用于运行光发生器的设备和方法与流程

本发明涉及根据权利要求1的前序部分或权利要求7的前序部分的用于运行光发生器的设备或方法。

背景技术：

为了漆和颜料的迅速硬化，经常使用紫外线发生器。紫外线发生器通常是放电灯，其主要发射紫外区域中的光。紫外线发生器在闪光运行中运行或者连续地运行。

这种紫外线发生器的控制和监视是开销非常高的且有问题的。为了可以保证硬化设备的连续的且无干扰的运行，主要必须查明：紫外线发生器是否已经被点亮，且它是否可能在运行中熄灭。如果也要评价紫外线发生器的功率，则尤其在很大程度上取决于有功功率的紫外线功率是至关重要的。然而，视所使用的灯、镇流器电路和所使用的频率的而定，所述有功功率可能也许只是无功功率的一小部分。因此，所述基础结构非常有问题。

技术实现要素：

本发明所基于的任务为，这样改善根据权利要求1和权利要求9的前述部分的用于运行光发生器的设备和方法，使得能够简单地、可靠地且价格有利地求取光发生器的状态参数。

所述任务根据本发明通过具有权利要求1或权利要求9的特征的设备或者方法得到解决。根据本发明，为此设置用于产生与加载在所述光发生器上的电压成比例的测量电压的装置，用于产生分别与流过所述光发生器的电流成比例的第一和第二比较电压的装置，由所述测量电压及一个比较电压构造差电压且由所述测量电压及另一比较电压构造和电压的装置，用于整流所述差电压及所述和电压的两个整流器，以及控制装置，借助其可以分析处理所述经整流的差电压及所述经整流的和电压。

所述和电压与差电压彼此的关系取决于所述设备中的电流及电压的相位。则例如当电压与电流同相位或者相反相位时(具有不同的符号)，得出和电压与差电压之间的最大差别。相反在大约250°或者70°的相移时，得出最小差别。因此由和电压与差电压之间的差别及由其符号推断出灯电压与灯电流之间的相移且因此推断出所述灯的状态。

用于整流两个比较电压的整流器有利地实施为交流耦合整流器。

通过经整流的差电压与经整流的和电压的根据本发明的组合及由此可能的比较，能够评判所述光发生器的状态。为此必须在运行之前实施校准，使得所述经整流的差电压及和电压的值可以分别被分配给所述光发生器的一个状态(尤其被点亮的或者未被点亮的)。

所述校准可以在生产所述设备时实现，使得并非对于每个设备而言而是仅仅一次在如下运行中需要昂贵且高成本的测量技术：在该运行中制造根据本发明的设备。根据本发明的设备可以通过简单且价格有利的部件来实现且准确而可靠地工作。

有利的是，第一和第二比较电压具有同样的值。以这种方式，不仅以特别简单的方式构造所述参考值，而且可以得出关于在所述整流器中使用的电容器及二极管的状态的推断。所述整流器有利地构造为峰值整流器。

本发明的其他的细节及优点由从属权利要求得出。

有利的是，电压源与所述光发生器电隔离。以这种方式，可以达到高得多的安全性。这样，在大约6kV左右的电压时，对于操作人员不存在丝毫危险。

所述设备优选地借助电隔离的电压源工作。以这种方式，可以非常简单地产生与加载在所述光发生器上的电压成比例的测量电压。用于产生测量电压的装置为此具有测量绕组或者电隔离的电压源上的电压转换变压器。但同样可能的是，设置用于直接量取的分压器。所述分压器可以由纯欧姆电阻构成的或者由复阻抗构成。如果使用自己的电压转换变压器(测量变压器)，则所述电压转换变压器与灯并联连接，以便将高电压转换到低的测量电压。测量绕组与电压转换变压器的功能实际上一样。

尤其有利的是，用于产生第一和第二比较电压的装置构造为具有两个次级线圈的电流测量转换器。由此可以以特别简单的方式产生与流过所述光发生器的电流成比例的比较电压。

当产生电压脉冲时，可以很好地控制加载在所述光发生器上的电压。这样，为了保持所需的电压，例如可以相应地影响所述脉冲的脉冲密度或者幅度。因此，所述电压源这样构造，使得其提供单极脉冲或者双极脉冲。

