Be s ehre ibung

Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe

Technisches Gebiet

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe mit einem elektronischen Vorschaltgerät sowie das elektronische Vorschaltgerät und ferner eine Vorrichtung mit einem elektronischen Vorschaltgerät für eine Hochdruckentladungslampe.

Stand der Technik

Beim Betrieb von Hochdruckentladungslampen besteht das Risiko des Platzens des Lampengefäßes. Dabei geht eine besondere Gefahr von umher fliegenden Glassplittern und freigesetzten giftigen Substanzen, beispielsweise Quecksilber, aus. Ferner kann das Gerät, in dem die Lampe eingebaut ist, beispielsweise ein Beamer, durch das explosi ^¬ onsartige Platzen des Lampengefäßes beschädigt werden.

Darstellung der Erfindung

Dieser Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Lebens- dauer von Hochdruckentladungslampen mit einem Lampengefäß aus Quarzglas zu erhöhen.

Die Erfindung löst das Problem mit einem Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe mit einem elekt ^¬ ronischen Vorschaltgerät, das dazu ausgelegt ist, die Lampe mit einer geeigneten Betriebsleistung zu versorgen, bei welchem Verfahren auf Empfang eines Reduktionssignals hin die Betriebsleistung selbsttätig über eine mindestens eine Sekunde betragende Leistungsabfallzeit von einer An-

fangsleistung auf eine Zielleistung reduziert wird, wobei die Betriebsleistung in der Leistungsabfallzeit aus ^¬ schließlich Zwischenwerte zwischen der Anfangs- und der Zielleistung annimmt.

Die Erfindung richtet sich ferner auf ein entsprechend ausgelegtes elektronisches Vorschaltgerät und auf eine entsprechend ausgelegte Vorrichtung mit einem elektronischen Vorschaltgerät.

Die Erfindung richtet sich weiterhin auf die entsprechen- de Verwendung eines Vorschaltgerätes .

Bevorzugte Ausgestaltungen der verschiedenen Aspekte der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und ergeben sich des weiteren aus der folgenden Beschreibung. Dabei wird nicht im Einzelnen zwischen Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmalen der Erfindung unterschieden, so dass die folgende Offenbarung im Hinblick auf beide Kate ^¬ gorien und die Verwendung zu verstehen ist.

Die Erfindung geht von der Grundidee aus, die zeitliche Abkühlrate eines Lampengefäßes zu begrenzen, die aus der Reduzierung der Betriebsleistung der Lampe von einer Anfangs- auf eine niedrigere Zielleistung folgt, um die Entstehung von thermischen Spannungen zu verringern.

Damit beschreibt die Erfindung einen neuen Ansatz, bei dem die elektrische Betriebsleistung einer Lampe nicht unmittelbar zum Steuern der Helligkeit der Lampe, sondern gezielt zum Steuern eines zeitlichen Temperaturverlaufs des Lampengefäßes eingesetzt wird, um das Risiko von Lam- penplatzern zu senken und so die Lebensdauer der Lampe zu erhöhen. Konventionell wird hierzu die Wandstärke des

Lampengefäßes verstärkt sowie beim Design des zur Licht ^¬ erzeugung vorgesehenen Innenvolumens des Lampengefäßes ein geeigneter minimaler Krümmungsradius der inneren Glasoberfläche nicht unterschritten. Beide Maßnahmen sind bereits umfangreich in Gebrauch und können kaum noch zu weiteren Verbesserungen herangezogen werden.

Erfindungsgemäß wird das Risiko des Platzens der Lampe durch geringere Abkühlraten gemindert, wobei das langsame Abkühlen durch eine langsame Absenkung der Betriebsleis- tung erfolgt. Aufgrund einer beabsichtigten Reduzierung der Betriebsleistung der Lampe erfolgt die Leistungsände ^¬ rung erfindungsgemäß entlang einer Rampe von der momenta ^¬ nen Betriebsleistung, der sog. Anfangsleistung, auf die gewünschte reduzierte Zielleistung.

