Be s ehre ibung

Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe sowie Beleuchtungssystem mit einer Entladungslampe

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe, bei dem im Betrieb der Entladungslampe den Elektroden der Entladungslampe zumindest zeitweise ein elektrischer Heizstrom und ein elektrischer Entladungsstrom zugeführt werden. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Beleuchtungssystem mit einer Entladungslampe und einem Betriebsgerät für die Entladungslampe, mit- tels welchem den Elektroden der Entladungslampe im Betrieb der Entladungslampe zumindest zeitweise ein elekt ^¬ rischer Heizstrom und ein elektrischer Entladungsstrom zuführbar sind.

Stand der Technik

Entladungslampen sind in vielfältiger Ausgestaltung und Verwendung bekannt. Im Betrieb einer Entladungslampe lau ^¬ fen eine Vielzahl physikalischer Effekte ab, wodurch die Lichterzeugung der Entladungslampe generiert wird. In diesem Zusammenhang tritt auch ein Zusammenwirken der Entladung des im Entladungsgefäß befindlichen Füllgases mit den Lampenelektroden auf. Diese physikalischen Effekte haben auch einen mehr oder minder starken Einfluss auf die Lebensdauer der Entladungslampe oder von Teilkompo ^¬ nenten davon.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe sowie ein Beleuchtungssystem mit einer Entladungslampe zu schaffen, bei welchem die Lebensdauer der Entladungslampe verlängert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, welches die Merk ^¬ male nach Anspruch 1 aufweist, und ein Beleuchtungssys ^¬ tem, welches die Merkmale nach Anspruch 9 aufweist, ge ^¬ löst .

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe wird im Betrieb der Entladungslampe zu ^¬ mindest einer Elektrode dieser Entladungslampe zumindest zeitweise ein elektrischer Heizstrom und ein elektrischer Entladungsstrom zugeführt. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass im Nennbetrieb der Entla ^¬ dungslampe der Wert der Summe der Quadrate der über mit der Elektrode verbundenen Stromzuführungen zugeführten elektrischen Ströme im Betrieb der Entladungslampe in ei ^¬ nem Intervall zwischen 1,2 mal dem Quadrat des Werts ei- nes für die Entladungslampe vorgegebenen Teststroms und zweimal dem Quadrat des Werts dieses elektrischen Test ^¬ stroms eingestellt wird. Durch diese Betriebsweise und die spezifische Anpassung von elektronischen Betriebsparametern, nämlich den Strömen, kann in einer ganz spezi- fischen Betriebsphase, nämlich im Nennbetrieb bzw. unge- dimmten Betrieb (bei in der Regel Nennstrom) der Entladungslampe, eine Betriebsweise erreicht werden, welche zu einer wesentlichen Verlängerung der Lebensdauer der Entladungslampe führt.

Vorzugsweise werden die über die Stromzuführungen einer Elektrode zugeführten elektrischen Ströme in einem Intervall zwischen 1,3 mal dem Quadrat eines für die Entla ^¬ dungslampe vorgegebenen elektrischen Teststrom und 1,8 mal dem Quadrat dieses Teststroms eingestellt. Besonders bevorzugt erweist es sich, wenn die über die Stromzufüh ^¬ rung der Elektrode zugeführten elektrischen Ströme in einem Intervall zwischen 1,35 mal dem Quadrat eines für die Entladungslampe vorgegebenen elektrischen Teststroms und 1,5 mal dem Quadrat dieses Teststroms eingestellt werden. Gerade dies ist ein besonders bevorzugtes Werteintervall, mit dem einerseits die Lampenlebensdauer wesentlich erhöht werden kann und andererseits die Systemeffizienz sehr groß ist, da nur ein relativ geringer zugeführter Energiebedarf für die Elektrodenheizung erforderlich ist.