三角、梯形或者正弦可以作为脉冲波形来使用。但尤其有利的是，所述电压源的脉冲构造为矩形脉冲。以这种方式实现成本有利的简单的镇流器。

如上面已经提及的，为了硬化漆和颜料，经常使用传统的气体放电灯。然而，这种灯只可以产生紫外线范围中的发射光的一定部分，使得所述灯的效率不是最佳的。因此，所述光发生器有利地这样构造，使得该光发生器通过介质阻挡放电(DBE)产生光。通过脉冲式的激励，在此特别高效地产生均匀放电。具有DBE的光发生器的另一个优点是，在放电室中不必使用金属电极，因此不出现金属杂质。也不出现电极损耗。可以以高效率运行所述DBE光发生器，因为在所述电极上不必流出或者流入载流子。

尤其在DBE光发生器的情况下，无功功率与有功功率之间的区别非常大(视构造而定，所述无功功率可以大约达到有功功率九倍的值)。但是，因为评判光发生器处于被点亮状态中还是未被点亮的状态中可以最好通过有功功率的快速的增加或者减小来探测，所以在此越来越重要的是，这借助根据本发明的设备以简单的方式通过所述经整流的和电压及差电压的值来实现。

尤其有利的是，所述光发生器构造为准分子灯。准分子灯可以通过所使用的气体的混合准确地对准所需的波长。

根据本发明的方法有以下步骤：产生与加载在所述光发生器上的电压成比例的测量电压；产生第一和第二比较电压，其分别与流过所述光发生器的电流成比例；既由所述测量电压及一个比较电压产生差电压又由测量电压与另一比较电压产生和电压；整流所述差电压与和电压；并且将经整流的差电压与和电压与经校准的、在存储器中存储的或者所计算的值作比较。

由经整流的差电压及和电压可以得出关于所述系统的状态——例如关于整流器的状态的推断。也由经整流的和电压及经整流的差电压可以得出灯电流与灯电压之间的相移。

尤其有利的是，由所述经整流的差电压及所述经整流的和电压通过求商计算因子，并且通过所述因子与预确定的阈值的比较求取光发生器的状态。在此，是差电压除以和电压还是和电压除以差电压是不重要的。可以在校准时确定所述阈值，在校准时求取所述光发生器在哪个因子时处于被点亮的状态中以及在哪个因子时处于未被点亮的状态中。

因为被点亮的和未被点亮的状态的因子在正确地确定所述设备规格时可清楚识别地区分，所以根据所计算的因子可以相对明显地识别所述光发生器是否处于被点亮的状态中。通过在所述控制装置中存储所述阈值，能够实现与当前所求取的因子的直接比较。当例如应该以尽可能低的点亮电压实施平缓的点亮时，可以识别光发生器的状态的可能性是必须的。但是也为了及时识别所述光发生器的失效，所述识别是必须的。以这种方式，几乎可以完全避免错误生产。

为了可以借助所述设备调节有功功率，必须用功率分析仪实施校准。在校准时，有利地将由所述电压源产生的电压分配给所述有功功率的所测量的值。为此特别有利地设立查找表(LUT)。所述查找表包含在校准期间测量的有功功率的相应值和由电压源分别产生的电压的相应值。为了控制任务，在所述查找表中也还可以写入相应的经整流的和电压及差电压、由此确定的因子以及光发生器的在这些条件下存在的状态(被点亮或者未被点亮)。因此根据所述系统的校准可以直接通过由所述电压源产生的相应的分配的电压来产生所期望的有功功率。

可以例如在生产所述设备的运行中实施所述校准。所求取的有功功率值和分别为此通过电压源产生的电压——如上面所描述的那样——或者在存储器中被存储为二维存储表，或者以算数方法被求取并且存储。

以这种方式，在所述设备的运行期间，要由所述电压源产生的电压可以或者分别通过所述查找表被分配给所期望的有功功率，或者相应地被计算出。由此，能够实现非常简单且与要求可匹配的控制。

所述光发生器一般必须以高于正常工作电压的点亮电压点亮。但应该用尽可能低的点亮电压点亮，以便保护所使用的元件且可以保证所述设备的尽可能长的使用寿命。因此特别有利地实施以下步骤：以低的点亮电压实施所述光发生器的点亮过程；求取经整流的差电压及和电压的值并且借助这些值求取所述光发生器的状态，在求取到未被点燃的状态时分别以更高的点亮电压重复所述点亮过程以及所述光发生器的状态的求取直至所述光发生器的被点亮的状态被求取；并且当达到预确定的最大点亮电压时生成警报或者错误报告。可以以这种方式使设施的启动在很大程度上自动化。同样可以在光发生器未被点亮时避免错误生产。

