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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Lampe, vorzugsweise
einer einseitig gequetschten Glühlampe
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens
und eine nach einem derartigen Verfahren hergestellte Lampe.
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Stand der
Technik
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Ein
derartiges, beispielsweise aus der
DE 196 23 499 A1 bekanntes Verfahren wird
beispielsweise zur Herstellung von Halogenglühlampen verwendet. Prinzipiell
können
nach diesem Verfahren jedoch auch Lampen anderer Bauart, beispielsweise Entladungslampen
hergestellt werden. Bei dem bekannten Verfahren wird zunächst ein
Kolbenrohr stirnseitig mit einer abgerundeten Kuppe versehen, an
der ein axialvorstehender Pumprohransatz ausgebildet ist. Des Weiteren
wird das Kolbenrohr in einer Form durch Einblasen von Inertgas zu
einem Lampenkolben umgeformt, durch dessen offene Zuführeinrichtung
ein Gestell eingesetzt wird, an dem zumindest eine Wendel und die
Stromzuführungen
ausgebildet sind. Des Weiteren wird der Pumprohransatz teilweise
abgetrennt, so dass ein Pumprohr an die entstehende offene Kanüle angesetzt
werden kann. Die Zuführöffnung für das Gestell
wird dann durch eine Quetschung gasdicht verschlossen und über das
Pumprohr der vom Lampenkolben umschlossene Innenraum evakuiert und
mit einem Halogene enthaltenden Füllgas gefüllt. In einem abschließenden Arbeitsgang
wird dann das Pimprohr abgeschmolzen, so dass der Lampenkolben verschlossen
ist und die beiden Stromzuführungen
aus der Quetschung herausragen.
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Ein ähnliches
Verfahren ist auch in der
US-PS
4,756 701 beschrieben, bei dem die Ausgestaltung der Kontur
im Bereich der Kuppe jedoch nicht so exakt ausgeführt werden
kann, wie dies beim Stand der Technik gemäß der
DE 196 23 499 A1 der Fall
ist.
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Nachteilig
bei diesen Lösungen
ist, dass im Bereich der Kuppe durch das abgeschmolzene Pumprohr
stets ein axialer Vorsprung, die sogenannte Pumpspitze verbleibt,
die zu Schatten und störenden Strukturen
bei frontaler Ausleuchtung führen
kann. Des Weiteren ist nachteilig, dass diese bekannten Verfahren
relativ aufwendig sind, da das Pumprohr zunächst angesetzt und in einem
sich anschließenden
Arbeitsschritt wieder abgetrennt und die verbleibende Pumpspitze
verschlossen werden muss.
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Darstellung
der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens und eine Lampe zu schaffen, bei denen die vorbeschriebenen
Nachteile ausgeräumt sind.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmalskombination
des Anspruchs 1, hinsichtlich der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
durch die Merkmale des Anspruchs 12 und hinsichtlich der Lampe durch
die Merkmalskombination des nebengeordneten Anspruch 15 gelöst.
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Besonders
vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß erfolgt
die Befüllung
eines Lampenkolbens nicht – wie
beim Stand der Technik – über ein
eigens angesetztes Pumprohr sondern über die ohnehin schon vorhandene
Zufuhröffnung,
durch die ein Leuchtmittel, in den Lampenkolben eingeführt wurde.
Durch diese Lösung
kann eine von dieser Zuführöffnung entfernte
Kuppe des Lampenkolbens glattflächig,
ohne Pumpspitze ausgeführt
werden, so dass die stirnseitige Ausleuchtung gegenüber herkömmlichen
Lösungen
wesentlich verbessert werden kann. Die Herstellung der Lampen ist
im Vergleich zu den gattungsgemäßen Verfahren
ebenfalls vereinfacht, da die gesonderten Arbeitsschritte zum Ausbilden
und Abtrennen/Verschweißen
des Pumprohrs entfallen können.
