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Technisches Gebiet
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Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Dokument
DE 10 2006 007 218 A1 offenbart eine derartige Hochdruckentladungslampe, die beispielsweise für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer eingesetzt wird. Diese hat ein längliches Entladungsgefäß, das etwa mittig einen Entladungsraum aufweist von dem aus sich diametral zwei Quetschenden erstrecken. Das Entladungsgefäß ist von einem hohlzylindrischen Außenkolben umfasst. Dieser ist zusammen mit dem Entladungsgefäß fest in einen Sockel der Hochdruckentladungslampe eingesetzt. In den Entladungsraum kragen jeweils von einem Quetschende her zwei zueinander gegenüber liegend angeordnete Elektroden aus, die zur Erzeugung einer Gasentladung dienen. Eine jeweilige Elektrode ist jeweils von einer stirnseitig aus einem jeweiligen Quetschende heraus geführten Stromzuführung elektrisch kontaktiert. Die sockelferne Stromzuführung erstreckt sich dabei etwa entlang des Außenkolbens zum Sockel. Das Entladungsgefäß weist eine elektrisch leitfähige Beschichtung auf, die als Zündhilfe zur Senkung einer Zündspannung der Hochdruckentladungslampe dient.
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Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass trotz der Beschichtung die Zündspannung der Hochdruckentladungslampe weiterhin hoch ist.
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Darstellung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochdruckentladungslampe zu schaffen, die eine vergleichsweise geringe Zündspannung aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Hochdruckentladungslampe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß hat eine Hochdruckentladungslampe ein Entladungsgefäß, in dem ein Entladungsraum ausgebildet ist. Zur Erzeugung einer Gasentladung erstrecken sich zwei zueinander beabstandete Elektroden in den Entladungsraum. Das Entladungsgefäß ist zumindest abschnittsweise von einem Außenkolben umgriffen. In einem wenigstens von dem Entladungsgefäß und dem Außenkolben begrenzten, gasdichten Außenraum ist ein Füllgas als Zündhilfe eingebracht. Zusätzlich weist das Entladungsgefäß eine elektrisch leitfähige Zündhilfsschicht auf.
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Diese Lösung hat den Vorteil, dass die Hochdruckentladungslampe zwei Zündhilfen zum Senken der Zündspannung aufweist. Das Füllgas im Außenraum erzeugt bei einem Zündimpuls von einer Außenseite des Entladungsgefäßes eine elektrisch leitfähige Schicht bzw. ein Plasma, durch die im Entladungsraum eine Zündung unterstützende dielektrisch behinderte Entladungen gebildet werden. Zusätzlich werden von dem Plasma durch UV-Emission Photoelektronen freigesetzt, die als Startelektronen für das Ausbilden eines Entladungsbogens zwischen den Elektroden dienen. Ein weiterer Vorteil neben der geringen Zündspannung ist die hohe Betriebssicherheit der Hochdruckentladungslampe. Bilden sich beispielsweise bei einer Herstellung der Hochdruckentladungslampe Risse im Außenkolben, was eine Veränderung eines Drucks und einer Gaszusammensetzung des Füllgases zur Folge haben kann, so ist die Funktion des Füllgases als Zündhilfe nicht mehr möglich, da allerdings zusätzlich die Zündhilfsschicht angeordnet ist, wird die Zündspannung weiterhin ausreichend gesenkt.
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Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Vorzugsweise ist die Zündhilfsschicht einfach auf einer äußeren Oberfläche des Entladungsgefäßes innerhalb des Außenraums aufgebracht.
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Zur Verhinderung eines Kurzschlusses zwischen dem Füllgas im Außenraum und der Zündhilfsschicht bei einem Zünden der Hochdruckentladungslampe ist eine nicht elektrisch leitfähige Isolationsschicht zum Trennen des Füllgases und der Zündhilfsschicht auf die Zündhilfsschicht aufgebracht.
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Mit Vorteil ist die Isolationsschicht eine lichtdurchlässige Glasschicht, insbesondere eine Quarzglasschicht.
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Um eine sichere Isolation zu gewährleisten ist die Isolationsschicht im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche des Entladungsgefäßes aufgebracht.
