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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Metallhalogenidlampen oder auch Hg-Hochdruckentladungslampen.
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Stand der Technik
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Aus der
US 7 164 226 ist eine Hochdruckentladungslampe bekannt, die einseitig gesockelt ist, wobei ein zweiseitig verschlossenes Entladungsgefäß in einem einseitig verschlossenen Außenkolben gehaltert ist.
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Aus der
EP 1 391 914 ist eine Hochdruckentladungslampe bekannt, bei der ein zweiseitig verschlossenes Entladungsgefäß in einem einseitig verschlossenen Außenkolben gehaltert ist, wobei die Halterung auf beiden Seiten auch die Zündung erleichtert.
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Aus der
US 5 757 134 ist eine derartige Hochdruckentladungslampe bekannt, bei der eine Glimmerplatter als Hitzeschild in Sockelnähe verwendet wird.
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Darstellung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die eine zuverlässige Ionisation des Füllgases im Entladungsgefäß zum Zwecke der Zündung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Die erfindungsgemäße Lampe besitzt ein vakuumdicht abgeschlossenes Entladungsgefäß, das eine Lampenachse definiert, und das von einem Außenkolben umgeben ist.
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Das Entladungsgefäß ist aus Keramik gefertigt sein. Es ist zweiseitig verschlossen.
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Das Leuchtmittel im Innern des Entladungsgefäßes ist ein Entladungsbogen zwischen zwei Elektroden. Es ist mit zu ihm führenden inneren Stromzuführungen elektrisch leitend verbunden.
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Lampen mit ausgebauchtem Entladungsgefäß besitzen im Vergleich zu zylindrischen Entladungsgefäßen Vorteile hinsichtlich des Anfangslichtstroms und der Lichtstrom-Maintenance. Die Vorteile beruhen auf dem Wegfall des massiven Keramikstopfens.
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Der Wegfall des Stopfens ersetzt jedoch zugleich die seitlich gerichtete Austrahlung durch eine näherungsweise 360° Ausstrahlung aus dem Entladungsgefäß mit der Folge, dass Licht bzw. Wärme nunmehr auch stärker in den dom- und sockelseitigen Bereich des Aussenkolbens gelangt und dort eine zusätzliche Aufheizung des sensiblen Einschmelzbereichs an der Kapillare bewirkt.
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Diese Aufheizung wird noch einmal drastisch verstärkt, wenn das Licht in diesen Bereichen die Lampe nicht endgültig verlassen kann, sondern durch Strukturen in der Leuchte zurückgeworfen wird.
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Solche Strukturen sind:
- 1. Blendschutz-Massnahmen
- 2. Reflektoren mit anschliessenden Reflektorhälsen
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Blendschutz wird in der Beleuchtungspraxis bisher z. B. so realisiert, dass in einem Kuppelbereich des Aussenkolbens eine Blendschutzkappe aufgesetzt wird, wie sie bei Reflektorlmpen ähnlich verwendet wird, siehe
WO2006/081804 .
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Diese Blendschutzkappe kann ihrerseits mit dem Schutzglas der Leuchte verbunden sein.
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Alternativ gibt es Ausführungen in denen ein dosenartig konstruierter Blendschutzbereich mit dem Leuchtenfrontglas verbunden ist, der sich beim Verschliessen der Leuchte über den Dombereich der Lampe legt.
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Die geometrische Ausgestaltung der Kappe bzw. des dosenartigen Blendschutzbereichs erfolgt so, dass direktes Licht aus dem Brenner die Augen der Konsumenten nicht mehr erreichen kann.
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Diese Blendschutz-Einrichtungen führen nach heutigem Stand zu einer deutlichen Reduzierung der Lampenlebensdauer insbesondere bei Entladungsgefäßen, die eine ausgebauchte Form besitzen, weil diese Entladungsgefäße – in viel höherem Maße als zylindrische Entladungsgefäße – Wärme in alle Richtungen, darunter auch in Richtung des Blendschutzbereichs abstrahlen.
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Die Strahlung des ausgebauchten Entladungsgefäßes in den sockelseitigen Lampenbereich führt einerseits zu Lichtstromverlusten im Reflektorhals und weiterhin zu einer Aufheizung im Fassungsbereich der Leuchte und dahinter. Je nach Ausführungsform kann diese Wärme schädlich für das Leuchtengehäuse oder nahe befindliche elektronische Vorschaltgeräte sein.
