Verfahren zum Betrieb einer UV - Lampe

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer UV - Lampe ge- mäss Oberbegriff des Patentanspruches 1 oder 2.

Leistungsstarke UV - Lampen werden als UV - Strahler für die verschiedensten Zwecke eingesetzt. Beispielsweise zum Trocknen und / oder Härten von Flüssigkeiten, Gelen, Klebstoffen, Lacken und Farben. Durch die UV - Bestrahlung wird hierbei eine chemische Reaktion hervorrufen. Beispielsweise können auch DNA Stränge aufgetrennt werden. Ganz generell können durch die UV - Bestrahlung mit derartigen Lampen chemische Prozesse unterstützt werden, wie auch die Belichtung von photoaktiven Materialien (z.B. Lithographie), oder Fluoreszenzanregung von verschiedenen Stoffen (z.B. bei Banknotenprüfer). Diese Technik wird vor allem für UV - härtbare Materialien eingesetzt, wie für härtbare Polymere, Lacke und Klebstoffe.

Derartige UV - Lampen sind entsprechend dem Stand der Technik als Gasentladungslampen ausgebildet und werden mit entsprechend dafür geeigneten Vor- schaltgeräten elektrisch gespiesen und getrieben. Die Charakteristik derartiger leistungsstarken Gasentladungen erfordern für den Betrieb die Einhaltung bestimmter Massnahmen. Beim bekannten Betrieb wird die Lampe am AC - Netz betrieben und in Serie zur Lampe eine Drossel zur Strombegrenzung geschaltet. Zusätzlich müssen zum Start der Lampe Massnahmen zur Zündung der Gasentladung getroffen werden, wie das Anlegen eines Spannungspulses an die Entla- dungsstrecke zur Einleitung der Entladung. Dies ist eine gegenüber der Brennspannung überhöhte Spannung welche kurze Zeit angelegt wird und nach erfolgtem Zünden nicht mehr notwendig ist. Nach erfolgtem Zünden wird die Impedanz der Entladungsstrecke geringer und die Lampe brennt mit Hilfe der angelegten AC Spannung weiter. Gemäss Stand der Technik werden für die Ansteuerung eines UV-Strahlers konventionelle Vorschaltgeräte (KVG), Beispiel traditionelle Drosselansteuerungen, wie auch vermehrt, spezielle elektronische Vorschaltgeräte (EVG) eingesetzt. Die

Vorschaltgeräte müssen aber in jeden Fall die flache Kennlinie einer UV-Lampe - die Brennspannung ist nahezu unabhängig vom Strom - zur Verfügung stellen können.

Die konventionellen Vorschaltgeräte (KVG) nutzen die Eigenschaft der Drossel und sind daher in Serie zum 400V AC - Netz geschaltet. Für die Verstellung der Lampenleistung werden einzelne weitere Drosseln dazu geschaltet. Das bedeutet, beispielsweise, bei geöffnetem Schalter mit 50% Leistung, bei geschlossenem Schalter mit 100% Leistung zu fahren. Zusätzlich zum Vorschaltgerät wird noch ein Zündgerät benötigt, um den Strahler zu starten. Zusätzlich ist eine Kompensation des Blindstromes notwendig.

Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, dass eine stufenlose Einstellung der Lampenleistung nur sehr begrenzt möglich ist. Daher sind in der Vergangenheit verschiedene Abwandlungen zur Leistungsanpassung entstanden wie z.B. Transduktorbetrieb mit oder ohne Streufeldtrafo oder Step-Up Trafo.

Bei konventionellen Vorschaltgeräten handelt es sich um grosse und schwere Drosseln, Transduktoren und Transformatoren mit Eisenkernen und aufgrund der niedrigen Frequenz von 50Hz, um Komponenten mit hohen Induktivitätswerten. Hohe Streufelder und thermische Abhängigkeit der elektrischen Eigenschaften sind weitere Nachteile. Jedes KVG belastet das Dreiphasen - Netz unsymmetrisch.

Um Nachteile der KVG's zu verbessern sind elektronische Vorschaltgeräte entstanden, mit dem Ziel die folgenden Verbesserungen zu erreichen: • Symmetrische Netzbelastung,

• Einstellbarkeit der Lampenleistung,

• Die Vorschaltgeräte sind kleiner und leichter,

• Automatische Anpassung an die verschiedenen AC - Netze,

• Die schnelle Pulsbarkeit der Leistung im Millisekunden-Bereich ermöglicht die Anpassung auch an schnelle diskontinuierliche Prozesse und führt somit zu Energieersparnis und geringerer Aufwärmung des Substrats bzw. des Werkstückes.

