DE3047367A1

DE3047367A1 - Starter-schalter fuer eine leuchtstofflampe

Info

Publication number: DE3047367A1
Application number: DE19803047367
Authority: DE
Inventors: Hiromi Kamakura Kanagawa Adachi; Shoichi Akita Iwaya; Seiichiro Yamamoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; TDK Corp
Current assignee: Tdk Corp Mitsubishi Denki Kk Tokyo Jp
Priority date: 1979-12-21
Filing date: 1980-12-16
Publication date: 1981-09-17
Also published as: GB2066001B; FR2473246B1; US4360762A; FR2473246A1; DE3047367C2; GB2066001A; NL8006867A; CA1149442A; NL184451C; NL184451B

Description

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TELEGRAMM:KNOPAT _ TELEX 411877 KNOPA D

T 86

1. TDK Electronics Co., Ltd., Tokio, Japan

2. Mitsubishi Denki Kabushikikaisha, Tokio, Japan

Starter-Schalter für eine Leuchtstofflampe

Die Erfindung betrifft einen Starter-Schalter für eine Leuchtstofflampe, der mit einem Vorschaltgerät und zwei Heizfäden einer Leuchtstofflampe in Reihe geschaltet wird.

Fig. 11 stellt ein Leuchtstofflampensystem mit Vorerwärmungs-Starter dar. Im allgemeinen hat ein Leuchtstofflampen-System bzw. eine Leuchtstofflampen-Leuchte eine Entladungslampe 1, z.B. eine Natrium- oder Quecksilberdampf-Entladungslampe, mit zwei Glühkathoden 1a und 1b, ein Vorschaltgerät 2, das eine Drosselspule zur Erzeugung der hohen Zündspannung zum Starten (Zünden) der Entladungslampe und zum Begrenzen des Entladungsstroms nach dem Zünden aufweist, und einen Bimetall-Glimmschalter G als Starter. Bei einem derartigen Leuchtstofflampen-System wird durch das Einschalten eines Netzschalters SW ein Stromkreis über das Vorschaltgerät 2, die beiden Glühkathoden 1a und 1b der Leuchtstofflampe 1 und den Glimmschalter G geschlossen, so daß in diesem Stromkreis ein Strom fließt. Dadurch werden die Glühkathoden 1a und 1b geheizt. Danach öffnet sich der Glimmschalter G. Durch dieses plötzliche Öffnen des Glimmschalters und die dadurch bewirkte Unterbrechung des Stromflusses erzeugt die Drosselspule 2 eine Hochspannung, die die Lampe 1 zündet. Danach begrenzt die Drosselspule 2 den

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durch die Lampe fließenden Entladungsstrom.

Nachteilig bei einem derartigen Leuchtstofflampen-System ist, daß es sehr lange dauert, bis die Leuchtstofflampe zündet. Gewöhnlich dauert es mehr als 3 Sekunden bis die Lampe nach dem Einschalten des Netzschalters aufleuchtet. Es besteht daher der Wunsch nach einer Schnellstart-Leuchtstofflampen-Leuchte, die sofort nach dem Einschalten des.Netz- oder Betriebsschalters aufleuchtet. Ein weiterer Nachteil der bekannten Leuchtstofflampen-Leuchte ist der Bimetall-Glimmschalter. Wegen der mechanischen Kontakte des Bimetall-Glimmschalters ist dessen Lebensdauer begrenzt. Er muß daher häufig ausgewechselt werden.

Es sind zwar Schnellstart-Leuchtstofflampen bekannt. Diese haben jedoch den Nachteil, daß die Lampe einen bestimmten Aufbau haben muß. Wenn an dem Aufbau einer herkömmlichen Glimmschalter-Leuchtstofflampe nichts geändert werden soll, läßt sich auf diese Weise die Zündverzögerung nicht verkürzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Starter-Schalter der gattungsgemäßen Art anzugeben, der ein schnelleres Zünden einer Leuchtstofflampe ermöglicht und mit der Fassung eines herkömmlichen Glimmschalters in Eingriff gebracht werden kann.

Bei einer ersten Lösung dieser Aufgabe besitzt der Starter-Schalter

a) einen Sockel zum elektrischen Verbinden des Starter-Schalters mit einem äußeren Stromkreis und zur Halterung des Starter-Schalters, wobei der Sockel so ausgebildet ist, daß er mit der für einen Glimm-Starter-Schalter einer Leuchtstofflampe vorgesehenen Fassung in Eingriff gebracht werden kann,

b) eine gedruckte Schaltung, die zumindest einen nichtlinearen Kondensator mit nichtlinearer Abhängigkeit seiner Ladung von

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der angelegten Spannung und ein Halbleiter-Schaltelement trägt, das im wesentlichen parallel zu dem nichtlinearen Kondensator liegt,

c) zwei die gedruckte Schaltung mit dem Sockel elektrisch verbindende und (mechanisch) halternde Leitungen und

d) einen am Sockel befestigten und die gedruckte Schaltung sowie die Leitungen abdeckenden Gehäuseteil.

Bei einer zweiten Lösung dieser Aufgabe besitzt der Starter-Schalter "

b) einen an dem Sockel befestigten nichtlinearen Kondensator in hohlzylindrischer Form mit nichtlinearer Abhängigkeit seiner Ladung von der angelegten Spannung, mit einem hohlzylindrischen dielektrischen Körper, mit einer an der Innenseite des dielektrischen Körpers befestigten Elektrode und mit einer an der Außenseite des dielektrischen Körpers befestigten Elektrode,

c) eine gedruckte Schaltung, die zumindest ein Halbleit-Schaltelement trägt, das im wesentlichen parallel zu dem nichtlinearen Kondensator liegt,

d) zwei die gedruckte Schaltung mit dem Sockel elektrisch verbindende und in dem Kondensator halternde Leitungen und

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e) einen Gehäuseteil, der mit dem Sockel verbunden ist und den Kondensator abdeckt.

