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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerverfahren für eine Entladungslampe.
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In
den letzten Jahren werden zunehmend Entladungslampen auf dem Gebiet
der Kraftfahrzeug-Lichttechnik verwendet. Eine Lampe, d. h. eine Entladungslampe,
welche Licht durch Entladung einer Elektrizität emittiert, liefert ein Entladungslicht. Die
Eigenschaften (z.B. Energieverbrauch, Helligkeit und Lebensdauer)
von Entladungslampen in Kraftfahrzeugen sind im Vergleich zu herkömmlichen Lampen,
welche einen Glühfaden
verwendet, ganz erheblich verbessert. Eine herkömmliche Entladungslampe für Kraftfahrzeuge
ist beispielsweise in der US-PS 6,850,015 beschrieben.
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Eine
herkömmliche
Entladungslampe für Fahrzeuge
enthält
eine Entladungslampe, die Licht emittiert und eine Leistungssteuerung
zur Zufuhr und Steuerung von Leistung für die Entladungslampe. Die übliche Entladungslampe
wird mit unterschiedlichen elektrischen Leistungen zwischen dem
Beginn der Lichtemission und einem stationären Zustand nach dem Beginn
und Hochfahren versorgt. Das heißt, beim Hochfahren wird hohe
Leistung für
die Entladungslampe benötigt,
um die Entladung zwischen den Elektroden in der Entladungslampe
zur erzeugen und Licht mit der notwendigen Intensität unmittelbar
nach Beginn des Lichterzeugungsvorgangs zur Verfügung zu haben. Tatsächlich wird
eine hohe Leistung (d. h. Startelektrizität) für die Entladungslampe geliefert.
Nach der Entladungserzeugung in der Entladungslampe ist die Aufrechterhaltung
eines stabilen Entladungszustandes notwendig, so dass eine stabile
Leistung (d. h. stationäre
Elektrizität)
der Entladungslampe zugeführt
wird. Eine Entladungslampe arbeitet beispielsweise unter der Bedingung, dass
die Startelektrizität
75W und die stationäre
Elektrizität
35W beträgt.
Die stationäre
Elektrizität
ist somit niedriger als die Startelektrizität. Die Leistungssteuerung liefert
die entsprechenden, der Entladungslampe zuzuführenden Leistungen. Eine Verschiebung
oder ein Übergang
von der Startelektrizität zur
stationären
Elektrizität
erfolgt derart, dass die Verschiebung entlang einer linearen Kurve
mit hohem Gradienten erfolgt. Der hohe Gradient bedeutet, dass die
Elektrizitätsänderung
pro Zeiteinheit hoch wird.
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Nach
einem längeren
Zustand, in welchem die Entladungslampe kein Licht abgibt, sind,
wenn die Entladungslampe mit der Lichtabgabe beginnt (d. h. ein
sogenannter Kaltstart wird durchgeführt) die Entladungselektroden
nicht richtig erwärmt.
Unter diesen Umständen
wird, wenn die Elektrizität
rasch von der Startelektrizität
auf die stationäre
Elektrizität abgesenkt
wird, in den Elektroden eine Temperaturungleichmäßigkeit erzeugt. Die Temperaturungleichmäßigkeit
an den Elektroden bewirkt eine teilweise Änderung des Entladeorts an
den Elektroden. Die teilweise Änderung
des Entladeorts an den Elektroden bewirkt eine Änderung eines Lichtbogens,
der zwischen den Elektroden der Entladungslampe erzeugt wird. Eine Änderung
im Lichtbogen bedeutet wiederum Schwankungen im Lichtbogen und damit ist
die Lichtabgabe der Entladungslampe nicht stabil.
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Weiterhin
wird bei einer herkömmlichen
Entladungslampe in einem Fahrzeug durch die Entladung in der Entladungslampe
und die rasche Elektrizitätsänderung
ein Störrauschen
erzeugt.
