DE2827844A1

DE2827844A1 - Einen kurzen lichtbogen aufweisende entladungslampe mit startvorrichtung

Info

Publication number: DE2827844A1
Application number: DE19782827844
Authority: DE
Inventors: Robert Donald Downing; John Chester Sobieski
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-06-27
Filing date: 1978-06-24
Publication date: 1979-01-04
Also published as: GB1576097A; JPS5412171A; DE2827844C2; US4138621A

Description

Einen kurzen Lichtbogen aufweisende Entladungslampe mit Startvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine hohe Intensität aufweisende Gasentladungslampen mit kurzen Lichtbogen, wie sie in gewissen fotografischen Projektoren verwendet werden. Es ist allgemein üblich, integrale Lampen- und Reflektorkombinationen mit einem derartigen Lampentyp zu fertigen.

Eine typische einen kurzen Lichtbogen aufweisende Entladungslampe hoher Intensität umfaßt einen Quarzmantel mit einer dickwandigen, kolbenähnlichen Lichtbotenkammer und ein Paar langgestreckter Elektroden, die in Lampensockeln abgedichtet sind, die von dem Quarzmantel an gegenüberliegenden Enden ausgehen und sich entlang einer gemeinsamen Achse erstrecken. Der Mantel weist langgestreckte Sockel auf, die sich entlang und um Teile der Elektroden herum erstrecken. Die Lichtbogenlänge zwischen den inneren Enden der Elektroden beträgt etwa 2 oder 3 mm, der Gesamtdurchmesser des Kolbens beträgt etwa 8 bis 10 mm und die Gesamtlänge (einschließlich Sockeln) beträgt etwa 5 cm für eine 300-Watt-Metallhalogenid-Gaslampe. Die US-PS 3 379 868 beschreibt eine Lampe mit kurzem Lichtbogen, die in einem Reflektor seitlich der optischen Achse des projizierten Lichtes angebracht ist, und die US-PS 3 700 881 beschreibt eine Lampe mit einem kurzen Lichtbogen, die in einem Reflektor entlang der optischen Achse angebracht ist. Die US-PS 3 780 342 beschreibt eine Vorschaltanordnung für eine Lampe mit kurzem Lichtbogen, die einen relativ hohen Startspannungsimpuls an die Lampenelektroden anlegt, dem eine relativ kleinere Betriebsspannung folgt. Ferner ist in der US-PS 4 053 809 (veröffentlicht 11. Oktober 1977) eine derartige Lampe mit einer Starthilfe angegeben, die einen Leiter umfaßt, der elektrisch mit einer der Elektroden verbunden ist und sich in die Nähe des die andere Elektrode enthaltenden Lampensockels erstreckt.

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Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Startcharakteristiken von einen kurzen Lichtbogen aufweisenden Lampen zu verbessern, so daß diese sicherer und/oder bei einer kleineren Startspannung starten, und um dies auf eine billige Weise zu erreichen.

Kurz gesagt und in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt eine einen kurzen Lichtbogen aufweisende Lampe einen Kolbenabschnitt, ein Paar langgestreckte Elektroden, die in den Kolbenabschnitt hineinführen und durch Sockel abgedichtet sind, die sich von dem KoIbenabschnitt nach außen und entlang in einem Teil der Elektroden erstrecken und um diese herum angeordnet sind, und ferner eine externe leitfähige Startvorrichtung, die sich von der Nähe des einen abdichtenden Sockels bis in die Nähe des anderen abdichtenden Sockels erstreckt. Vorzugsweise sind die inneren Oberflächen der Sockel in einem kleinen Abstand von den Oberflächen der Elektroden zwischen dem Kolben und Verbindungspunkten gehalten, an denen die Sockel mit den Elektroden in Berührung stehen, und die Startvorrichtung umfaßt leitfähige Bänder, die die Sockel an ihren Verbindungspunkten mit den Elektroden auf entsprechende Weise umgeben.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungs=· beispielen näher erläutert.