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Um zu vermeiden, dass die Zündhilfsschicht aufgrund hoher Temperaturen beschädigt wird, wird die Isolationsschicht in einem kalten Verfahren auf die Zündhilfsschicht und auf das Entladungsgefäß aufgebracht.
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Vorzugsweise wird die Isolationsschicht im kalten Verfahren mit einem Niederdruckplasma aufgebracht, wobei dieses insbesondere Hexamethyldisiloxan (HMDSO) enthält. Mit diesem Verfahren kann kostengünstig eine äußerst dünne und somit elastische Isolationsschicht auf das Entladungsgefäß und die Zündhilfsschicht aufgebracht werden.
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Bevorzugter Weise ist die Zündhilfsschicht im Bereich des Entladungsraums auf dem Entladungsgefäß angeordnet und erstreckt sich über einen Abschnitt des Umfangs des Entladungsraums.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat das Entladungsgefäß zwei sich diametral erstreckende Quetschenden und die Zündhilfsschicht ist zumindest Abschnittsweise auf wenigstens ein Quetschende aufgebracht. Die Zündhilfsschicht kann somit derart angepasst werden, dass die benötigte Zündspannung minimal ist.
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Die Zündhilfsschicht kann zusätzlich auf wenigstens einen Übergangsbereich zwischen dem Entladungsraum und einem jeweiligen Quetschende abschnittsweise oder über dessen Gesamtumfang aufgebracht sein. Damit das Füllgas im Außenraum ausreichend zur Senkung der Zündspannung beitragen kann, hat dieses einen im Vergleich zum Standardatmosphärendruck abgesenkten Druck, der insbesondere zwischen 300 mbar bis 400 mbar, oder insbesondere zwischen 150 mbar bis 200 mbar liegt.
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Als besonders kostengünstig kann als Füllgas Luft eingesetzt werden.
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Damit sich eine möglichst großflächige Schicht bzw. Plasma durch das Füllgas auf dem Entladungsgefäß beim Zünden der Hochdruckentladungslampe bilden kann, ist das gesamte Entladungsgefäß von dem Außenkolben umgriffen und somit vom Außenraum umgeben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
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1 in einer Seitenansicht eine erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
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2 in einer Seitenansicht die Hochdruckentladungslampe aus 1 bei einer Zündung
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3 in einer Seitenansicht die Hochdruckentladungslampe aus 1 bei der Zündung
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4 in einer Seitenansicht die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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1 zeigt in einer Seitenansicht eine schematische Darstellung einer Hochdruckentladungslampe 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Hier handelt es sich beispielsweise um eine D4-Lampe für einen Fahrzeugscheinwerfer. Diese kann quecksilberfrei sein und weist eine elektrische Leistungsaufnahme von ungefähr 35 Watt auf.
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Die Hochdruckentladungslampe 1 hat ein Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas, das zwei etwa diametral angeordnete Quetschenden 4, 6 aufweist. Etwa mittig zwischen den Quetschenden 4, 6 ist in dem Entladungsgefäß 2 ein sich entlang einer Lampenlängsachse erstreckender länglicher, etwa kreiszylindrischer Entladungsraum 8 eingebracht. Im Bereich des Entladungsraums 8 weist das Entladungsgefäß 2 eine etwa ellipsoidförmige Außenkontur auf. Die Quetschenden 4, 6 sind länglich ausgebildet und erstrecken sich ebenfalls etwa entlang der Lampenlängsachse.
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In den Entladungsraum 8 kragen von einem jeweiligen Quetschende 4 bzw. 6 etwa entlang der Lampenlängsachse zwei zueinander beabstandete Elektroden 10 bzw. 12 aus Wolfram ein, zwischen denen sich während des Betriebes der Hochdruckentladungslampe 1 ein lichtemittierender Entladungsbogen ausbildet. Die Elektroden 10 und 12 sind jeweils mit einer in ein jeweiliges Quetschende 4 bzw. 6 eingeschmolzenen Molybdänfolie 14 bzw. 16 elektrisch verbunden. Die Molybdänfolien 14 und 16 wiederum sind jeweils an einem von den Elektroden 10 bzw. 12 wegweisenden Endabschnitt mit einer abschnittsweise in das Quetschende 4 bzw. 6 eingebrachten Stromzuführung 18 bzw. 20 elektrisch verbunden. Diese sind dabei etwa entlang der Lampenlängsachse angeordnet und kragen jeweils stirnseitig von dem Entladungsgefäß 2 aus diesem aus.