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Angesichts
der voranstehenden und weiterer Probleme ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung einer Entladungslampe zu
schaffen, mit welchem die Entladungslampe ein stabiles Licht emittieren
kann und die Erzeugung von Funkstörraschen oder anderem Störrauschen
von der Entladungslampe verhindert ist.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung
einer Entladungslampe durch eine Leistungssteuervorrichtung in einem
Kraftfahrzeug geschaffen, wobei die Vorrichtung der Lampe Elektrizität liefert,
und wobei das Verfahren einen Startschritt und einen Schaltschritt enthält. Im Startschritt
beginnt die Entladungslampe mit der Emission von Licht derart, dass
die Vorrichtung eine erste Elektrizität liefert. Im Schaltschritt schaltet
die Vorrichtung von der ersten Elektrizität auf die zweite Elektrizität, so dass
die Lampe fortfährt, dass
Licht mit der zweiten Elektrizität
zu emittieren, welche kleiner als die erste Elektrizität ist. Im
Schaltschritt wird eine Temperatur der Lampe mit einem Temperaturgradienten
verringert, der gleich oder kleiner als ein bestimmter Gradient
ist.
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Die
Temperatur der Lampe wird langsam verringert, so dass eine Temperaturungleichmäßigkeit an
einer Elektrode der Entladungslampe nicht erzeugt wird. Eine teilweise Änderung
des Entladeorts an der Elektrode erfolgt nicht und somit ist ein zwischen
den Elektroden der Entladungslampe erzeugter Lichtbogen stabil.
Folglich ist auch die Lichtabgabe der Entladungslampe stabil.
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Der
oben beschriebene Vorgang wirkt insbesondere bei einem Kaltstart.
Der Kaltstart bedeutet, dass die Entladungslampe mit der Lichtabgabe
nach einer längeren
abgeschalteten Zeit beginnen muss. Unter diesen Umständen sind
die Entladungselektroden nicht ausreichend oder passend erwärmt und wenn
die Elektrizität
rasch von der ersten Elektrizität auf
die zweite Elektrizität
abgesenkt wird, kann eine Temperaturungleichmäßigkeit an der Elektrode erzeugt
werden.
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Weiterhin
kann die Erzeugung von Funkstörrauschen
verringert werden. Die Verschiebung der Lichtbogenposition erzeugt
für gewöhnlich besagtes Funkrauschen
oder ein anderes Störrauschen.
Die Verringerungsrate des Elektrizität wird in dem Temperaturbereich,
in welchem das Funkrauschen erzeugt wird, gering gemacht. Somit
kann die Erzeugung von Funkrauschen verringert werden.
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Weitere
Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme
auf die Zeichnung.
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Es
zeigt:
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1 ein
Schaltkreisdiagramm einer Leistungssteuerung für eine Entladungslampe gemäß einer
Ausführungsform;
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2A in
einer Grafik eine Beziehung zwischen der Elektrizität der Lampe
und der Zeit und 2B in einer Grafik eine Beziehung
zwischen der Temperatur an einer Elektrode der Lampe und der Zeit;
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3 in
einer Grafik eine Beziehung zwischen einer Kondensatorspannung und
einer Ladezeit.
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Eine
Entladungslampe für
ein Kraftfahrzeug gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird von einer Leistungssteuerung gemäß 1 mit
Elektrizität
versorgt, so dass die Entladungslampe Licht emittiert. In diesem
Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass mit "Elektrizität" in den voranstehenden und fol genden
Ausführungen ein
Elektronenfluss im weitesten Sinne zu verstehen ist, "Elektrizität" somit als eine Art
Oberbegriff für "Strom", "Spannung", "Leistung" etc. zu verstehen ist.
Der Fachmann wird erkennen, welcher Begriff bei welcher Aussage
der treffendste ist.