Figur 1 ist eine Vorderansicht von einer Lampen- und Reflektorkoiribination gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 2 ist eine Seitenansicht, der Anordnung gemäß der Figur 1.

Figur 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3 - 3 in Figur 1.

Figur 4 ist eine, axiale Ansicht der in den Figuren 1 und 3 gezeigten Starthilfe.

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Figur 5 ist eine Vorderansicht einer Lampe- und Reflektorkombination gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 6 - 6 in Figur 5·

Figur 7 ist eine axiale Ansicht der in Figur 6 gezeigten Starthilfe.

In den Figuren 1-4 ist eine Proj .ktionslampeneinheit 1 dargestellt, die einen Reflektorteil 2 umfaßt, der vorzugsweise aus
Glas hergestellt und zu einer elliptischen Form ausgeformt ist, wobei sich eine Lichtquelle in der Form einer Lichtbogenröhre 3 an dessen nahegelegenem Brennpunkt fl befindet. Die elliptische
Form des Reflektors konzentriert das Licht an dem entfernten Brennpunkt, der zweckmäßigerweise vor der Randsitzebene der Lichteinheit in einem Abstand angeordnet ist, der etwa gleich dem Durchmesser über dem Rand ist. Der Reflektor ist mit zwei Flanschsegmenten 4, 5 an dessen Rand versehen, durch die die -Lampe gegen einen damit zusammenarbeitenden Schultersitz 6 in einem Halterungsteil 7 gehaltert ist, xvie es in. Figur 2 gezeigt ist. Durch Verwendung eines Glasreflektors ist eine dimensionale Stabilität
sichergestellt. Weiterhin kann er auf seiner inneren Oberfläche mit einem reflektierenden Überzug 8 überzogen sein, der aus einem bekannten vielschichtigen Interferenzfilm besteht, der für sichtbares Licht stark reflektierend, aber für Wärme oder Infrarotstrahlung durchlässig ist. Ein Metallreflektor mit einer üblichen Spiegeloberfläche kann ebenfalls verwendet werden.

Die Lichtquelle oder die Lichtbogenröhre 3 umfaßt einen Quarzmantel mit einem im allgemeinen kugelförmigen Mittelabschnitt
oder Kolben 10, der mit im allgemeinen zylindrischen, nach außen führenden Verlängerungen oder Sockeln 11, 12 versehen ist, deren Außendurchmesser wesentlich kleiner sind als derjenige des Kolbens 10. Die Elektroden 13, 14 bestehen aus Wolframdraht, die mit
Molybdänfolien 15, 16 verschweißt sind, die ihrerseits mit Ein-

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führungsleitern 17, 18 verschweißt sind. Die Folien werden durch den Quarz der Sockel benetzt, um hermetische Dichtungen zu bilden. Die dargestellte Lampe ist für einen Gleichstrombetrieb vorgesehen, und die Anode 13 besteht aus Wolframdraht und ist größer im Durchmesser und länger als die Kathode 14. Bei einem Wechselstrombetrieb der Lampe würden die zwei Elektroden die gleiche Größe und die Sockel wurden die gleiche Länge aufweisen. Die Lampe arbeitet so, daß sich die Elektroden nahe dem Schmelzpunkt von Wolfram befinden, und sie kann mit im wesentlichen geschmolzenen Spitzen arbeiten, was zu einem Abrunden und Zusammenballen der Elektrodenenden während des Betriebes führt. Die Lampe enthält eine ionisierbare Füllung, die ein inertes Gas wie Argon oder Halogen oder Metallhalogenid enthält, wie beispielsweise Indiumjodid. Beispielsweise kann die Gesamtlänge des Quarzkörpers der Lichtbogenröhre 5 cm betragen, und der Außendurchmesser des Kolbenabschnittes kann 9 mm bei einem Innendurchmesser des Entladungsraumes von etwa 2,5 mm und einer Lichtbogenlänge zwischen den Innenenden der Elektroden von etwa 2,5 mm betragen. Die inneren Oberflächen der SockelTund 12 können, wie es gezeigt ist, in einem kleinen Abstand von den äußeren Oberflächen der Elektroden 13 und 14, beispielsweise etwa 1 mm oder weniger^ von dem Kolben 10 nach außen entlang den Sockeln bis zu den Verbindungspunkten 11a und 12a angeordnet sein, nach denen die Sockel mit den. Elektroden in Berührung kommen (aber keinen hermetischen Dichtungskontakt bilden, da die Quarzsockel die Wolframelektroden nicht "benetzen" können).