Derartige EVG's sind in der Regel als Vollbrücken Inverter aufgebaut. Die Funktionsprinzipien der EVG's können in die zwei unterschiedlichen Systeme: niederfrequenter Rechteckbetrieb (z.B. 250Hz) und höherfrequenter Drosselbetrieb (z.B. 10OkHz) unterteilt werden. Für die Zündung der Gasentladung einer UV-Lampe kann einerseits das überlagerungsprinzip mit Hilfe eines externen Zünders oder in Resonanz befindenden L/C - Schwingkreis unterteilt werden. In beiden Fällen jedoch sind zusätzliche Komponenten erforderlich, welches den Aufwand vergrö- ssert. In der EP 0 741 503 A1 wird beispielsweise eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckgasentladungslampe beschrieben, bei welchem ein Betrieb auch mit geringerer Leistung als mit Nennleistung möglich sein soll. Es wird vorgeschlagen für Nennleistung die Lampe mit einem konventionellen Vorschaltgerät mit niederfrequenter Energie zu betreiben und im Betrieb mit reduzierter Leistung auf ein höherfrequentes elektronisches Vorschaltgerät um zu schalten. Diese Anordnung benötigt zwei Vorschaltgeräte und ist deshalb aufwendig. Ausserdem kann die Leistung nur in zwei Stufen eingestellt werden, also nicht kontinuierlich variiert werden.

Bei diesen bekannten Anordnungen und Verfahren zum Betrieb einer UV - Lampe müssen die einzelnen Komponenten jeweils an die Betriebsparameter und den verschiedenen Lampentypen speziell angepasst werden, wodurch eine Standardisierung derartiger Vorschaltgeräte nur bedingt möglich ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die bekannten Verfahren der Ansteuerung der Lampe nicht optimal sind für die Erzielung einer möglichst grossen Lampenlebensdauer und die Alterungseffekte der Lampe, also die Abnahme des Wirkungsgrades des UV - Strahlers, nicht berücksichtigt wird. Ausserdem sind kompakte Systeme, die eigenständig den ganzen Lampenbetrieb ermöglichen und direkt einbindbar in übergeordnete Prozesssteuerungen sind, nicht realisiert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Insbesondere besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Betrieb einer UV - Lampe zu realisieren, welches einen vereinfachten und ökonomischen Betrieb der UV - Lampe ermöglicht

unter Verwendung von weitgehend standardisierten Komponenten welche alle wesentlichen Betriebselemente, inklusive Steuerung für den Betrieb der Lampenanordnung, in einem einzelnen System umfasst und welches einfach in eine übergeordnete Prozessteuerung einbindbar ist. Weiter soll durch das Verfahren die Betriebssicherheit und Lebensdauer der Lampe erhöht werden bei hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der zu erzielenden Betriebswerte. Ausserdem soll die Anordnung zum Betrieb der UV - Lampe und das Verfahren selbst einfach und wirtschaftlich realisierbar sein.

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren zum Betrieb der UV - Lampe gemäss den Merkmalen des Patentanspruches 1 oder 2 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche beziehen sich auf vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung.

Das erfindungsgemässe Verfahren zum Betrieb einer UV - Lampe umfasst die folgenden Schritte:

- über Zuleitungen wird eine bipolare Speisespannung an die Lampe angelegt, welche durch einen Umrichter erzeugt wird, wobei die Anordnung Strom begrenzende Mittel aufweist,

- die elektrische Speisung des Umrichters erfolgt durch eine gleichgerich- tete Spannung des Versorgungsnetzes,

- der Umrichter erzeugt eine in der Grosse einstellbare bipolare Speisespannung durch Vorgabe eines bestimmten Pulsbreitenverhältnis, mit wählbarer einstellbarer Frequenz, welche beide von einer elektronischen Steuerung vorgegeben werden, - nach der Inbetriebnahme des Umrichters liegt die bipolare Spannung an den Elektroden der UV - Lampe an und es wird ein Zündvorgang an der Entladungsstrecke der UV - Lampe eingeleitet und die erfolgte Zündung mit Hilfe der Steuerung überwacht,

- nach der Zündung erfolgt eine Einbrennphase der UV - Lampe, indem der Betriebszustand der UV - Lampe mit Hilfe von überwachungsmittel von der Steuerung erfasst oder bestimmt wird und dass die Steuerung diese überwacht und verarbeitet und die bipolare Speisespannung und /

oder dessen Frequenz am Umrichter derart einstellt und / oder regelt, bis die Einbrennphase abgeschlossen ist derart, dass die vorgegebenen lampenspezifischen Parameter eingehalten werden,

- nach Abschluss der vorgegebenen Einbrennphase wird die Lampensol- leistung vorgegeben, ohne überschreiten der zulässigen Parameter, womit die UV - Lampe Betriebsbereitschaft erreicht und es wird über Variieren der Frequenz und / oder der Spannung die gewünschte Lampenleistung für die folgende Betriebsphase eingestellt,

- die ablaufenden Schritte werden von der elektronischen Steuerung (14) kontrolliert und diese stellt die gewünschte Daten einer übergeordneten

Steuerung in Form einer peripheren Schnittstelle zur weiteren Prozessbearbeitung zur Verfügung.

Dieses Verfahren ermöglicht einen sehr sanften Betrieb der Lampe und eine sehr flexible Prozessführung mit vollständiger Integration aller erforderlichen Bedingungen für einen sicheren Betrieb in einer einzigen Anordnung dank der Spannungs und Frequenzsteuerung des Umrichters. Es wird dadurch auch möglich verschiedene Lampentypen und Leistungen mit demselben Konzept zu betreiben. Eine Skalierung der Leistungsklassen mit Standard komponeneten ist somit im einem sehr grossen Bereich gegeben.