Bei dieser Ausbildung hat der nichtlineare Kondensator eine hohe Kapazität, und dennoch ergibt sich sin sehr kompakter Aufbau des Starter-Schalters.

Vorzugsweise hat der nichtlineare Kondensator einen polykristallinen Körper mit 90 bis 98 Mol# BaTiO, und 10 bis 2 Mol% BaSnO,

Kristall— ·* ■*

und mit einem mittlerenMAirchmesser von 10 bis 60 Mikrometer nach dem Sintern des polykristallinen Körpers.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhandder Zeichnungen bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben Es zeigen:

Fig. 1A und Fig. 1B ein Schaltbild eines Leuchtstofflampen-Systems mit einem erfindungsgemäßen Starter-Schalter ,

Fig. 2A und Fig. 2B Kennlinien eines riichtlinearen Kondensators,

der in dem erfindungsgemäßen Starter-Schalter vorgesehen ist,

Fig. 3 den Kurvenverlauf der Spannung an den nicht

linearen Kondensator des Starter-Schalters,

Fig. 4A den Aufbau eines erfindungsgemäßen Starter-

Schalters ,

Fig. 4B einen abgewandelten Aufbau des Starter-

Schalters nach Fig. 4A,

Fig. 5A und Fig. 5B eine gedruckte Schaltung mit Bauelementen

des Starter-Schalters nach Fig. 4A,

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- ίο -

Fig. 6 den Aufbau eines weiteren Ausführungsbei-

apiels eines erfindungsgemäßen Starter-Schalters ,

Fig. 7A und Fig. 7B ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Starter-Schalters,

Fig. 8 den Aufbau noch eines weiteren Ausführungs

beispiels des erfindungsgemäßen Starter-Schalters,

Fig. 9 und Fig. 10 Kennlinien eines in dem erfindungsgemäßen

Starter-Schalter verwendeten nichtlinearen Kondensators und

Fig. 11 das Schaltbild eines bekannten Leuchtstoff

lampen-Systems .

Flg. 1 zeigt das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Leuchtstofflampen-Systems mit Schnellstartfähigkeit. Die Leuchtstofflampe 1 oder Entladungslampe hat zwei Glühkathoden 1a und 1b, ein Vorschaltgerät 2 mit einer Drosselspule zur Begrenzung des Entladungsstroms und zum Zünden der Lampe 1. Mit 3 ist ein Kondensator mit nichtlinearer Kennlinie entsprechend den Fig. 2A und 2B dargestellt. Mit 4 1st ein Schaltkreis bezeichnet, der ein Halbleiter-Schaltelement aufweist. Der nichtlineare Kondensator 3 und der Schaltkreis 4 bilden zusammen den Starter-Schalter P. Der Starter-Schalter P kann anstelle eines herkömmlichen Glimmschalters verwendet werden, ohne daß irgendwelche anderen Schaltungselemente einer herkömmlichen Glimmschalter-Leuchtstofflampe geändert werden müssen. Das heißt, der einfache Ersatz eines bekannten Glimmschalters durch den erfindungsgemäßen Starter-Schalter P ergibt eine schnellstartende Leuchtstofflampe. Fig. 1B zeigt ein Schaltbild des Starter-Schalters P.

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Zunächst wird die Schnellstartfähigkeit anhand der Fig. 2A, 2B und 3 näher erläutert.

Fig. 2A und 2B zeigen nichtlineare Kennlinien des Kondensators 3, wobei die Ladung Q in Abhängigkeit von der Spannung V aufgetrager ist. Die bei einem normalen Kondensator lineare Abhängigkeit der Ladung von der Ladespannung ist in den Fig. 2A und 2B als gestrichelte Gerade eingetragen. Die nichtlinearen, in den Fig. 2A und 2B durch ausgezogene Linien dargestellte Kennlinien ergeben sich durch Verwendung einer ferroelektrischen Substanz, wie Bariumtitanat, als dielektrische Schicht zwischen den beiden Kondensator-Elektroden. Wenn das ferroelektrische Material Monokristallin ist, ergibt sich die in Fig. 2A dargestellte Hysterese-Kennlinie, und wenn es Polykristallin ist, ergibt sich die Sättigungskermlinie nach Fig. 2B. Wie die Fig. 2A und 2B zeigen, erreicht die Ladung des Kondensators einen Sättigungswert. Wenn daher ein nichtlinearer Kondensator gesättigt ist, fließt kein Strom durch den Kondensator, selbst wenn eine Spannung an ihn angelegt wird. Die Verwendung eines derartigen nichtlinearen Kondensators ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung. Nichtlineare Kondensatoren dieser Art werden von der TDK Electronics Co., Ltd. in Tokio, Japan, geliefert.

