebelastung der Elektroden zu einem raschen Transport des Elektrodenmaterials
(z.B. Abdampfung von Wolfram), der z.B. bei Hochdruck-Gasentladungslampen
mit einer Bogenlänge von etwa 1 mm die Elektroden-Frontfläche in wenigen Stunden
vollständig verändern kann. Auch eine ideal geformte Elektrode behält dabei ihre
ursprünglichen Funktionseigenschaften in der Regel für weniger als 100 Stunden.In addition, the production of gas discharge lamps with a very short electrode spacing is extremely difficult, because the electrodes are usually melted in a quartz tube and positioned in the tube before melting, so that their position deviates from the original adjustment due to the manufacturing process, both in terms of the manufacturing process the distance as well as the lateral alignment to each other. The positioning tolerances of the electrodes can only be reduced at considerable expense.
Another problem that can only be solved with great effort is the geometric shape of the electrodes themselves. Although it is entirely possible to cut desired electrode geometries out of solid material, electrodes are preferred for cost reasons, which consist of an electrode rod (drawn tungsten wire) and a tungsten spiral pushed over it exist, although with such a construction the geometry and the internal structure of the electrodes, which ultimately determines the heat distribution, are less controllable. In the case of lamps with a short arc, the enormous thermal load on the electrodes leads to rapid transport of the electrode material (e.g. vaporization of tungsten), which can, for example, completely change the front face of the electrodes in a few hours in the case of high-pressure gas discharge lamps with an arc length of approximately 1 mm . Even an ideally shaped electrode usually retains its original functional properties for less than 100 hours.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Gasentladungslampe anzugeben, welche es erlauben, die beim Betrieb einer Gagentladungslampe stattfindenden Transportprozesse vorteilhaft zur Formung der Elektroden auszunutzen.Proceeding from this, the object of the invention is a method and a device to operate a gas discharge lamp, which allow the transport processes taking place when operating a gas charge lamp advantageously for Forming the electrodes.
Die Aufgabe wird gelöst von einem Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. von einer Vorrichtung
gemäß Anspruch 11. Vorteilhafte Durch- bzw. Ausführungsformen sind
Gegenstand der Unteransprüche. Die nebengeordneten Ansprüche betreffen auf diesen
Verfahren und Vorrichtungen basierende Bearbeitungsverfahren und Vorrichtungen.The object is achieved by a method according to
Insbesondere wird die Aufgabe von einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem die Werte wenigstens eines sich über die Zeit ändernden Betriebsdatums der Lampe kontinuierlich oder diskontinuierlich gemessen werden und die Frequenz der Wechselspannung oder des Wechselstroms (Betriebsfrequenz) in Abhängigkeit von den gemessenen Werten gewählt wird. Dabei wird die Betriebsfrequenz zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von den gemessenen Werten wenigstens eines Betriebsdatums aus der die Gesamtbetriebsdauer der Lampe, die Brennspannung, die abgegebene oder aufgenommene Leistung, die Bogenlänge und den Elektrodenabstand umfassenden Gruppe von Betriebsdaten gewählt, denn alle diese Daten lassen direkte oder indirekte Rückschlüsse auf den Zustand der Elektroden, insbesondere den Elektrodenabstand zu (beispielsweise kann aus der Betriebsdauer selbst bei einer neuen Lampe mit Betriebsdauer null anhand von Erfahrungswerten auf den ungefähren Zustand der Elektroden und damit auf die Notwendigkeit einer bestimmten Betriebsfrequenzwahl geschlossen werden).In particular, the object is achieved by a method of the type mentioned at the outset, in which the values of at least one operating date which changes over time Lamp can be measured continuously or discontinuously and the frequency of the AC voltage or alternating current (operating frequency) depending on the measured values is selected. The operating frequency is expediently in Dependence on the measured values of at least one operating date from which the Total operating time of the lamp, the burning voltage, the delivered or received Performance, the arc length and the electrode spacing comprehensive group of operating data chosen, because all these data allow direct or indirect conclusions to be drawn State of the electrodes, in particular the distance between the electrodes (for example, from the operating time even for a new lamp with zero operating time based on Experience based on the approximate condition of the electrodes and thus on the Need to be closed for a certain operating frequency selection).