Der Zündvorgang kann mit einer separaten Zündanordnung oder einem zusätzlichen Zündgerät eingeleitet werden, durch kurzzeitiges anlegen bzw. überlagern einer gegenüber der Speisespannung überhöhten Spannung als Spannungspuls mit genügend grosser Spannungs- Zeitfläche. Das vorgeschlagene Verfahren mit der Steuerung der Frequenz und / oder der Ausgangsspannung des Umrichters ermöglicht auf ein solches zusätzliches Zündgerät vollständig zu verzichten. Dadurch wird die Anordnung stark vereinfacht und ein sanftes Zünden der Lampe ermöglicht. Die Strom begrenzenden Mittel bestehen mit Vorteil aus einer in Serie geschalteten Drossel, was den Aufbau der Anordnung weiter vereinfacht und zusätzlich eine Spannungsüberhöhung an der Lampe zum Zünden auf einfache Weise ermöglicht, wenn für den Zündvorgang die elektronische Steuerung die

Frequenz und die Spannung nach vorgegebenen Werten erhöht bis die Zündung erfolgt. Der Zündvorgang kann einfach überwacht werden, vorzugsweise durch Messung des Spannungseinbruches und / oder des Stromanstieges an der Lampe oder in den Speisezuleitungen oder am Umrichter, oder mit einem Lichtsensor. Sollte die Zündung erfolglos sein, kann automatisch, nach bedarf ein oder mehrere weitere Zündvorgänge eingeleitet werden bis ein sicherer stabiler Betriebszustand erreicht wird. Die Betriebsleistung der Lampe wird mit der Frequenz entsprechend der übergeordneten Vorgabe oder nach einem Profil mit der Steuerung eingestellt oder geregelt. Zusätzlich kann eine bewegbare Blende als Shutter vor der Lampe mit Hilfe der Steuerung entsprechend den Prozessvorgaben betrieben werden. Dieser Shutter kann beispielsweise die UV - Strahlung der Lampe, sobald die Einbrennphase vorbei ist und stabiler Betrieb gewährleistet ist geöffnet werden und gezielt nach abgegebener Dosis auf das zu bearbeitende Werkstück wieder geschlossen werden. Die Steuerung selbst weist mit Vorteil ein Interface auf welches es ermöglicht das System an eine weitere externe, übergeordnete Prozessteuerung an zu binden. Es wird somit möglich, das System modulartig als eigenständige Einheit aufzubauen und die UV - Lampe mit all ihren Betriebsparametern zuverlässig zu betreiben und zu überwachen.

Die Erfindung wird nun anhand von Figuren schematisch und beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Schematisch eine bevorzugte Schaltungsanordnung des Speisungsund Steuerungssystems für den Betrieb von UV - Gasentladungs- lampen;

Fig. 2 Eine Spannungskennlinie für das Verfahren zum Betrieb einer UV -

Lampe mit bevorzugter Zündung mit Hilfe des Spannungs- Frequenz Zündverfahrens durch den gesteuerten Umrichter;

Fig. 3 Eine Frequenzkennlinie für das Verfahren zum Betrieb einer UV -

Lampe mit bevorzugter Zündung mit Hilfe des Spannungs- Frequenz

Zündverfahrens durch den gesteuerten Umrichter mit korrespondierenden Schritten entsprechend der Kennlinie nach Figur 2;

Fig. 4 wie Figur 2, aber mit externem separatem Zündgerät;

Fig. 5 wie Figur 3, aber mit externem separatem Zündgerät;

Fig. 6 Schematisch eine Schaltungsanordnung des Speisungs- und Steuerungssystems für den Betrieb von UV - Gasentladungslampen mit einem bevorzugten separaten Zündgerät als Zündhilfe;

Fig. 7 im Detail eine bevorzugte Schaltungsanordnung für eine Zündhilfen- beschaltung eines Zündgerätes entsprechend der Anordnung nach Figur 6.

Eine vorteilhafte und bevorzugte Anordnung entsprechend der Erfindung ist im Schaltschema in Figur 1 dargestellt. Für den Betrieb der UV - Lampe 8 wird ein Umrichter 1 als Vorschaltgerät verwendet mit einer Vollbrücke 4, die die Eingangsspannung 2, 2' in eine bipolare Spannung mit vorgebbarer Frequenz und Spannung umwandelt und am Ausgang 16, 16' des Umrichters 1 für die Lampe 8 verfügbar macht. Die Lampe 8 ist über die Zuleitungen 17, 18, 19 mit den Ausgängen 16, 16' des Umrichters über eine in Serie geschaltene Drossel 13 als Strombegrenzungselement verbunden. Es können auch andere Strom begrenzende Mittel vorgesehen werden als die Drossel 13, wie beispielsweise direkt in- nerhalb des Umrichters 1. Die Drossel 13 ist ein besonders einfach zu realisierendes Bauelement und sie ist robust und wird somit bevorzugt eingesetzt. Die Vollbrücke 4 wird über eine Treiberschaltung 3 betrieben und von dem Steuergerät 14 über die Zuleitung 6 für die Sollwertvorgaben derart angesteuert, dass Frequenz und Spannung an der Lampe 8 in weiten Bereichen gewählt werden können. Die DC - Spannung 5 am Eingang 2, 2' oder die Ausgangsspannung am Umrichter 1 wird von der Steuerung 14 erfasst und entsprechend den Sollwertvorgaben verarbeitet. In gleicher Weise wird im Ausgangskreis, lastseitig der Lam-