Die Lampenlebensdauer kann somit durch eine auf geeignete Weise angepasste elektronische Betriebsparameter, den e- lektrischen Strömen, insbesondere den Heizströmen und den Entladungsströmen, erhöht werden, wobei dies im Nennbe- trieb erreicht werden kann.

Vorzugsweise wird den Elektrode über eine erste Stromzu ^¬ führung ein zu dem über eine zweite Stromzuführung zugeführten zweiten Anteil des Entladungsstroms wertmäßig un ^¬ terschiedlicher erster Anteil des Entladungsstroms zuge- führt. Es wird somit bevorzugterweise eine asymmetrische Zuführung von dem Entladungsstrom diesem zur Elektrode durchgeführt, wodurch ein erheblich positiver Einfluss auf die Verlängerung der Lampenlebensdauer einerseits und die Systemeffizienz im Hinblick auf eine zusätzlich benö- tigte Energiezuführung erreicht werden.

In besonders bevorzugter Weise wird der Entladungsstrom zumindest zu 90 % über eine Stromzuführung der Elektrode zugeführt, insbesondere vollständig über nur eine der Stromzuführungen an die Elektrode zugeführt.

Es kann in bevorzugter Weise vorgesehen sein, dass sowohl der Heizstrom als auch der Entladungsstrom jeweils vollständig über eine gleiche Stromzuführung zugeführt wer ^¬ den. Dies ist eine besonders effektive Vorgehensweise zur Verbesserung der Betriebsweise im Hinblick auf die Ver- längerung der Lampenlebensdauer und die minimale weitere Zuführung der Energie.

Insbesondere wird der elektrische Teststrom lampenspezi ^¬ fisch so vorgegeben, dass er die Elektrode auf einen Wert des Warm-zu-Kalt-Widerstandsverhältnis von 4,75 heizt, wobei dies eine Vorgabe einer ICE Norm ist.

Der Teststrom ist ein für eine Lampe spezifisch festgelegter Stromwert, wodurch mit einfacher Weise anhand die ^¬ ses grundlegenden Parameters die Einstellung des Werts für die Summe der Quadrate der elektrischen Ströme zwi- sehen das Intervall 1,3 und 2, vorzugsweise 1,3 und 1,5 nochmals bevorzugter 1,35 und 1,5 des Quadrats des Test ^¬ stroms in einfacher und aufwandsarmer Weise ermöglicht werden kann.

Der Nennbetrieb der Entladungslampe wird insbesondere durch einen Bereich des Entladungsstroms charakterisiert, indem dieser Entladungsstrom größer oder gleich 80 % des Teststroms der Entladungslampe beträgt, wobei auch dies eine Vorgabe einer ICE Norm ist. Gerade für diesen spezifischen Bereich des Nennbetriebs ist es bisher nicht vor- gesehen bzw. nicht bekannt, eine spezifische Einstellung

des Heizstroms und des Entladungsstroms durchzuführen, um eine Verlängerung der Lampenlebensdauer aufgrund der dann auftretenden physikalischen Effekte erreichen zu können.

Vorzugsweise wird der Heizstrom im Betrieb der Entla- dungslampe der Elektrode kontinuierlich zugeführt. Durch eine kontinuierliche Elektrodenheizung bzw. Wendelheizung kann ein besonders positiver Effekt auf die Verlängerung der Lampenlebensdauer erzielt werden.