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Das Entladungsgefäß 2 ist an seinem in der 1 unteren Quetschende 6 mit einer rohrförmigen Verlängerung 22 in einen im Wesentlichen aus Kunststoff bestehenden Lampensockel 24 eingesetzt. Die sockelnahe Stromzuführung 20 ist durch die Verlängerung 22 in den Lampensockel 24 geführt. Die sockelferne Stromzuführung 18 ist mit einem sich etwa entlang des Entladungsgefäßes 2 erstreckenden Kontaktdraht 26 verbunden, der in dem Sockel 24 mündet. Der Kontaktdraht 26 ist abschnittsweise zusätzlich von einem etwa rohrförmigen Isolationselement 28 zur elektrischen und thermischen Isolierung umfasst.
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Der dem Kontaktdraht
26 zugewandte Oberflächenbereich des Entladungsgefäßes
2 ist mit einer lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Zündhilfsschicht
30 versehen. Diese erstreckt sich in etwa Lampenlängsrichtung über die gesamte Länge des Entladungsraums
8 und etwa 5 bis 50% in Umfangsrichtung um das Entladungsgefäß
2. Das Material und die Ausgestaltung der Zündhilfsschicht
30 entspricht beispielsweise der in dem eingangs erläuterten Dokument
DE 10 2006 007 218 A1 .
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Das Entladungsgefäß 2 ist mit seinen Quetschenden 4, 6 und dem Entladungsraum 8 von einem aus Glas bestehenden, lichtdurchlässigen rohrförmigen Außenkolben 32 umgriffen. An seinem sockelfernen Endabschnitt ist der Außenkolben 32 mit dem Quetschende 4 durch eine Anrollung und an seinem sockelnahem Endabschnitt mit der Verlängerung 22 des Entladungsgefäßes 2 durch eine Einschnürung gasdicht verschmolzen. Zwischen dem Entladungsgefäß 2 und dem Außenkolben 32 ist somit ein gasdichter Außenraum 34 gebildet, in dem beispielsweise Luft eingebracht ist. Der Druck im Außenraum 34 ist dabei geringer als ein Standardatmosphärendruck mit etwa 1013 mbar ist und insbesondere 300 bis 400 mbar oder vorzugsweise 150 bis 250 mbar beträgt. Unter diesen Druckverhältnissen ist die Luft im Außenraum 34 zusätzlich als Zündhilfe neben der Zündhilfsschicht 30 eingesetzt.
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Zur Vermeidung eines Kurzschlusses zwischen der Zündhilfsschicht 30 und der Luft im Außenraum 34 beim Zünden der Hochdruckentladungslampe 1 ist auf die Zündhilfsschicht 30 und auf das Entladungsgefäß 2 eine Isolationsschicht 36 aufgebracht. Diese erstreckt sich etwa über die gesamte innerhalb des Außenraums 34 angeordnete Umfangsfläche des Entladungsgefäßes 2.
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Die Isolationsschicht 36 wird in einem kalten Verfahren hergestellt, um zu vermeiden, dass die temperaturempfindliche Zündhilfsschicht 30 durch hohe Temperaturen bei der Herstellung beschädigt wird. Das kalte Verfahren erfolgt mit Hilfe eines Niederdruckplasmas. Hierbei wird auf das Entladungsgefäß 2 in einer Vakuumkammer ein Stoff, beispielsweise Hexamethyldisiloxan (HMDSO), über ein Trägergas, beispielsweise Argon, eingebracht, wobei der Stoff dann über Mikrowellen angeregt wird. Durch dieses Verfahren wächst innerhalb von Sekunden eine auf dem Entladungsgefäß 2 fest anhaftende und nur wenige Nanometer dicke Quarzglasschicht als Isolationsschicht 36. Diese ist durch die geringe Dicke äußerst elastisch und somit unempfindlich gegenüber mechanischen Spannungen. Das Verfahren läuft bei einer Temperatur von kleiner 100°C ab.
