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Die
Erfindung betrifft eine Hochdruck-Entladungslampe mit einem einen
Entladungsraum mit einer ionisierbaren Füllung umschließenden Quarzglas-Entladungsgefäß, in dem
sich eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode befinden, zwischen denen
im Lampenbetrieb eine Entladung aufrechterhalten wird, in dem ein
erster Abschluss einen ersten inneren elektrischen Leiter enthält, der
die erste Elektrode mit einem ersten äußeren elektrischen Leiter, der
sich vom Abschluss aus nach außen
erstreckt, verbindet, in dem der genannte erste Abschluss weiterhin
einen gasgefüllten
Hohlraum enthält,
der vorzugsweise zumindest teilweise von einem äußeren kapazitiven Körper umgeben
ist, und in dem der genannte erste innere elektrische Leiter eine
Folie ist, die durch den Hohlraum verläuft.
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Eine
Lampe der beschriebenen Art ist aus
WO
00/77826 bekannt. Die bekannte Lampe ist zum Betrieb in
Luft geeignet, d. h. ohne äußere Umhüllung. Für Lampen,
die für
eine genaue Bündelformung
mit Hilfe eines optischen Systems gedacht sind, ist dies ein wichtiger
vorteilhafter Aspekt. Insbesondere für Anwendungen wie z. B. in
Projektoren und Kraftfahrzeugscheinwerfern spielt das Vermeiden
optischer Störungen,
die durch eine äußere Umhüllung verursacht
werden, eine wichtige Rolle. Es ist wichtig, dass die Temperatur
des elektrischen Leiters dort, wo er Luft ausgesetzt ist, einen
relativ niedrigen Wert hat, um eine schnelle Oxidation des Leiters
zu verhindern. Bei der bekannten Lampe wird dies durch Verlängern des
Abschlusses realisiert. In dieser Beschreibung und den Ansprüchen soll
unter Quarzglas ein Glas verstanden werden, das einen SiO
2-Gehalt von zumindest 95% hat.
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In
Hochdruck-Entladungslampen tritt beim Zünden der Lampe in der Praxis
häufig
Zündverzögerung auf.
Die Gefahr einer Zündverzögerung nimmt stark
zu, wenn die Lampe sich eine Zeit lang im Dunkeln befunden hat.
Das Auftreten einer Zündverzögerung ist
ein großer
Nachteil und kann unter Umständen
zu gefährlichen
Situationen führen,
beispielsweise bei Verwendung einer Hochdruck-Lampe als Kraftfahrzeugscheinwerfer.
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Die
bekannte Lampe hat den Vorteil, dass der verfügbare Hohlraum und der kapazitive
Körper aus
Metall beim Anlegen einer elektrischen Spannung an den Hohlraum
ein das Starten förderndes Mittel
als Quelle für
UV-Strahlung bilden. Die UV-Strahlungs quelle wird als UV-Enhancer
bezeichnet. Der genannte kapazitive Körper aus Metall kann gegebenenfalls
erforderlich sein, um in dem gegenüber liegenden Abschluss mit
der Elektrode verbunden zu werden, je nach der Frequenz, bei der
die Lampe betrieben wird. Bei ultrahohen Frequenzen wird der genannte
kapazitive Körper
eventuell überhaupt
nicht benötigt.
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Die
Folie, die vorzugsweise aus duktilem Molybdän (Mo) hergestellt ist und
durch den Hohlraum verläuft,
hat den wichtigen Vorteil, dass an den Rändern der Folie eine hohe Konzentration
eines elektrische Feldes erzeugt wird, sobald an den Leiter eine Spannung
angelegt wird. Dies verstärkt
einen Durchbruch in dem UV-Enhancer. Um das elektrische Feld weiter
zu erhöhen,
werden diese Folienränder
bei der Herstellung der Folien gewöhnlich geschärft.