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Beiden Nachteilen wirkt ein reflektierender Bereich im Hals am Ende des Reflektors entgegen, der das Licht und die Wärme wieder in die Lampe zurückbefördert, wie an sich bekannt. Allerdings kommt es hierdurch dann im Bereich der sockelseitigen Kapillare zu einer verstärkten Aufheizung mit der Folge von Lampenfrühausfällen.
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Desweiteren kommt es zu einer Aufheizung der Sockelrandtemperatur mit der Folge, dass die zulässigen Temperaturen ev. überschritten werden.
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Bisher hat man als Gegenmaßnahme spezielle Blendschutzmaßnahmen verwendet oder laternativ den Außenkolben mit Stickstoff gefüllt. Dabei wird allerdings eine größere Streuung des Farborts in Kauf genommen, eine weitere Konsequenz ist eine langasmere Stabilisierung der Lampe und eine schlechtere Minatenance des Lichtstroms.
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Es werden zwei konstruktive Lösungen vorgeschlagen, um bei Lampen mit ausgebauchtem Entladungsgefäß in Leuchten mit Blendschutz und/oder Reflektorhals die Lebensdauer signifikant zu verlängern:
Eine erste Ausführungsform ist, dass um jede Einschmelzung ein kühlender, mit der äußeren Stromzuführung verbundene Clip aus Metall gesetzt wird.
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Diese Clips dienen zugleich der Zündhilfe und damit dem Ersatz radioaktiver Zusätze wie Kr85.
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Hierbei werden die üblicherweise in der Einschmelzung vorhandenen Blasen als UV-Enhancer genutzt. Derartige Blasen sind im Glaslot vorhanden.
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Bei erschwerter Zündung wirken diese Blasen des weiteren über die Kontaktierung eines auf dem Brenner befindlichen Zündstrichs, wie er an sich bekannt ist.
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Eine zweite Ausführungsform ist die Verwendung von transparenten, jedoch IR rückstrahlenden Reflexionsscheiben in der Metallhalogenidlampe, die sich etwa in der Mitte der Kapillare befinden und dort vorzugsweise mit Hilfe von Clips befestigt sind, die wiederum als Zündhilfe fungieren.
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Alternativ zu den IR-rückstrahlenden Reflexionsscheiben können Glimmerscheiben eingesetzt werden. Diese sind für Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich transparent, während sie Strahlung im IR Bereich absorbieren und in alle Raumrichtungen emittieren. Im Ergebnis kommt es auch hier zu einer deutlichen Reduzierung der in den Blendschutz bzw. Reflektorhalsbereich (und von dort zurück auf die Einschmelzungen) gelangenden Wärmestrahlung. Diese Glimmerscheiben sind sehr kostengünstig.
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Durch den Einbau der Kühlclips bzw. der IR-rückstrahlenden Reflexionsscheiben wird die Kapillare der Metallhalogenidlampe deutlich weniger als bisher aufgeheizt.
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Dies führt zu einer Verlängerung der aktuellen mittleren Lebensdauer in herkömmlichen Leuchten von 16.000 h auf über 25.000 h.
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Bei Verwendung von Reflektorhälsen bzw. Blendschutzkappen wird nunmehr die bisher auf ca. 9.000 h reduzierte mittlere Lebensdauer wieder auf einen Wert von 16.000 h angehoben.
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Im Fall der IR-rückstrahlenden Reflexionsscheiben bewirkt die nunmehr auf den Brenner zurückgestrahlte Wärme zugleich eine Erhöhung des Metallhalogenid-Dampfdrucks und damit eine Erhöhung der Lichtausbeute um ca. 5%.
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Beide Konstruktionen wirken zugleich als Ersatz für radioaktive Zusätze, indem sie als elektrische Zündhilfen wirken.
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Bzgl. der IR reflektierenden Scheiben wird auf eine ähnliche Konstruktion in der
EP 1 391 914 verwiesen, bei der die metallischen Befestigungsscheiben des Shrouds etwa in der Mitte der Kapillare fixiert sind.
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Im Unterschied hierzu wird die Lichtverteilung der Lampe bei den hier vorgeschlagenen transparenten Scheiben nicht verändert.