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Die Zündspannung der Hochdruckentladungslampe nimmt mit zunehmendem Fülldruck des in dem Entladungsraum 8 eingebrachten Füllgases zu. Eine D3- oder D4-Lampe eines Fahrzeugscheinwerfers mit beispielsweise einem in dem Entladungsraum 8 eingebrachten Füllgas aus Xenon, das einen Kaltfülldruck von 16 bar aufweist, erfordert eine Zündspannung von etwa 25 kV. Um die Zündspannung zu senken, ist die Zündhilfsschicht 30 und das Füllgas im Außenraum 34 vorgesehen.
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Die zum Zünden der Hochdruckentladungslampe erforderlichen Hochspannungsimpulse werden der sockelseitigen Elektrode 12 über die Stromzuführung 20 zugeführt, da diese vollständig von dem Entladungsgefäß 2 zusammen mit der Verlängerung 22 und dem Sockel 24 umfasst ist, was eine ausgezeichnete elektrische Isolation der Hochspannung führenden Teile der Hochdruckentladungslampe 1 gewährleistet. Die genannten Hochspannungsimpulse werden beispielsweise mittels einer Impulszündvorrichtung generiert, deren Komponenten im Lampensockel 24 angeordnet sein können. Bei einer Zündung der Hochdruckentladungslampe 1 bildet die Zündhilfsschicht 30 zusammen mit der Elektrode 12 einen Kondensator, wobei das dazwischen liegende Quarzglas des Entladungsgefäßes 2 und das Füllgas im Entladungsraum 8 ein Dielektrikum dieses Kondensators bilden. Dadurch wird, insbesondere mittels der hochfrequenten Anteile des Zündimpulses, im Entladungsraum 8 eine dielektrisch behinderte Entladung (dbE) zwischen der Elektrode 12 und der Zündhilfsschicht 30 generiert. Diese dbE erzeugt im Entladungsraum 8 eine ausreichende Anzahl von freien Ladungsträgern, um den elektrischen Durchbruch zwischen den beiden Elektroden 10, 12 zu ermöglichen bzw. die dafür erforderliche Zündspannung deutlich zu reduzieren. Neben der Zündhilfsschicht 30 dient das Füllgas in dem Außenraum 34 ebenfalls zum Senken der Zündspannung, was in der folgenden 2 näher erläutert ist.
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In der 2 ist in einer Seitenansicht die Hochdruckentladungslampe 1 aus der 1 beim Anlegen einer Zündspannung gezeigt. Hierbei wird ein positiver Zündimpuls an der in der 2 unteren Elektrode 12 angelegt. Das Füllgas bildet im Außenraum 34 zwischen dem Außenkolben 32 und dem Entladungsgefäß 2 durch den Zündimpuls zu einer elektrisch leitfähige Schicht bzw. ein Plasma 37 an einem Umfangsabschnitt des Entladungsgefäßes 2 aus. Das Plasma 37 erstreckt sich hierbei um das Entladungsgefäß 2 asymmetrisch im Bereich des Entladungsraums 8 und dem in der 2 unteren Quetschende 6 und ist gestrichelt dargestellt. Das Plasma 37 hat den gleichen Effekt wie die Zündhilfsschicht 30 und bildet somit zusammen mit der unteren Elektrode 12 in der 2 einen Kondensator. Des Weiteren werden von dem Plasma 37 Photoelektronen aufgrund einer UV-Emission gebildet, die als Startelektronen für den Entladungsbogen zwischen den Elektroden 10, 12 dienen. Durch die Zündhilfsschicht 30 und das Plasma 37 in dem Außenraum 34 kann die Zündspannung der Hochdruckentladungslampe 1 somit stark gesenkt werden.