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Die
Leistungssteuerung für
die Entladungslampe enthält
eine erste Leistungsquelle 11, eine zweite Leistungsquelle 12,
einen Zeitgeber- (Timer-) kondensator 31, der von den ersten
und zweiten Leistungsquellen 11 und 12 versorgt
wird, einem Widerstand 21 zwischen den Leistungsquellen 11 und 12 und
dem Zeitgeberkondensator 31 und einen Schalter zum Schalten
zwischen den Leistungsquellen 11 und 12 abhängig von
einem Eingang vom Zeitgeberkondensator 31. Weiterhin enthält die Leistungssteuerung
für die
Entladungslampe einen anderen Widerstand 22 zum Entladen
der im Zeitgeberkondensator 31 gespeicherten Elektrizität. Die erste Leistungsquelle 11 hat
eine Ladespannung VC1 und die zweite Leistungsquelle 12 hat
eine Ladespannung VC2. Der Widerstand 21 hat
einen Widerstandswert R1 und der Widerstand 22 hat einen
Widerstandswert R2. Der Kondensator 31 hat eine Kapazität C1. Für die Entladungslampe,
die Leistungsquellen 11 und 12, den Kondensator 31 und
die Widerstände 21 und 22 können Produkte
oder Bauelemente üblicher
Art verwendet werden. Die Ausgangselektrizität von den Leistungsquellen 11 und 12 kann
gesteuert werden.
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Die
Entladungslampe entlädt
eine Elektrizität durch
Anlegen einer hohen Spannung zwischen Elektroden der Entladungslampe.
Nach der Entladung wird von einer der Leistungsquellen 11 und 12 gewählte Elektrizität zugeführt. Damit
emittiert die Entladungslampe Licht. Nachdem der Entladungslampe
zum Hochfahren des Lichtabgabevorgangs hohe Elektrizität zugeführt worden
ist, wird dann der Entladungslampe eine geringere Elektrizität als beim Hochfahren
der Lichtabgabe zugeführt.
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Eine
Arbeitsweise der Entladungslampe gemäß der vorliegenden Ausführungsform
wird nachfolgend beschrieben, wobei die Entladungslampe mit der
Lichtabgabe aus einem Kaltstart heraus beginnt (nach einer längeren abgeschalteten
Zeit, während der
die Entladungslampe keine Lichtabgabe durchführt). 2A ist
eine Grafik, welche eine Änderung der
der Entladungslampe zugeführten
Elektrizität zeigt
und 2B ist eine Grafik, welche eine Temperaturänderung
an den Elektroden der Entladungslampe zeigt.
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Die
Entladungslampe schaltet abhängig
von einer Anweisung von einem Lichtschalter (nicht gezeigt) in einem
Fahrzeug ein oder aus. Genauer gesagt, wenn ein Fahrer des Fahrzeugs
den Schalter ein- oder ausschaltet, wird die Lampe abhängig von einem
Steuersignal, d. h. der Anweisung vom Schalter ein- oder ausgeschaltet.
Wenn die Entladungslampe mit der Lichtabgabe beginnt, wählt der
Schalter die erste Leistungsquelle 11. Folglich wird Elektrizität entsprechend
der Spannung, die in dem Kondensator 31 gespeichert ist,
der Entladungslampe von der ersten Leistungsquelle 11 zugeführt. Somit hebt
die Entladung der Elektrizität
zwischen den Elektroden die Elektrodentemperatur einer jeden Elektrode
in der Entladungslampe an.
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Wenn
eine bestimmte Zeit (T1 in 2A) vom
Beginn der Lichtabgabe verstrichen ist, nimmt die der Entladungslampe
von der ersten Leistungsquelle 11 zugeführte Elektrizität ab. Die
Elektrizitätsabnahme
hängt von
einer Beziehung zwischen dem Widerstandswert des Widerstands 21 und
der Kapazität
des Kondensators 31 ab. Das hießt, die der Entladungslampe
zugeführte
Elektrizität
nimmt in Antwort auf einen Spannungswert ab, der in dem Zeitgeberkondensator
oder den Zeitverlauf steuernden Kondensator 31 gespeichert
ist. Die Elektrizität nimmt
ausgehend von der Startelektrizität (z.B. 75W) mit einer ersten
Abnahmerate (gemäß IIA in 2A) ab,
welche eine nahezu linearen Gradienten hat.