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Glimmerscheiben werden im Fußbereich unterschiedlich leistungsstarker Hochdruckentladungslampen eingesetzt und dienen dazu, die durch das Gestell und die Wärmestrahlung in der Lampe erzeugte Wärme zu absorbieren und über die vergleichsweise große Fläche diffus wieder abzustrahlen, wodurch erreicht wird, dass die Temperatur am Lampensockel die Maximal erlaubte Temperatur von 210°C nicht überschreitet.
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Wesentliche Merkmale der Erfindung in Form einer numerierten Aufzählung sind:
- 1. Hochdruckentladungslampe mit einem vakuumdicht abgeschlossenen zweiseitig verschlossenen Entladungsgefäß, das transluzent oder transparent für UV-Strahlung ist, und das aus Keramik besteht, und das eine Längsachse (A) definiert, und das zwei Elektroden enthält, und das an seinen als Kapillaren ausgeführten Enden in einem Einschmelzbereich durch ein Glaslot am Ausgang der Kapillare abgedichtet ist, wobei das Entladungsgefäß von einem Außenkolben umgeben ist, der einseitig verschlossen ist, wobei das Entladungsgefäß im Außenkolben durch ein Gestell gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einer Kapillare, bevorzugt auf beiden, ein Kühlmittel aufgebracht ist, das am Bügeldraht befestigt ist. Insbesondere ist im Falle eines einzigen Kühlmittels dieses eine Scheibe aus Dielektrikum wie Glimmer.
- 2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel auf beiden Kapillaren angebracht ist und im wesentlichen aus Metallblech besteht und als Clip gestaltet ist.
- 3. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel im wesentlichen eine dielektrische Scheibe ist.
- 4. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe aus Glimmer gefertigt ist.
- 5. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe mit IR-rückstrahlenden Eigenschaften ausgestattet ist.
- 6. Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallblech die Kapillare zumindest in einem Halbkreis eng umschließt.
- 7. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel so positioniert ist, dass es gleichzeitig den Einschmelzbereich vor aufheizender Strahlung schützt.
- 8. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe quer zur Achse steht.
- 9. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe mittels eines Blechclips gehaltert ist.
- 10. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel auf der sockelseitigen Kapillare angeordnet ist und ein metallisches Teil aufweist, das gleichzeitig die Zündung unterstützt.
- 11. Lampe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Glaslot Blasen aufweist, die dazu geeignet sind, die Zündung zu unterstützen, und die mit einem UV-Strahlung absondernden Medium gefüllt sind.
- 12. Lampe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium ein Edelgas, insbesondere Argon, ist.
- 13. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß aus Quarzglas oder Keramik gefertigt ist.
- 14. Lampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Entladungsgefäß ein keramischer Zündstrich aufgesintert ist, der mit dem sockelseitigen Kühlmittel in elektrischen Kontakt steht.
- 15. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkolben in einem Reflektor sitzt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer Metallhalogenidlampe in Seitenansicht (1a) und um 90° gedreht (1b);
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2 ein Detail der Kapillare aus 1 in Seitenansicht;
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Lampe;
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Lampe.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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In 1 ist eine Metallhalogenidlampe 1 gezeigt, die einseitig abgedichtet ist. Es handelt sich beispielsweise um eine 150 W Lampe mit einem Entladungsgefäß 2 aus Keramik. Es hat ein ausgebauchtes Mittelteil 4 und zwei Enden, die Kapillaren 5 bilden. In diesen sind zwei Elektroden verankert, die über Durchführungen in der Kapillare zu Zuleitungen nach außen geführt sind. Die Füllung des Entladungsgefäßes enthält Metallhalogenide, Edelgas und Quecksilber.
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Das Entladungsgefäß 2 ist von einem Außenkolben 8 umgeben, der im wesentlichen zylindrisch ist und mit einer flachen Kuppe 9 an einem ersten Ende abgeschlossen ist. Das andere Ende ist von einer Quetschung 10 verschlossen, die zwei Folien 11 aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind. Gestelldrähte 12a, b verbinden die Zuleitungen 15 im Entladungsgefäß mit den Folien 11 im Außenkolben. Von dem Außenkolben erstrecken sich äußere Stromzuführungen 14 nach außen. Der Außenkolben ist aus Quarzglas gefertigt, das mit einer Dotierung zur Absorption von UV-Strahlung versehen sein kann. Übliche Dotierungen sind Oxide des Cer und/oder des Titan.