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Bei Versuchen hat sich herausgestellt, dass eine asymmetrisch zum Entladungsgefäß 2 angeordnete Zündhilfsschicht 30 zur weiteren Absenkung der notwendigen Zündspannung im Vergleich zu einer symmetrisch angeordneten Zündhilfsschicht 30 führt, was beispielsweise in dem eingangs erläuterten Stand der Technik aufgezeigt ist. Ein sich asymmetrisch im Außenraum 34 ausbreitendes Plasma 37 weist einen gleichen Effekt auf.
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Nachteilig bei dem Plasma 37 in dem Außenraum 34 ist, dass es nur unter einem niedrigeren Druck im Vergleich zum Standardatmosphärendruck entstehen kann. Gleicht sich der Druck im Außenraum 34 beispielsweise durch in der Herstellung auftretende Risse im Außenkolben 32 dem Außendruck an, dann wird beim Anlegen einer Zündspannung an die Hochdruckentladungslampe 1 kein Plasma 37 mehr gebildet. Da allerdings die Hochdruckentladungslampe 1 zusätzlich als Zündhilfe die Zündhilfsschicht 30 aufweist, wird selbst bei einem sich nicht ausbildenden Plasma 37 die Zündspannung gesenkt, was eine hohe Betriebssicherheit der Hochdruckentladungslampe 1 gewährleistet.
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3 stellt in einer Seitenansicht die Hochdruckentladungslampe 1 aus 1 dar, bei der eine Zündspannung mit einem negativen Zündimpuls angelegt ist. Hierbei bildet sich das Plasma 37 im Gegensatz zur 2 am Außenumfang des oberen Quetschendes 4 des Entladungsgefäßes 2 aus. Das elektrisch leitfähige Plasma 37 stellt somit zusammen mit der Zündhilfsschicht 30 eine asymmetrische Zündhilfe zur Verfügung.
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Im Vergleich der 2 mit der 3 ist erkennbar, dass sich das Plasma 37 in Abhängigkeit des Zündimpulses um das Entladungsgefäß 2 verteilt.
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In der 4 ist in einer Seitenansicht die Hochdruckentladungslampe 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel aus 1 ist die Zündhilfsschicht 30 anders ausgestaltet. Diese hat hier einen oberen und unteren Schenkel 38 und 40, die sich jeweils entlang eines Quetschendes 4 bzw. 6 erstrecken. Die Schenkel 38 und 40 sind dabei etwa im Bereich zwischen den Molybdänfolien 14 bzw. 16 und dem sich entlang des Entladungsgefäßes 2 erstreckenden Kontaktdraht 26 in Lampenlängsrichtung auf den Quetschenden 4 bzw. 6 angeordnet und umgreifen diese abschnittsweise in Umfangsrichtung. Des Weiteren ist die Zündhilfsschicht 30 auf eine Oberfläche eines Übergangsbereichs 42 und 44 zwischen einem jeweiligen Quetschende 4 bzw. 6 und dem den Entladungsraum 8 umfassenden mittleren Bereich des Entladungsgefäßes 2. Die Übergangsbereiche 42 und 44 sind ringnutartig ausgebildet, wobei sich die Zündhilfsschicht 30 dann über den gesamten Umfang der Übergangsbereiche 42, 44 erstreckt.
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Die in der 1 ausgebildete Zündhilfsschicht 30 weist eine geringere Fläche im Vergleich zur Zündhilfsschicht 30 aus der 4 auf. Hierdurch ist eine großflächigere Verteilung des Plasmas 37 um den Außenumfang des Entladungsgefäßes 2 ermöglicht.
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Offenbart ist eine Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß. In diesem ist ein Entladungsraum ausgebildet, wobei sich zwei zueinander beabstandete Elektroden in den Entladungsraum zur Erzeugung einer Gasentladung erstrecken. Das Entladungsgefäß ist zumindest abschnittsweise von einem Außenkolben umgriffen. In einem wenigstens von dem Entladungsgefäß und dem Außenkolben begrenzten, gasdichten Außenraum ist ein Füllgas als Zündhilfe eingebracht. Zusätzlich hat das Entladungsgefäß eine elektrisch leitfähige Zündhilfsschicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006007218 A1 [0002, 0029]
