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Die
Erfindung betrifft eine Hochdruck-Entladungslampe mit einem Entladungsgefäß aus Quarzglas,
das einen Entladungsraum, in dem sich eine erste Elektrode und eine
zweite Elektrode befinden, zwischen denen sich während des Lampenbetriebs eine
Entladung erstreckt, mit einer zumindest ein Edelgas und Hg umfassenden
Füllung
umschließt und
das eine erste Abdichtung umfasst, in der ein elektrischer Leiter
aufgenommen ist, der die erste Elektrode mit einem Metalldraht verbindet,
der aus der Abdichtung nach außen
herausragt, wobei die genannte erste Abdichtung einen ersten und
einen zweiten gasdichten Abschnitt aufweist, zwischen denen sich
ein gasgefüllter
Hohlraum befindet.
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Eine
Lampe der beschriebenen Art ist aus WO 97/48116 bekannt. Die bekannte
Lampe ist für einen
Betrieb in Luft geeignet, d.h. ohne äußere Umhüllung. Für Lampen, die mit Hilfe eines
optischen Systems ein akkurates Bündel bilden sollen, ist dies ein
wichtiger vorteilhafter Aspekt. Insbesondere für Anwendungen wie z.B. in Projektoren
und Kraftfahrzeugscheinwerfern spielt das Vermeiden von durch eine äußere Umhüllung verursachten
optischen Störungen
eine wichtige Rolle. Wichtig ist, dass die Temperatur des elektrischen
Leiters dort, wo er Luft ausgesetzt ist, einen relativ niedrigen
Wert hat, damit eine schnelle Oxidation des Leiters verhindert wird. Bei
der bekannten Lampe wird dies durch Verlängern der Abdichtung mit Hilfe
eines zweiten gasdichten Abschnittes realisiert, der auf Abstand
zum ersten gasdichten Abschnitt liegt, wobei sich dazwischen ein
mit Stickstoff gefüllter
Hohlraum befindet. In dieser Beschreibung und den Ansprüchen wird
unter Quarzglas ein Glas mit einem SiO2-Gehalt
von zumindest 95% verstanden.
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In
Hochdruck-Entladungslampen tritt in der Praxis beim Zünden der
Lampe häufig
eine Zündverzögerung auf.
Die Gefahr einer Zündverzögerung nimmt
stark zu, wenn sich die Lampe einige Zeit im Dunkeln befunden hat.
Das Auftreten einer Zündverzögerung ist
ein großer
Nachteil und kann unter Umständen
zu gefährlichen
Situationen führen,
beispielsweise wenn eine Hochdruck-Lampe als Kraftfahrzeugscheinwerfer
verwendet wird.
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Aus
EP-A-0596735 ist eine Lampe bekannt, die eine mit einer Starthilfe
versehene Abdichtung aufweist, welche einen Hohlraum umfasst, der
zur Unterstützung
der Aussendung von Ultraviolettstrahlung eine Füllung hat, und eine Grundplatte
zum Koppeln von elektrischer Energie an den Hohlraum. Die UV-Strahlungsquelle
wird als UV-Enhancer
bezeichnet.
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Obwohl
der UV-Enhancer vorzugsweise möglichst
nahe beim Entladungsgefäß positioniert ist,
beeinträchtigt
das Vorsehen eines als UV-Enhancer geeigneten Hohlraums in dem ersten
gasdichten Abschnitt der ersten Abdichtung die mechanische Stärke der
ersten Abdichtung des Entladungsgefäßes und ist daher in der Praxis
nicht anwendbar. Für optimale
Bündeleigenschaften
eines optischen Systems sind minimale Abmessungen der Lichtquelle
erwünscht,
was erreicht wird, indem der Abstand zwischen der ersten und der
zweiten Elektrode so klein wie möglich
gewählt
wird. Ein praktisches Ergebnis ist, dass hohe bis sehr hohe Betriebsdrücke in den Entladungsgefäßen solcher
Lampen auftreten. Daher stellt dies sehr strenge Anforderungen an
die gasdichten Abdichtungen des Entladungsgefäßes.
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Der
Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Maßnahme zu schaffen, um eine
Lampe der eingangs beschriebenen Art zu erhalten, bei der der oben
beschriebene Nachteil vermieden wird.
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Gemäß der Erfindung
ist eine Hochdruck-Entladungslampe der eingangs erwähnten Art dadurch
gekennzeichnet, dass der Hohlraum ein weiteres Edelgas oder einen
gasförmigen
Bestandteil der Füllung
oder eine Kombination aus beiden umfasst, und dass die erste Abdichtung
am Ort des Hohlraums eine erste äußere Antenne
aufweist, welche erste äußere Antenne
mit der zweiten Elektrode elektrisch verbunden ist.