Aus den Seiten des Reflektors 2 sind Segmente ausgeschnitten, wobei flache vertikale Seitenwände 19, 20 zurückbleiben, die in der Endansicht gemäß Figur 1 sehnenartig verlaufen und in der Draufsicht gemäß Figur 3 nach hinten zur Achse sich leicht konisch verjüngen. In der vorderen Hälfte des Reflektors sind die sehnenartigen Seitenwände 19, 20 in die normale elliptische Kurve der Reflektoroberfläche eingeschnitten, aber in der hinteren Hälfte sind sie.in Schultern 21, 22 verlängert, die im allgemeinen keilähnliche Ausdehnungen innerhalb des Reflektors bilden. In den Schulterausdehnungen ist das Glas in Kragen 23, 24 um seitliche

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Öffnungen 25, 26 durch die Sehnenwände eingebaut; die Öffnungen sind auf einer Linie zentriert, die durch den Brennpunkt fl und quer zur optischen Achse verläuft.

Die Lichtbogenröhre 3 ist seitlich von der optischen Achse des Reflektors angebracht, wobei der Sockel 11 in die Öffnung 25 ragt und in einen glasartigen Zement 27 eingesetzt ist, der das Volumen der Öffnung und einer keramischen Kappe 28 füllt, die über der Öffnung angeordnet ist. Ein isolierter Leiterdraht 29 ist an dem Ende des Einführungsleiters 17 angeschweißt und tritt aus der Kappe 2 8 durch eine kleine Seitenöffnung an der Hinterseite aus. Der Sockel an dem Kathodenende der Lichtbogenröhre tritt nicht in die Öffnung 26 ein; eine gut passende Buchse 21 ist um den Einführungsleiter 18 herum vorgesehen, und diese Buchse ragt in die seitliche Öffnung 26 hinein und ist dort in den Zement 27 eingesetzt. Ein isolierter Leiterdraht 32 ist mit dem Ende der Buchse 31 verbunden und tritt von der Kappe 33 durch eine Seitenöffnung nach hinten aus. Bevor der Zement 27 aushärtet, wird die Lichtbogenröhre 3 so eingestellt, daß diese zum Lichtbogen an dem nahegelegenen Brennpunkt fl optisch zentriert ist, während die LampeneJnheit als Ganzes relativ zu dem Projektionssystem durch die Planschsegmente 4, 5 genau angeordnet ist. Vorzugsweise wird ein Zement verwendet, der bei Wärme schnell aushärtet und sowohl den Glasreflektor als auch die aus Quarz bestehende Lichtbogenröhre verbindet. Ein geeigneter Zement enthält vorwiegend feines Aluminiumdioxid und kalziniertes Koalin zusammen mit kleineren Zusätzen von Dinatriumphosphat und Trialuminiumphosphat gemischt mit phosphoriger Säure, um eine Paste zu bilden.

Durch Einsetzen des einen Endes der Lichtbogenröhre 3 in Zement, so daß es fest bzw. starr mit dem Reflektor 2 verbunden ist, entsteht eine Projektionslampeneinheit, bei der die Lichtbogenröhre in einem optischen Bezugssystem genau angeordnet ist. Wenn die Einheit anschließend in eine Fassung eingesetzt wird, die die Flanschsegmente 4, 5 richtig aufnimmt, liefert sie das gewünschte Licht an der Bildebene ohne v/eitere Einstellung. Am