penstrom 7 gemessen und von der Steuerung 14 erfasst und verarbeitet. Die Steuerung 14 weist mit Vorteil eine Schnittstelle auf, beispielsweise mit Ein- und Ausgangsleitungen 15, die eine Busanbindung, beispielsweise ein Feldbus, an eine übergeordnete Prozessteuerung ermöglichen. Die UV - Lampe 8 ist in einer kassettenartigen Lampenhalterung 9 angeordnet. Ein Reflektor 21 ist so in der kassettenartigen Lampenhalterung 9 angeordnet, dass die von der UV - Lampe abgegebene Strahlung gebündelt auf dem Substrat auftrifft und keine übermässi- ge Erwärmung des Substrats zulässt. Zur Abgabe der UV - und IR Strahlung 10 ist die Kassette 9 im Frontbereich geöffnet ausgebildet wo die zu behandelnden Werkstücke platziert werden. Zwischen dieser öffnung bzw. der Lampe 8 und dem Werkstück ist mit Vorteil eine einschwenkbare Blende mit gesteuertem Antrieb als Shutter 20 vorgesehen, um die Exposition des Werkstückes mit UV - Licht gezielt und gesteuert vornehmen zu können. Der Antrieb dieses Shutters 20 wird wiederum durch die Steuerung 14 kontrolliert. Um den thermischen Betriebszustand der Lampe 8 jederzeit überwachen zu können ist im Bereich der Lampe ein Temperatursensor 11 vorgesehen, beispielsweise ein Platinsensor, wie ein PT 100, dessen Signal wiederum von der Steuerung 14 erfasst wird und dafür gesorgt wird, dass die Lampe thermisch nie überlastet wird. Es können auch andere überwachungsmittel 11 vorgesehen werden, beispielsweise ein Sensor zur Erfassung der UV - Emission der UV - Lampe 8 oder es können beide Methoden kombiniert werden, um den Betriebszustand der Lampe jederzeit kontrollieren zu können.

Neben einer Leistungsreduktion kann auch ein zusätzliches Kühlsystem vorgesehen werden. Die Steuerung 14 ist mit Vorteil als eine programmierbare Steuerung, wie eine Computersteuerung, eine Mikrocomputersteuerung oder eine SPS - Steuerung ausgebildet. Mit dieser Steuerung kann die Lampe schonend gezündet und betrieben werden bei den gewünschten Betriebswerten unter Einhaltung der heiklen Betriebsanforderungen, sowie diese laufend auf korrekten Betrieb überwacht werden. Ausserdem können alterungsbedingte Veränderungen über die Steuerung 14 automatisch kompensiert werden indem einer oder in Kombination die Parameter Leistung oder Zeit der UV - Exponierung nachgeführt wird. Zusatz-

lieh kann dies mit dem Shutter 20 präzisiert oder korrigiert werden. Das Verfahren ermöglicht eine flexibles und applikationsspezifisches Verfahren zu realisieren.

Als sehr geeignete weitere Möglichkeit für eine Zündeinrichtung ist in Figur 1 ein externes Zündgerät 12 dargestellt welches eine Zündspannung über die Lampe 8 abgibt und auch von der Steuerung 14 koordiniert werden kann. Diese Art von Zündung kann für einzelne bestimmte Dotierungen oder spezielle Lampengeometrien zur Anwendung kommen. Der Betrieb dieser Art der Zündung ist zwar etwas weniger Lampen schonend, wie das Zünden direkt mit der gesteuerten Frequenz- und Spannungsvariation der Umrichterspannung selbst, welche hier als interne Zündung bezeichnet wird.

Die interne Zündung basiert auf dem Verfahren, dass über der Zeit eine definierte Frequenz und Ausgangsspannung (URMS_OUT) aufgesetzt wird. Dieses Verfahren zur Zündung der UV-Lampe 8 benötigt als einzige Leistungs-Komponenten den Umrichter 1 und die Drossel 13, 31. Der Verlauf der Spannung abhängig von der Zeit ist in Figur 2 dargestellt und der Verlauf der Frequenz in Figur 3. Diese Variation der Spannung und Frequenz erzeugt eine Spannungs - Zeitfläche, die die UV-Lampe 8 zur Zündung bringt. Sie nutzt die Eigenschaft der Spannungsüberhöhung eines Serieschwingkreises, gebildet aus der Induktivität der Drossel 13, 31 und der Kapazität der UV-Lampe 8, aus. Die UV-Lampe 8 kann als Parallelschaltung einer Kapazität und einem Ohmschen Widerstand idealisiert betrachtet werden, wobei die Kapazität nach der Zündung ändert. Diese Idealisierung der UV- Lampe ist im wesentlichen aus der Lampengeometrie und Füllung definiert. Die Zündung der UV-Lampe 8 erfolgt bei einer Spannung, die sowohl beim Erreichen der positiven als auch beim Erreichen der negativen Spannung erfolgt. Der erfin- dungsgemässe Gedanke liegt somit in Verbindung der drei Komponenten und einem speziellen Verfahren der Variation der Lampenspannung in Kombination mit der Frequenz.