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Die
erfindungsgemäße Lampe
hat den Vorteil, dass, ohne die erhaltene Stabilität der ersten
Abdichtung zu schmälern,
der verfügbare
Hohlraum ein das Starten förderndes
Mittel als UV-Strahlungsquelle bildet, wenn an den Hohlraum eine
elektrische Spannung angelegt wird. Positionieren des UV-Enhancers
auf einem größeren Abstand
vom Entladungsgefäß, nämlich hinter
dem ersten gasdichten Abschnitt, scheint überraschenderweise die zündfördernde
Wirkung des UV-Enhancers nicht merklich zu beeinträchtigen.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lampe
ist der elektrische Leiter eine Folie, die durch eine Länge des
ersten gasdichten Abschnitts, den Hohlraum und den zweiten gasdichten
Abschnitt verläuft.
Einerseits ist dies eine bedeutende Vereinfachung der Konstruktion
der Abdichtung und ihrer Herstellung und andererseits hat es den
wichtigen Vorteil, dass eine starke Konzentration eines elektrischen
Feldes an den Rändern
der Folie erzeugt wird, sobald eine Spannung an den Leiter angelegt
wird. Dies verbessert den Durchschlag in dem UV-Enhancer.
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Die
erste Abdichtung in der erfindungsgemäßen Lampe ist vorzugsweise
eine Einschmelzung. Dies hat den Vorteil, dass das Glas am Ort der
ersten Abdichtung durch Fließen
an dem elektrischen Leiter haftet, sodass die gasdichte Abdichtung
in beträchtlichem
Ausmaß frei
von innerer Spannung ist.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lampe
ist die erste äußere Antenne
elektrisch mit der zweiten Elektrode verbunden. Somit wird eine
passive serielle Antenne realisiert, die einen einfachen Aufbau
mit einem sehr zuverlässigen
Betrieb kombiniert.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lampe
ist die Abdichtung am Ort eines Halses mit dem Entladungsgefäß verbunden
und befindet sich am Ort des Halses eine zweite äußere Antenne. Überraschenderweise bietet
die Positionierung der zweiten äußeren Antenne
die Möglichkeit
einer erheblichen Verkürzung
der eventuellen Zündverzögerung bei
erneuter Zündung der
Lampe direkt, nachdem sie gelöscht
worden ist, was im Weiteren als heiße Wiederzündung ("hot restrike") bezeichnet wird. Aus Gründen einer
einfachen Konstruktion wird die zweite äußere Antenne vorzugsweise mit
der ersten äußeren Antenne
elektrisch verbunden. Die erste äußere Antenne
begünstigt
einen nahezu unmittelbaren Durchschlag in dem UV-Enhancer, sobald
ein Zündspannungsimpuls
angelegt wird, und die zweite äußere Antenne
trägt zur Realisierung
einer minimalen Verzögerung
bei heißer Wiederzündung der
Lampe bei. Der Hohlraum scheint bereits ausgezeichnet als UV-Enhancer
zu wirken, wenn er nur ein Edelgas enthält. Dies kann das Edelgas sein,
das Teil der Füllung
des Entladungsgefäßes ist.
Es ist jedoch auch möglich,
dass der Hohlraum ein anderes Edelgas enthält, als weiteres Edelgas bezeichnet.
Vorzugsweise umfasst der gasförmige
Bestandteil der Füllung
in dem Hohlraum Quecksilberdampf. Dies hat den Vorteil, dass von dem
UV-Enhancer relativ viel UV-Strahlung
erzeugt wird, die besonders zu einer schnellen und zuverlässigen heißen Zündung beiträgt. Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lampe ist, dass sich keine gesonderte
Quecksilberdosierung als notwendig erweist. Dies ist leicht zu realisieren,
indem die erste Abdichtung hergestellt wird, nachdem das Entladungsgefäß mit seiner
Füllung
versehen worden ist. Für
den elektrischen Anschluss der zweiten Elektrode ist die Lampe mit
einer zweiten Abdichtung für
die Durchführung
eines elektrischen Leiters zu der zweiten Elektrode versehen. Aus
Gründen
einer effektiven Fertigung der erfindungsgemäßen Lampe hat diese zweite
Abdichtung die gleiche Konstruktion wie die erste Abdichtung.
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Die
erste und die zweite äußere Antenne können mittels
gesonderter Drahtstücke
gebildet werden, beispielsweise um die erste Abdichtung gewickelt.
