DE2439864C3 - Starter für eine Gasentladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Starter für eine Gasentladungslampe, der im Vorheizkreis der Glühelektroden liegt und als Halbleiter-Schalter eine Strom-Spannungskennlinie mit Durchbruchsspannung aufweist, welcher bei Lampenstart leitend, beim Betrieb nicht leitend ist.

Aus der DT-Gbm 1824 759 ist es bekannt, als Starter für den Betrieb einer Leuchtstofflampe eine Vierschicht-npnp-Diode zu verwenden.

Allgemein wurde die Verwendung von spannungsabhängigen Widerständen als Starteinrichtung für Gasentladungslampen als nicht vorteilhaft betrachtet, da auf Grund der ungünstigen Kennlinie derartiger Widerstände erhebliche Leistungsverluste auftreten, wodurch die Einsatzmöglichkeit dieser Widerstände nicht geeignet erscheint.

Aus der Literaturstelle »Zeitschrift für angewandte Physik«, Band 28, Nr. 1970, Seiten 196 bis 202, sind Widerstände bekannt, die ihre besondere Kennlinie nur im Bereich sehr kleiner Ströme bzw. sehr hoher Widerstände besitzen. Für eine Gruppe dieser Widerstände ergibt sich beispielsweise, daß der Schaltstrom zwischen 1 und 500 mA beträgt, während bei einer 5<> anderen Gruppe eine Spannungsquelle von etwa 50 kQ zur Verfügung stehen muß, was jedoch einen sehr geringen Stromfluß bedeutet. Ein derartiger Widerstand ist offensichtlich nicht imstande, eine für die Aufheizung von Elektroden ausreichende Stromstärke zu steuern.

Aus der DT-OS 1966145 ist eine Starteranordnung für eine Leuchtstofflampe bekannt, die aus zwei Bauelementen besteht, und zwar zum einen aus einem Thyristor und zum anderen aus einer in Reihe geschalteten Diode. Durch die Reihenschaltung dieser beiden Elemente erhält man eine resultierende Kennlinie, die in Durchlaßrichtung gleich ist derjenigen des Thyristors und die in Sperrichtung gleich ist derjenigen der Diode.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen robusten Starter für eine Gasentladungslampe mit sehr guter Stabilität und Konstanz zu schaffen, der bei jedem Zündvorgang schnell und sicher zündet und auch zwischenzeitlich diese Funktion ausführt. .

Ausgehend von dem Starter der eingang? definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Halbleiter-Schaltelement aus einem gesinterten Oxid-Widerstand folgender Zusammensetzung besteht: 60 bis 90 Molprozent ZnO, 10 bis 40 Molprozent MgO und 0,1 bis 20 Molprozent MnO₂.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, daß sich ein spannungsabhängiger Widerstand dann als Starter für eine Gasentladung verwenden läßt, wenn es gelingt, entweder die Kennlinie einer bestimmten Art von spannungsabhängigen Widerständen bei einer Massenproduktion konstant zu gestalten oder die Kennlinieeines Widerstandes derart auszubilden, daß Schwankungen in der Kennlinie sich nicht mehr nachteilig auswirken können. Dies wird durch die genannten erfindungsgemäßen Merkmale erreicht.

Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht auch darin, daß der Oxid-Widerstand aus 70 bis 74 Molprozent ZnO, 16 bis 20 Molprozent MgO und 8 bis 12 Molprozent MnO₂ besteht.

Im einzelnen kann die Erfindung dadurch eine vorteilhafte Weiterbildung erfahren, daß der Oxid-Widerstand in Reihe mit einer Diode geschaltet ist. Hierdurch kann der Zündvorgang noch stabiler gestaltet werden.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Gasentladungs-Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Gasentladungs-Lichtquelle gemäß der Erfindung mit einer im Schaltkreis eingesetzten Diode, und

Fig. 3 ein Diagramm, das eine beispielhafte Stromspannungs-Kennlinie eines gesinterten Oxid-Negativwiderstand-Bauteiles zeigt, das als Zündbauteil in der Gasentladungs-Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Nachfolgend wird die Gasentladungs-Lichtquelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben.

Wie aus Fig. 1 zu entnehmen ist, umfaßt die Gasentladungs-Lichtquelle der vorliegenden Erfindung eine Leuchtstofflampe 3 mit einem Glühkathodenpaar la und 2b, das in einer Röhre 1 derart angeordnet ist, daß die Glühkathoden la und Ib einander gegenüberliegen, ein zwischen jeweils einen der Glühkathodenanschlüsse gelegtes gesintertes Oxid-Widerstandselement 4, eine mit dem anderen Anschluß der einen Glühkathode la des Glühkathodenpaares in Verbindung stehende Drosselspule S und eine zwischen den anderen Anschluß der anderen Glühkathode Ib des Glühkathodenpaares und die Drosselspule 5 gelegte Stromquelle. Hierbei weist das zuvor genannte gesinterte Oxid-Widerstandselement 4 eine Strom-Spannungs-Kennlinie auf, derart, daß dieses Widerstandselement eine zur Aufheizung der Glühkathoden la und Ib ausreichende Leitfähigkeit darstellt, wenn zum Einschaltzeitpunkt der Leuchtstofflampe 3 zwischen die Glühkathoden la und Ib eine Spannung gelegt wird, und das Widerstandselement 4 ist praktisch nichtleitend, wenn bei leuchtender Leuchtstofflampe eine Spannung zwischen die beiden Glühkathoden la und Ib gelegt ist. Beispielsweise weist ein solches gesintertes Oxid-Wi-