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Ein
häufig
auftretendes erstes Problem ist, dass die scharfen Ränder der
Folie beschädigt
werden, wenn die Folie in den Abschluss der Lampe eingeschmolzen
wird, entweder infolge der Handhabung der Folie selbst oder weil
die Ränder
die Wandung des Hohlraums, durch den sie verlaufen, berühren. Dadurch
ist der Durchbruch in dem UV-Enhancer
nicht immer so niedrig wie erwartet. Ein anderes Problem bei den
genannten Folien ist, dass sie den Hohlraum in zwei gesonderte Fächer unterteilen
können.
Obwohl die Hohlräume
so entworfen sind, dass zwischen den Rändern der Folie und der Wandung des
Hohlraums eine Lücke
ist, wird manchmal der Abschluss nicht mit einem Hohlraum gebildet,
der die richtigen Abmessungen hat, und berührt die Folie die Wandung entlang
beiden Seiten. Dadurch werden, wegen des Fehlens von scharfen Rändern, nicht
nur die Durchbrucheigenschaften des UV-Enhancers stark vermindert,
sondern häufig
haben auch die Fächer
ungleiche Abmessungen, wodurch die minimale Durchbruchspannung in
beiden Fächern
ebenfalls nicht gleich ist.
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Der
Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine genaue und zuverlässige Lampe
zu schaffen, die leicht und wirksam herzustellen ist, wobei die
vorstehend genannten Nachteile vermindert sind.
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Erfindungsgemäß ist eine
Hochdruck-Entladungslampe der eingangs beschriebenen Art dadurch
gekennzeichnet, dass die Folie mit zumindest einem Loch versehen
ist. Durch das Anbringen eines oder mehrerer Löcher, ob in dem zentralen Teil
oder nahe dem Rand der Folie, kann das Vorhandensein eines scharfen
Randes an der Folie in dem Hohlraum gewährleistet werden und außerdem wird
die Bildung zweier gesonderter Fächer
in dem Hohlraum verhindert. Auch kann ein Löchermuster in der Folie gebildet
werden.
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Sowohl
JP 2001-266794 A als
auch
SU 1367066 A zeigen
Hochdruck-Entladungslampen
mit durchstochenen Folien in den Abschlüssen. Diese Löcher dienen
jedoch dazu, die Haftung zwischen der Folie und dem Abschluss zu
verbessern bzw. Spannungen in dem Abschluss zu vermeiden.
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Das
Loch in der Folie kann jede beliebige Form haben, beispielsweise
die eines länglichen Schlitzes,
aber ein einfaches Durchstechen der Folie mit einer Nadel hat sich
als ausreichend erwiesen. Dadurch wird ein trichterähnliches
Loch in der Folie gebildet, wobei die Wandung dieses Trichters sich
in eine Hälfte
des Hohlraums erstreckt. Bei Verwendung dieses Verfahrens werden
auch die Ränder
des Loches scharf sein, ohne dass es notwendig ist, sie gesondert
zu schärfen.
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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 offenbar
keine gesonderte Quecksilberdosierung notwendig ist. Dies ist leicht
zu realisieren, indem der erste Abschluss hergestellt wird, nachdem
das Entladungsgefäß mit seiner
Füllung
versehen worden ist. Für
den elektrischen Anschluss der zweiten Elektrode ist die Lampe zur Durchführung eines
elektrischen Leiters zur zweiten Elektrode mit einem zweiten Abschluss
versehen. Für
eine effiziente Fertigung der erfindungsgemäßen Lampe hat dieser zweite
Abschluss vorzugsweise den gleichen Aufbau wie der erste Abschluss.
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Die
Erfindung bezieht sich darüber
hinaus auf ein Verfahren zum Herstellen einer Hochdruck-Entladungslampe,
in dem ein einen Entladungsraum umschließendes Quarzglas-Entladungsgefäß mit einer
ionisierbaren Füllung
gefüllt
wird, in dem eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode so platziert
werden, dass im Lampenbetrieb eine Entladung aufrechterhalten werden
kann, in dem ein erster Abschluss mit einem ersten inneren elektrischen Leiter
versehen wird, der eine Folie ist, die die erste Elektrode mit einem
ersten äußeren elektrischen
Leiter, der sich vom Abschluss aus nach außen erstreckt, verbindet, in
dem der erste Abschluss weiterhin mit einem gasgefüllten Hohlraum
versehen wird, durch den die Folie verläuft, und in dem die Folie mit zumindest
einem Loch innerhalb des gasgefüllten Hohlraums
versehen wird.