Vorzugsweise weist ein über eine Stromzuführung der E- lektrode zugeführter elektrischer Strom einen Heizstrom und/oder einen Entladungsstrom auf. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine Elektrode mit zwei Stromzuführungen verbunden wird, über welche die Energie, insbesondere der elektrische Strom zur Elektrode zugeführt wird. Der Wert der Summe der zugeführter elektrischen Ströme bildet sich somit aus einer Summe, welche einerseits durch die Strö ^¬ me, welche über die erste Stromzuführung, und andererseits über die Ströme, welche über die zweite Stromzufüh ^¬ rung zur Elektrode zugeführt werden, gebildet wird. Ab- hängig vom Betrieb und der Zuführung, welche insbesondere asymmetrisch ausgelegt wird, kann beispielsweise der über die erste Stromzuführung zugeführte elektrische Strom ei ^¬ nen Anteil des Heizstroms und einen Anteil des Entla ^¬ dungsstroms aufweisen. Vorzugsweise ist aufgrund der a- symmetrischen Auslegung vorgesehen, dass dieser elektrische Strom über die erste Stromzuführung den vollständigen Heizstrom und den vollständigen Entladungsstrom um- fasst. Bei einer derartigen Auslegung ist dann der über die zweite Stromzuführung geleitete Strom gleich dem Heizstrom.

Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der elektrische Strom, welcher über die erste Stromzuführung zugeführt wird, lediglich einen Anteil kleiner 100 % des Entla ^¬ dungsstroms zur Elektrode zuführt, wobei dann der elekt- rische Strom, welcher über die zweite Stromzuführung zur Elektrode zugeführt wird, den jeweils fehlenden Anteil zu 100 % plus den Heizstrom zu dieser Elektrode zuführt.

Mit der Erfindung wird somit ein Bereich für den vorzugsweise kontinuierlichen Wendelzuheizstrom beim elektroni- sehen Betrieb eine Entladungslampe benannt, der es er ^¬ laubt, die Lebensdauer der Entladungslampe signifikant zu verlängern. Der Strom wird dabei durch den so genannten SoS (Sum of Squares) -Wert ausgedrückt, welcher der Wert der Summe der Quadrate der über mit der Elektrode verbun- denen Stromzuführung zugeführten elektrischen Ströme darstellt. Durch die vorzugsweise Normierung dieses SoS- Werts auf das Quadrat des Stroms, der die Elektrode bzw. die Lampenwendel auf ein vorzugsweise Warm-zu-Kalt- Widerstandsverhältnis von R _w /R _k gleich 4,57 heizt, kann der SoS-Bereich für optimierte Lampenlebensdauern allgemein für jede Entladungslampe angegeben werden, bei der dieser Stromwert bekannt ist. Dieser Stromwert wird all ^¬ gemein Teststrom I _τ genannt und ist für viele Entladungs ^¬ lampen in IEC 60081 und IEC 60901 in den Datenblättern aufgelistet.

Durch die erfindungsgemäße Wahl des geeigneten Bereichs für den SoS-Wert beim ungedimmten Lampenbetrieb und somit im Nennbetrieb der Lampe kann die Lampenlebensdauer bis zu einem Faktor 2 gesteigert werden, ohne änderungen am Lampendesign durchführen zu müssen. In dem bevorzugten Bereich dieses SoS-Werts, insbesondere in dem Intervall

zwischen 1,3 mal dem Quadrat des Teststroms und 1,5 mal dem Quadrat des Teststroms liegt die abgeschätzte Ver ^¬ lustleistung des Beleuchtungssystems umfassend ein Be ^¬ triebsgerät für die Entladungslampe und die Entladungs- lampe, die für die zusätzliche Heizung der Elektrode be ^¬ nötigt wird, bei kleiner einem Watt.

Besonders bevorzugt erweist es sich, wenn der SoS-Wert für die erste Wendel der Entladungslampe unterschiedlich zu dem SoS-Wert der zweiten Wendel der Entladungslampe ist. Damit wird erreicht, dass eine Elektrode bzw. eine Lampenwendel der Entladungslampe definiert die Lampenle ^¬ bensdauer begrenzt, wodurch eine steilere Ausfallkurve erreicht werden kann.