Die Erfindung basiert auf der neuen Erkenntnis, dass die Größe der beim Betrieb mit Wechselstrom bzw. Wechselspannung auf den Elektroden aufwachsenden Strukturen und die Betriebsfrequenz des Stroms bzw. der Spannung zueinander proportional sind Es hat sich gezeigt, dass der Durchmesser der aufgewachsenen Strukturen um so kleiner ist, je höher die Grundfrequenz des Betriebsstroms bzw. der Betriebsspannung ist. Typische Frequenzen bei Hochdruck-Gasentladungslampen liegen zwischen etwa 40 und 600 Hz Für Lampen einer bestimmten Bauart (beispielsweise nach der DE 38 13 421 A) gilt z.B. die Bezehung ungefährer Durchmesser der aufgewachsenen Strukturen = a /f1/2, wobei f die Betriebsfrequenz in Hertz und a eine lampenspezifische Proportionalitätskonstante ist, die typischerweise zwischen etwa 2000 und 5000 µm Hz1/2 liegt, so dass sich bei 100 Hz Grundfrequenz Strukturen mit etwa 200 bis 500 µm Durchmesser bilden. Im allgemeinen kann diese Konstante in einem Rahmen zwischen 1000 und 10.000 µm Hz1/2 liegen. Die Höhe der entstehenden Strukturen ist üblicherweise kleiner als ihr Durchmesser und beträgt in der Regel etwa das 0,.4- bis 0,8- fache des Durchmessers. Das Verhältnis kann jedoch erfahrungsgemäß zwischen 0,2 und 1,2 variieren. Dieser Zusammenhang wird erfindungsgemäß ausgenutzt, um in kontrollierbarer Weise hervorstehende Elektrodenspitzen während des Lampenbetriebs zu erzeugen.The invention is based on the new finding that the size of when operating with AC current or voltage on the structures growing on the electrodes and the operating frequency of the current or voltage are proportional to each other It has It has been shown that the diameter of the grown structures is the smaller, each the basic frequency of the operating current or the operating voltage is higher. Typical Frequencies in high pressure gas discharge lamps are between approximately 40 and 600 Hz For lamps of a certain type (e.g. according to DE 38 13 421 A), e.g. the approximate diameter of the grown structures = a / f1 / 2, where f the operating frequency in Hertz and a is a lamp-specific proportionality constant, which is typically between about 2000 and 5000 µm Hz1 / 2, so that at 100 Hz Basic frequency form structures with a diameter of approximately 200 to 500 µm. In general this constant can be between 1000 and 10,000 µm Hz1 / 2. The The resulting structures are usually smaller than their diameter and is usually about 0.4 to 0.8 times the diameter. The relationship can however, experience has shown that it varies between 0.2 and 1.2. This connection will exploited according to the invention in a controllable manner protruding electrode tips to generate during lamp operation.
Die Erfindung erlaubt es, die Elektrode im Betrieb zu formen, in gewissen Grenzen unabhängig von der fertigungsbedingten Ausgangsform der Elektroden. Der gewünschte Elektrodenabstand bzw. die gewünschte Brennspannung kann durch Ausnutzen der Transportvorgänge innerhalb gewisser Grenzen eingestellt werden. Bei Erreichen der Wunschspannung wird der Konditionierungsvorgang abgebrochen und die Lampe bei der dann aktuellen Frequenz betrieben.The invention allows the electrode to be shaped during operation, within certain limits regardless of the production-related initial shape of the electrodes. The one you want Electrode spacing or the desired operating voltage can be exploited by Transport operations can be set within certain limits. Upon reaching the The conditioning process is interrupted and the lamp at the then current frequency operated.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass es während der Betriebszeit der Lampe immer wieder angewandt werden kann und so gewissermaßen eine "Regenerierung" der Elektroden erlaubt, so dass hervorragende Resultate über eine sehr lange Lebensdauer erzielt werden können.A particular advantage of the method according to the invention is that during the Operating time of the lamp can be used again and again and so to speak "Regeneration" of the electrodes allowed, so that excellent results over a very long life can be achieved.