Nach dieser Erläuterung, wird wieder auf die Fig. 1A und 1B Bezug genommen. Der Starter-Schalter P enthält eine Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand R₁, einem nichtlinearen Kondensator C_n und einer Parallelschaltung aus einer Diode D, unc einem ohmschen Widerstand R^. Diese Reihenschaltung ist in Fig. 1.A der Einfachheit halber mit 3 bezeichnet. Der Schaltkreis 4 enthält eine Reihenschaltung aus einer Diode D₁ und einem Halbleiter-Schaltelement Dp mit Durchbruch- oder Kippverhalten. Parallel zu dem Halbleiter-Schaltelement D₂ liegt ein ohmscher Widerstand R-., und ein weiterer ohmscher Widerstand R₉ liegt in

»aup Diodt» ^-

Reihe zu der Reihenschaltung νD₁ und Halbleiter-Schaltelement D„. Das Halbleiter-Schaltelement D„ wird leitend, wenn die angelegte

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Spannung einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet, und bleibt so lange leitend, wie die Stromstärke des durch das Schaltelement fließenden Stroms höher als ein weiterer vorbestimmter Wert ist, der niedriger als der erste vorbestimmte Wert ist. Ein Halbleiter-Schaltelement dieser Art kann eine Shockley-Diode oder ein Thyristor, z.B. ein steuerbarer Silicium-Gleichrichter, sein. Nach Fig. 1B sind die Dioden D, und D₁ gegensinnig gepolt. Die Widerstände R^ , Rp, R-* und R^ sorgen für einen stabilen Betrieb der Schaltung.

Anhand der Fig. 1B und 3 wird nachstehend die Wirkungsweise des Starter-Schalters P beschrieben. Es sei angenommen, daß an den Anschlüssen U und V eine Betriebsspannung e in Form einer Wechselspannung liegt und das Halbleiter-Schaltelement Dp im Zeitpunkt t_Q nicht leitend (gesperrt bzw. ausgeschaltet) ist. Wenn der Augenblickswert der Betriebsspannung in einer positiven Halbwelle die Durchbruch- oder Kippspannung des Halbleiter-Schaltelements D₂ im Zeitpunkt t^ (siehe Fig. 3) erreicht, wird das Halbleiter-Schaltelement D₂ leitend, so daß ein Wechselstrom vom Anschluß U über das Vorschaltgerät 2, den ersten Heizfaden 1a der Lampe 1, die Diode D*, das Halbleiter-Schaltelement D„ und den zweiten Heizfaden 1b der Lampe 1 zum Anschluß VC^xäeser elektrische Strom bewirkt eine Vorheizung der Heizfäden bzw. Glühkathoden 1a und 1b. Während das Halbleiter-Schaltelement D₂ leitend ist, ist die Spannung am nichtlinearen Kondensator C praktisch Null, wie es in Fig. 3 als durchgehende Linie dargestellt ist. Wenn der durch das Halbleiter-Schaltelement D₂ fließende Strom den Haltestrom des Halbleiter-Schaltelements D₂ unterschreitet, wird dieses in den nichtleitenden Zustand umgeschaltet (gesperrt).

Da das Vorschaltgerät 2 eine Drosselspule enthält, eilt der durch das Vorschaltgerät fließende Strom I₂ der Betriebsspannung um etwa 90° nach. Wenn daher das Halbleiter-Schaltelement D₂ im Zeitpunkt t₂ gemäß Fig. 3 ausgeschaltet wird, ist die Betriebs-

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spannung negativ. Demzufolge steigt die zuvor vom Halbleiter-Schaltelement Dp kurzgeschlossene Kondensatorspannung auf einen negativen Wert an, wobei der Kondensator C so aufgeladen wird, daß seine Elektrode A negativ und seine Elektrode B positiv wird. Wegen der Sättigungskennlinie des Kondensators C wird er jedoch in kurzer Zeit gesättigt, so daß sein Ladestrom plötzlich abnimmt oder unterbrochen wird. Diese Unterbrechung des durch den Kondensator C fließenden Stroms bewirkt eine plötzliche Änderung des durch das induktive Vorschaltgerät 2 fließenden Stroms, so daß in dieser eine hohe Gegenspannung induziert wird, die von der Induktivität des Vorschaltgeräts 2 und der Änderungsgeschwindigkeit des Stroms (dlg/dt) abhängt. Diese Induktionsspannung, die wesentlich höher als die Zündspannung der Lampe 1 ist, zündei die Lampe 1 unter der Voraussetzung, daß die Heizfäden 1a und 1b vorgeheizt sind. Da sich dieser Vorgang in jeder Periode der Betriebswechselspannung wiederholt, wobei die Heizfäden 1a und 1t jedesmal in der Zeit von t^ bis tg (siehe Fig. 3) vorgeheizt werden, sind die Heizfäden in kurzer Zeit hinreichend vorgewärmt.

Bei dieser Ausbildung ist die Verzögerungszeit vom Zeitpunkt der Betätigung eines (nicht dargestellten) Betriebs- bzw. Netzschalters bis zum Zünden der Lampe 1 oder die Vorheizzeit der Heizfäden wesentlich kürzer als bei einer herkömmlichen Glimmschalter-Leuchtstofflampe. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des Starter-Schalters liegt die Verzögerungszeit vom Einschalten des Betriebsschalters bis zum Aufleuchten der Leuchtstofflampe in der Größenordnung von 0,4 bis 0,8 Sekunden.

Um dieses Verhalten sicherzustellen, muß die Durchbruch- bzw. Kippspannung des Halbleiter-Schaltelements D« höher als die Entladespannung sein, um die Entladung der Lampe 1 aufrechtzuerhalten, so daß das Halbleiter-Schaltelement D₂ nicht leitend wird, nachdem die Lampe 1 gezündet worden ist. Ferner muß die Sättigungsspannung Es des nichtlinearen Kondensators C niedriger als der Spitzenwert der Betriebsspannung sein.