Vorzugsweise wird im Nennbetrieb der Entladungslampe der Wert der Summe der Quadrate der über mit einer ersten E- lektrode der Entladungslampe verbundenen Stromzuführungen zugeführten elektrischen Ströme zumindest teilweise unterschiedlich zu dem Wert der Summe der Quadrate der über mit einer zweiten Elektrode der Entladungslampe verbunde- nen Stromzuführungen zugeführten elektrischen Ströme eingestellt. Auch dadurch kann das Verhältnis zwischen Verlängerung der Lampenlebensdauer und Systemeffizienz verbessert werden, da durch diese asymmetrische Auslegung der Wendelheizung die Steilheit der Ausfallkurve vergrö- ßert werden kann.

Ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem umfasst zumindest eine Entladungslampe und zumindest ein Betriebsgerät zum Betreiben der Entladungslampe, wobei mittels dem Be ^¬ triebsgerät zumindest einer Elektrode im Betrieb dieser Entladungslampe zumindest zeitweise ein elektrischer

Heizstrom und ein elektrischer Entladungsstrom zuführbar ist. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass im Nennbetrieb der Entladungslampe der Wert der Summe der Quadrate der über mit einer Elektrode verbunde- ne Stromzuführungen zugeführten elektrischen Ströme in einem Intervall zwischen 1,3 mal dem Quadrat des Werts eines für die Entladungslampe vorgegebenen elektrischen Teststroms und 2 mal dem Quadrat des Werts dieses Test ^¬ stroms einstellbar ist. Die Lampenlebensdauer lässt sich dadurch signifikant erhöhen, wobei darüber hinaus diesbe ^¬ züglich die Systemeffizienz dennoch hochgehalten werden kann .

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfin- dungsgemäßen Beleuchtungssystems anzusehen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungs- beispiels eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssys ^¬ tems;

Fig. 2 ein vereinfachtes Diagramm, in dem die Lampenle ^¬ bensdauer L in Abhängigkeit des SoS-Werts gezeigt ist; und

Fig. 3 ein vereinfachtes Diagramm, in dem der SoS-Wert in Abhängigkeit des Nenn-Entladungsstroms außerhalb des Nennbetriebs gezeigt ist.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist in einer vereinfachten schematischen Darstellung ein Beleuchtungssystem I gezeigt, welches zumindest eine Entladungslampe 1 aufweist, welche im Ausfüh ^¬ rungsbeispiel als Kompaktleuchtstofflampe ausgebildet ist. Die Entladungslampe 1 umfasst ein Entladungsgefäß 2, welches im Ausführungsbeispiel gekrümmte Teilbereiche aufweist, welche rohrförmig konzipiert sind. Darüber hin ^¬ aus umfasst das Beleuchtungssystem I ein Betriebsgerät 3 zum Betreiben der Entladungslampe 1, wobei das Betriebs- gerät 3 separat zur Entladungslampe 1 ausgebildet sein kann, jedoch auch in einem nicht dargestellten Gehäuse der Entladungslampe 1 integriert sein kann. In dieses Ge ^¬ häuse erstreckt sich dann auch das Entladungsgefäß 2 mit seinen Enden 4 und 5 hinein.

Die Entladungslampe 1 umfasst im Ausführungsbeispiel als Lampenwendeln 6 und 7 ausgebildete Elektroden, wobei die erste Elektrode 6 im Bereich des einen Endes 4 des Entla ^¬ dungsgefäßes 2 angeordnet ist und sich in den Innenraum bzw. in den Entladungsraum des Entladungsgefäßes 2 hinein erstreckt. In entsprechender Weise ist die zweite Lampen ^¬ wendel 7 im Bereich des weiteren Endes 5 des Entladungs ^¬ gefäßes 2 auch gasdicht eingeschmolzen und erstreckt sich in den Entladungsraum des Entladungsgefäßes 2 hinein.

Die erste Lampenwendel 6 ist mit zwei Stromzuführungen 8 und 9 verbunden, welche wiederum mit dem Betriebsgerät 3 zur Energiezuführung zur Lampenwendel 6 verbunden sind. Darüber hinaus ist die zweite Lampenwendel 7 mit Stromzu ^¬ führungen 10 und 11 verbunden, welche auch mit dem Be-

triebsgerät 3 zur Energiezuführung zur Lampenwendel 7 e- lektrisch verbunden sind.