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anderen Ende der Lichtbogenröhre ist der Einführungsleiter in der Buchse 31 gleitend aufgenommen. Dies gestattet eine differenzielle Expansion der Quarzröhre mit einem kleinen Ausdehnungskoeffizienten und des Glasreflektors mit einem relativ hohen Ausdehnungskoeffizienten, ohne daß die Teile einer übermäßigen Beanspruchung ausgesetzt werden. Gleichzeitig ist die Verschiebung des Zwischenelektrodenspaltes relativ zum Reflektorbrennpunkt infolge einer unterschiedlichen thern=' sehen Expansion zu gering, um irgendwelche Folgen für die Optik des Systems zu haben. Die insoweit beschriebene Projektionslampe ist ähnlich derjenigen, die in der eingangs genannten US-PS 3 379 868 beschrieben ist. Wie vorstehend bereits ausgeführt ifurde, erfordert die Lampe 3 eine Vors ehaltanordnung, die eine relativ hohe Startspannung (etwa 8000 - 10 000 Volt) erfordert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Startspannung der Lampe gesenkt und/oder die Lampen starten mit größerer Zuverlässigkeit, indem eine Starthilfevorrichtung 36 vorgesehen ist, die einen langgestreckten elektrisch leitenden Teil umfaßt, der sich aus der Nähe des einen Sockels 11 bis in die Nähe des anderen Sockels 12 erstreckt. In dem bevorzugten gezeigten Ausführungsbeispielenthält die Startvorrichtung 36 einen Draht 37» der an seinem einen Ende an einem Metallband 38 angeschweißt oder auf andere Weise befestigt ist, das fest um den Sockel 11 herum paßt und diesen umgibt. Der Draht 38 verläuft entlang und hinter der Lampe 3 zwischen der Lampe und der hinteren Oberfläche des Reflektors und ist an ein Metallband 39 angeschweißt oder auf andere Weise befestigt, das fest um den Sockel 12 der Anodenelektrode 13 herum paßt und diesen umgibt. Diese Startvorrichtung 36 ist somit in ihrer Lage gehalten und an ihrei beiden Enden gehaltert und ist hinter der Lampe 3 angeordnet und hat somit keine merkliche Wirkung auf die Lichtausbeute der Lampen-Reflektoranordnung. Die Startvorrichtung 36 ist nicht direkt elektrisch verbunden und ist somit elektrisch "schwimmend". Der Draht 37 kann im Abstand zum Entladungskolben angeordnet sein.

Vorzugsweise sind die Starthilfebänder 38 und 39 auf den Sockeln 11 und 12 auf entsprechende Weise an und die Stellen der Ver-

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bindungspunkte 11a und 12a umgebend angeordnet, wo die Sockel die Elektroden 13 und 14 treffen und mit diesen Kontakt bilden. Es hat sich gezeigt, daß eine derartige Anordnung der Starthilfebänder die Wirksamkeit der Starthilfe verbessert, indem bewirkt wirdj daß die Lampen bei kleineren Startspannungen sicherer starten. Um die optimale Anordnung der Starthilfebänder lla und 12a zu unterstützenj können sie genügend weit gemacht werden, damit sie die Verbindungspunki.e lla und 12a axial flankieren, um damit weiterhin sicherzustellen, daß sie sich an diesen Verbindungspunkten befinden, wie es in der Zeichnung gezeigt ist.