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Der Starter-Schalter P ist völlig kompatibel mit einem bekannten Glimmschalter, soweit es die elektrische Schaltung betrifft. Wenn daher der Starter-Schalter P praktisch die gleiche Größe und gleiche Anschlüsse wie ein herkömmlicher Glimmschalter hat, kann dieser Starter-Schalter P den Glimmschalter in einer herkömmlichen Leuchtstofflampen-Leuchte ersetzen. Diese Kompatibilität des Starter-Schalters P wird durch die Verwendung eines nichtlinearen Kondensators mit kleinen Abmessungen sowie herkömmlichen Dioden, herkömmlichen ohmschen Widerständen und einem herkömmlichen Halbleiter-Schaltelement erreicht. Die kleinen Abmessungen des nichtlinearen Kondensators lassen sich bei Verwendung des nachstehend beschriebenen Dielektrikums erreichen. So läßt sich der Starter-Schalter P in einem Gehäuse mit einem Durchmesser von 18 mm und einer Höhe von 40 mm oder mit einem Durchmesser von 22 mm und einer Höhe von 38 mm unterbringen, was mit einem herkömmlichen Glimmschalter kompatibel ist.

Nachstehend wird der mechanische Aufbau des kompatiblen Starter-Schalters P beschrieben.

Nach Fig. 4A hat der Starter-Schalter ein Gehäuse 5 mit einem zylindrischen Gehäuseteil 7 und einem Anschlußsockel in Form einer elektrisch leitenden zylindrischen Schraubkappe 6. Der Gehäuseteil 7 hat eine zylindrische Seitenwand 7a und eine kreisförmige Deckplatte 7b, und er ist aus einem nichtleitenden Material, wie thermoplastischem Kunststoff, hergestellt. Die Schraubkappe 6 ist am Abdeckteil 7 angeklebt und hat eine Seitenwand 6a mit einem Schraubgewinde 8 sowie einen dielektrischen Körper 9 an ihrem äußersten Ende. In der Mitte des dielektrischen Körpers 9 ist ein elektrisch leitender Körper 10 eingebettet, so daß er gegenüber der Seitenwand 6a elektrisch isoliert ist. Die Form der Schraubkappe 6, einschließlich ihres Durchmessers, ihrer Länge und der Steigung ihres Schraubgewindes 8, ist so gewählt, daß sie mit der eines bekannten Glimmschalters kompatibel ist.

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In dem Gehäuse 5 ist eine gedruckte Schaltung 12 mit einer dielektrischen Platte 12A und darauf aufgedruckten Leitern 12' und daran angelöteten elektrischen Bauelementen 13 (bei denen es sich um die Diode D₁, das Halbleiter-Schaltelement D₂, die

Diode D,, den nichtlinearen Kondensator C und die ohmschen y χι

Widerstände R₁ bis R^ handelt) angeordnet. Bei diesen Bauelementen handelt es sich um diskrete Bauelemente und nicht um eine integrierte Schaltung, da die Abmessungen der Schaltung hinreichend klein und die Herstellungskosten einer Schaltung aus diskreten (einzelnen) Bauelementen niedriger als die einer entsprechenden integrierten Schaltung sind.

Die gedruckte "Schaltung 12 ist mittels Leitungen 14 und 15 an der Schraubkappe 6 befestigt. Das eine Ende der Leitung 14 ist mit der gedruckten Schaltung 12 verbunden und das andere Ende am leitenden Teil 10 durch ein Lötmittel 16 angelötet. Ferner ist das Ende der anderen Leitung 15 an der gedruckten Schaltung 12 angeschlossen und das andere Ende der Leitung 15 an der Innenseite der Schraubkappe 6 angelötet. Wenn der Starter-Schalter daher in die für einen Glimmschalter vorgesehene Fassung einer Leuchtstofflampen-Leuchte eingeführt wird, ist er über die Leitungen 14 und 15 mit dem Stromkreis der Leuchte verbunden. Die Leitungen 14 und 15 bewirken gleichzeitig die Halterung der gedruckten Schaltung 12 im Gehäuse 5.

Der nichtlineare Kondensator 11 (C ), der eine kreisförmige oder rechteckige dielektrische Platte 11a und zwei Elektroden 11b und 11c aufweist, die jeweils an einer der Oberflächen der Platte 11a befestigt sind, ist ebenfalls mit den aufkaschierten Leitungen 12' der gedruckten Schaltung 12 über Leitungen 11d und 11e verbunden, so daß er gleichzeitig durch diese Leitungen gehaltert ist. Die Enden dieser Leitungen 11d und 11e sind jeweils mit einer der Elektroden 11b und 11c verbunden. Die dielektrische Platte 11a besteht aus dem polykristallinen Material Ba (Ti-Sn)O,. Durch dieses polykristalline Material als Dielektrikum ergibt sich der steile Verlauf der Ladung-Spannung-Kennlinie (siehe

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Fig. 2A oder 2B), der die hohe Gegenspannung im Vorschaltgerät 2 bewirkt, die das Zünden der Leuchtstofflampe erleichtert und sicherstellt. Die Zusammensetzung der dielektrischen Platte 11a wird anhand der Fig. 9 und 10 näher beschrieben. Vorzugsweise werden zwei nichtlineare Kondensatoren 11 verwendet, wie es in Fig. 4B dargestellt ist. Diese beiden Kondensatoren sind
parallelgeschaltet, um die höhere Gegenspannung zu erzielen.