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Die
Elektrodentemperatur der Entladungslampe nimmt ebenfalls ab, wenn
die Elektrizität
von der ersten Leistungsquelle 11 abnimmt. Wenn die Elektrodentemperatur
der Entladungslampe eine vorbestimmte Temperatur erreicht, beginnt
die Elektrizität
mit einer zweiten Abnahmerate abzunehmen, welche kleiner als die
erste Abnahmerate ist (siehe IIC in 2A). Die
Elektrizitätsabnahme
mit der zweiten Abnahmerate fährt
fort, bis die der Entladungslampe zugeführte Elektrizität auf 35W
abgenommen hat. Danach emittiert die Entladungslampe das Licht unter
Verbrauch von 35W Elektrizität.
Zusätzlich
erfolgt die Entscheidung, die Abnahmerate der Elektrizität von der
ersten Rate auf die zweite Rate zu ändern, auf der Grundlage der
Zeit, welche vom Beginn der Entladung der Entladungslampe verstrichen
ist. Wenn ein Temperaturdetektor zur Messung der Elektrodentemperatur
der Entladungslampe in dem Fahrzeug vorhanden ist, unterbricht der
Detektor die Lichterzeugung durch die Entladungslampe. Folglich
wird die Elektrodentemperatur vorab gemessen, berechnet oder bestimmt,
so dass die Elektrodentemperatur aus der Elektrizität geschätzt werden
kann, die der Entladungslampe zugeführt wird. Auf der Grundlage der Ände rung
der Elektrodentemperatur wird der Zeitpunkt (T2 in 2A)
zur Änderung
der Abnahmerate bestimmt.
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Die
vorbestimmte Temperatur zur Änderung der
Elektrizitätsabnahmerate
ist die Temperatur, bei der die Entladelampe beginnt, ein Funkrauschen
zu erzeugen (IIB in 2A), wenn die Elektrizität mit der ersten
Abnahmerate abnimmt. Genauer gesagt, wenn die der Entladelampe zugeführte Elektrizität fortfährt, mit
der ersten Abnahmerate abzunehmen, wird eine rasche Änderung
der Elektrizität
erzeugt. Diese Elektrizitätsänderung
bewirkt eine Temperaturänderung
der Elektrode. In diesem Fall bewirkt die Elektrizitätsänderung
einen Temperaturabfall. Die Temperaturänderung der Elektrode bewirkt
eine Teiltemperaturdifferenz zwischen einem Teil, wo die Elektrizität entladen
wird und einem Teil, wo keine Elektrizitätsentladung stattfindet. In
Folge der teilweisen Temperaturdifferenz oder Teiltemperaturdifferenz
wird die Lichtbogenposition der Entladung verschoben. Eine Verschiebung
der Lichtbogenposition erzeugt ein Funkstörrauschen. In dieser Ausführungsform
wird jedoch die Abnahmerate der Elektrizität in dem Temperaturbereich,
in welchem das Funkstörrauschen
erzeugt wird, klein gesetzt. Damit wird die Erzeugung von Funkstörrauschen
verringert.
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Wenn
weiterhin die Abnahmerate der Elektrizität geändert wird, ändert eine
Leistungssteuerung die Leistungsquelle von der ersten Leistungsquelle 11 auf
die zweite Leistungsquelle 12. Die Änderung der Leistungsquelle
oder das Umschalten wird durch ein Anweisungssignal vom Kondensator 31 gesteuert.
Der Kondensator 31 bestimmt den Zeitpunkt des Umschaltens
der Leistungsquelle durch den Kapazitätswert des Kondensators 31 und
der dem Kondensator 31 zugeführten Spannung. Genauer gesagt, wenn
die Elektrizität
der Entladungslampe zugeführt wird,
wird diese Elektrizität
auch dem Kondensator 31 zugeführt. Der Kondensator 31 wird
mit der Elektrizität
nicht geladen, wenn die Entladungslampe kein Licht emittiert. Wenn
die Elektrizität
beginnt, der Entladungslampe zugeführt zu werden, wird der Kondensator 31 von
da an mit Elektrizität
geladen. Der Kondensator 31 wird mit der Elektrizität bis zu
einer bestimmten Menge entsprechend der Elektrizität der ersten
Leistungsquelle 11 geladen. Nach dem der Kondensator 31 bis
zu der bestimmten Menge mit Elektrizität geladen worden ist, wird
die der Entladungslampe zugeführte
Elektrizität
von der ersten Leistungsquelle 11 zu der zweiten Leistungsquelle 12 geändert.