但也可以在点亮之后在所述光发生器的运行期间出现干扰(通常在光发生器上)，该干扰导致所述光发生器的熄灭。所述状态可以通过所求取的因子立刻确认。因此根据本发明，当在被点亮的光发生器的运行期间求取经整流的差电压及和电压的相应于未被点亮的光发生器的值时，生成警报或者错误报告。以这种方式，可以快速确定并且消除干扰。可以可靠地避免故障设备的更长时间运行和大规模的错误生产。

附图说明

由本发明的借助附图详细说明的实施例得出本发明的其他细节和优点。

附图示出：

图1：根据本发明的设备的第一实施例的电路图；以及

图2：根据本发明的设备的第二实施例。

具体实施方式

在根据图1的实施例中，在电流馈给装置1中主要布置了一个电压源4、一个分压器5、一个电流测量转换器6和两个整流器7。通过电连接端，所述电流源1与灯2和控制装置3连接。

所述电压源4构造为矩形发生器，且提供双极的矩形电压。也能够实现：使用单级的矩形电压、或者正弦电压或者锯齿电压(分别单级或者双极)，然而双极矩形发生器具有最好的性价比。所述电压源4的电压直接加载在灯2上。

分压器5用于产生与加载在灯2上的电压成比例的测量电压。通过所述分压电路保证，相应于加载在灯2上的电压地改变所述测量电压。所述测量电压因此提供信号，由所述信号可以求取加载在灯2上的电压。

在电压源4与灯2之间，在电流回路中接通有电流测量转换器6。电流测量转换器6的初级线圈15在灯2的电流馈给装置1上与灯2串联连接。与初级线圈15电隔离地，所述电流测量转换器6具有两个串联的次级线圈9。所述两个次级线圈在理想情况下具有同样的电感。在所述两个次级线圈9之间输送所述测量电压的信号。

在测量电阻8上，现在在两侧加载如下电压：该电压由所述测量电压及与流过灯2的电流成比例的电压组成。所述电压在其中一侧被加到所述测量电压上且在另一侧从所述测量电压中减去，其中，相应的加法和减法结果与灯电流和灯电压的相移相关。

和电压与差电压分别加载在构造相同的峰值整流器7上，这些峰值整流器7分别具有一个电容器和两个二极管。这样整流的信号然后被输送到所述控制装置3上用于进一步处理。

为了校准，有利地以灯等效电路、由两个并联连接的电容器和一个与电容器之一串联的电阻组成的所谓的虚拟体(Dummy)运行所述设备。在附图中，灯2相应地被示出。在所述虚拟体中，这样调节电阻和电容器，使得电特性平均相应于多个被测量的点亮的灯的特性。所述校准在工厂方面有利地被实施，因为为此需要贵的测量装置，尤其用于测量有功功率的功率分析仪。

通过所述电压源4现在产生由经验值得出的且一般情况下可以造成灯2的点亮的电压。通过这里没有示出的功率分析仪求取所述虚拟体上的有功功率，且测量经整流的和电压及差电压。所有值被输入到查找表中。

重复同样的过程用于不同的、通过所述电压源4产生的电压。所产生的电压应该处于有意义的区域。所述区域在下部区域中在恰好不再能够实现灯的运行的电压(所述区域的下限)至还能够用于点亮灯而在此不损坏灯的电压(所述区域的上限)上延伸。

在不同的所产生的电压的情况下重复所述测量，其中，这样提升所述虚拟体的电阻的值，使得所述虚拟体的特性相应于未被点亮的灯。在此，所产生的电压也应该处于一个合理的区域中。所述区域有利地与用于校准被点亮的灯的区域相同。在测量结束时，存在多个数值组，其中，每个数值组可以被分配给在被点亮的和/或未被点亮的灯的情况下确定的所产生的电压。