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Vorzugsweise
wird das Loch in der Folie durch Durchstechen der Folie mit einer
Nadel verschafft.
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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
Lampe, die eine Einschmelzung umfasst;
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2 die Einschmelzung von 1 im
Detail;
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3 eine
Ausführungsform
der Lampe;
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4 einen
mit einem federnden Klemmkörper
versehenen Abschluss und
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5 eine
Seitenansicht des federnden Klemmkörpers.
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1 (nicht
maßstabsgetreu)
zeigt eine Hochdruck-Entladungslampe 1, versehen mit einem einen
Entladungsraum 3 mit einer ionisierbaren Füllung umschließenden Quarzglas-Entladungsgefäß 2, in
dem sich eine erste Elektrode 4 und eine zweite Elektrode 40 befinden,
zwischen denen im Lampenbetrieb eine Entladung herrscht, und mit
einem ersten Abschluss 5, der einen elektrischen Leiter 6 in Form
einer Folie enthält,
die die erste Elektrode 4 mit einem Metalldraht 7 verbindet,
der sich von dem ersten Abschluss aus nach außen erstreckt, welcher erste
Abschluss 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.
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Am
Ort des Hohlraums weist der erste Abschluss einen ersten äußeren kapazitiven
Körper 45 auf.
Der erste Abschluss ist am Ort eines Halses 8 mit dem Entladungsgefäß verbunden.
Am Ort des Halses befindet sich ein zweiter äußerer kapazitiver Körper 42,
der mit dem ersten äußeren kapazitiven Körper mittels
eines Leiters 43 elektrisch verbunden ist.
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Der
erste Abschluss 5 bildet eine Einschmelzung. Die Folie 6 ist
ein Mo-Streifen
mit schneidenartigen Rändern
und einem Loch 11. Das Loch wird bei der Montage der Metallteile
der Lampe mittels Durchstechen der Folie mit einer Nadel hergestellt.
Der Metalldraht 7 ist an einem der Enden 6a des
Streifens beispielsweise durch Schweißen befestigt und ragt aus
dem Abschluss und dem Entladungsgefäß nach außen heraus. Ein Elektrodenstab 4a der
ersten Elektrode 4 ist an einem weiteren Ende 6b des
Streifens 6 befes tigt. An der der ersten Elektrode 4 zugewandten
Seite hat das Entladungsgefäß für die zweite
Elektrode 40 und einen zweiten Abschluss 50, mit einem
Hohlraum 100 und einem Hals 80, einen vergleichbaren
Aufbau. Die zweite Elektrode ist mit einem Draht 70 verbunden.
Im Betriebszustand der Lampe herrscht zwischen den Elektroden eine
Entladung. Bei der beschriebenen Ausführungsform sind der erste und
der zweite äußere kapazitive
Körper 45, 42 mit
der zweiten Elektrode 40 mittels eines Leiters 46 elektrisch
verbunden. Somit wird ein passiver serienkapazitiver Körper realisiert.
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2 (nicht maßstabsgetreu) zeigt die erste Einschmelzung
der Lampe von 1 im Detail, wobei 2A den
ersten Abschluss mit einem durchstochenen Streifen 6 in
Draufsicht zeigt und 2B ihn mit Streifen 6 in
einer Seitenansicht zeigt. In 2 sind
die kapazitiven Körper 45 und 43 der Deutlichkeit
halber nicht abgebildet.
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Bei
einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lampe,
in 3 dargestellt, ist der erste kapazitive Körper 45 eine
elektrisch isolierte erste Drahtschleife eines elektrisch isolierten
Drahtes 48 am Ort des Hohlraums 10, die mit einigen
Windungen bis hin zum Hals 8 um den ersten Abschluss 5 gewunden
ist, wo sie den kapazitiven Körper 42 bildet.