Die Dauer der Rampe zur Leistungsabsenkung, nachfolgend Leistungsabfallzeit genannt, hat hierbei entscheidenden Einfluss auf die Abkühlrate und beträgt erfindungsgemäß mindestens 1 Sekunde und ist damit deutlich länger als typische Schaltzeiten konventioneller elektronischer Vor- schaltgeräte, bei denen beispielsweise die Betriebsleis ^¬ tung auf eine geringere Stufe sprunghaft abgesenkt oder die Lampe durch Unterbrechen der Leistungszufuhr ausgeschaltet wird.

Erfindungsgemäß beträgt die Leistungsabfallzeit maximal 120 Sekunden. Es kann prinzipiell keine generelle optima ^¬ le Leistungsabfallzeit angegeben werden, da diese von zahlreichen Faktoren abhängig ist, beispielsweise von der Größe und Wandstärke des Lampengefäßes, dessen nächster Umgebung, insbesondere aus thermischer Sicht, wenn bei- spielsweise eine aktive Kühlung durch einen Ventilator

erfolgt. Praktisch zeigt sich in zunehmend bevorzugten Reihenfolgen eine minimale Leistungsabfallzeit von min ^¬ destens 1, 5 oder 10 Sekunden und eine maximale Leis ^¬ tungsabfallzeit von höchstens 120, 60 oder 30 Sekunden.

Um eine hinreichend langsame Abkühlung zu erzielen, wird die Lampe in der Leistungsabfallzeit mit mindestens zwei Zwischenwerten zwischen der Anfangs- und der Zielleistung betrieben. Dabei müssen die Zwischenwerte keineswegs eine Rampe mit konstanter Stufenhöhe bilden, können dies je- doch. Im Allgemeinen lässt sich mit einer zunehmenden Anzahl von Zwischenwerten in der Leistungsabfallzeit die Abkühlrate der Lampe immer besser einem idealen Verlauf nähern, so dass letztendlich die Leistungsrampe in der Leistungsabfallzeit einen stetigen Verlauf aufweisen kann. Je nach technischer Umsetzung, wobei hier beispielsweise analoge oder digitale Schaltungstechnik ge ^¬ meint ist, sind ein stetiger und ein quasi stetiger Verlauf der Leistungsrampe erfindungsgemäß gleichbedeutend.

Zur Realisierung der Idee der Erfindung ist jedoch kein idealer Verlauf notwendig, vielmehr genügt es zur Minde ^¬ rung des Risikos des Platzens der Lampe, eine bestimmte maximale Abkühlrate der Lampe nicht zu überschreiten. Hierzu ist eine endliche Anzahl von Zwischenwerten in der Leistungsabfallzeit ausreichend und es werden in dieser Reihenfolge 20, 10 oder 5 Zwischenwerte zunehmend bevor ^¬ zugt .

Die Dauer der jeweiligen Zwischenwerte innerhalb der Leistungsabfallzeit ist im Wesentlichen durch die Gesamt ^¬ zahl der Zwischenwerte und die Dauer der Leistungsabfall- zeit geprägt. Erfindungsgemäß wird eine Mindestdauer ei-

nes Zwischenwertes in der Reihenfolge 0,1, 1 oder 4 Se ^¬ kunden und ein Maximaldauer von in dieser Reihenfolge 120, 60, 30, 10 Sekunden zunehmend bevorzugt. Dabei kön ^¬ nen verschiedene Zwischenwerte, die in der Leistungsab- fallzeit die Rampe von der Anfangs- auf die Zielleistung bilden, von unterschiedlicher Länge sein.

Die für das Platzen des Lampengefäßes aus Sicht des Er ^¬ finders ursächlichen Spannungen entstehen bei zu raschen Abkühlraten des Lampengefäßes je nach Quarzglas nur ober- halb kritischer Temperaturen von typischerweise 800 - 1000 ⁰ C. (Dieser Temperaturbereich ist nur eine sehr grobe Angabe. Er bezieht sich vor allem auf die Lampengefäß- innenwand, wobei jedoch die in der Regel geringere Außen ^¬ wandtemperatur messtechnisch zugänglich ist.) Es genügt also, die erfindungsgemäße langsame Reduzierung der Be ^¬ triebsleistung nur soweit durchzuführen, bis die Lampe entsprechend langsam unter diese kritische Temperatur ab ^¬ gekühlt ist. Unterhalb dieser Temperatur können Leis ^¬ tungsänderungen der Lampe auf konventionelle Art und Wei- se erfolgen. Erfindungsgemäß werden deshalb in der Leis ^¬ tungsabfallzeit nur Zwischenwerte von zunehmend bevorzugt mehr als 55 %, 60 % oder 70 % der maximal zulässigen Be ^¬ triebsleistung der Lampe angenommen.