Die während des Betriebs aufgebauten Elektrodenstrukturen stehen sich auf Grund der physikalischen Gesetze der Transportvorgänge praktisch exakt gegenüber, so dass kein seitlicher Versatz vorkommt. Wenn mit hinreichend niedrigen Frequenzen gestartet wird, befindet sich die Struktur in der Elektrodenmitte.The electrode structures built up during operation are due to the physical laws of transport processes practically exactly opposite, so that no lateral offset occurs. If you start with sufficiently low frequencies, the structure is in the middle of the electrode.
Dazu werden vorteilhaft die gemessenen Werte auf das Erfüllen vorgegebener Randbedingungen überwacht und bei Erfüllung einer ersten Randbedingung (Startbedingung) die Lampe mit einer niedrigen Betriebsfrequenz (Startfrequenz) betrieben, bis eine zweite Randbedingung erfüllt ist, worauf die Betriebsfrequenz erhöht wird. Solche Startbedingungen können zum Beispiel das erstmalige Inbetriebnehmen einer neuen Lampe oder das Anwachsen der benötigten Brennspannung über einen vorgegebenen Grenzwert hinaus sein. Insbesondere ist es auch möglich, unterschiedliche Startbedingungen mit unterschiedlichen Startfrequenzen zu definieren, so dass beispielsweise beim erstmaligen Inbetriebnehmen einer neuen Lampe sukzessive Strukturen mit sich verkleinerndem Durchmesser auf den Elektroden aufgebaut werden können, wobei mit einer verhältnismäßig niedrigen Startfrequenz begonnen wird, während es bei Elektroden, deren Form nur geringfügig geändert werden soll, genügen kann, sofort sehr kleine Strukturen aufzubauen und mit einer relativ hohen Startfrequenz zu beginnen.For this purpose, the measured values are advantageous for fulfilling specified boundary conditions monitors and upon fulfillment of a first boundary condition (start condition) Lamp operated at a low operating frequency (start frequency) until a second Boundary condition is met, whereupon the operating frequency is increased. Such starting conditions can, for example, commission a new lamp for the first time or The required burning voltage increases beyond a predetermined limit his. In particular, it is also possible to have different starting conditions with different ones Define start frequencies so that, for example, the first time Commissioning of a new lamp successive structures with diminishing Diameter can be built up on the electrodes, with a relative low start frequency is started, while it is only for electrodes whose shape should be changed slightly, it may be sufficient to immediately build very small structures and start with a relatively high start frequency.
Zum sukzessiven Aufbau der Strukturen kann die Betriebsfrequenz kontinuierlich erhöht werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, die Betriebsfrequenz in diskreten Schritten zu erhöhen, bis eine vorgegebene Abbruchbedingung erreicht ist. Solche Abbruchbedingungen können sein: Erreichen einer vorbestimmte Betriebsfrequenz (Maximalfrequenz), Erreichen einer vorbestimmten minimalen Brennspannung, Konstanz des Elektrodenabstands über einen vorbestimmten Zeitraum.The operating frequency can be increased continuously for the successive construction of the structures become. However, it has proven to be particularly advantageous to set the operating frequency in increment discrete steps until a predetermined termination condition is reached. Such termination conditions can be: reaching a predetermined operating frequency (Maximum frequency), reaching a predetermined minimum burning voltage, constancy of the electrode gap over a predetermined period.