Bei einer alternativen Ausführungsform
ist ein einzelner Draht so um die erste Abdichtung gewickelt, dass
sowohl die erste als auch die zweite Antenne gebildet werden. Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
wird jede Antenne von einem federnden Klemmkörper gebildet, der teilweise
um die Abdichtung herum klemmt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Lampe
mit einer Einschmelzung,
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2 die Einschmelzung von 1 im
Detail,
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3 eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lampe,
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4 eine
mit einem federnden Klemmkörper
versehene Abdichtung und
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5 eine
Seitenansicht des federnden Klemmkörpers.
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1 (nicht
maßstabsgetreu)
zeigt eine Hochdruck-Entladungslampe 1 mit einem Entladungsgefäß 2 aus
Quarzglas, das einen Entladungsraum 3 mit einer ionisierbaren
Füllung
umschließt,
in dem sich eine erste Elektrode 4 und eine zweite Elektrode 40 befinden,
zwischen denen sich während
des Lampenbetriebs eine Entladung erstreckt, und mit einer ersten
Abdichtung 5, in der ein elektrischer Leiter 6 in
Form einer Folie aufgenommen ist, der die erste Elektrode 4 mit
einem Metalldraht 7 verbindet, der aus der ersten Abdichtung
nach außen
herausragt, wobei die genannte erste Abdichtung einen ersten gasdichten
Abschnitt 5a und einen zweiten gasdichten Abschnitt 5b aufweist,
zwischen denen sich ein gasgefüllter
Hohlraum 10 befindet Der Hohlraum umfasst zumindest einen
gasförmigen
Bestandteil der Füllung.
Beispielsweise umfasst der Hohlraum Quecksilberdampf. Am Ort des
Hohlraums weist die erste Abdichtung eine erste äußere Antenne 45 auf. Die
erste Abdichtung ist am Ort eines Halses 8 mit dem Entladungsgefäß verbunden.
Am Ort des Halses befindet sich eine zweite äußere Antenne 42, die mit
Hilfe eines Leiters 43 mit der ersten äußeren Antenne elektrisch verbunden
ist.
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Die
erste Abdichtung 5 bildet eine Einschmelzung. Die Folie 6 ist
ein Mo-Streifen
mit schneidenartigen Rändern.
Der Metalldraht 7 ist an einem Ende 6a des Streifens
befestigt, beispielsweise durch Schweißen, und ragt aus der Abdichtung und
dem Entladungsgefäß nach außen. Ein
Elektrodenstab 4a der ersten Elektrode 4 ist an
einem weiteren Ende 6b des Streifens 6 befestigt.
Auf der der ersten Elektrode 4 gegenüber liegenden Seite ist das Entladungsgefäß mit der
zweiten Elektrode 40 und einer zweiten Abdichtung 50,
mit einem Hohlraum 100 und einem Hals 80, von
vergleichbarer Konstruktion versehen. Die zweite Elektrode ist mit
einem Draht 70 verbunden. Im Betriebszustand der Lampe erstreckt
sich zwischen den Elektroden eine Entladung. Bei der beschriebenen
Ausführungsform
sind die erste und die zweite äußere Antenne 45, 42 mit der
zweiten Elektrode 40 mit Hilfe eines Leiters 46 elektrisch
verbunden. Somit ist in extrem einfacher Weise eine sehr zuverlässige passive
serielle Antenne realisiert worden.
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2 (nicht maßstabsgetreu) zeigt die erste Einschmelzung
der Lampe von 1 im Detail, wobei 2A die
erste Abdichtung mit Streifen 6 in einer Draufsicht zeigt
und 2B mit Streifen 6 in einer Seitenansicht.
In 2 sind der Deutlichkeit halber
die Antennen 45 und 43 nicht dargestellt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lampe,
in 3 gezeigt, ist die erste Antenne 45 eine
erste Drahtschleife eines Drahtes 48 am Ort des Hohlraums 10,
die mit einigen Windungen um die erste Abdichtung 5 bis
zum Hals 8 gewickelt ist, wo sie die Antenne 42 bildet.