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In
der Entladungslampe wird die der Entladungslampe zugeführte Elektrizität nicht
nur durch Steuerung der ersten Leistungsquelle 11 sondern auch
durch Umschalten von der ersten Leistungsquelle 11 auf
die zweite Leistungsquelle 12 gesenkt. Die zweite Leistungsquelle
hat annähernd
die gleichen Charakteristiken wie die erste Leistungsquelle 11,
jedoch liefert die zweite Leistungsquelle 12 eine kleinere
Spannung. Der Kondensator 31 kann mit der Elektrizität unter
Verwendung der kleinen Spannung geladen werden. Dies wird nachfolgend
noch beschrieben.
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Eine
Kondensatorspannung V lässt
sich bekanntermaßen
aus der folgenden Formel F1 berechnen: V = VC1(1 – e–T/R1C1) (F1)
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VC1 stellt hierbei eine Ladespannung dar,
so dass die Kondensatorspannung V nicht nur durch den Widerstandswert
R1 und/oder eine Kapazität, sondern
auch durch die Ladespannung VC1 geändert werden
kann. Das heißt,
ein Absenken der Ladespannung V ermöglicht, dass der Kondensator
allmählich
geladen wird. Aus der Leistungsquelle 11 oder 12,
dem Widerstand 21 und dem Kondensator 31 wird
ein Schaltkreis mit dem Aufbau gemäß 1 gebildet.
Die Kapazität
C1 des Kondensators 31 ist konstant, beispielsweise 10μF. Die Ladespannung VC1 oder VC2 und der
Widerstandswert R1 werden geändert.
Die Beziehung zwischen einer Ladezeit T und der Kondensatorspannung
V wird gemessen und lässt
sich gemäß 3 darstellen.
In 3 stellt eine Kurve IIIA eine Bedingung Nr. 1
dar, bei der die Ladespannung V 2V beträgt und der Widerstandswert
R1 5MΩ beträgt und eine
Kurve IIIB stellt eine Bedingung Nr. 2 dar, bei der die Ladespannung
V 0,5V beträgt
und der Widerstandswert R1 1MΩ beträgt.
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Wie
in 3 gezeigt, haben die Kurven IIIA und IIIB annähernd die
gleiche Charakteristik. Das heißt,
selbst wenn der Widerstandswert R1 des Widerstands 21 in
Verbindung mit dem Kondensator 31 niedrig ist, ermöglicht ein
Absenken der Ladespannung V, dass der Kondensator 31 die
gleiche Spannung sammelt, wie im Fall, wo der Widerstandswert R1
groß ist.
Weiterhin ergibt sich im Stand der Technik das Problem, dass die
Entladung verzögert
wird, wenn der Widerstandswert R1 hoch ist. Bei der vorliegenden
Ausführungsform
ist jedoch das Problem, dass die Entladung verzögert ist, beseitigt, da ein kleiner
Widerstandswert R1 verwendet werden kann. Da weiterhin ein Kondensator 31 mit
hoher Kapazität C1
teuer ist, ist die Verwendung eines Kondensator 31 mit
kleinerer Kapazität
C1 vorteilhaft, da die Kosten zur Lampenherstellung verringert werden.
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Weiterhin,
wenn die der Entladungslampe zugeführte Elektrizität mit der
zweiten Abnahmerate abnimmt, wenn die Entladungslampe Licht abgibt, kann
die zweite Abnahmerate in eine dritte Abnahmerate geändert werden.
Wenn die Elektrizität
mit der dritten Abnahmerate abnimmt, wird kein Funkrauschen erzeugt.