Ausgehende vom Punkt A wird vorzugsweise kontinuierlich die Frequenz und gleichzeitig der Effektivwert der Ausgangsspannung am Umrichter 1 variiert oder erhöht. Diese werden so lange erhöht bis eine Zündung erfolgt und der übergang

von der Glimmentladung zur Bogenentladung B, ti erkannt wird. Der übergang von B zu D äussert sich in einem sehr starken Stromanstieg und kann somit einfach erfasst werden. Für eine bestimmte Konfiguration und Dimensionierung der Anordnung aus Umrichter 1 , UV-Strahler 8 und Drossel 13 ist der übergang in einem bekannten und wiederholbaren Frequenzbereich F1 , t1 bis F2, t2. Konnte der Strahler nicht gezündet werden so bricht die Steuerung 14 den Vorgang im Punkt C, t2 ab. Nach einer kurzen Verweilzeit wird der Zündvorgang neu, beispielsweise wieder im Punkt A gestartet. Dasselbe gilt für den Spannungsverlauf V1 ,t1 bis V2, t2 entsprechend der Darstellung in Figur 2.

Für die Einbrennphase, welche die UV - Lampe 8 benötigt, wird der Entladungs - Strom und/oder die Spannung auf einen definierten Wert geregelt bis der erforderliche Betriebspunkt des UV-Strahlers 8 (Temperatur, Leistung) erreicht ist, also im Punkt E. Nach Ablauf der Einbrennphase E wird die Lampe 8 direkt auf die erforderliche Solleistung F gestellt. Ab diesem Zeitpunkt ist die Lampe 8 einsatzbereit, so kann z.B. mit Dimmung die Leistung durch Variieren der Frequenz verändert werden zu Punkt G. Hier als Reduktion der Frequenz dargestellt. Die Phasen Punkt G zu H, K zu L kann als eigentliche Produktionsphase oder Prozessphase definiert wer- den. In dieser Phase wird auch der Shutter 20 gezielt geöffnet und nach dem erreichten Prozessfenster wieder geschlossen. Ein Standby - Zustand wird beispielsweise im Punkt H aktiviert, indem die Frequenz F erhöht wird und die Spannung V gesenkt wird, wodurch die Leistung erniedrigt wird und im Punkt J beispielsweise wieder deaktiviert. In dieser Standby - Phase HJ ist der Shutter 20 geschlossen und es wird das Werkstück gewechselt für die nächste Behandlung, ohne dass die empfindliche UV - Lampe 8 ausgeschaltet und neu gezündet werden muss. Diese Standby - Phase kann auch in translativen Druckmaschinen während der Rückzugsphase verwendet werden.

Für die Leistungsregelung oder Einstellung wird der frequenzabhängige Widerstand der Drossel mit Vorteil genutzt. Das heisst für eine Erhöhung der Ausgangsleistung muss die Frequenz reduziert werden: Punkt F zu G. Entgegenge-

setzt gilt für eine Leistungsreduktion wird die Frequenz erhöht, Punkt E zu F oder H zu I. Wenn der Aufbau idealisiert betrachtet wird (UV-Strahler als ohmscher Verbraucher, Induktivität als R-L Kombination), so kann die Berechnung der Strahlerleistung ohne Kenntnis der Kenndaten des Strahlers errechnet werden. Für die Berechnung genügt der Strom I, die Frequenz f, die Ausgangsspannung des Inverters U _O uτ und die Induktivität L der Drossel.

Die Leistung kann auch durch Einstellung oder Regelung der Spannung vorgegeben werden oder es kann dies auch in Kombination mit der Frequenzvariation vorgegeben werden durch entsprechende Ansteuerung des Umrichters 1 mit dem Steuergerät 14. Die Spannungseinstellung erfolgt beim Umrichter durch Einstellung eines entsprechenden Pulsbreiten - Verhältnis, wodurch nach der Drossel über der Lampe ein mittlerer DC - Spannungswert erscheint.

In den Figuren 4 und 5 ist analog der Spannungsverlauf und der Frequenzverlauf dargestellt wenn zur Zündung ein externes Zündgerät 12 eingesetzt wird. Die Zündung erfolgt hierbei durch überlagerung einer überhöhten Spannung, beispielsweise einem Spannungspuls, im Punkt D, ti wobei der Umrichter mit einer fest vorgegebenen Frequenz und Spannung an der Lampe 8 betrieben wird und nach erfolgter Zündung, wie zuvor beschrieben die Leistungswerte für die Einbrennphase und den Betrieb durch Vorgabe der Frequenz und der Spannung eingestellt bzw. geregelt wird. Bei Verwendung eines externen Zündgerätes 12 als Zündhilfe wird die Anordnung bevorzugterweise über alle Betriebsphasen mit konstanter Frequenz betrieben, beispielsweise mit einigen hundert Hz, wie z.B. 250Hz.