Diese Ausführungsform
ist wegen der Möglichkeit
einer einfachen Konstruktion der Antennen 45 und 42 und
des Leiters 46, die aus einem einzelnen Draht gebildet
sind, vorteilhaft.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Lampe sind die Antennen als federnde Klemmkörper ausgebildet. 4 zeigt
(nicht maßstabsgetreu),
auf welche Weise die erste Abdichtung mit solchen Antennen versehen
ist. In der abgebildeten Ausführungsform
wird die erste Abdichtung, die einen im Wesentlichen runden Umfang
hat, durch vier federnde Klemmkörper
umklemmt. Ein erster, beim Hohlraum liegender, federnder Klemmkörper 45' bildet die erste
Antenne und ein zweiter, beim Hals 8 liegender, federnder
Klemmkörper 42' bildet die
zweite Antenne. Ein dritter federnder Klemmkörper 44 liegt nahe dem
zweiten gasdichten Abschnitt 5a der ersten Abdichtung.
Der Leiter 46 ist mit dem federnden Klemmkörper 44 verbunden.
Ein vierter federnder Klemmkörper 47 ist
zwischen den federnden Klemmkörpern 45' und 42' vorgesehen.
Die federnden Klemmkörper 44, 42', 45', 47 sind über Verbindungskörper 401, 402, 403 miteinander
verbunden. Wegen des vorhan denen Hohlraums 10 ist der Umfang
der ersten Abdichtung beim Hohlraum etwas größer als zu dessen beiden Seiten.
Vorzugsweise liegt der vierte federnde Klemmkörper unmittelbar neben dem
größeren Umfang.
Die abgebildete Konfiguration hat den Vorteil, dass die Position
der ersten Antenne 45' auf
diese Weise wegen der Unterschiede im Umfang nahezu fest ist. Ein
weiterer Vorteil ist, dass die Antennen als gesonderte Lampenteile
gefertigt werden können und
hinterher auf der Lampe in einfacher Weise montiert werden können. Vorzugsweise
sind die federnden Klemmkörper
und die Verbindungskörper
aus einem Stück
hergestellt. 5 zeigt eine Seitenansicht der
aus einem Stück
hergestellten federnden Klemmkörper 44, 45', 42', 47 und
Verbindungskörper 401, 402, 403.
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Bei
einer praktischen Realisierung der Lampe gemäß der abgebildeten Ausführungsform
ist die Lampe eine Hochdruck-Quecksilberentladungslampe mit einer
Nennleistung von 120 W. Die für
Projektionszwecke bestimmte Lampe hat ein Entladungsgefäß mit einem
Innendurchmesser von 4 mm und einem Elektrodenabstand von 1 mm.
Das Entladungsgefäß hat eine
ionisierbare Füllung,
die außer
Quecksilber und einem Edelgas, beispielsweise Argon mit einem Fülldruck
von 100 mbar, auch Brom umfasst. Während des Betriebs der Lampe
herrscht in dem Entladungsgefäß ein Druck
von 160 bar oder mehr. Das Entladungsgefäß ist aus Quarzglas hergestellt, das
eine größte Dicke
von 2,5 mm hat. Der mit schneidenartigen Rändern versehene Streifen ist
ein Mo-Streifen, an dem an einem Ende ein Metalldraht befestigt
ist. Ein W-Elektrodenstab einer ersten Elektrode ist an dem anderen
Ende des Streifens befestigt. Die Lampe ist an jeder Seite mit einer
Einschmelzung mit jeweils einer Länge von 28 mm versehen. Eine
Länge von
5 mm der Einschmelzung ist bereits ausreichend, um das Entladungsgefäß hermetisch abzudichten.
Die verbleibende Länge
der Einschmelzung dient dazu, die Temperatur des elektrischen Leiters,
dort wo er Luft ausgesetzt ist, auf einen genügend niedrigen Wert zu bringen.
Jede Einschmelzung hat einen Hohlraum. Jede Einschmelzung hat eine
Länge von
7 mm zwischen dem Entladungsraum und dem betreffenden Hohlraum.
Jeder Hohlraum hat eine Länge
von 5 mm.
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Die
erste Abdichtung dieser praktischen Realisierung ist mit einer ersten
Antenne am Ort des Hohlraums verbunden, in Form einer Drahtwicklung, die
in 2 bis 3 Windungen bis zum Hals zwischen der Abdichtung und dem
Entladungsgefäß verläuft, wo sie
in einer geschlossenen Wicklung eine zweite Antenne bildet. Die
zweite Antenne ist vom Entladungsraum durch einen zwischen 1 mm
und 3 mm großen Abstand
getrennt. Der Draht hat einen Durchmesser von 0,5 mm. Der Draht
ist mit einer zweiten Elektrode elektrisch verbunden.