Die dritte Abnahmerate kann kleiner oder größer als die zweite Abnahmerate
sein. Für
den Fall, dass die dritte Abnahmerate größer als die zweite Abnahmerate
ist, nimmt die der Entladungslampe zugeführte Elektrizität rasch
auf den notwendigen Pegel (35W) ab. Andererseits, für den Fall,
dass die dritte Abnahmerate kleiner als die zweite Abnahmerate ist,
kann die Erzeugung von Temperaturungleichmäßigkeiten an der Elektrode
verringert werden und eine stabilere Lichtbogenentladung wird erzeugt.
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Die
vorliegende Erfindung zeichnet sich unter anderem durch die folgenden
Aspekte aus:
Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur
Steuerung einer Entladungslampe mittels einer Leistungssteuervorrichtung
insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei die Vorrichtung Elektrizität an die
Lampe liefert, die folgenden Schritte auf: Beginn einer Lichtemission
von der Lampe derart, dass die Vorrichtung der Lampe eine erste
Elektrizität
liefert; und Schalten der Vorrichtung von der ersten Elektrizität auf eine
zweite Elektrizität,
so dass die Lampe fortfährt,
Licht mit der zweiten Elektrizität
zu emittieren. Die zweite Elektrizität ist kleiner als die erste
Elektrizität.
Bei dem Schritt des Schaltens wird eine Temperatur der Lampe mit einem
Temperaturgradienten verringert, der gleich oder kleiner als ein
bestimmter Gradient ist.
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Alternativ
kann der Schritt des Schaltens einen ersten Abnahmeschritt und einen
zweiten Abnahmeschritt enthalten. Der erste Abnahmeschritt hat eine
erste Abnahmerate. Der zweite Abnahmeschritt hat eine zweite Abnahmerate,
welche kleiner als die erste Abnahmerate ist.
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Alternativ
kann der erste Abnahmeschritt mit der ersten Abnahmerate vom Beginn
des Schrittes des Schaltens bis zu einer Zeit durchgeführt werden, zu
der Temperatur der Lampe eine bestimmte Temperatur erreicht. Der
zweite Abnahme schritt mit der zweiten Abnahmerate kann nach dem
Zeitpunkt durchgeführt
werden, zu dem die Temperatur der Lampe die vorbestimmte Zeit erreicht
hat.
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Alternativ
kann die vorbestimmte Temperatur der Lampe eine Temperatur sein,
bei der die Entladungslampe mit der Erzeugung eines Funkstörrauschens
zusammen mit einer Änderung
der Elektrizität
durchführt,
die der Entladungslampe zugeführt wird.
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Alternativ
kann die Leistungssteuervorrichtung eine erste Leistungsquelle,
eine zweite Leistungsquelle, einen Elektrizitätsversorgungsabschnitt und
einen Leistungsquellenschaltabschnitt aufweisen. Die erste Leistungsquelle
liefert Elektrizität
mit der ersten Abnahmerate. Die zweite Leistungsquelle liefert Elektrizität mit der
zweiten Abnahmerate. Der Elektrizitätsversorgungsabschnitt versorgt
die Entladungslampe mit der Elektrizität von der ersten Leistungsquelle
oder der zweiten Leistungsquelle. Der Leistungsquellenschaltabschnitt
schaltet zwischen der ersten Leistungsquelle und der zweiten Leistungsquelle
um.
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Alternativ
kann der Leistungsquellenschaltabschnitt einen Zeitsteuerungskondensator
aufweisen, um zwischen der ersten Leistungsquelle und der zweiten
Leistungsquelle abhängig
von einem Eingang von der ersten Leistungsquelle umzuschalten.
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Die
Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform
hiervon beschrieben; es versteht sich, dass die Erfindung nicht
hierauf beschränkt
ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie ja durch die beigefügten Ansprüche und deren
Equivalente definiert ist, ist eine Vielzahl von Modifikationen,
Abwandlungen und äquivalenten
Anordnungen möglich.