derstandselement 4 eine in Fig. 3 dargestellte Strom-Spannungs-Kennlinie, d.h. eine negative Stro nspannungs-Kennlinie auf. In Fig. 3 ist mit S der Punkt gekennzeichnet, an dem das Widerstandselement 4 sich im leitenden Zustand befindet, T bezeichnet den Punkt, bei dem das Element 4 sieb fm nichtleitenden Zustand befindet, V₁. bezeichnet den Spannungswert während des nichtleitenden Zustandes, P den Durchbruchspunkt, und V_P die Durchbruchsspannung. Wie in Fig. 2 weiterhin dargestellt ist, wird durch das Einsetzen einer Diode 7 zwischen dem Widerstandselement 4 und der Leuchtstofflampe 1 ermöglicht, daß die vorliegende Gasentladungs-Lichtquelle mit größerer Zuverlässigkeit eingeschaltet werden kann. Die hierbei benutzte Diode 7 kann eine gewöhnliche Diode sein.

Das gesinterte Oxid-Widerstandselement 4 gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus 60 bis 90 Molprozent oder vorzugsweise 70 bis 74 Mo'prozent ZnO, 10 bis 40 Molprozent oder vorzugsweise 16 bis 20 Molprozent MgO und 0,1 bis 20 Molprozent oder vorzugsweise 8 bis 12 Molprozent MnO₂ und liefert als Zündelement eine besonders gute Kennlinie. Das Herstellungsverfahren dieses Oxid-Widerstandselements wird nachfolgend beschrieben.

Die relativ grobkörnigen Pulver aus ZnO, MgO und MnO₂ werden gemäß den zuvor angegebenen Beieichen für das Mol-Verhältnis ausgewogen, so daß beispielsweise 72 Molprozent ZnO, 18 Molprozent MgO und 10 Molprozent MnO₂ etwa mittels einer Kugelmühle miteinander vermischt weiden. Danach wird diese Mischung bei etwa 800° C vorgesintert, und die vorgesinterte Masse wird gemahlen, so daß man ein feines Pulver erhält. Diesem Pulver wird ein Bindemittel, beispielsweise Polyvinylalkohol, hinzugefügt, und aus dieser Masse wird ein scheibenförmiges Plättchen mit einem Durchmesser von etwa 6 bis 10 mm und mit einer Dicke von etwa 0,5 bis 1 mm geformt. Dieses geformte Teil wird etwa 2 Stunden mit einer Temperatur von 1200° C bis 1400° C gesintert, und auf beide Flächen der gesinterten Masse wird eine Silberelektrode aufgebacken oder eingebrannt, so daß auf diese Weise ein Widerstandselement erhalten wird.

Nachfolgend soll die Arbeitsweise einer Leuchtstofflampe beschrieben werden, bei der das Widerstandsclement als Zündelement verwendet wird.

Wenn an das Widerstandselement 4 zunächst eine Spannung angelegt wird, indem die Spannungsquelle 6 mit der Eingangsklemme der Leuchtstofflampe 3 verbunden wird, übersteigt diese Spannung die Durchbruchsspannung V_P des Widerstandselements und macht das Widerstandselement 4 leitend. Bei Anschalten der Spannungsquelle wird das Widerstandselement 4 sofort leitend, so daß ein Strom im Heizdraht der Glühkathoden la und Ib der Leuchtstofflampe 3 fließt und die entsprechenden Glühkathoden vorgeheizt werden. Nachdem dieser Vorheizvorgangetwa 30 Millisekunden angedauert hat, ist die Leuchtstofflampe 3 in einen entladungsbcreiten Zustand gebracht worden, und das Zünden des Leuchtvorganges kann leicht und schnell durch Anlegen einer Spannung zwischen die Glühkathoden 2« und 2/) durchgeführt werden. Wenn die Leuchtstofflampe 3, wie zuvor beschrieben, zu leuchten beginnt, erniedrigt sich die Leuchtspannung auf einen Wert, der etwa ' , der Spannung ist, die von der Spannungsquelle geiic fert wird. Dementsprechend ist die am Widerstandsclement 4 anliegende Spannung ebenfalls kleiner geworden und macht es praktisch nichtleitend. Das heißt, daß dann, wenn die Leuchtstofflampe einmal gezündet ist, das Widerstandselement 4 dadurch in den nichtleitenden Zustand gebracht wird, daß an ihm ein kleinerer Spannungswert anliegt.

Wenn die Leuchtstofflampe einmal gezündet hat, wird der zuvor beschriebene Vorgang nicht nochmals ausgeführt, so daß die Leuchtstofflampe in einem sta-

bilen Zustand weiterleuchtet.