现在，还可以分配给每个数值组一个因子，该因子由和电压与差电压的商计算地来构造。所述因子是灯电流与灯电压之间的相移的量度。可以由其非常好地读出，是否已经点亮灯。

每个数值组现在包含所产生的电压、有功功率的测量值、经整流的和电压和差电压、以及由和电压与差电压计算出的作为因子的商。还可以存储灯的状态，即被点亮或者未被点亮。因此给每个所产生的电压分配一个有功功率。所述设备查找表被存储在所述控制装置3中。代替借助每个数值组存储所述因子，也可以由因子确定一个阈值并存储。

因为在测量所述电流馈给装置1时使用虚拟体，该虚拟体的特性相应于待使用的灯类型的平均特性，所以对于每个灯由所述电压源4产生的电压得出不太一样的有功功率。因此为了在所产生的电压与有功功率之间构造准确的关系，对于每个灯在确定的所产生的电压的情况下且在借助功率分析仪测量的有功功率的情况下确定一个偏置。所述偏置由实际产生的电压的值和如下数值组中的所产生的电压的值得出：在所述数值组中，所述有功功率与借助灯测量的有功功率一致。所述通过测量确定的偏置可以以任意方式与灯关联。则例如可以给灯附有数据载体，或者装有代码，通过该代码，相应的偏置可以通过网络得到。

则在安装新的灯之后，所述偏置可借助所述设备查找表的每个数值组中的所产生的电压的值来计算。以这种方式得出与确定的灯相匹配的查找表。所述经匹配的查找表被存储在所述控制装置3中。

但也可以纯计算地产生经匹配的查找表。为此目的产生如下电压：在该电压的情况下，所述灯2处于被点亮的状态中。现在在所述设备查找表中求取以下数值组：在该数值组中和电压及差电压的值相应于所测量的值。如果所述数值组中的所产生的电压的值与实际所产生的电压相同，则不必进行匹配。然而如果出现偏差，则该偏差又相应于应分别借助每个数值组中的所加载的电压的值计算的偏置。

所使用的灯2经受老化过程。在此，灯2的特性改变。这导致，在所述电压源4的一定数量的运行小时之后，必须产生更高的电压，以便达到同样的紫外线功率。因此为了达到同样的紫外线功率需要更高的有功功率。应在控制所述设备时考虑所述效应。

为此目的例如可以测量老化曲线。在此，运行所述设备中的灯，并且通过所产生的电压的相应匹配以及因此所述有功功率的相应匹配在灯的使用寿命期间使所述紫外线功率保持恒定。以这种方式对于每个运行小时数得到所产生的电压的一个偏置。因为在每个设备中大多设有运行小时计数器，所以相应于灯类型的老化查找表可以附加地被存储在所述控制装置3中。对于每个达到的工作小时数，可以由所述老化查找表借助经匹配的查找表的每个数值组中的所产生的电压的值来计算偏置。

但是也存在如下可能：在没有事先记录老化表的情况下考量老化。在此，总是在以前确定的运行小时数量之后实施经匹配的查找表的计算匹配，如其上面对于产生经匹配的查找表已经描述的那样。所述匹配之间的时间距离不必总是一样大，而是应该取决于灯类型的实际老化过程。在此可以诉诸于测量或者经验值。

代替查找表，当然也可以存储算术功能。然而大多用于生成这样的功能的开销太高。在运行期间的计算开销也许需要通过微控制器不再能被覆盖的计算容量。这自然可以在未来的微控制器的情况下得到改变，使得所述方法在将来成为实际的选择。

到目前为止假设：确定的有功功率耦合到要通过所述电压源4产生的电压。但是，有功功率当然也可以受频率或者受电压和频率共同影响。出于清楚性原因，但是在此仅仅深入研究对由所述电压源4产生的电压的控制。

在运行所述电流馈给装置期间，所述控制装置3可以已经由所述因子——即由由和电压及差电压的两个经整流的信号的绝对值构成的商导出确定的结论(例如关于所述灯2的状态)。则例如在灯电流和灯电压同相位时和当相移为180°时，所述和电压与差电压之间的差值最大；而在相移为250°或者70°时，所述差值最小。在和电压与差电压的关系上，即根据所求取的因子，因此至少可以求取：灯电流与灯电压之间的相移处于四个象限(0-90°；90-180°；180-270°；270-360°)中的哪一个中。由所求取的相移已经可以推断出灯的状态。