Das Beleuchtungssystem I ist so ausgelegt, dass die E- lektroden 6 und 7 im Betrieb der Entladungslampe 1 zumin- dest zeitweise ein elektrischer Heizstrom I ₁₁ und ein e- lektrischer Entladungsstrom I _d zuführbar sind.

Die Entladungslampe 1 ist in ihrer spezifischen Auslegung auch dadurch charakterisiert, dass sie einen festgelegten bzw. genormten Teststrom I _τ aufweist, bzw. durch diesen charakterisiert wird. Darüber hinaus ist die Entladungs ^¬ lampe 1 und auch das Beleuchtungssystem I dahingehend spezifiziert, dass sie einen zugeordneten elektrischen Nennstrom bzw. Nenn-Entladestrom aufweist, wodurch der Nennbetrieb charakterisierbar ist. Der elektrische Nenn- ström I _{d rated} ist für die spezifische Entladungslampe 1 und das spezifische Beleuchtungssystem I vorgegeben.

Im Nennbetrieb der Entladungslampe 1 und somit auch des Beleuchtungssystems I ist der Wert der Summe der Quadrate der über mit der ersten Elektrode 6 verbundenen Stromzu- führungen 8 und 9 zugeführten elektrischen Ströme in einem Intervall zwischen 1,3 mal dem Quadrat in eines für die Entladungslampe 1 vorgegebenen Teststromwerts I _τ und zweimal dem Quadrat dieses Teststroms I ^" T einstellbar.

Der Wert der Summe der Quadrate, welcher durch den SoSl- Wert für die erste Elektrode 6 vorgegeben ist, ist durch nachfolgende Formel gegeben:

So S l = - In ⁺ In '' ^{mi t}

¹ Il = ¹ IId + I ₁₁ ,

I ₁₂ = I _12d + I _12H

Der SoSl-Wert bezeichnet also die über die Stromzuführun ^¬ gen 8 und 9 zur ersten Elektrode 6 zugeführten elektrischen Ströme. In diesem Zusammenhang betrifft der elektrische Strom I ₁₁ den über die Stromzuführung 8 zugeführten elektrischen Strom, welcher sich aus dem in diese Stromzuführung 8 zugeführten Entladungsstrom I _lld und dem über diese Stromzuführung 8 zugeführten Heizstrom I ₁₁₁₁ zusammensetzen kann. In entsprechender Weise bezeichnet der elektrische Strom I ₁₂ den über die zweite Stromzuführung 9 zur ersten Elektrode 6 zuführbaren Strom, welcher sich ebenfalls aus dem über die Stromzuführung 9 zugeführten Entladungsstrom I _12d und dem über diese Stromzuführung 9 zugeführten Heizstrom I ₁₂₁₁ zusammensetzen kann.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass eine asymmetrische Zuführung der elektrischen Ströme zur ersten Elektrode 6 erfolgt, was bedeutet, dass über die Stromzuführungen 8 und 9 unterschiedliche Anteile des Entladungsstroms der

Elektrode 6 zugeführt werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass über eine der beiden Stromzuführungen 8 oder 9 der vollständige Entladungsstrom I _d zugeführt wird.