In der nachfolgenden Tabelle 1 sind die verschiedenen Zustände, wie sie in den Figuren 2 bis 5 dargestellt sind zur übersicht aufgelistet:

Die oben aufgeführten Kennlinien sind nicht abschliessend aufgeführt. Das heisst z.B. nach dem Zünden D der UV-Lampe 8 kann diese jeden gewünschten Arbeitspunkt einnehmen. Zwischenwerte für die gewünschte Lampenleistung, für die Volleistung, für den Standby - Betrieb, den Shutterbetrieb und zu welchem Zeitpunkt können vom Benutzer entsprechend an der Steuerung 14 oder von der übergeordneten Prozessteuerung nach Bedarf vorgegeben werden.

Anhand eines Beispieles werden nachfolgend wichtige Zahlenwerte in der folgenden Tabelle 2 angegeben. Ausserdem sind die für den Betrieb wichtigen Arbeitsbereiche dargestellt, insbesondere für die wichtigsten Komponenten: Umrichter, Drossel und UV-Lampe und für eine externe Zündhilfe:

Tabelle 2:

Für eine spezifische Umrichter, Drossel, UV-Lampen Konfiguration wird ein weiteres Zahlenbeispiel für eine Spannungs- Frequenzkennlinie in der folgenden Tabelle 3 angegeben für welche die Arbeitspunkte entsprechend den Figuren 2 und 3 durchlaufen werden:

Tabelle 3:

Das Verfahren ist besonders geeignet für Lampenbetriebsleistungen im Bereich von 0,5 bis 30 KW bei Stromwerten von 1A bis 6OA. Für die Betriebsphase, also wo die Lampe 8 im Leistungsbetrieb arbeitet, muss der Umrichter 1 ,ohne die Zündung, mindestens Spannungen im Bereich von 10 bis 1600V, vorzugsweise im Bereich von 10V bis 500V und vorzugsweise variierbar erzeugen und abgeben können. Für das Zünden muss die Anordnung derart ausgebildet sein, dass an der Lampe 8 die Zündspannung grösser als 800V erreicht wird, vorzugsweise grösser als 1000V, aber höchstens 6000V. Die Frequenz der abgegebenen Spannung des Umrichters 1 sollte innerhalb des Bereiches von 1 Hz bis 100KHz liegen, vorzugsweise im Bereich von 1 Hz bis 10Khz und variierbar sein. Die bipolare Spannung ist hierbei im wesentlichen symmetrisch und mit Vorteil im wesentlichen rechteck- förmig. Die Speisung der Lampe 8 erfolgt mit Vorteil durch einen einzelnen Umrichter 1 und es wird mit Vorteil eine käufliche Standard Komponente eingesetzt.

Nach erfolgreicher Zündung D der UV-Lampe 8 wird diese somit in einen defi- nierten Betriebsbereich gebracht. Diese Phase beinhaltet eine Leistungs - rege- lung und / oder -Steuerung, vorzugsweise eine Stromregelung. Diese Phase hält so lange an bis thermisch ausreichende Bedingungen erreicht sind. Typischerwei-

se sind vor allem die Bedingungen innerhalb der Kassette 9 von Interesse und auch hier insbesondere diejenigen der UV-Lampe 8.

Für den normalen Betrieb (Produktion) kann die Leistungsvariation durch Verstellen der Frequenz und/oder Ausgangsspannung eingestellt werden. Die Standby- leistung wird durch verstellen der Ausgangsspannung und/oder Frequenz eingestellt.

Wird das interne Zündverfahren (Punkt A bis D) angewendet, so kann, wie erwähnt beispielsweise auf eine externe Zündeinrichtung 12 vollumfänglich verzich- tet werden. In diesem Fall wird die Spannung am Umrichterausgang 16, 16' derart variiert, dass Frequenz und Spannung einen für die Zündung der UV-Lampe 8 definierten Wert (Spannungs- Zeitfläche) erreicht, der die Zündbedingungen erfüllt. Mit diesem neuen Zündverfahren wird die UV-Lampe 8 mit weniger Komponenten und schonender gezündet. Mit dem Einsatz von handelsüblichen Baugruppen kann ein Kundennutzen in Form von Qualität (Standardprodukt), Flexibilität (SPS) und Skalierbarkeit (Leistungsklassen) geschaffen werden. Die programmierbare Steuerung 14, wie eine SPS, kann zusätzliche Funktionen wie Shutter 20, Kommunikation und dergleichen bereitstellen. Eine Busanbindung (Profibus, Ethernet,...) ermöglicht eine An- kopplung an eine übergeordnete Steuerung.

Innerhalb des gesamten Systems sind ausserdem gewisse Komponenten einer Alterung unterworfen und sind zudem relevant für die UV-Härtung (UV-Lampe, Spiegel). Die Steuerung 14 ermöglicht zusätzlich eine Anpassung von wichtigen Betriebsparameter die sich alterungsbedingt verschieben, um optimale Bedingun- gen für den Härtungsprozess über die Lampenlebensdauer zu gewährleisten.