Bei einer zur Lösung der genannten Aufgabe vorgesehenen Vorrichtung zum Betreiben einer Gasentladungslampe sind Messmittel zum kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Messen der Werte wenigstens eines sich über die Zeit ändernden Betriebsdatums der Lampe und Mittel zum Verändern der Frequenz der Wechselspannung oder des Wechselstroms (Betriebsfrequenz) in Abhängigkeit von den gemessenen Werten vorgesehen. Eine solche Vorrichtung kann auch bei bereits produzierten Gasentladungslampen und Gasentladungslampen verwendende Leuchtvorrichtungen aller Art, wie insbesondere Projektoren, Kfz-Beleuchtungsanlagen etc., leicht angewandt bzw. nachgerüstet werden.In the case of a device for operating that is provided for solving the stated task a gas discharge lamp are measuring devices for continuous or discontinuous Measuring the values of at least one operating date that changes over time Lamp and means for changing the frequency of the alternating voltage or alternating current (Operating frequency) depending on the measured values. A Such a device can also be used for gas discharge lamps and gas discharge lamps that have already been produced all types of lighting devices used, such as projectors in particular, Automotive lighting systems, etc., easily applied or retrofitted.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine wenigstens einen Mikroprozessor umfassende kompakte Auswerte- und Steuereinheit zur Steuerung der Betriebsfrequenz, der Brennspannung und des der Gasentladungslampe zugeführten Wechselstroms sowie zur Auswertung und Überwachung der gemessenen Werte auf das Erfüllen vorgegebener oder vorgebbarer Randbedingungen auf, wobei vorteilhaft von den bei bereits existierenden Vorrichtungen zum gepulsten Betrieb von Gasentladungslampen vorhandenen Prozessoren und Einheiten Gebrauch gemacht werden kann.In a preferred embodiment, the device has at least one Compact processor and control unit for controlling the microprocessor Operating frequency, the operating voltage and that supplied to the gas discharge lamp Alternating current and for evaluating and monitoring the measured values for the Fulfillment of predefined or predefinable boundary conditions, advantageously from the in existing devices for the pulsed operation of gas discharge lamps existing processors and units can be used.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden rein beispielhaften und nicht-beschränkenden Beschreibung vorteilhafter Durchführungsformen erfindungsgemäßer Verfahren, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird.Further details and advantages of the invention result from the following purely exemplary and non-limiting description of advantageous embodiments inventive method, reference being made to the drawing.
- Fig. 1Fig. 1
- einen typischen zeitlichen Verlauf des einer Gasentladungslampe beim gepulsten Betrieb zugeführten Betriebsstroms a typical time course of a gas discharge lamp in the pulsed Operation supplied operating current
- Fig. 2Fig. 2
- eine schematische Darstellung des seitlichen Profils einer mit einem erfindungsge mäßen Betriebsverfahren geformten Elektrode.is a schematic representation of the side profile of a with a erfindungsge shaped electrode.
In der bereits genannten US 5,608,294 ist ein elektronisches Vorschaltgerät beschrieben, mittels welchem eine Stromform gemäß Fig. 1 mit einem Extra-Strompuls der Höhe I3 und der Dauer tp am Ende der jeweiligen Halbwelle der Gesamtdauer t1/2 und der Grundhöhe I2 erzeugt werden kann. Vorzugsweise wird dies durch ein mikroprozessor-ge-steuertes Vorschaltgerät realisiert, das auch die Lampen-Betriebsfrequenz steuern kann. Dieses kann auch einen Datenträger umfassen, der ein Steuerprogramm zur Ausführung der nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte enthält. Ebenso kann eine Lesevorrichtung vorgesehen sein, mittels welcher ein maschinenlesbarer Datenträger gelesen und die Daten zu dem Vorschaltgerät übermittelt werden können.In the already mentioned US 5,608,294 an electronic ballast is described by means of which a current form according to FIG. 1 with an extra current pulse of height I3 and the duration tp at the end of the respective half-wave of the total duration t1 / 2 and Basic height I2 can be generated. This is preferably controlled by a microprocessor Ballast implemented that can also control the lamp operating frequency. This can also include a data carrier that executes a control program contains the process steps described below. A reading device can also be used be provided, by means of which a machine-readable data carrier is read and the Data can be transmitted to the ballast.