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Bei
einer weiteren praktischen Realisierung ist die erste Abdichtung
mit vier federnden Klemmkörpern
versehen, die aus einem elektrisch leitfähigen, wärmebeständigen Material hergestellt
sind, in dem beschriebenen Fall aus rostfreiem Stahl RVS310. Der
beim Hohlraum liegende federnde Klemmkörper hat eine Breite von 3
mm. Die anderen federnden Klemmkörper
haben je eine Breite von 1 mm. Die federnden Klemmkörper sind über Verbindungskörper mit
einer Breite von 2 mm miteinander verbunden. Die federnden Klemmkörper und
die Verbindungskörper
sind aus einem einzigen Stück
eines Materials hergestellt.
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Bei
der Herstellung der Lampe wird von einer Quarzglasröhre ausgegangen,
in der ein Gefäß gebildet
ist, das an zwei einander diametral entgegengesetzten Stellen mit
röhrenförmigen Teilen
versehen ist, wobei die röhrenförmigen Teile
zur Herstellung von Abdichtungen dienen. Zuerst wird eine Abdichtung
auf dem Lampengefäß hergestellt,
beispielsweise eine Einschmelzung, nachdem ein mit schneidenartigen
Rändern
versehener Streifen und ein daran befestigter Leiter und eine Elektrode
in bekannter Weise angebracht worden sind, wobei die Einschmelzung
realisiert wird, indem der betreffende röhrenförmige Teil in solcher Weise
erwärmt
wird, dass er erweicht und unter Einfluss des herrschenden Unterdrucks
auseinander fließt.
Dies erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines Laserbündels, das relativ zum röhrenförmigen Teil
rotiert, wobei das rotierende Bündel
vom Leiter weg zum Elektrodenstab bewegt wird. Indem das Laserbündel am
Ort des Streifens einige Zeit unterbrochen wird, wird ein gasdichter
Hohlraum realisiert. Der so gebildete Hohlraum umfasst ein Gas,
das sich während
der Herstellung der Einschmelzung in dem röhrenförmige Teil und dem Entladungsraum
befindet. Dieses ist im Allgemeinen ein Edelgas, mit dem die Quarzglasröhre während der Herstellung
der Abdichtung gespült
wird. Aus Gründen
einer effizienten Herstellung wird hierfür vorzugsweise das Edelgas
verwendet, das Teil der Füllung des
Entladungsgefäßes sein
wird. Anschließend
wird das Entladungsgefäß mit den
für die
Füllung
benötigten
Bestandteilen versehen, woraufhin der mit schneidenartigen Rändern versehene
Streifen mit daran befestigter Elektrode und Leiter am Ort des anderen
röhrenförmigen Teils
angebracht wird. Danach wird in entsprechender Weise auch in dem
anderen röhrenförmigen Teil
durch Erwärmen
und darauf folgendem Auseinanderfließen des röhrenförmigen Teils eine Einschmelzung
hergestellt. Der so gebildete Hohlraum wird somit auch automatisch
mit in dem Entladungsgefäß vorhandenem
Dampf der Füllung, besonders
Quecksilberdampf, gefüllt.
Für einen
zufriedenstellenden das Starten fördernden Betrieb ist dies ein
großer
Vorteil. Es hat sich gezeigt, dass die so gebildeten Einschmel zungen
qualitativ gleich gute Abdichtungen bilden wie in dem Fall, in dem
die Einschmelzungen keinen gasdichten Hohlraum aufweisen.
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Eine
praktische Lampe der oben beschriebenen Art benötigt für Kaltzündung eine Spannung von 1 kV,
beispielsweise eine Spannung in Form eines 1 bis 3 ms dauernden
hochfrequenten Signals von z.B. 50 kHz, zum Erzeugen eines Durchschlags
in dem Hohlraum, woraufhin nahezu sofort in dem Entladungsgefäß zwischen
den Elektroden eine Entladung erzeugt wird, die sich nachfolgend
zu einem stabilen Entladungsbogen entwickelt, sodass die Lampe stabil
brennt. Die Lampe erreicht ihren stabilen Betriebszustand nach nicht
mehr als 1 Minute. In der gleichen praktischen Lampe tritt nach
dem Löschen
der Lampe bei heißem
Wiederzünden
der Lampe mit Hilfe eines hochfrequenten Signals von 5 kV eine maximale
Zündverzögerung von
höchstens 60
s auf, wobei die der Lampe während
des heißen Wiederzündens zugeführte Leistung
auf 120 W begrenzt bleibt.
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Im
Fall einer vergleichbaren Lampe ohne einen Hohlraum in einer der
Abdichtungen beträgt
die erforderliche Zündspannung
unter im übrigen
gleichen Bedingungen 20 kV.