Bei gewissen Typen von UV - Lampen wird allerdings eine externe Zündeinrichtung bevorzugt, um ein sicheres Zünden zu erreichen, wie dies schematisch in der Figur 6 dargestellt ist. Derartige Lampen haben beispielsweise einen kleineren Durchmesser oder eine andere Dotierung was die Zündung erschwert. Der Vorteil dieser Zündhilfe (36) ist, dass nur niederleistungs Komponenten verwendet werden durch die ausschliesslich Hilfsenergie nicht jedoch der Betriebsstrom für die

UV-Lampe fliesst. Zu diesem Zweck wird eine zusätzliche, externe Zündeinrichtung 12 als Zündhilfe in den Leistungskreis mit der Minusleitung 39 und der Plusleitung 40 geschaltet. Die Zündeinrichtung 12 beinhaltet einen übertrager 30 mit zwei Wicklungen 31 , 32 welche über einen ferromagnetischen Kern gekoppelt sind und einer elektrischen Schaltung der Zündhilfenbeschaltung 36. Die eine Wicklung ist als Hauptwicklung 31 ausgebildet welche die Funktion der Drossel 13, 31 als Strombegrenzendes Element bildet und in Serie in eine der Lampenzuleitungen 39, 40 geschaltet ist. Es spielt hierbei keine Rolle ob diese Drossel 13, 31 in die Minusleitung 39 oder in die Plusleitung 40 eingebunden ist. Für die externe Zün- düng kann der übertrager 30 mit Drossel 31 und Zündwicklung 32 als einzelnes Bauteil ausgeführt werden.

Die zweite Wicklung 32 stellt die Zündwicklung dar und über diese wird potentialfrei ein Zündspannung über ihre beide Anschlüsse 33, 34 eingekoppelt. Die Zündspannung wird an diesen beiden Anschlüssen 33, 34 durch eine Zündhilfenbe- Schaltung 36 bereitgestellt welche wiederum eine Speisespannung von den Lam- penanschlussleitungen 39, 40 bezieht über ihre beiden Anschlüssen 35, 37. Diese Zündhilfenbeschaltung 36 enthält eine Spannungsvervielfacheranordnung, welche aus der an der vom Umrichter bereitgestellten Lampenversorgungsspannung eine erhöhte Spannung generiert zur sicheren Zündung der Lampe. In den meisten Fällen genügt eine Spannungsverdopplung welche bevorzugt wird. Zusätzlich ist es vorteilhaft die Zündspannung über der Speiseleitung 17, 18, 39, 40 der UV - Lampe 8 mit einem Spannungsbegrenzer 46 zu begrenzen, derart dass die Zündspannung im wesentlichen unabhängig von der verwendeten Leitungslänge ist, wobei die UV - Lampe 8 trotzdem sicher gezündet werden kann. Ein solcher Spannungsbegrenzer kann auch direkt in der Zündhilfenbeschaltung 36 über den Speiseanschlüssen 35, 37 vorgesehen werden. Die Zündhilfebeschal- tung 36 wird über eine Schalter 47 derart betrieben, dass diese nur in der Zündphase aktiv ist und in der Betriebsphase der Lampe deaktiviert ist.

Das Schema einer bevorzugten Anordnung für eine Zündhilfebeschaltung 36 ist in der Figur 7 schematisch dargestellt. Die Schaltung für die Spannungserhöhung besteht bevorzugt aus passiven elektronischen Bauteilen. Eine geeignete Ausfüh-

rung ist folgendermassen aufgebaut. Ein Kondensator und eine Diode sind in Serie elektrisch verbunden, wobei diese wiederum mit einer weiteren getrennten Serieschaltung aus Kondensator und Diode parallel verbunden sind. Die beiden Dioden sind antiparallel geschaltet. Auf der einen Seite ist der + Anschluss der UV-Lampe 35 angeschlossen und auf der anderen Seite über ein Aktivierungsschalter 47 der - Anschluss der UV-Lampe 37. Parallel zum + Anschluss 35 und - Anschluss 37 ist ein Spannungsbegrenzer 46 vorgesehen. Die Polaritäten können, wie bereits erwähnt, auch umgekehrt geschaltet sein.

Diese Zündhilfenbeschaltung (36) kann auch mit Vorteil mit einer zusätzlichen Hilfswicklung (32) an bestehende Drosseln (13) adaptiert werden und dadurch sogar nachgerüstet werden.

Wird der Umrichter 1 eingeschaltet so wird die Zündhilfe 12 aktiviert. Die Konden- satoren werden mit einer Spannungsverdoppelungsschaltung aufgeladen bis ein definierter Spannungspegel erreicht ist. Die gespeicherte Ladung wird aus den

Kondensatoren über den Spannungsschalter und übertrager 30 an die Lampe 8 abgegeben. Die beiden Wicklungen 31 , 32 werden für die Transformation der

Zündspannung verwendet. Von der Zündwicklung 32 zur Hauptwicklung 31 wird die Spannung hochtransformiert. Die Spannung der transformierten Ladung ist mindestens so gross, dass die Zündung der Lampe 8 ermöglicht wird. Die

Hauptwicklung 31 wird zudem für die Glättung des Lampenstroms benutzt.