Die erfindungsgemäße langsame Leistungsreduzierung kann beispielsweise beim Betrieb der Lampe mit zwei Hellig ^¬ keitsstufen oder Dimmen der Lampe relevant sein, ist aber für das Ausschalten der Lampe besonders bevorzugt. Entge ^¬ gen dem konventionellen Ausschalten einer Lampe durch Unterbrechen der Leistungszufuhr wird erfindungsgemäß zum Ausschalten einer Lampe die Leistung der Lampe langsam

reduziert, um eine geringe Abkühlrate des Lampengefäßes zu gewährleisten.

Dabei genügt es, innerhalb der Leistungsabfallzeit die Temperatur des Lampengefäßes unter die kritische Tempera- tur zu senken und erst nach der Leistungsabfallzeit die Lampe, vorzugsweise in einem Schritt beispielsweise durch Unterbrechen der Leistungszufuhr, auszuschalten.

Um das Risiko des Platzens effektiv zu mindern, wird das zuvor beschriebene Verfahren zur Reduzierung der Be- triebsleistung vorzugsweise bei jeder Leistungsreduzie ^¬ rung angewendet .

Das elektronische Vorschaltgerät verfügt erfindungsgemäß über einen Eingang für ein Leistungsreduktionssignal, auf dessen Empfang hin das elektronische Vorschaltgerät die Leistung der Lampe selbsttätig auf die zuvor beschriebe ^¬ nen Art und Weise reduziert. Dabei kann das Reduktions ^¬ signal die Information über eine gewünschte Zielleistung enthalten und an das elektronische Vorschaltgerät über ^¬ mitteln; ebenso kann das Reduktionssignal nur ein Signal zum Auslösen der erfindungsgemäßen Reduzierung der Betriebsleistung auf eine Zielleistung sein, die beispielsweise im elektronischen Vorschaltgerät gespeichert oder fest verdrahtet ist oder diesem auf andere Art und Weise zugeführt wird.

Der Eingang für das Reduktionssignal kann im Sinne der Erfindung auch eine Datenschnittstelle zur übertragung weiterer Informationen neben dem Reduktionssignal sein, oder die übertragung des Reduktionssignals kann durch ei ^¬ ne Modulation oder durch Pulse auf der Versorgungsleitung des elektronischen Vorschaltgerätes erfolgen.

Zur Erfindung gehört neben einem elektronischen Vor- schaltgerät, welches zur Reduzierung der Leistung das zu ^¬ vor beschriebenen Verfahren selbsttätig ausführt, auch ein elektronisches Vorschaltgerät , das nur eine Regelung der Betriebsleistung über einen Signaleingang erlaubt und insbesondere keine selbsttätige Reduzierung der Leistung nach dem zuvor beschriebenen Verfahren durchführt.

In diesem Fall erfolgt die selbsttätige Reduzierung der Betriebsleistung von der Anfangs- auf die Zielleistung durch eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung, die über ein Leistungssteuerungsmodul verfügt. Dieses Leistungs- steuerungsmodul besitzt einen Ausgang für ein Steuersig ^¬ nal, der mit dem Signaleingang zur Leistungsregelung des elektronischen Vorschaltgerätes verbunden ist. Erfin- dungsgemäß erfolgt die selbsttätige Reduzierung der Leis ^¬ tung der Lampe mittels diesem Leistungssteuerungsmodul der Vorrichtung, das einen zeitlichen Verlauf des Steuersignals erzeugt, der, mit dem Signaleingang des elektro ^¬ nischen Vorschaltgerätes verbunden, zur gewünschten Redu- zierung der Betriebsleistung führt.