Da die dielektrische Platte 11b aus ferroelektrischem Material hergestellt ist, vibriert sie beim Anlegen der Betriebswechselspannung an den Kondensator. Um diese Vibration zu absorbieren und zu verhindern, daß sie auf die gedruckte Schaltung übertragen wird, ist die Länge der Anschlußleitungen 11d und 11e des Kondensators oder der Kondensatoren vorzugsweise größer als 7 nun und der Durchmesser 0,5 bis 0,8 mm gewählt, wenn diese Leitungen aus Kupfer hergestellt sind. Im Hinblik auf die Absorption der
Vibration wird der geringere Durchmesser bevorzugt, wobei dieser Durchmesser einen Kompromiß hinsichtlich der Absorption der
Vibration und der Halterung bzw. Aufnahme des Gewichts des Kondensators durch die Anschlußleitungen darstellt. Ferner sind die Leitungen 11d und 11e vorzugsweise gleich lang gewählt, so daß sie gleichmäßig durch die Vibration belastet werden.

Fig. 5A stellt eine Draufsicht auf die gedruckte Schaltung 12 und die darauf aufgebrachten elektrischen Bauelemente dar,
während Fig. 5B eine Seitenansicht der gedruckten Schaltung nach Fig. 5A darstellt. Die gedruckte Schaltung 12 weist Leitungen 12a, 12b, 12c, 12d und 12e auf der dielektrischen Platte auf. Diese Leitungen können beispielsweise im Siebdruckverfahren auf der dielektrischen Platte aufgebracht sein. Der Widerstand R₁ ist zwischen die Leitungen 12a und 12e, der Widerstand FU zwischen die Leitungen 12a und 12b, der Widerstand R, zwischen die
Leitungen 12b und 12c und der Widerstand R^ zwischen die Leitungen 12b und 12d geschaltet. Die Widerstände R₁ bis R^ können entweder diskrete Bauelemente oder im Seidensiebdruckverfahren auf

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der dielektrischen Trägerplatte aufgedruckte Bauelemente sein. Die Diode D₁ ist zwischen die Leitungen 12a und 12c, das Halbleiter-Schaltelement D₂ zwischen die Leitungen 12b und 12c und die Diode D, zwischen die Leitungen 12b und 12d geschaltet, so daß die iöLung dieser Dioden und des Halbleiter-Schaltelements der in Fig. 1B dargestellten entspricht. Ferner ist der nichtlineare Kondensator 11 über die Anschlußleitungen 11d und 11e mit den Leitungen 12d und 12e verbunden. Wenn nur ein nichtlinearer Kondensator 11 verwendet wird, wie es rig. 4A dargestellt ist, ist er am hinteren Ende der gedruckten Schaltung 12, das keine Leiterbahnen aufweist, mit einem Abstand zwischen Kondensator und gedruckter Schaltung angeschlossen, wie es in Fig. 4A dargestellt ist. Wenn zwei nichtlineare Kondensatoren verwendet werden, sind sie zu beiden Seiten der gedruckten Schaltung angeordnet, wie es in Fig. 4B dargestellt ist. Die Leitungen 14 und 15 zum Haltern der gedruckten Schaltung 12 und zum Verbinden der gedruckten Schaltung mit einem äußeren Stromkreis sind jeweils mit den Leiterbahnen bzw. Leitungen 12b und 12a verbunden. Das Verbinden der elektrischen Bauelemente und Leitungen auf der gedruckten Schaltung 12 erfolgt durch Löten.

Abwandlungen der Ausführungsbeiapiele nach den Fig. 5A und 5B sind möglich. So kann der nichtlineare Kondensator 11 an der Rückseite der gedruckten Schaltung 12 angeklebt werden, um ihn starr zu befestigen. Ferner kann die dielektrische Platte 11a des nichtlinearen Kondensators 11 gleichzeitig die dielektrische Platte 12a der gedruckten Schaltung 12 bilden. In diesem Falle sind die Elektroden 11b und 11c des Kondensators 11 auf einem Teil der ferroelektrischen dielektrischen Platte 11a und die Leiterbahnen 12a bis 12e sowie die anderen elektrischen Bauelemente auf einem anderen Teil der dielektrischen Platte 11a aufgebracht. Hierbei entfällt eine getrennte gedruckte Schaltung 12, so daß sich ein insgesamt kompakterer Aufbau ergibt.

Fig. 6 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel für den

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mechanischen Aufbau des Starter-Schalters dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Anschlußsockel eine dielektrische kreisförmige Platte 5a und zwei Anschlußstifte 18 und 19 auf, die an dieser Bodenplatte 5a befestigt sind. Mit diesen Stiften 18 und 19 ist die gedruckte Schaltung 12 über die Leitungen 14 und 15 verbunden. Der dielektrische zylindrische Gehäuseteil 7 ist durch eine Schnappverbindung oder mittels Klebstoff an der Platte 5a befestigt, so daß er die elektrischen Bauelemente abdeckt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 kann der Gehäuseteil 7 entweder aus nichtleitendem Material, wie thermoplastischem Kunststoff, oder aus leitendem Material, wie Aluminium, hergestellt sein. Ob der in Fig. 4A oder der in Fig. 6A dargestellte Aufbau gewählt wird, hängt von der Art des Sockels der Leuchtstofflampen-Leuchte ab.