Zum Aufbau einer Elektrode mit der gewünschten, in Fig 2 im Profil gezeigten Form wird
die Lampe ausgehend von einer niedrigen Startfrequenzen im Pulsbetrieb mit langsam
steigender Frequenz betrieben. Eine niedrige Frequenz am Beginn der Sequenz sorgt für
eine breite Struktur 1 als Basis, auf der dann bei höheren Frequenzen immer eine schmalere
Strukturen 2 und 3 aufgebaut werden. Der Übergang kann kontinuierlich oder in
diskreten Stufen erfolgen. Praktische Ergebnisse wurden z.B. bei einem Betrieb von jeweils
einigen Stunden Dauer mit 45, 65, 90 und 130 Hz in dieser aufsteigenden Reihenfolge
erzielt. Mit dieser Betriebsart war es möglich, den Elektrodenabstand bei einer Hochdruck-Gasentladungslampe
üblicher Bauart von 1,3 mm auf 0,7 mm zu verringern. Bei
längerem Betrieb (einige 100 Stunden) der so konditionierten Lampe mit der höchsten
Frequenz brennen die Elektroden dann allmählich wieder in den Ausgangsabstand zurück,
was durch einen Anstieg der Brennspannung leicht beobachtet werden kann.To build an electrode with the desired shape shown in profile in FIG
the lamp starting from a low starting frequency in pulse mode with slow
increasing frequency operated. A low frequency at the beginning of the sequence ensures
a
Steigt die Brennspannung, kann erfindungsgemäß die Elektrode mit langsam aufsteigenden Frequenzen erneut behandelt werden, bis die Spitzenstrukturen der Elektroden fast vollständig wieder aufgebaut sind. Nach jedem solchen Regenerationsvorgang kann die Lampe für ca. 100 Stunden auf der höchsten gewählten Frequenz betrieben werden. If the burning voltage increases, the electrode can, according to the invention, increase slowly Frequencies are treated again until the tip structures of the electrodes are almost are completely rebuilt. After each such regeneration process, the Lamp operated for about 100 hours on the highest selected frequency.
Dabei hat die Erfindung den Vorteil, dass auch während der Regenerationsphasen
das Licht der Lampe benutzt werden kann. Insgesamt ergibt sich bei steigendem Elektrodenabstand
in der Regel ein Absinken der optischen Effizienz (z.B. ein Absinken der
Schirmhelligkeit bei Videoprojektion, die dann bei der Regeneration wieder ansteigt).
Diese auf einer Zeitskala von 100 Stunden schwankende Systemeffizienz ist in jedem Fall
ein großer Vorteil gegenüber einer kontinuierlich absinkenden Effizienz.
Die Notwendigkeit einer erneuten Regeneration ist leicht aus dem Spannungsanstieg der
Lampe ermittelbar. Steigt die Brennspannung über einen vorgegeben Wert, wird eine
erneute Regeneration gestartet.The invention has the advantage that the light from the lamp can also be used during the regeneration phases. Overall, as the distance between the electrodes increases, there is usually a decrease in the optical efficiency (for example a decrease in the screen brightness in the case of video projection, which then increases again during the regeneration). This system efficiency, which fluctuates on a time scale of 100 hours, is in any case a great advantage over a continuously decreasing efficiency.
The need for renewed regeneration can easily be determined from the voltage increase in the lamp. If the burning voltage rises above a specified value, a new regeneration is started.
Beispielhaft wird im folgenden erläutert, wie das erfindungsgemäße Verfahren beim Betrieb einer Gasentladungslampe eines Videoprojektors ablaufen kann:The following explains how the method according to the invention operates during operation of a gas discharge lamp of a video projector:
Ein erstmaliger Betrieb der Lampe wird über einen Betriebsstundenzähler erkannt, der bei einem Lampenwechsel automatisch zurückgesetzt wird. Dies ist bei vielen marktüblichen Projektoren bereits realisiert.A first-time operation of the lamp is recognized by an operating hours counter, which at a lamp change is automatically reset. This is common with many on the market Projectors already realized.
Die Lampe wird anfangs bei einer möglichst niedrigen Frequenz (z.B. 45 Hz) betrieben. Dieser Betrieb kann über einen festen Zeitraum (z.B. 1 Betriebsstunde) erfolgen. Altemativ kann die Frequenz auch so lange festgehalten werden, bis kein nennenswerter Spannungsrückgang (was ein Aufwachsen von Strukturen anzeigt) mehr zu beobachten ist. Vorteil dieser Verfahrensart ist, dass individuelle Unterschiede besser berücksichtigt werden können, als beim Betrieb über feste Zeiträume.The lamp is initially operated at the lowest possible frequency (e.g. 45 Hz). This operation can take place over a fixed period (e.g. 1 operating hour). Alternatively the frequency can also be held until there is no significant drop in voltage (which indicates the growth of structures) more can be observed. advantage This type of procedure is that individual differences are better taken into account than when operating for fixed periods.