Dies zeigt, dass die erfindungsgemäße selbsttätige lang ^¬ same Reduzierung der Betriebsleistung zur Minderung des Risikos des Platzens der Lampe nicht notwendigerweise durch das elektronische Vorschaltgerät der Lampe selbst erfolgen muss. Wesentlicher Bestandteil der Erfindung ist jedoch, das erfindungsgemäße Verfahren vorrichtungsseitig bei Helligkeitsverminderungssignalen oder Ausschaltsignalen selbsttätig anzuwenden.

Insbesondere in diesem Sinne ist beispielsweise ein Bea- mer zur Projektion von Bildern mit einer Hochdruckentla-

dungslampe, der über eine Leistungsregelungsvorrichtung, beispielsweise ein regelbares elektronisches Vorschaltge- rät zusammen mit einem Leistungssteuerungsmodul, verfügt. In diesem Fall entspricht das zuvor beschriebene Redukti- onssignal beispielsweise einem Ausschalt-, Standby- oder Dimmsignal, welches dem Beamer extern, beispielsweise durch den Benutzer, zugeführt wird oder intern, beispielsweise durch ein Standbymodul, erzeugt wird. Auf ein solches Signal hin führt die Leistungsregelungsvorrich- tung die erfindungsgemäße Reduzierung der Betriebsleis ^¬ tung der Lampe selbsttätig durch.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs ^¬ beispielen näher erläutert, wobei die dabei offenbarten Merkmale auch in anderen Kombinationen erfindungswesent- lieh sein können.

Im Folgenden zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgerätes zum Betrieb einer Hochdruckentladungslampe,

Figur 2 einen schematischen zeitlichen Verlauf der von dem elektronischen Vorschaltgerät in Figur 1 abgegebenen Betriebsleistung,

Figur 3 eine schematische Darstellung eines erfin ^¬ dungsgemäßen Beamers zur Projektion von BiI- dern mit einer Hochdruckentladungslampe und

Figur 4 einen schematischen zeitlichen Verlauf der Betriebsleistung der Lampe des Beamers in Figur 3.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfin- dungsgemäßen elektronischen Vorschaltgerätes 1 zum Betrieb einer Hochdruckentladungslampe 2, die für den Be ^¬ trieb mit einer maximalen Betriebsleistung P _ma χ von 200 W ausgelegt ist. Das elektronische Vorschaltgerät 1 weist einen Eingang 3 für ein Reduktionssignal 6 und einen Aus- gang 5 für die Betriebsleistung der Lampe 2 auf. Das Reduktionssignal 6 signalisiert dem elektronischen Vor ^¬ schaltgerät 1 eine Zielleistung P12 von 0 W und ist damit ein Ausschaltsignal. Auf den Empfang des Reduktionssig ^¬ nals 6 am Eingang 3 hin reduziert das elektronische Vor- schaltgerät 1 mittels seines Steuermoduls 4 die am Aus ^¬ gang 5 abgegebene Leistung Pl für die Lampe 2 nach einem erfindungsgemäßen zeitlichen Verlauf.

Dieser zeitliche Verlauf der Leistung Pl ist in Figur 2 in Abhängigkeit von der Zeit tl dargestellt. Auf Empfang des Reduktionssignals 6 hin wird die Leistung Pl der Lam ^¬ pe 2 von der momentanen Betriebsleistung PIl, die in diesem Beispiel gleich der maximalen Betriebsleistung P _m ax ist, während der Leistungsabfallzeit tll stufenweise auf die Zielleistung P12 abgesenkt, die mit 0 W den ausge- schalteten Zustand der Lampe 2 darstellt. Die Leistungs ^¬ abfallzeit 13 beträgt insgesamt 24 Sekunden und umfasst drei Zwischenwerte zwischen der Ausgangsleistung PIl und der Zielleistung P12, wobei der erste Zwischenwert P14 in diesem Ausführungsbeispiel 94 %, der zweite Zwischenwert

P15 88 % und der dritte Zwischenwert P16 80 % der maxima ^¬ len Betriebsleistung P _max entspricht. Nach dieser, aus drei Schritten bestehenden Rampe, ist die Temperatur des Lampengefäßes auf unter 800 ⁰ C gesunken, so dass nach der Dauer der Abfallzeit tll die Lampe 2 unmittelbar ausge ^¬ schaltet wird, ohne dass wesentliche thermische Spannun ^¬ gen entstehen und das Risiko für ein Platzen der Lampe 2 ansteigt .