Wenn aber das Zünden der Leuchtstofflampe fehlgeschlagen ist, wird der zuvor beschriebene Ablauf automatisch wiederholt. In jedem Falle wird die Leuchtstofflampe 3 nach Anschalten der Spannungs-

!5 quelle schnell und zuverlässig gezündet. Die Zeitdauer, die zwischen dem Anschalten der Spannungsquelle und dem Zünden der Lampe verstreicht, ist bei der Gasentladungs-Lichtquelle der vorliegenden Erfindung kürzer als 1 see. Das ist nur V₂ bis V₃ der

ao Zeit, die bei GasentJadungs-Lichtquellen erforderlich ist, bei denen die bekannten Zündlampen verwendet werden.

Darüber hinaus erhält man das gesinterte Oxid-Widerstandselement, das als Zündelement bei der vorliegenden Gasentladungs-Lichtquelle verwendet wird, allein durch Sintern der Oxide, so daß dieses Widerstandselement leicht herzustellen ist, geringe Herstellungskosten verursacht und hinsichtlich der Alterung oder der Temperaturabhängigkeit ein äußerst gutes Verhalten zeigt. Darüber hinaus führt das Widerstandselement die zuvor beschriebene Funktion zeitweilig aus, ohne daß ein thermischer Durchbruch oder eine Wärmezerstörung auf Grund des Vorhei?- stromes auftritt.

Wie zuvor beschrieben, weist die Gasentladungs-Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung auf Grund des Zündelements, das stabil, kleinformatig und leicht ist, viele Vorteile auf, beispielsweise besitzt die erfindungsgemäße Gasentladungs-Lichtqueüe einen einfachen Aufbau, kann eine schnelle und sichere Zündung auch über große Zeiträume hinweg gewährleisten, so daß sich der Zündvorgang im Lauf der Zeit nicht verschlechtert. Bei der praktischen Anwendung kann die erfindungsgemäße Gasentladungs-Lichtquelle daher die ihr gestellte Aufgabe bestens erfüllen.

Die gemachten Ausführungen beziehen sich auf ein

Ausführungsbeispiel, bei dem die Entladungslampe eine Leuchtstofflampe ist. Die Erfindung ist jedoch auch im Zusammenhang mit anderen Gasentladungslampen anwendbar, die ein in einer Röhre angeordnetes Elektrodenpaar für die Entladung aufweisen und als Lichtquelle benutzt werden, wobei das Licht durch die Gasentladung zwischen diesen Elektroden erzeugt wird. Weiterhin wurde an Hand der vorausgegangenen Beschreibung ein Beispiel für das Verhältnis der ZnO-MgO-MnO_:-Materialien dargelegt, aus denen das gesinterte Oxid-Widerstanaselement besteht. Wk zuvor bereits ausgeführt, ist insbesondere das vorliegende Widerstandselement gut geeignet, das aus 60 bis 90 Molprozent oder vorzugsweise 70 bis 74 Molprozent ZnO, 10 bis 40 Molprozent oder vorzugsweise 16 bis 20 Molprozent MgO und 0,1 bis 20 Molprozent oiler vorzugsweise S bis 10 Molpmzenl MnO, besteht.

Bei einer Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung können auch gesinterte Oxid-Widerstandselemcnie verwendet werden, die aus einer Y,Fe₅ ,,Fc₁Si₁O,,-Zusammensetzung (worin λ --- 1.

2,...), einer TiO₂-YFeO₃-Zusammensetzung, einer Fe₂O₃-CuO-Zusammensetzung oder einer NiO-MnO₂-Zusammensetzung hergestellt sind. Diese Widerstandselemente müssen jedoch für die Verwendung ausgesucht werden, je nach dem, welche Entladungslampen und welche Spannungswerte benutzt werden. Beispielsweise sollte das Element, dessen Durchbruchsspannung kleiner ist als die Versorgungsspannung, oder das Element wahlweise verwendet werden, das eine negative Charakteristik zeigt, wenn es an eine Spannung gelegt wird, die höher ist als diejenige Spannung, die während des Leuchtvorgangs an der Entladeelektrode einer Entladungslampe anliegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Starter für eine Gasentladungslampe, der im Vorheizkreis der Glühelektroden liegt und al» Halbleiter-Schalter eine Strom-Spannungskennlinie miit Durchbruchsspannung aufweist, welcher bei Lampenstart leitend, beim Betrieb nicht leitend ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter-Schaltelement (4) aus einem geeinterten Oxid-Widerstand folgender Zusammensetzung besteht: 60 bis 90 Molprozent ZnO₁ 10 bis 40 Molprozent MgO und 0,1 bis 20 Molprozent MnO₂.

2. Starter nach Anspruch 1, dadurch gekenrs- ^J5 zeichinet, daß der Oxid-Widerstand (4) aus 70 bis 74 Molprozent ZnO, 16 bis 20 Molprozent MgO und 8 bis 12 Molprozent MnO₂ besteht.

3. Starter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxid-Widerstand (4) in Reihe ^ao mit einer Diode geschaltet ist.