In der Zündhilfenbeschaltung 36 wird durch Aufladen der zwei Kondensatoren 42, 43 auf unterschiedliche Spannungspotentiale die erforderliche Energie für die Zündung (Spannungs-Zeitfläche) gespeichert. Die Dioden 44, 45 und Kondensatoren 42, 43 sind so geschaltet, dass eine Spannungsvervielfachung (z.B. Spannungsverdoppelung) entsteht. Ist die Ladung genügen gross, das heisst die Ladespannung erreicht eine vorgegebene Schaltschwelle des Spannungsschalters 41 so wird diese an die Zündwicklung 32 abgegeben. Die Zündenergie wird mit einer Umwandlung von der Zünd- zur Hauptwicklung 31 hochtransformiert. Die Ausgangsspannung (Zündspannung) ist mit einer Spannungsbegrenzung 46 limi-

tiert und so unabhängig der verwendeten Leitungslänge 39, 40. Die Zündhilfe 12 wird mit einem Schalter 47 während der Zündphase aktiviert, in der Betriebsphase ist es deaktiviert. Solange der Schalter 47 die Zündhilfe 12 aktiviert generiert diese nacheinander Zündpulse, welche zeitlich durch die Beschaltung definiert sind, bis die Lampe 8 zündet und die Steuerung 14 über den Schalter 47 die Zündhilfe 47 deaktiviert.

Das bevorzugte Verfahren zur Zündung mit einem externen Züngerät 12 umfasst somit mindestens die folgenden Schritte: es wird die Zündspannung erzeugt durch Aufladen von mindestens zwei Kondensatoren 42, 43 auf Spannungspotentiale zur Speicherung der erforderlichen Energie für die Zündung und dass Dioden 44, 45 mit den Kondensatoren 42, 43 derart verbunden sind, dass mindestens eine Spannungsverdoppelung erzielt wird und wenn die gewünschte vorgegebene Ladespannung die entsprechende Schalt- schwelle eines Spannungsschalters 41 erreicht, wird beim durchschalten diese an die Zündwicklung 32 des übertragers 30 abgegeben und dadurch wird die Zündenergie mit einer Umwandlung von der Zündwicklung 32 zur Drossel 31 , die die Hauptwicklung bildet, nach vorgegebenem Wert hochtransformiert und der Speisespannung an der UV - Lampe 8 überlagert, wodurch diese gezündet wird, und der Zündvorgang, beispielsweise mit einem Schalter 47, während der Zündphase aktiviert und in der Betriebsphase deaktiviert wird.

Es werden durch das erfindungsgemässe Verfahren folgende Verbesserungen erzielt: - Das UV-System ist ein eigenständiges, komplettes System zur Ansteuerung von UV-Lampen inklusive Temperaturregelung und Shutteransteuerung; - Einsatz eines High-Volume Standardproduktes mit hoher Qualität, Zuverlässigkeit, grossen Leistungsklassen, weltweiten Zulassungen, grossem Servicenetz, garantierter Weiterentwicklung, erhöht die Wirtschaftlichkeit wesentlich; - Verwendung einer industriellen Busankopplung (CANopen, Profibus);

- Zusätzlicher Kundennutzen in Form einer SPS für Temperaturregelung, Shut- teransteuerung, Integrierte SPS für den Endkunden nutzbar z.B. für Anlagensteuerung;

- Integrierte Temperaturregelung: UV-Lampen sind sehr sensitive auf Tempe- ratureinflüsse. Die Temperatur hat einen entscheidenden Einfluss auf die Lebensdauer, Lichtspektrum und dergleichen. Eine schnelle, charakteristische Kommunikation zwischen Ist-Temperatur und Soll-Lampenleistung ist daher sinnvoll.

- Die Lampenlebensdauer kann über die sich über die Betriebsdauer verän- dernden, Zündparameter bestimmt werden, sodass Serviceeinsätze planbar werden (z.B. bei Farbwechsel,...) und nicht dann durchgeführt werden müssen, wenn es gerade ungünstig ist.

- Die Lebensdauer der Lampe wird merklich erhöht, da insbesondere für die interne Zündung nur die erforderliche Zündenergie aufgebracht wird ohne schockartige Zündimpulse. Dies führt zu weniger Stillstand und Serviceeinsätze;

- Einfacherer und kostengünstiger Realisierung da nur wenig zusätzliche Bauteile erforderlich sind;

- Die Betriebsparameter Spannung und / oder Frequenz beim Betrieb der UV - Lampe und / oder dem Shutter 20 können abhängig von der Alterung der UV -

Lampe mit Hilfe der Steuerung 14 nach vorgebbaren Werten nachgeführt werden;

- Die Betriebsparameter für verschiedene Lampentypen und Prozesskenngrö- ssen lassen sich über eine softwaremässige Parametrierung verändern und bedürfen für präzise Prozesse nicht mehr genau angepasster Hardware

- Keine regelmässigen Hardwareredesigns nötig (z.B. bei Komponentenabkündigung, Lieferant baut z.B. die Drossel nicht mehr, ...), da die Industrie laufend neue Standardgeräte entwickelt.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird vorteilhaft in folgenden Anwendungsgebieten eingesetzt:

- Trocknen von Flüssigkeiten, Gelen, Klebstoffen, Lacken, Farben... ,

- Härten von Flüssigkeiten, Gelen, Klebstoffen, Lacken, Farben...,

- Hervorrufen von chemischen Reaktionen (z.B. DNA Stränge Auftrennung,...),

- Allgemein Unterstützung chemischer Prozesse,

- Belichtung von photoaktiven Materialien (Lithographie),

- Fluoreszenzanregung diverser Stoffe (wie Banknotenprüfer).