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Es
wird bevorzugt, die Befüllung
und das Quetschen im Bereich der Zuführöffnung in einem gasdicht verschlossenen
Raum, vorzugsweise einem Druckbehälter durchzuführen, in
dem sowohl eine Halterung für
den Lampenkolben, das Leuchtmittel als auch die Quetscheinrichtung
angeordnet sind.
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Das
Befüllen
kann dann durch Fluten des Druckbehälters mit dem Füllgas oder über eine
geeignete Gaseinfüllvorrichtung
erfolgen.
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Das
Verfahren lässt
sich weiter vereinfachen, wenn die Erwärmung des zu quetschenden Bereichs
des Lampenkolbens durch hochenergetische Strahlung, beispielsweise
Laserstrahlung erfolgt. Der Laser selbst kann ausserhalb des Raums/Druckbehälters angeordnet
sein, wobei der Laserstrahl über ein
oder mehrere Laserfenster in das Behälterinnere eintreten kann.
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Je
nach herzustellender Lampe kann es vorteilhaft sein, den Laserstrahl
von zwei Seiten her oder einsteitig eintreten zu lassen, wobei zumindest
im letztgenannten Fall die Lampe gedreht werden sollte, um den Quetschbereich
beidseitig zu erwärmen, während im
erstgenannten Fall eine gleichzeitige Erwärmung diametral angeordneter
Flächen
erfolgt.
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Die
Qualität
der Quetschdichtung kann wesentlich verbessert werden, wenn durch
Ablenkung eines Laserflecks mittels eines Scanners ein vorbestimmtes
Strahlprofil erzeugt wird, durch das eine gerichtete Erwärmung des
Quetschbereichs ermöglicht ist.
Dieses Strahlprofil wird beispielsweise so eingestellt, dass die
Intensität
zur Zuführöffnung,
d. h. zur Lampenkolbenunterkante hin allmählich ansteigt, um die Strahlungsverluste
in diesem Bereich zu vermeiden. In dem Fall, in dem der Lampenkolben über eine Lampenzange
oder dergleichen gehalten wird. wird es bevorzugt, die Strahlungsintensität auch zu
dieser Lampenzange hin zu erhöhen,
um Strahlungsverluste über
die Zange zu minimieren, so dass eine durchgängige und gleichmäßige Erwärmung des
Quetschbereichs gewährleistet
ist.
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Bei
Halogenglühlampen
ist der Lampenkörper üblicherweise
aus Quarzglas gebildet – zur
Minimierung einer SiO2-Bildung kann die
Laserleistung in Abhängigkeit
von der Einstrahldauer verringert werden.
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Es
zeigte sich, dass eine Laserleistung zwischen 300 Watt und 2500
Watt und eine Eintrahldauer im Bereich von 2 Sekunden bis 20 Sekunden
hinreichend ist.
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Ein
wichtiges Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der
Herstellung von sogenannten Reflektorlampen, bei denen der Lampenkolben
reflektorartig erweitert und mit einer Reflexionsschicht versehen
ist, da im Bereich einer den Reflektor abschließenden Kuppe keine Pumpspitze
ausgebildet ist, die bei dem nach herkömmlichen Verfahren hergestellten
Lampen unweigerlich entsteht.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Im
folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf Zeichnungen näher
erläutert
werden. Es zeigen:
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1 eine
Vorderansicht einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Halogenglühlampe;
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2 eine
Seitenansicht der Halogen-Glühlampe
aus 1;
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3 eine
Unteransicht der Halogen-Glühlampe
aus 1;
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4 eine
Seitenansicht einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Halogen-Reflektorlampe;
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5 ein
Grundschema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Durchführung
des Verfahrens und
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6 eine
Schemadarstellung einer Lampenhalterung der Vorrichtung aus 5.
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Bevorzugte
Ausführungen
der Erfindung
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von Niedervolt-Halogenglühlampen
erläutert.
Wie bereits eingangs erwähnt,
ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
jedoch keinesfalls auf derartige Lampentypen beschränkt sondern
hier nur beispielhaft gewählt.