Anschließend wird die Frequenz erhöht. Dabei hat sich gezeigt, dass ein Erhöhen der Frequenz auf das etwa 1,2- bis 1,8-fache der jeweils vorangehenden Frequenz empfehlenswert ist. Die Betriebsdauer mit der neuen Frequenz kann dann wiederum über einen festen Zeitraum oder solange erfolgen, bis kein nennenswerter Spannungsrückgang mehr festzustellen ist. Then the frequency is increased. It has been shown that increasing the Frequency approximately 1.2 to 1.8 times the previous frequency recommended is. The operating time with the new frequency can then again be a fixed one Period of time or until there is no longer any noticeable drop in voltage is.
Insgesamt wird die Frequenz so lange erhöht, bis entweder a) ein festgesetztes Frequenzlimit erreicht ist, b) eine festgesetzte Spannung erreicht ist oder c) kein nennenswertes Wachstum nach Erhöhung der Frequenz mehr zu beobachten ist.Overall, the frequency is increased until either a) a fixed frequency limit is reached, b) a set voltage has been reached, or c) nothing of note Growth can be observed after increasing the frequency.
Die so ermittelte Frequenz wird festgehalten und kann beispielsweise so lange benutzt werden, bis die Spannung wieder erheblich, z.B. bis auf das Anfangsniveau, angestiegen ist. Vorzugsweise werden die Elektroden aber bereits vor Anstieg auf das Ausgangsniveau neu "regeneriert", wozu die Lampe wieder mit einer möglichst niedrigen Frequenz betrieben wird.The frequency determined in this way is recorded and can be used for as long as this until the tension becomes significant again, e.g. has risen to the initial level. However, the electrodes preferably become new even before they rise to the initial level "regenerates", which is why the lamp is operated again with the lowest possible frequency becomes.
Mit den erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Brennspannung und Bogenlänge bzw. Elektrodenabstand bei Gasentladungslampen erheblich reduzieren. Beispielsweise konnte bei einer Gasentladungslampe üblicher Bauart mit Elektroden der eingangs beschriebenen einfachen und kostengünstigen Bauart, bei der der Lampenstrom I2 zur Regelung der Leistung eingestellt wurde und der Pulsstrom I3 2,8 A betrug, mit einer Betriebsfrequenzfolge von 45, 65, 90 und 130 Hz die Brennspannung von anfänglich 85 V auf 52 V und die Bogenlänge von anfänglich 1,3 mm auf 0,7 mm reduziert werden, wobei diese erstaunliche Reduzierung wohlgemerkt nicht in einem separaten Bearbeitungsprozess, sondern während der "normalen" Nutzung der Lampe zum Beispiel im Projektionsbetrieb erfolgte.With the method according to the invention, the operating voltage and arc length or Significantly reduce the gap between electrodes in gas discharge lamps. For example, could in a gas discharge lamp of conventional design with electrodes of the type described at the beginning simple and inexpensive design, in which the lamp current I2 for controlling the Power was set and the pulse current I3 was 2.8 A, with an operating frequency sequence from 45, 65, 90 and 130 Hz the burning voltage from initially 85 V to 52 V and the arc length was reduced from 1.3 mm initially to 0.7 mm, this being astonishing Reduction, mind you, not in a separate machining process, but instead during the "normal" use of the lamp, for example in projection mode.
Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche Abwandlungen und Weiterbildungen möglich, die sich zum Beispiel auf die Randbedingungen, bei denen die Betriebsfrequenzen erhöht oder erniedrigt werden, oder die Wahl der Betriebsfrequenzen beziehen. Wesentlich ist, dass das Verfahren eine Bearbeitung der Elektroden beim Betrieb der Gasentladungslampe dadurch ermöglicht, dass durch kontrolliertes Verändern der Betriebsfrequenz Transportphänomene zum Anlagern von Material auf den Elektroden genutzt werden.Numerous modifications and further developments are within the scope of the inventive concept possible, for example, on the boundary conditions at which the operating frequencies be increased or decreased, or relate to the choice of operating frequencies. It is essential that the method involves machining the electrodes during operation of the gas discharge lamp This enables controlled changes in the operating frequency Transport phenomena used to deposit material on the electrodes become.