Durch Verwendung der Startvorrichtung 36> wie sie vorstehend gezeigt und beschrieben wurde, wurde die Spannung sum Starten der Lampe 3₃ die eine kommerziell erhältliche Projektionslampe der GENERAL ELECTRIC COMPANY mit dem Handelsnamen MARC 300 ist, auf einen Wert von etwa 4000 bis 6000 Volt gesenkt, wogegen ohne die Startvorrichtung 36 die Startspannung etwa 8000 bis 12000 Volt für typische Produktionslampen beträgt, wobei der Star"·impuls ein schnell ansteigender Gleichstromimpuls ist, dessen positive Polarität an die Anode und dessen negative Polarität an die Kathode angelegt ist und der eine Anstiegzeit von etwa einer Mikrosekunde hat. Anstelle der Ausbildung der Bänder 38 und 39 können die Enden des Drahtes 37 um die Sockel 11 und 12 herum gebogen werden.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 5, 6 und 7 ist die Lampe 3' gleich oder ähnlich der vorstehend beschriebenen Lampe und ist entlang der optischen Achse eines konkaven Reflektors 2' angebracht, der eine kreisförmige Konfiguration in allen seinen Ebenen senkrecht zur optischen Achse aufweist. Der Anodensockel 11' der Lampe erstreckt sich in eine hohle Buchse 48 an der Hinterseite des Reflektors, wo er in den Reflektor durch Zement 49 einzementiert ist, der ebenfalls eine keramische Endkappe 51 in ihrer Lage hält. Ein Verbindungsdraht 29' ist an dem Einführungsleiter 17' der Anodenelektrode befestigt, und ein Verbindungsdraht 32' ist am Ende eines Versteifungsdrahtes 52 angebracht, der in gezeigter Weise gekrümmt ist und dessen anderes Ende mit

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dem Kathoden-Einführungsleiter 18¹ verbunden ist. Die Verbindungsdrähte 29' und 32' sind durch eine Öffnung hindurch aus der Endkappe 51 herausgeführt. Das in soweit beschriebene Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 5 und ο ist ähnlich der Projektionslampe, die in der eingangs genannten US-PS 3 700 881 beschrieben ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die Starthilfe 36' einen Draht 37'j der an seinem einen Ende mit einem Band 38' verbunden ist, das fest um den Anodensockel 11' herum paßt und diesen umgibt. Das andere Ende des Rades 37' ist mit einem Band 39' verbunden, das fest um den Kathodensockel 12' herum paßt und diesen umgibt. Vorzugsweise befinden sich diese Bänder an den Verbindungspunkten 11'a und 12' a, wo die Sockel mit den Elektroden in Kontakt kommen₃ ähnlich wie es für das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1-4 der Fall ist. Der Draht 37' ist vorzugsweise zwischen der Lampe 3' und dem Verbindungsdraht 52 ausgerichtet j so daß er keinen Schatten zusätzlich zu dem hervorruft, der durch den Verbindungsdraht 52 bewirkt wird.

Der Starthilfedraht 37 oder 37' kann in verschiedene zweckmäßige Formen gebracht sein, beispielsweise kann er gerade sein, wie es in Figur 3 gezeigt ist, oder er kann gekrümmt sein, wie es in Figur 6 gezeigt ist.

Die Erfindung löst ihre Aufgaben,das Starten von Lampen mit kurzen Lichtbogen zu verbessern, und zwar auf eine billige Weise. Die Lampenstarthilfe gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert das Starten der Lampe und desgleichen die Starthilfe und hat den Vorteil, daß sie nicht mit einer Lampenelektrode verbunden ist. Eine derartige Verbindung mit einer Elektrode ist bei gewissen Lampentypen etwas schwierig anzuordnen, wie·beispielsweise bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 - ^l\, wo nur eine sehr kurze Länge des frei liegenden Einführungsdrahtes 18 zwischen dem Sockel 12 und dem Zement 27 zur Verfügung steht. Ein weiterer Vorteil ist die Senkung einer elektrischen Stoßgefahr

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und die verminderte Möglichkeit einer falschen Punktion der Lampe im Falle eines Kurzschlusses der Starthilfe mit einem Gegenstandj wobei der vorstehend beschriebene Vorteil dadurch erzielt wird, daß die Starthilfe nicht so verbunden ist₃ daß sie die hohe Spannung der Lampenelektrode führt.