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Die 1 bis 3 zeigen
ein Ausführungsbeispiel
einer Halogen-Glühlampe,
die für
Niedervoltbetrieb oder Netzspannung ausgelegt sein kann und die
im Wohnraum oder als Möbeleinbauleuchte
verwendet werden kann.
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Die
Glühlampe 1 hat
einen Lampenkolben 2, der im Rohzustand (gestrichelt in 2)
etwa die Form eines Hohlzylinders hat, wobei ein Endabschnitt durch
eine ballig gekrümmte
Kuppe 4 gebildet ist. Diese ist im Unterschied zu herkömmlichen Halogenglühlampen
nicht mit einer Pumpspitze 6 versehen, die in 1 getrichelt
angedeutet ist, sondern glattflächig
ausgeführt,
so dass die stirnseitige Abstrahlung nicht behindert ist. Der Lampenkolben 2 ist
aus Quarzglas oder aus Hartglas hergestellt.
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An
dem in den 1 und 2 unteren
Endabschnitt des Lampenkolbens 2 ist eine Quetschdichtung 8 ausgebildet, über die
ein Gestell 10 gasdicht im Lampenkolben 2 gehalten
wird. Das Gestell 10 hat eine Wendel 12 deren
Achse koaxial zur Lampenachse (vertikal in 1) verläuft. Durch
den Wendeldraht sind zwei Stromzuführungen 14, 16 gebildet,
die mit in der Quetschdichtung 8 angeordneten Molybdän-Folien 18, 20 verbunden
sind. Diese sind ihrerseits mit ausserhalb der Quetschdichtung 8 liegenden
Sockelstiften 22, 24 verbunden. Die Quetschung
erfolgt über
Formquetschbacken, so dass in der Seitenansicht gemäß 2 der
zylinderförmige Grundkörper flachgedrückt wird,
so dass sich gemäß in 3 ein
Profil ergibt, das an seinen aussenliegenden Schmalseiten 26, 28 trapezförmig erweitert ist.
Das in 3 ersichtliche Profil der Quetschung 8 ist
durch die Geometrie der Formquetschbacken bestimmt.
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Der
Innenraum des Lampenkolbens 2 ist bei Halogenlampen mit
einem Füllgas
gefüllt,
das einen Anteil eines Halogens (30 bis 3000 ppm) enthält. Der sich
beim Anschalten der Lampe einstellende Halogenkreislauf ist hinlänglich bekannt,
so dass diesbezügliche
Erläuterungen
entbehrlich sind.
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Eine
Besonderheit der vorbeschriebenen Glühlampe 1 besteht darin,
dass das Evakuieren und Füllen
mit Füllgas
nicht – wie üblich – über ein
an die Pumpspitze 6 angesetztes Pumpenrohr sondern vor der
Quetschung durch die im Rohzustand (gestrichelt in 2)
offene Zuführöffnung 30 des
Lampenkolbens 2 erfolgt – eine Pumpenspitze 6 ist
nicht erforderlich, die Kuppe 4 kann daher mit hoher optischer Qualität ausgeführt werden.
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In 4 ist
eine Variante einer Glühlampe 1 dargestellt,
die als Halogen-Reflektorlampe
ausgeführt
ist. Der Grundaufbau dieser Lampe ist der gleiche wie beim vorbeschriebenen
Ausführungsbeispiel,
d. h., in einem Lampenkolben 2 ist ein Gestell 10 aufgenommen,
wobei der untere Endabschnitt des Lampenkolbens 2 über die
Quetschdichtung 8 gasdicht verschlossen ist. Im Unterschied
zu vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
geht die Quetschdichtung 8 in einen Hals 32 über, der
sich dann trichterförmig
zu einem Reflektor 34 erweitert, der von der ebenfalls
ballig ausgeführten
aber mehr ausgewölbten
Kuppe 4 verschlossen ist. Die trichterförmigen Umfangswandungen des
Reflektors 34 sind mit einer als Reflexionsschicht wirkenden
Silberbeschichtung 36 versehen.
