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Energie recyceln statt sinnlos vergeuden

Adaptiver Pulsgenerator für effiziente UV-Lampen.

Prinzip-Schaltbild: Die von der Lampe während des Pulses nicht benötigte Energie wird durch die Induktivität (L) wieder an die Versorgungsspannung zurückgespeist. Die untere Grafik zeigt das Verhältnis der elektrischen Größen im Zeitverlauf.

Sogenannte Excimerlampen finden bisher große Verbreitung bei der Reinigung von Subtraten, unter anderem bei der Herstellung von TFT-Bildschirmen und der Oberflächenmodifikation, beispielsweise bei der Aushärtung von Kunststoffen. Sie generieren kurzwelliges Licht im Vakuum-UV-Spektralbereich mit höchster Effizienz. Mit dieser hochenergetischen Strahlung können Textilien und Folien so behandelt werden, dass Farbstoffe besser haften. Mit Hilfe neuer Ansteuerungsmethoden kann der Systemwirkungsgrad der Lampen noch weiter verbessert werden, sodass sich weitere massenmarktfähige Anwendungsgebiete bei der Wasserbehandlung und der Abgasreinigung erschließen.

Im Gegensatz zu den meisten anderen Gasentladungslampen, wie den klassischen Leuchtstofflampen, befinden sich bei Excimerlampen (von excited dimer) die Elektroden außerhalb des Gasraumes. Das Licht aussendende Plasma wird nur über ein gepulstes elektrisches Feld für einige zehn Nanosekunden gezündet. Die effiziente Generation von derart kurzen Hochspannungspulsen basierte bisher auf Vorschaltgeräten, die mit immensem Bauteilaufwand und Transformatoren arbeiteten.

Die am Lichttechnischen Institut (LTI) entwickelte Schaltung kommt mit zwei schnellen Hochspannungsschaltelementen (S1 und S2) und einer Induktivität (Spule, L) aus. Die Energie, die während des Pulses nicht von der Lampe aufgenommen wird (circa 90 Prozent), wird mit Hilfe der Induktivität wieder zur Versorgungsspannung zurückgespeist und steht somit für den nächsten Puls zur Verfügung. Zwischen den Pulsen wird die Spannungsfreiheit der Last garantiert. Die Ansteuerung der Leistungsschalter erfolgt mit einem Mikrocontroller.

Da über Variation der Schaltzeiten die Energie, die zur Lampe übertragen wird, in weiten Grenzen beeinflussbar ist, können verschiedene Lampen mit flexibel veränderbaren Betriebsparametern betrieben werden. Darüber hinaus ist die Verwendung der Erfindung für andere kapazitive Lasten wie Laser und Piezoaktoren möglich. Durch das neue Verfahren kann der Systemwirkungsgrad maßgeblich erhöht werden.

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Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Dr. Aude Pélisson-Schecker, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Innovationsmanagerin Energie, Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-25335

E-Mail: pelisson-schecker@kit.edu

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