Ein weiteres Ausführungsbeispiel, schematisch dargestellt in Figur 3, ist ein Beamer 21 mit einem Eingang 22 für ein Reduktionssignal 23. Das Reduktionssignal 23 wird in diesem Beispiel vom Anwender des Beamers 21 mittels eines Schalters oder einer Fernbedienung auf den Eingang 22 geleitet und ermöglicht den Betrieb des Beamers 21 bei ins- gesamt drei Helligkeitsstufen Sl, S2, S3, wobei die je ^¬ weiligen Betriebsleistungen der Stufen Sl, S2, S3 in einem Speicher 25 des Beamers 21 hinterlegt sind. Auf ein Reduktionssignal 23 am Eingang 22 hin erzeugt das Leis- tungssteuerungsmodul 24 an seinem Ausgang 26 einen zeit- liehen Verlauf eines Steuersignals 20 am Eingang 28 eines elektronischen Vorschaltgerätes 27. Das elektronische Vorschaltgerät 27 ermöglicht die Steuerung der über den Ausgang 29 an die Lampe 30 abgegebenen Leistung P2 mittels des Signals 20 am Eingang 28. Der selbsttätig vom Leistungssteuerungsmodul 24 erzeugte Verlauf des Signals 20 reduziert die Leistung P2 der Lampe 30 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren von der momentanen Betriebsleistung P21 der Lampe auf eine Zielleistung P23, die der im Speicher 25 hinterlegten Leistung für die durch das Re- duktionssignal 23 übermittelte Leistungsstufe Sl, S2, S3 entspricht .

Figur 4 zeigt schematisch den Verlauf der Betriebsleis ^¬ tung P2 der Lampe 30 in Abhängigkeit von der Zeit t2, die zu Beginn des Verlaufs mit der Leistung P23 der Stufe S2 betrieben wird. Auf ein Reduktionssignal 23 zur Absenkung auf die Stufe S3 hin wird die Leistung P2 in einem steti ^¬ gen Verlauf P22 über die 30 Sekunden dauernde Leistungs ^¬ abfallzeit t21 auf die Zielleistung P23 abgesenkt. Die Leistung P21 entspricht in diesem Beispiel 80 % der maxi ^¬ malen Betriebsleistung P _max , so dass dieses Anwendungsbei- spiel mit der Reduzierung auf die Leistung P23 bei 60 % der maximalen Betriebsleistung P _ma χ ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Reduzierung der Leistung P2 mit anschließend fortwährendem Lampenbetrieb ist. Ferner zeigt dieses Ausführungsbeispiel anhand des Verlaufs der Leis- tung P22 während der Leistungsabfallzeit t21, dass die Rampe nicht notwendigerweise linear verlaufen muss, son ^¬ dern den spezifischen thermischen Eigenschaften des jeweiligen Systems angepasst werden sollte. In diesem Fall wird die Leistung P22 zu Beginn der Leistungsabfallzeit t21 relativ rasch gesenkt und während des zeitlichen Verlaufs zunehmend langsamer abgesenkt.

Wie bereits oben geschildert, sind die offenbarten Merk ^¬ male auch in anderen Kombinationen erfindungswesentlich. So kann der in Figur 2 dargestellte Verlauf der Leistung Pl auch stetig erfolgen, ebenso wie der in Figur 4 darge ^¬ stellte Verlauf der Leistung P2 in diskreten Leistungs ^¬ stufen möglich ist. Auch kann bei beiden dargestellten Ausführungsbeispielen die Anfangsleistung vor der Leistungsabfallzeit tll, t21 gleich der maximalen Betriebs- leistung P _max oder auch geringer als diese sein und die Zielleistung P12, P23 kann in beiden Beispielen einem

fortwährenden Lampenbetrieb mit einer Leistung P12, P23 größer 0 W oder 0 W und damit einem Ausschalten der Lampe 2, 30 entsprechen.