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Beide
Lampen (1 bis 3; 4)
können
zusätzlich
noch mit einer speziellen Interferenzfilterbeschichtung versehen
sein, über
die Wärme
auf die Wendel zurückreflektiert
wird, so dass weniger Energie von aussen zugeführt werden muss, um die Wendel
auf Betriebstemperatur zu halten. Diese Infrarotbeschichtung (IRC)
ermöglicht
eine höhere Lichtausbeute
und somit eine Einsparung von Energiekosten zum Betreiben der Lampe.
Falls eine derartige Beschichtung aufgetragen wird, wird der Lampenkolben 2 mit
einem elliptischen Querschnitt ausgebildet.
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Wie
eingangs erwähnt,
erfolgt die Quetschung und damit das gasdichte Abschließen des Lampenkolbens 2 nach
unten hin beim Stand der Technik nach dem Ausformen der Aussenkontur
des Lampenkolbens 2 mittels Formquetschbacken 35, über die
auch die sich an die Quetschdichtung 8 anschließenden Bereiche
des Lampenkolbens 2 nachgeformt werden. Die Erwärmung auf
Verformungstemperatur erfolgt bei den herkömmlichen Lösungen üblicherweise durch Gasbrenner, über die
der Bereich der Quetschdichtung 8 erwärmt wird.
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5 zeigt
eine Vorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist,
bei dem die Befüllung
des Lampenkolbens 2 von unten her über die Zuführöffnung 30 und das
Erwärmen
des Lampenkolbens 2 mittels Laserstrahlung erfolgt.
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Die
Vorrichtung hat gemäß 5 eine Druckkammer 38,
in der eine oder mehrere der zu füllenden und zu quetschenden
Glühlampen 1 angeordnet
sind. Diese wird über
eine Vorrichtung gehalten, die in 6 detailierter
dargestellt ist.
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Die
Druckkammer 38 lässt
sich mittels einer Inertgasleitung 40 mit Inertgas befüllen oder
evakuieren. Des Weiteren taucht in die Druckkammer 38 eine Füllgas-Kanüle 42 ein,
die in die in 2 dargestellte Zuführöffnung 30 eintaucht
und an eine Füllgasleitung 44 angeschlossen
ist.
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Als
Alternative zu der Kanüle
kann auch die gesamte Druckkammer – wie gestrichelt angedeutet – über die
Füllgasleitung 44 gespült werden,
so dass auf die Kanüle 42 verzichtet
werden kann.
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Die
Erwärmung
des Quetschbereichs erfolgt mittels eines Lasers 46, wobei
beim dargestellten Ausführungsbeispiel
ein CO2-Laser mit einer Wellenlänge von
10,6 μm
verwendet wird – selbstverständlich sind
auch andere Lasertypen einsetzbar.
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Der
vom Laser 46 abgegebene Laserstrahl wird über eine
geeignete Fokussieroptik beispielsweise bestehend aus einem Prisma 48,
einem Parabolspiegel 50 sowie einem verschwenkbaren Scannerspiegel 52 durch
ein Laserfenster 54 der Druckkammer 38 hindurch
auf den Quetschbereich des Lampenkolbens 2 gerichtet. Bei
dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel tritt der Laserstrahl
einseitig in die Druckkammer 38 ein, so dass auch jeweils
nur eine Seite des Lampenkolbens 2 erwärmt wird. Eine derartige Fokussieroptik
setzt voraus, dass die Glühlampe 1 drehbar
in der Druckkammer 38 aufgenommen ist, so dass der Quetschbereich gleichmäßig beidseitig
erwärmbar
ist. Auf diese drehbare Lagerung der Glühlampe 1 kann verzichtet
werden, wenn der Laserstrahl über
das Prisma 48 in zwei Teilstrahlen geteilt wird, die dann
von links und rechts über
zwei Laserfenster 54 in die Druckkammer 1 eintreten – d. h.,
der in 5 dargestellte Strahlungsverlauf ist dann um die
Hochachse gespiegelt. Es kann jedoch auch bei dieser Variante vorteilhaft
sein, die Glühlampe 1 während des
Erwärmens
zu drehen.