Fig. 7A stellt einen Querschnitt und Fig. 7B eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels für den mechanischen Aufbau des Starter-Schalters P dar, wobei in Fig. 7B der Gehäuseteil 7 entfernt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der nichtlineare Kondensator 21 hohlzylindrisch ausgebildet. Desgleichen jst sein ferroelektrischer dielektrischer Körper 21a hohlzylindrisch. An der Innenseite des hohlzylindrischen Körpers 21a ist die eine Elektrode 21b und an der Außenseite die andere Elektrode 21c des Kondensators befestigt. Eine Anschlußleitung 21d verbindet die innere Elektrode 21b mit der gedruckten Schaltung 12. Das Gehäuse 5 hat einen zylindrischen Gehäuseteil 7 und eine elektrisch leitende Schraubkappe 6. Der Gehäuseteil 7 hat eine zylindrische Seitenwand und eine zylindrische Deckplatte, und er ist aus einem nichtleitenden Material, wie thermoplastischem Kunststoff, hergestellt. Die Schraubkappe 6 hat eine zylindrische Seitenwand 6a mit Schraubgewinde 8 und ist aus elektrisch leitendem Material hergestellt. Die Schraubkappe 6 hat ferner einen dielektrischen Körper 9 an ihrem äußersten Ende, in dessen Mitte ein leitender Teil 10 angeordnet ist, so daß der leitende Teil 10 gegenüber der Schraubkappe 6 isoliert ist. Der

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Aufbau der Schraubkappe 6, einschließlich Durchmesser, Länge und Steigung des Gewindes, ist mit einem herkömmlichen Glimmschalter kompatibel. Das Ende der Schraubkappe 6 ist beispielsweise mittels Klebstoff an dem entsprechenden Ende des Gehäuseteils 7 befestigt.. Vorzugsweise ist am Ende des Gehäuseteils 7 ein Flansch 7¹ vorgesehen, der mit einem entsprechenden Flansch 6b am Ende der Schraubkappe 6 in Eingriff steht. Die gedruckte Schaltung 12 mit den elektrischen Bauelementen 13 (der Diode D₁, dem Halbleiter-Schaltelement Dp, der Diode D, und den ohmschen Widerständen R₁ bis R^) ist ebenfalls vorgesehen.

Die gedruckte Schaltung 12 stützt sich an der Schraubkappe 6 über die Leitungen 14 und 15 ab, die gleichzeitig für die elektrische Verbindung der gedruckten Schaltung 12 mit der Schraubkappe 6 sorgen. Dabei ist die Leitung 14 mit der Schraubkappe 6 und die Leitung 15 mit dem elektrisch leitenden Teil 10 verbunden. Die gedruckte Schaltung 12 ist so in dem hohlzylindrischen Kondensator 21 angeordnet, daß die äußere Elektrode 21c die Innenseite der Schraubkappe 6 kontaktiert.

Nachdem der Starter-Sehalter soweit hergestellt ist, wie es in Fig. 7B dargestellt ist, wird zum Schluß der Gehäuseteil 7 aufgesetzt.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 7A und 7B hat den Vorteil, daß wegen der zylindrischen Form des nichtlinearen Kondensators die Flächen der Elektroden 21b und 21c wesentlich größer als die des Kondensators 11 nach Fig. 4A sind, so daß der Kondensator eine hohe Kapazität aufweist und sich demzufolge eine höhere Zündspannung und ein stabiler Zündbetrieb ergibt.

Fig. 8 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel für den mechanischen Aufbau des Starter-Schalters dar. Hierbei handelt es sich um eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 6, bei der der nichtlineare Kondensator hohlzylindrisch ist. Die gedruckte

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Schaltung 12 ist mit den Anschlußstiften 18 und. 19 über die Leitungen 14 und 15 und der Kondensator 21 über die Leitungen 21d und 21e mit der gedruckten Schaltung 12 verbunden. Der Gehäuseteil 7 ist entweder aus thermoplastischem Kunststoff oder Aluminium hergestellt und mit der den Sockel bildenden Bodenplatte 5a im Schnappsitz oder durch Klebstoff verbunden. Die Wahl des Aufbaus nach Fig. 7A und 7B oder Fig. 8 hängt vom Aufbau der Fassung der verwendeten Leuchtstofflampen-Leuchte ab.

Nachstehend wird der dielektrische Körper des nichtlinearen Kondensators beschrieben. Der nichtlineare Kondensator muß eine hohe Zündspannung für die Leuchtstofflampe erzeugen, so daß die Durchbruchspannung des Dielektrikums entsprechend hoch sein muß. Dies ermöglicht ein Gemisch aus BaTiO, und BaSnO,, wobei ein vorbestimmtes Mischungsverhältnis der Ausgangsmaterialien und eine bestimmte Korngröße des Materials eingehalten werden sollten.

Die Ausgangsmaterialien BaCO,, TiOp und SnO« werden mit dem Mineralisierungszusatz MnCO, und Ton in einem Behälter in nassem Zustand vermischt. Das Gemisch wird getrocknet und bei einer Temperatur von 1150⁰C zwei Stunden lang vorgesintert. Dann wird das Gemisch pulverisiert, so daß sich ein Pulver mit der gewünschten mittleren Korngröße ergibt. Nach Zusatz eines Bindemittels zu dem Pulver wird eine Platte mit einem Durchmesser von 6,5 mm und einer Dicke von 0,6 mm in einer 10-Tonnen-Preßmaschine geformt. Diese Platte wird zwei Stunden lang bei einer Temperatur von 1400 bis 1500⁰C gesintert. Dann wird ein Kristallbild des Erzeugnisses angefertigt, um den mittleren Durchmesser der Kristalle durch Auszählen der Anzahl der Kristalle pro Längeneinheit zu bestimmen. Dann werden zwei Silberelektroden an diesem Erzeugnis (der dielektrischen Platte) bei einer Temperatur von 780⁰C angebracht, um einen Kondensator zu bilden. Der so gebildete Kondensator wird in der Schaltung nach Fig. 1B als der nichtlineare Kondensator C angeschlossen, und dann wird die Amplitude des Spannungsimpulses PV (siehe Fig. 3) bei einer

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Betriebsspannung von 100 Volt gemessen. Auch die dielektrische Durchbruchspannung der Platte wird gemessen. Die Amplitude des Spannungsimpulses und die dielektrische Durchbruchspannung hängen vom mittleren Durchmesser der Kristalle und dem Mischungsverhältnis der Materialien ab. Entsprechende weßergebnisse sind in den Fig. 9 und 10 dargestellt.