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Claims

Lichtbogenentladungslampe mit einem Mantel mit elnom Kolbenteil und ersten und zweiten Sockeln, die auf entsprechende Weise von dem Kolbenteil ausgehen, und ersten und zweiten Elektroden, du; in den Mantel hineinführen unu in dein Kolbenteil im Abstand angeordnet sind zur Bildung einer I.-ichtbogeribahn, wobei die ersten und zweiten Elektroden auf entsprechende Weise Teile von ersten und zweiten langgestreckten Eiektrodenstrukturen sind, die in
den ersten und zweiten Sockeln an von dem Kolbenteil beabstandeten Stellen auf entsprechende Weise abgedichtet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Startvorrichtung (36) aus elektrisch leitendem Material außerhalb
des Mantels angeordnet ist und sich aus der Nähe des ersten
Sockels (11) an einer Stelle zwischen dem Kolbenteil (10) und
der Abdichtung der ersten Elektrodeustruktür (13) bis in die
Nähe des zweiten Sockels (12) an einer Stelle zwischen dem Kolbenteil und der Abdichtung der zweiten lilektrodenstruktur (14)
erstreckt.

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2. Lampe- ->ach Anspruch 1 , dadurch g e k e η η zeichnet, -'-.'; ein konkaver Reflektor (2) vorgesehen ist und die Sockel ö-^r I snape von gegenüberliegenden· Luden des K- beriteils ausgehen und auf einer gemeinsamen Achse lie-ten, '«vobei die Lampe in dem Reflektor entlang einer Achse -juer :.:ur optischer, "lichtprojektionnchse des Reflektors an.·>.:!.■;%.> -Lt ;.-";'., und Λαΐϊ iL- startvorrichtung einen langgestreckten Le Ltei- ' -I) ■ -■!.faßt, lt.·;.' zwischen der Lampe und der Rucks«-- ^! te i'e:j ':e f ί ek tor:.; angeord" -t ist.
3. Laiii[<o nach Anspruch 1 , d a d u r c h ge k e η η -eic h net, daß ein konkaver Reflektor (2'> ihlt einer opti-v-'he:; Licfttnrojektio sachse vorgesehen ist, die Sockel >Jer Lampe vo?. -.regenüberliegeiiden Enden des Kolbenteils aus'U-hen und auf einer gemeinsamen Achse liegen, die Lampe Ln ilviii R^- 'Tiektf-r -;?:^f:iang der optischen Achse derart angebracht i.-.-t, .i.in die erste :Jiektrodenstruktur relativ zur Vorderseite Jci; ^:l·..--Ififcktor.-'j -m\'\ die zweite ElektrodensLruktur relativ ..iegv.-n d !.-...-Hiriterselte des Reflektors verläuft, und daß ein Stromleiter (52) mit der ersten i-Jlektrodenstruktur verbunden ist 'ind sich zwischen d>.;r Lampe und dem Reflektor zur Hinterseite -K-.ti Reflektors erstreckt, wobei die Startvorrichtung (3G¹) einen langgestreckten Leiter (37') aufweist, der zwischen der Lanipe und dem Stromleiter (52) angeordnet ist und in bezug auf den Stromleiter derart ausgerichtet ist, daß die Schatten des langgestreckten Leiters (37') der Startvorrichtung (36'} und des Stromleiters (52) im Betrieb der Lampe im wesentlichen zusammenfallen.
4. Lampe nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Oberflächen der ersten und zweiten Sockel (11, 12) auf entsprechende Weise zwischen und entlang den ersten und zweiten Elektroden zwischen dem Kolbenteil und den ersten und zweiten Verbindungspunkten beabstandet sind, an denen die Sockel mit den Elektroden in Berührung stehen, wobei die ersten und zweiten Verbindungs-

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punkte auf entsprechende Weise zwischen dem Kolbenteil und den ersten und zweiten Dichtungen der Elektrodenstrukturen angeordnet sind und die Startvorrichtung sich aus der Nähe des ersten Verbindungspunktes bis in die Nähe des zweiten Verbindungspunktes erstreckt.
5. Lampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Startvorrichtung leitfähige Bänder (38, 39) umfaßt, die auf entsprechende Weise die Sockel an den ersten und zweiten Verbindungspunkten im wesentlichen umgeben.
6. Lampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Bänder (38, 39) genügend weit sind, um die ersten und zweiten Verbindungspunkte axial zu flankieren.

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