In entsprechender Weise wird im Nennbetrieb der Entla ^¬ dungslampe 1 ein Wert SoS2, welcher den Wert der Summe der Quadrate der über mit der zweiten Elektrode 7 verbundenen Stromzuführungen 10 und 11 zugeführten elektrischen Ströme I ₂₁ und I ₂₂ bezeichnet, wobei der elektrische Strom I ₂₁ den über die Stromzuführung 10 zuführbaren und der elektrische Strom I ₂₂ eine über die Stromzuführung 11 zuführbaren elektrischen Strom bezeichnet. Der SoS2-Wert lässt sich durch nachfolgende Formel darstellen: So S 2 = Z ₂ ² _J + / ₂ ² ₂ ; mit

I ₂₁ = I _21d + I _21H

Der über die Stromzuführung 10 zuführbare elektrische Strom I ₂₁ setzt sich wiederum gegebenenfalls aus einem Anteil des Entladungsstroms I _21d und gegebenenfalls einem Anteil des Heizstroms I ₂₁₁₁ zusammen. Analogerweise setzt sich der über die Stromzuführung 11 zuführbare elektrische Strom I ₂₂ aus einem Anteil des Entladungsstroms I _22d und gegebenenfalls einem Anteil des Heizstroms I ₂₂₁₁ zusam ^¬ men. Auch hier kann in entsprechender Weise zur Erläute- rung zur Stromzuführung zur ersten Elektrode 6 die Stromzuführung zur zweiten Elektrode 7 in asymmetrischer Auslegung durchgeführt werden, was bedeutet, dass vorzugs ^¬ weise der vollständige Entladungsstrom über eine der bei ^¬ den Stromzuführungen 10 oder 11 zur zweiten Elektrode 7 zugeführt wird.

Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass die über zumindest eine Stromzuführung 8 und/oder 9 zugeführten Entladungsströme und Heizströme vorzugsweise unterschiedlich zu den über zumindest eine Stromzuführung 10 und/oder 11 zur zweiten Elektrode 7 zugeführten Entladungsströme und Heizströme ist. Dadurch kann die Steilheit der Ausfall ^¬ kurve vergrößert werden und somit die Lampenlebensdauer nochmals verlängert werden.

Die Werte der Summe der Quadrate der über mit einer E- lektrode 6 bzw. 7 verbundenen Stromzuführungen 8, 9 bzw. 10, 11 zugeführten elektrischen Ströme sind in einem Intervall zwischen 1,35 mal dem Quadrat des für die Entla ^¬ dungslampe 1 vorgegebenen Testström I _τ und 1,5 mal dem Quadrat des Teststroms I _τ . Vorzugsweise gilt: 1,35 I _j < SoS < 1,5 I^

In diesem Nennbetrieb, in dem der Entladungsstrom größer oder gleich 80 % des elektrischen Teststroms I ₁ , beträgt, wird auch eine kontinuierliche Wendelzuheizung durchge ^¬ führt. Die Normierung des SoS-Werts auf das Quadrat des Stroms, der die Lampenwendeln 6 und 7 auf ein Warm-zu- Kalt-Widerstandsverhältnis R _w /R _k = 4,75 heizt, kann der SoS-Bereich für optimierte Lampenlebensdauern allgemein für jede Entladungslampe angegeben werden, bei der dieser Stromwert bekannt ist.

In Fig. 2 ist ein Diagramm gezeigt, bei dem die Lampenle ^¬ bensdauer in Abhängigkeit des normierten SoS-Werts ange ^¬ geben ist. Es kann deutlich erkannt werden, dass in dem spezifischen Wertebereich zwischen 1,2 und 2, insbesondere zwischen 1,3 und 1,8, insbesondere zwischen 1,35 und 1,5 eine erhebliche Verlängerung der Lampenlebensdauer erreicht werden kann.

In Fig. 3 ist ein Diagramm gezeigt, bei dem der SoS-Wert in Abhängigkeit des Nenn-Entladestroms I _{d rated} gezeigt ist. Für den Bereich außerhalb des Nennbetriebs, welcher in der Darstellung unter 80 % von I _τ liegt, sind beispiel ^¬ hafte drei abfallend und geradlinig verlaufende Kennli ^¬ nien eingetragen. Die Erfindung betrifft demgegenüber den Bereich größer 80 % von I _τ , in dem dann der SoS-Wert vorzugsweise zwischen 1,35 mal I^ und 1,5 mal I^ einge- stellt wird.