Diese Ausführungsform
ist wegen der Möglichkeit
eines einfachen Aufbaus der kapazitiven Körper 45 und 42,
die aus einem einzelnen Draht gebildet werden, vorteilhaft. Weil
die Lampe bei einer Frequenz von beispielsweise 150 kHz zwischen
den Elektroden arbeitet, ist ein Verbindungsleiter 46 zwischen
den kapazitiven Körpern 45 und 42 und
Elektrode 40 notwendig, um die erforderliche Spannung an
den Hohlraum 10 anzulegen.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Lampe sind die kapazitiven Körper
als federnde Klemmkörper
ausgebildet. 4 zeigt (nicht maßstabsgetreu),
wie der erste Abschluss mit solchen kapazitiven Körpern versehen
ist. In der dargestellten Ausführungsform
ist der erste Abschluss, der einen nahezu runden Umfang hat, von
vier federnden Klemmkörpern
eingeklemmt. Ein bei dem Hohlraum liegender erster federnder Klemmkörper 45' bildet den
ersten kapazitiven Körper
und ein beim Hals 8 liegender zweiter federnder Klemmkörper 42' bildet den
zweiten kapazitiven Körper.
Ein dritter federnder Klemmkörper 44 liegt
nahe bei dem zweiten gasdichten Abschnitt 5a des ersten
Abschlusses. Ein vierter federnder Klemmkörper 47 ist zwischen
den federnden Klemmkörpern 45' und 42' angebracht.
Die federnden Klemmkörper 44, 42', 45', 47 sind
durch Verbindungskörper 401, 402, 403 miteinander
verbunden. Aufgrund des Vorhandenseins des Hohlraums 10 ist
der Umfang des ersten Abschlusses beim Hohlraum etwas größer als
zu dessen beiden Seiten. Vorzugsweise liegt der vierte federnde
Klemmkörper unmittelbar
neben dem größeren Umfang.
Die dargestellte Konfiguration hat den Vorteil, dass auf diese Weise
wegen der Umfangsunterschiede die Position des ersten kapazitiven
Körpers 45' nahezu fest
ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass die kapazitiven Körper als
gesonderte Lampenteile hergestellt werden können und nachträglich in
einfacher Weise auf der Lampe 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 entsprechend der abgebildeten
Ausführungsform ist
die Lampe eine Hochdruck-Quecksilberentladungslampe mit einer Nennleistung
von 120 W, die bis auf mindestens 250 W erweitert werden kann. Die Lampe,
die für
Projektionszwecke bestimmt ist, hat ein Entladungsgefäß mit einem
Innendurchmesser von 4 mm und einem Elektrodenabstand von 1 mm. Das
Entladungsgefäß hat eine
ionisierbare Füllung, die
zusätzlich
zu Quecksilber und einem Edelgas, beispielsweise Argon mit einem
Fülldruck
von 100 mbar, auch Brom umfasst. Beim Betrieb 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 messerscharfe und durchstochene Streifen ist
ein Mo-Streifen, an dem an einem Ende ein Metalldraht befestigt
ist. An dem anderen Ende des Streifens ist ein Elektrodenstab einer
ersten Elektrode befestigt. Die Lampe ist an jeder Seite mit einer
Einschmelzung versehen, mit jeweils einer Länge von 28 mm. Für ein hermetisches
Verschließen
des Entladungsgefäßes ist
eine Länge
der Einschmelzung von 5 mm bereits hinreichend. Die verbleibende
Länge der
Einschmelzung wird genutzt, um 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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Der
erste Abschluss ist am Ort des Hohlraums mit einem ersten kapazitiven
Körper
versehen, in Form einer Drahtwicklung, die in 2 bis 3 Windungen
bis hin zum Hals zwischen dem Abschluss und dem Entladungsgefäß verläuft, wo
er einen zweiten kapazitiven Körper
in einer geschlossenen Wicklung bildet. Der zweite kapazitive Körper hat
zum Entladungsraum einen Abstand zwischen 1 mm und 3 mm. Der Draht
hat einen Durchmesser von 0,5 mm.