Claims (26)
dadurch gekennzeichnet, dass
characterized in that
dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsfrequenz in Abhängigkeit von den gemessenen Werten wenigstens eines Betriebsdatums aus der folgenden Gruppe von Betriebsdaten gewählt wird:
Gesamtbetriebsdauer der Lampe, Brennspannung, abgegebene oder aufgenommene Leistung Bogenlänge, Elektrodenabstand.Method according to claim 1,
characterized in that the operating frequency is selected as a function of the measured values of at least one operating date from the following group of operating data:
Total operating time of the lamp, burning voltage, power delivered or consumed arc length, electrode spacing.
dadurch gekennzeichnet, dass die gemessenen Werte auf das Erfüllen vorgegebener Randbedingungen überwacht werden und dass bei Erfüllung einer ersten Randbedingung (Startbedingung) die Lampe mit einer niedrigen Betriebsfrequenz (Startfrequenz) betrieben wird, bis eine zweite Randbedingung erfüllt ist, worauf die Betriebsfrequenz erhöht wird. The method of claim 1 or 2,
characterized in that the measured values are monitored for compliance with specified boundary conditions and that when a first boundary condition (start condition) is met, the lamp is operated at a low operating frequency (start frequency) until a second boundary condition is met, whereupon the operating frequency is increased.
dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsfrequenz nach Erfüllen der Startbedingung ausgehend von der Startfrequenz kontinuierlich oder vorzugsweise in diskreten Schritten erhöht wird, bis eine vorgegebene dritte Randbedingung (Abbruchbedingung) erreicht ist.Method according to claim 3,
characterized in that the operating frequency is increased continuously or preferably in discrete steps from the starting frequency after the starting condition is met, until a predetermined third boundary condition (termination condition) is reached.
dadurch gekennzeichnet, dass die Startbedingung als erfüllt angesehen wird, wenn eine bestimmte Betriebsdauer vorliegt oder erreicht ist und/oder die notwendige Brennspannung auf einen vorbestimmten Wert angestiegen ist und/oder der Elektroabstand sich auf einen vorbestimmten Wert vergrößert hat.Method according to claim 3 or 4,
characterized in that the starting condition is considered to be fulfilled when a certain operating time is present or has been reached and / or the necessary operating voltage has risen to a predetermined value and / or the electrical distance has increased to a predetermined value.
dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Randbedingung als erfüllt angesehen wird, wenn die Lampe mit der Startfrequenz eine bestimmte Zeitdauer betrieben wurde oder wenn bei der direkten oder indirekten Messung des Elektrodenabstands über einen vorbestimmten Zeitraum keine Änderung mehr feststellbar ist.Method according to one of claims 3 to 5,
characterized in that the second boundary condition is considered to be fulfilled if the lamp has been operated at the starting frequency for a certain period of time or if no change can be ascertained over a predetermined period in the direct or indirect measurement of the electrode spacing.
dadurch gekennzeichnet, dass die Abbruchbedingung als erfüllt angesehen wird, wenn eine vorbestimmte Betriebsfrequenz (Maximalfrequenz) erreicht ist oder wenn die notwendige Brennspannung auf einen vorbestimmten Minimalwert abgesunken ist oder wenn bei der direkten oder indirekten Messung des Elektrodenabstands über einen vorbestimmten Zeitraum keine Änderung mehr feststellbar ist. Method according to one of claims 4 to 6,
characterized in that the termination condition is considered to be fulfilled if a predetermined operating frequency (maximum frequency) has been reached or if the necessary operating voltage has dropped to a predetermined minimum value or if no change can be determined in the direct or indirect measurement of the electrode spacing over a predetermined period of time .
dadurch gekennzeichnet, dass die Startbedingung und Startfrequenz betriebszustandsabhängig gewählt wirdMethod according to one of claims 3 to 7,
characterized in that the start condition and start frequency is selected depending on the operating state
dadurch gekennzeichnet, dass die gewählten Betriebsfrequenzen zwischen etwa 40 und 600 Hz liegen.Method according to one of claims 1 to 8,
characterized in that the selected operating frequencies are between about 40 and 600 Hz.
dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz jeweils um etwa das 1,2- und 1,8-fache erhöht wird.Method according to one of claims 1 to 9, wherein the operating frequency is increased in discrete steps,
characterized in that the frequency is increased by approximately 1.2 and 1.8 times.