当由所求取的和在所述设备查找表中存储的因子构造一个界限值时，则可以实施：准确地评判所述灯2是否点亮。因为所述因子在被点亮的和未被点亮的状态的情况下这样强烈地彼此不同使得能够容易地实现给相应的灯状态的分配，所以可以将界限值确定为相应的平均值。所述平均值也存储在所述控制装置3中。替代地，自然在求取因子时可以确定所述数值组或者确定在其中包含所求取的因子的数值组。当在每个数值组中所述灯的状态还是标记的时，也可以直接地通过所述查找表求取：所述灯处于被点亮的还是未被点亮的状态中。

在接通所述设备时，以一个处于点火电压的下限的电压开始第一次点亮尝试。在对于点亮灯2一般足够的时间段之后检查：是否实际上已经点亮灯2。为此目的，由控制装置3求取所述因子且将其与作为界限值被存储的因子或者在所述查找表中存储的因子比较。以这种方式能够实现非常明确地求取灯2的状态。

如果确定没有点亮所述灯2，则进行第二次点亮尝试，在该第二次点亮尝试时，所述点亮电压被提高一个有意义的值，例如10％。在对于点亮灯2一般足够的时间段之后，再次借助所述因子检查：是否已经点亮所述灯2。如果这又不是这种情况，则进行下一次点亮尝试。一直继续点亮尝试，直至达到所述点亮电压的上限。如果在此再一次确定没有点亮，则存在错误，且生成可看见的和/或可听见的警报，该警报通知操作人员所述错误。

在设备的下一次启动时，有利地不以最小可能的点亮电压开始第一次点亮尝试。在考虑多个参数的情况下确定用于第一次点亮尝试的点亮电压。则例如考量在上一次启动时可以成功实施点燃的值、自上一次运行的间隔和/或温度关系和光关系。为此，成功的点亮电压和例如关断时间被存储在所述控制装置3中，并且在每次启动时覆盖上一次被储存的值。

因为所述电压馈给装置1——但尤其可能使用的变压器的绝缘部由于加载很高的电压更快地老化，所以可以通过所述点亮方法延长工作寿命。另外，可以通过这个点亮检测防止：也许伴随未被点亮的灯开始生产，以及可能的错误生产且因此随之而来的大量废品。

应该以确定的有功功率运行被点亮的灯。为此，所述控制装置3在经匹配的查找表中求取如下数值组：在所述数值组中，有功功率相应于所期望的值。所述控制装置从所求取的数值组中提取如下的电压的值：该电压必须通过所述电压源4产生，以便得到所期望的有功功率。通过连接线路16，所述控制装置3相应地操控所述电压源4，并且以这种方式将加载在所述灯2上的电压从所述点亮电压降低到相应的运行电压。

但是，通过所述因子也可以确定：所述灯2在成功点亮之后在运行期间突然熄灭。如果所述错误未被注意到，则可能生产大量的废品。因为也在这种情况下立刻触发警报，所以可以立刻停止生产并且消除损失。

根据图2的实施例与根据图1的实施例主要区分于电压馈给装置和测量电压的产生。对于相同的部件，在图2中使用了和图1相同的附图标记。

所述电压源4在此通过变压器10与真正的电流馈给装置及灯2电隔离。所述电压源4在此与所述变压器10的初级绕组11连接。相反，通过所述变压器10的次级绕组12给所述电流测量转换器6以及与其串联连接的灯2馈电。另外，在所述变压器10中在次级侧上还设有测量绕组13作为第二绕组。通过所述测量绕组13产生测量电压，该测量电压在两个次级线圈9之间被输送给电流测量转换器6。所述测量电压也与加载在灯2上的电压成比例。

通过使用所述变压器10，所述第二实施例的电流馈给装置14比所述第一实施例的电流馈给装置1开销更高地且更贵地制造。但是，所述变压器带来如下优点：可以产生用于运行所述灯2的高得多的电压，且因此能够实现数千瓦的功率。由此，自然实现更高的生产速度且因此实现待干燥的产品的制造成本的节省。

图标记列表：

1 第一实施例的电流馈给装置

2 灯

3 控制装置

4 电压源

5 分压器

6 用于无电势测量的电流测量转换器

7 整流器

8 测量电阻

9 次级线圈

10 具有电隔离的变压器

11 初级绕组

12 次级绕组

13 测量绕组

14 第二实施例的电流馈给装置

15 初级线圈

16 控制装置-电压源的连接线