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Bei
einer weiteren praktischen Realisierung ist der erste Abschluss
mit vier federnden Klemmkörpern
versehen, die aus einem elektrisch leitfähigen, wärmebeständigen Material hergestellt
sind, im beschriebenen Fall nichtrostender 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
durch Verbindungskörper miteinander
verbunden, die eine Breite von 2 mm haben. Die federnden Klemmkörper und
die Verbindungskörper
sind aus einem einzigen Stück
Material hergestellt.
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Die
Lampenherstellung geht von einer Quarzglasröhre aus, in der ein Gefäß gebildet
wird, das an zwei diametral entgegengesetzten Stellen mit röhrenförmigen Teilen
versehen ist, die zur Herstellung von Abschlüssen dienen. Zunächst wird
auf dem Lampengefäß ein Abschluss
hergestellt, beispielsweise eine Einschmelzung, nachdem ein messerscharfer
und durchstochener Streifen und ein daran befestigter Leiter und
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 dem Einfluss eines herrschenden
Unterdrucks zerfließt.
Dies erfolgt vorzugsweise mittels eines Laserstrahlenbündels, das
sich in Bezug auf den röhrenförmigen Teil
dreht, wobei das drehende Strahlenbündel vom Leiter zum Elektrodenstab
hin bewegt wird. Indem das Laserstrahlenbündel am Ort des Streifens eine
Zeit lang unterbrochen wird, wird ein gasdichter Hohlraum realisiert.
Der so gebildete Hohlraum umfasst ein Gas, das sich während der Herstellung
der Einschmelzung in dem röhrenförmigen Teil
und dem Entladungsraum befindet. Dies ist im Allgemeinen ein Edelgas,
mit dem die Quarzglasröhre
während
der Herstellung des Abschlusses gespült wird.
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Aus
Gründen
einer effizienten Herstellung wird hierzu vorzugsweise das Edelgas
eingesetzt, das Teil der Füllung
des Entladungsgefäßes sein
soll. Anschließend
wird das Entladungsgefäß mit den
für die
Füllung
benötigten
Bestandteilen versehen, woraufhin am Ort des anderen röhrenförmigen Teils
ein messerscharfer Streifen mit daran befestigter Elektrode und
entsprechendem Leiter angebracht wird.
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Anschließend wird
in entsprechender Weise auch in dem anderen röhrenförmigen Teil durch Erwärmen und
anschließendes
Zerfließen
des röhrenförmigen Teils
eine Einschmelzung hergestellt. Der so gebildete Hohlraum ist somit
auch automatisch mit Dampf der in dem Entladungsgefäß vorhandenen Füllung gefüllt, besonders
Quecksilberdampf. Dies ist ein großer Vorteil für einen
befriedigenden, das Starten fördernden
Betrieb. Es hat sich gezeigt, dass die so gebildeten Einschmelzungen
qualitativ gleich gute Ab schlüsse
bilden wie in dem Fall, in dem die Einschmelzungen keinen gasdichten
Hohlraum aufweisen.
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Eine
praktische Lampe der oben beschriebenen Art erfordert für Kaltzündung eine
Spannung von 1 kV, beispielsweise eine Spannung in Form eines 1 bis
3 ms dauernden hochfrequenten Signals von beispielsweise 50 kHz
zum Erzeugen eines Durchbruchs in dem Hohlraum, woraufhin in dem
Entladungsgefäß zwischen
den Elektroden nahezu sofort eine Entladung erzeugt wird, die sich
danach zu einem stabilen Entladungsbogen entwickelt, so dass die
Lampe stabil arbeitet. Die Lampe erreicht ihren stabilen Betriebszustand
nach weniger als 1 Minute. Bei der gleichen praktischen Lampe tritt
nach dem Löschen
der Lampe bei heißer
Wiederzündung
der Lampe mittels eines hochfrequenten Signals von 5 kV eine maximale
Zündverzögerung von
höchstens 60
s auf, wobei die der Lampe während
der heißen Wiederzündung zugeführte Leistung
auf 120 W begrenzt bleibt.
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Im
Fall einer vergleichbaren Lampe ohne Hohlraum in einem der Abschlüsse beträgt die benötigte Zündspannung
unter im Übrigen
gleichen Umständen
20 kV.