dadurch gekennzeichnet, dass Messmittel zum kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Messen der Werte wenigstens eines sich über die Zeit ändernden Betriebsdatums der Lampe und Mittel zum Verändern der Frequenz der Wechselspannung oder des Wechselstroms (Betriebsfrequenz) in Abhängigkeit von den gemessenen Werten vorgesehen sind.Device for operating a gas discharge lamp with alternating voltage or alternating current in such a way that the instantaneous power of the lamp is increased at certain time intervals,
characterized in that measuring means are provided for the continuous or discontinuous measurement of the values of at least one operating date of the lamp changing over time and means for changing the frequency of the alternating voltage or alternating current (operating frequency) as a function of the measured values.
dadurch gekennzeichnet, dass die Messmittel zur Messung der Werte wenigstens eines Betriebsdatums aus der folgenden Gruppe von Betriebsdaten ausgebildet sind: Gesamtbetriebsdauer der Lampe, Brennspannung, abgegebene oder aufgenommene Leistung, Bogenlänge, Elektrodenabstand. Device according to claim 11,
characterized in that the measuring means are designed to measure the values of at least one operating date from the following group of operating data: total operating time of the lamp, operating voltage, output or absorbed power, arc length, electrode spacing.
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine mit den Mitteln zum Verändern der Betriebsfrequenz gekoppelte Überwachungseinheit zur Überwachung der gemessenen Werte auf das Erfüllen vorgegebener oder vorgebbarer Randbedingungen vorgesehen ist.Device according to claim 11 or 12,
characterized in that at least one monitoring unit coupled to the means for changing the operating frequency is provided for monitoring the measured values for the fulfillment of predetermined or predeterminable boundary conditions.
dadurch gekennzeichnet, dass eine wenigstens einen Mikroprozessor aufweisende kompakte Auswerte- und Steuereinheit zur Steuerung der Betriebsfrequenz, der Brennspannung und des der Gasentladungslampe zugeführten Wechselstroms sowie zur Auswertung und Überwachung der gemessenen Werte auf das Erfüllen vorgegebener oder vorgebbarer Randbedingungen vorgesehen ist.Device according to claim one of claims 11 to 13,
characterized in that a compact evaluation and control unit having at least one microprocessor is provided for controlling the operating frequency, the operating voltage and the alternating current supplied to the gas discharge lamp and for evaluating and monitoring the measured values for the fulfillment of predetermined or predeterminable boundary conditions.
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen etwa 40 und 600 Hz liegende Betriebsfrequenzen erzeugbar sind.Device according to one of claims 11 to 14,
characterized in that lying between about 40 and 600 Hz frequencies of operation can be generated.
dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Wechselspannung oder des Wechselstroms (Betriebsfrequenz) zur gezielten Ausnutzung des beim Betrieb der Lampe auftretenden Transports von Elektrodenmaterial verändert wird. Method for processing the electrodes of a gas discharge lamp while the lamp is in operation, the lamp being operated with alternating voltage or alternating current and the instantaneous power of the lamp being increased at certain time intervals,
characterized in that the frequency of the alternating voltage or alternating current (operating frequency) is changed in order to make targeted use of the transport of electrode material that occurs during operation of the lamp.
dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsfrequenz ausgehend von einer bestimmten Startfrequenz kontinuierlich oder vorzugsweise in diskreten Schritten erhöht wird, bis eine vorgegebene Randbedingung erfüllt ist.A method according to claim 16,
characterized in that, starting from a certain starting frequency , the operating frequency is increased continuously or preferably in discrete steps until a predetermined boundary condition is met.
dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsfrequenzen zwischen etwa 40 und 600 Hz liegen.Method according to one of claims 16 or 17,
characterized in that the operating frequencies are between about 40 and 600 Hz.
dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsfrequenz in diskreten Schritten vorzugsweise um jeweils etwa das 1,2- und 1,8-fache erhöht wird.Method according to one of claims 16 to 18,
characterized in that the operating frequency is preferably increased in discrete steps by approximately 1.2 and 1.8 times, respectively.
dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden durch schrittweises Erhöhen der Frequenz des Lampenbetriebsstroms oder der Lampenbetriebsspannung bearbeitet wurden.Gas discharge lamp with two electrodes,
characterized in that the electrodes were processed by gradually increasing the frequency of the lamp operating current or the lamp operating voltage.
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