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Der
Antrieb des Scannerspiegels 52 ist so angesteuert, dass
der Laserfleck einen vorbestimmten Bereich a überstreicht, wobei durch Steuerung des
Scannerantriebs ein vorbestimmtes Strahlprofil einstellbar ist, über das
die Erwärmung
wegabhängig gesteuert
wird. Dies sei anhand 6 erläutert.
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6 zeigt
die Glühlampe 1 im
eingespannten Zustand, wobei der vom Laserstrahl überstrichene
Bereich gestrichelt angedeutet ist.
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Der
unverformte Lampenkolben 2 (siehe 2) wird
von einer Kolbenzange 54 gehalten, die um die Hochachse
drehbar ist. Das durch die Zuführöffnung 30 in
den Lampenkolben 2 eingeführte Gestell 8 wird
von einem ebenfalls drehbar gelagerten Gestellhalter 58 in
seiner vorbestimmten Relativposition zum Lampenkolben 2 gehalten.
Durch den Gestellhalter erstreckt sich die Kanüle 42 durch die hindurch
das Füllgas
in das Innere des Lampenkolbens 2 einpressbar ist.
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Je
nach Verfahrensschema (Zuführen
von Füllgas über die
Kanüle 42 oder
durch Spülen
der Druckkammer 38), ist das Füllgas auf einen leichten Überdruck
eingestellt, der je nach Lampenvolumen zwischen 190 und 300 mbar
liegen kann.
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Nach
oder während
des Befüllens
des Lampenkolbens wird der Laser 46 angesteuert und die Kolbenstange 56 sowie
der Gestellhalter 58 synchron mit einer Drehzahl zwischen
180 bis 600 U/min gedreht. Der Scannerspiegel-Antrieb wird dabei
so angesteuert, dass sich ein Strahlprofil einstellt, wie es in 6 rechts
dargestellt ist. D. h., das Intensitätsprofil steigt im Bereich
des Kolbenzange 56 leicht an, um Strahlungsverluste über die
Kolbenunterkante auszugleichen. Das Intensitätsprofil steigt auch zur Unterkante,
d. h., zur Zuführöffnung 30 hin
an, um die Strahlungsverluste in diesem Bereich auszugleichen – dadurch
wird eine sehr gleichmäßige Erwärmung der
zu quetschenden Abschnitte erzielt. Die Einstrahldauer und die Laserleistung
wird dabei so eingestellt, dass die SiO2-Entwicklung
minimiert ist. Vorversuche zeigten, dass eine Einstrahldauer im
Bereich zwischen 2 bis 20 Sekunden bei einer Laserleistung zwischen
300 und 2500 Watt liegen kann.
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Zur
weiteren Minimierung der SiO2-Entwicklung
kann die Laserleistung während
der Einstrahldauer stufenweise verringert werden. Prinzipiell konnte
festgestellt werden, dass sich die SiO2-Bildung
mit sinkender Laserleistung und gleichzeitig etwas längerer Einstrahldauer
verringern lässt.
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Nach
Erwärmung
des Quetschbereiches werden die Formquetschbacken 60, 62 (strichpunktiert
in 6) zugefahren und die in den 1 bis 3 dargestellte
Quetschung oder eine andere Geometrie ausgebildet.
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Um
den während
der Erwärmung
entstehenden SiO2-Dampf zu entfernen, kann
in der Druckkammer 38 des Weiteren noch eine Absaugung
mit einem Absaugrohr vorgesehen werden.
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Offenbart
sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Lampe
sowie eine nach diesem Verfahren hergestellte Lampe, bei denen die
Befüllung
eines einseitig geschlossenen Lampenkolbens durch eine Zuführöffnung für ein Leuchtmittel
erfolgt. Dadurch lässt
sich eine Kuppe des Lampenkolbens glatt ohne Pumpspitze ausführen.