Fig. 9 zeigt die Abhängigkeit der Amplitude des Spannungsimpulses, der im Vorschaltgerät induziert und durch den Kondensator ausgelöst wird, vom mittleren Kristalldurchmesser, sowie die Abhängigkeit der dielektrischen Durchbruchspannung vom mittleren Kristalldurchmesser. Bevorzugt wird das Dielektrikum mit der höheren Spannungsimpulsamplitude und der höheren Durchbruchspannung. Wie Fig. 9 zeigt, ist die" Impulsspannung bei einem Kristalldurchmesser im Bereich von 10 Mikrometer bis 60 Mikrometer größer als 770 Volt, und dies ist zur sicheren Zündung einer Leuchtstofflampe ausreichend. Wenn der mittlere Durchmesser der Kristalle 60 Mikrometer überschreitet, ist die Durchbruchspannung des Dielektrikums zu niedrig. Die bevorzugte Korngröße bzw. der bevorzugte Kristalldurchmesser liegt in einem Bereich von etwa 10 Mikrometer bis 60 Mikrometer.

Der Einfluß der Umgebungstemperatur und des Mischungsverhältnisses der Materialien (BaTiO, und BaSnO,) auf die Amplitude der Impulsspannung bei einem mittleren Kristalldurchmesser, der in dem genannten Bereich liegt, ist in Fig. 10 dargestellt. Das Mischungsverhältnis in Mol% ist für diesig. 10 dargestellten Kurven (a) bis (e) in der nachstehenden Tabelle angegeben.

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Kurve	Mol*	BaTiO₃	BaSnO,
a	96	4
b	90	10
C	98	2
d	100	0
e	84	16

Wie Fig. 10 zeigt, ist die Amplitude des Spannungsimpulses bei einem Anteil von BaTiO, im Bereich von 90 bis 98 Mol% und bei einem Anteil von BaSnO, im Bereich von 2 bis 10 Mol% und einer Temperatur von -30⁰C bis +60⁰C höher als 500 Volt, was zur Zündung einer Leuchtstofflampe ausreichend ist. Die Kurven (d) und (e) sind zum Zünden einer Leuchtstofflampe ungünstig, weil die Amplitude des Spannungsimpulses (die Impulsspannung) bei höherer Temperatur abnimmt. Das bevorzugte Mischungsverhältnis von BaTiO, und BaSnO, liegt daher im Bereich von 90 bis 98 Mol% BaTiO, und 10 bis 2 Mol% BaSnO,.

Zusammenfassend ergibt sich mithin ein Starter-Schalter, der ein rasches Zünden einer Leuchtstofflampe innerhalb von 0,8 Sekunden ermöglicht. Die äußere Form und Größe des Starter-Schalters sind praktisch die gleichen/ale eines herkömmlichen Glimmschalters, der jedoch eine längere Zündverzögerung bewirkt. Bekannte Glimmschalter können daher einfach durch den neuen Starter-Schalter ersetzt werden, indem der neue Starter-Schalter in die für den herkömmlichen Glimmschalter vorgesehene Fassung oder Steckdose eingeführt wird. Hierfür hat der neue Starter-Schalter einen Anschlußsoekel, der in eine Glimmschalter-Fassung eingeführt werden kann, eine gedruckte Schaltung, die elektrische Bauelemente des Startersehalters trägt und mit dem Anschlußsoekel durch Leitungen verbunden ist, sowie einen Gehäuseteil, der am Sockel befestigt ist und die gedruckte Schaltung aufnimmt. Die

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auf der Leiterplatte der gedruckten Schaltung befestigten elektrischen Bauelemente umfassen zumindest einen nichtlinearen Kondensator, bei dem die Abhängigkeit der Ladung von der Ladespannung eine SSttigungs-Kennlinie darstellt, sowie ein Halblei ter-Schaltelement, das beim Anlegen einer oberhalb eines vorbestimmten Schwellwertes liegenden Spannung leitend wird und den leitenden Zustand so lange beibehält, bis der durch das Halbleiter-Schaltelement fließende Strom praktisch Null ist. Nach dem Sperren des Halbleiter-Sehaltelements, wenn der Betriebsstrom praktisch Null, jedoch die Betriebsspannung auf Grund eines induktiven Vorschaltgerätε ihren Maximalwert hat, wird der nichtlineare Kondensator aufgeladen, jedoch in kurzer Zeit gesättigt, so daß der Ladestrom des Kondensators unterbrochen wird. Die Unterbrechung des Ladestroms des nichtlinearen Kondensators induziert einen hohen Zündspannungsimpuls in einer Vorschaltgerät-Drosselspule, die mit einer Leuchtstofflampe in Reihe liegt, und dieser Spannungsimpuls zündet die Lampe.

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Claims

Patentansprüche

Starter-Schalter für eine Leuchtstofflampe, der mit einem Vorschaltgerät und zwei Heizfäden einer Leuchtstofflampe in Reihe geschaltet wird, gekennzeichnet durch:

a) einen Sockel (6; 5a) zum elektrischen Verbinden des Starter-Schalters (P) mit einem äußeren Stromkreis und zur Halterung des Starter-Schalters (P), wobei der Sockel (6; 5a) so ausgebildet ist, daß er mit der für einen Gllmm-Starter-Schalter einer Leuchtstofflampe (1) vorgesehenen Fassung in Eingriff gebracht werden kann,

b) eine gedruckte Schaltung (12), die zumindest einen nichtlinearen Kondensator (C ; 11) mit nichtlinearer Abhängigkeit seiner Ladung von der angelegten Spannung und ein Halbleiterschaltelement (D₂) trägt, das im wesentlichen parallel zu dem nichtlinearen Kondensator (C_n; 11) liegt,

c) zwei die gedruckte Schaltung (12) mit dem Sockel (6; 5a) elektrisch verbindende und (mechanisch) halternde Leitungen (14, 15) und

d) einen am Sockel (6; 5a) befestigten und die gedruckte Schaltung (12) sowie die Leitungen (14, 15) abdeckenden Gehäuseteil (7).
2. Starter-Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel eine Schraubkappe (6) aufweist.

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3. Starter-Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel eine dielektrische kreisförmige Platte (5a) und zwei Anschlußstifte (18, 19) aufweist.
4. Starter-Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseteil (7) aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt ist.
5. Starter-Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseteil (7) aus Aluminium hergestellt ist.
6. Starter-Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Diode (D,) mit dem nichtlinearen Kondensator (C) in Reihe liegt und daß eine zweite Diode (D₁) mit dem Halbleiter-Schaltelement (D₂) gegensinnig in Reihe liegt.
7. Starter-Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Kondensator (C ; 11) als dielektrische Schicht (11a) einen polykristallinen Körper aus BaTiO-, und BaSnO, mit dem Molverhältnis von

BaTiO₃ β 90 bis 98 Mol% und BaSnO, »10 bis 2 Mol% und

mit einem mittleren Durchmesser der Kristalle, nach einer Sinterung des Körpers (11a), von 10 Mikrometer bis 60 Mikrometer aufweist.
8. Starter-Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei nichtlineare Kondensatoren (11) parallelgeschaltet sind.
9. Starter-Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder nichtlineare Kondensator

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(11) zwei Leitungen (lld, 11e) zum elektrischen Verbinden mit der gedruckten Schaltung (12) und zum Haltern des Kondensators (11) aufweist und daß die Länge jeder dieser Leitungen (11d, 11e) mindestens 7 mm beträgt und der Durchmesser dieser Leitungen (I1d, 11e) im Bereich von 0,5 mm bis 0,8 mm liegt.
10. Starter-Schalter für eine Leuchtstofflampe, der mit einem Vorschaltgerät und zwei Heizfäden einer Leuchtstofflampe in Reihe geschaltet wird, gekennzeichnet durch:

a) einen Sockel (6; 5a) zum elektrischen Verbinden des Starter-Schalters (P) mit einem äußeren Stromkreis und zur Halterung des Starter-Schalters (P), wobei der Sockel (6; 5a) so ausgebildet ist, daß er mit der für einen Glimm-Starter-Schalter einer Leuchtstofflampe (1) vorgesehenen Fassung in Eingriff gebracht werden kann,

b) einen an dem Sockel (6; 5a) befestigten nichtlinearen Kondensator (C_n; 21) in hohlzylindrischer Form mit nichtlinearer Abhängigkeit seiner Ladung von der angelegten Spannung, mit einem hohlzylindrischen dielektrischen Körper (21a), mit einer an der Innenseite des dielektrischen Körpers (21a) befestigten Elektrode (21b) und mit einer an der Außenseite des dielektrischen Körpers (21a) befestigten Elektrode (21c),

c) eine gedruckte Schaltung (12), die zumindest ein Halbleiter-Schaltelement (D₂) trägt, das im wesentlichen parallel zu dem nichtlinearen Kondensator (C ; 21) liegt,

d) zwei die gedruckte Schaltung (12) mit dem Sockel elektrisc verbindende und in dem
Leitungen (14, 15) und

verbindende und in dem Kondensator (C_n; 21) halternde

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e) einen Gehäuseteil (7), der mit dem Sockel (6; 5a) verbunden ist und den Kondensator (C ; 21) abdeckt.
11. Starter-Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel eine Schraubkappe (6) mit einer Gewinde (8) aufweisenden zylindrischen Wand (6a), mit einem am Ende der Gewinde-Wand (6a) befestigten dielektrischen Körper (9) und mit einem in der Mitte des dielektrischen Körpers (9) befestigten leitfähigen Teil (10) ist, wobei die Innenseite der Kappe (6) direkt mit der äußeren Elektrode (21c) des Kondensators (21) in Berührung steht.
12. Starter-Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel eine dielektrische kreisförmige Platte (5a) mit zwei Anschlußstiften (18, 19) aufweist.
13. Starter-Schalter nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5) aus dielektrischem Kunststoff hergestellt ist.
14. Starter-Schalter nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Dioden (D,, D^) auf der Trägerplatte der gedruckten Schaltung (12) so angebracht sind, daß die eine Diode (D,) in Reihe mit dem nichtlinearen Kondensator (C ; 21 ) und die andere (D.. ) gegensinnig in Reihe mit dem Halbleiter-Schaltelement (D₂) liegt.
15. Starter-Schalter nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Körper (21a) des nichtlinearen Kondensators (21) einen polykristallinen Körper aus BaTiO, und BaSnO, mit dem Molverhältnis von

BaTiO, ■ 90 bis 98 Mol% und BaSnO, - 10 bis 2 Mol% und

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mit einem mittleren Durchmesser der Kristalle, nach einer Sinterung des Körpers (11a), von 10 Mikrometer bis 60 Mikrometer aufweist.

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