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Vom langen Gestelldraht 12b erstrecken sich zwei metallische Kühlclips 20 zu den Kapillaren 5, bevorzugt in der Nähe des äußeren Endes der Kapillare.
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Eine derart kompakte Lampe erreicht trotz hoher Belastung eine Lebensdauer von mindestens 6000 Std., insbesondere sogar mehr als 12000 Std. bei optimaler Gestaltung.
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2 zeigt ein Detail einer Kapillare. Der Elektrodenkopf 21 und daran angesetzte Schaft 22 sind mit einem zylindrischen stiftartigen Durchführungsteil 23 verbunden, hier ein Cermet, wie an sich bekannt. Dieses ist seinerseits mit einem Stift 24 aus Nb verbunden, der als Zuleitung wirkt. Im Bereich des inneren Endes des Nb-Stifts ist die Kapillare mit Glaslot 25 gefüllt. In diesem Bereich erstreckt sich der Kühlungsclip 20 um einen Teil der Kapillare 5, er ist zumindest als Halbkreis eng an der Kapillare anliegend. Dabei wirkt mindestens einer der Kühlungsclips gleichzeitig als Zündhilfe, wie an sich bekannt. Eine besonders wirksame Zündhilfe wird dadurch erzielt, dass im Glaslot – in einem ausreichendem Maße um als UV-Enhancer zu wirken – kleine Bläschen 30, die mit Ar gefüllt sind, enthalten sind.
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Derartige Bläschen können dadurch eingebracht werden, dass die Glasfritte für das Glaslot 25 unter Druck eingepresst wird. Beim Aufschmelzen entstehen dann die gewünschten Bläschen, dabei sollte eine spezielle Atmosphäre wie Ar oder ein anderes geeignetes Gas verwendet werden.
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Dieser Prozess kann dadurch ersetzt oder noch verbessert werden, dass beim Einschmelzvorgang als Füllgas Ar verwendet wird, und dieses wegen des Temperaturanstiegs und damit verbundenen Überdrucks als Bläschen in das Glaslot drängt. Daher ist es vorteilhaft, aber nicht unbedingt erforderlich, dass die Clips in der unmittelbaren Nähe des Bereichs angeordnet sind, wo sich in der Kapillare das Glaslot befindet.
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Derartige Blasen haben einen typischen Durchmesser von 5 bis 25 μm. Sie sollten typisch 0,5 bis 5% des Volumens in der Kapillare 5, das mit Glaslot 25 abgedeckt ist, füllen. Bevorzugt sitzen dabei die Clips 20 in unmittelbarer Nähe des vorderen Endes des mit Glaslot gefüllten Volumens, so daß die UV-Strahlung durch die Kapillare in das Entladungsvolumen gelangen kann.
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3 zeigt eine Alternative. Dieses Ausführungsbeispiel kombiniert die Clips 20 mit einem Zündstrich 30, wie er an sich bekannt ist. Diese Kombination ist notwendig, wenn große Elektrodenabstände und/oder hoher Fülldruck des Argon im Entladungsgefäß vorliegen. Dabei erstreckt sich ein Zündstrich 30, der auf das keramische Entladungsgefäß 2 axial aufgesintert ist, von dem sockelseitigen Clip 20a bis in Höhe der gegenüberliegenden Kapillare 5, jedoch ohne den dort befindlichen zweiten Clip 20b zu berühren. Zur Verbesserung der Wirkung sind Zündringe 31 um die Kapillaren angebracht, die mit dem Zündstrich 30 in Kontakt stehen. Dabei ist der Zündring oder die Zündringe 32 auf der vom Sockel entfernten zweiten Kapillare 5 entscheidend. Die dem Sockel zugewandten Zündringe 31 auf der ersten Kapillare können ggf. weggelassen werden, weil durch die Kontaktierung nur die domseitigen Ringe als Zündhilfe wirksam sind.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine Kühlwirkung durch zwei Quarz- oder Glimmerscheiben 40 erzielt wird. Diese sind auf die beiden Kapillaren 5 aufgesteckt. Dadurch wird eine Abschirmung der Einschmelzbereiche mit Glaslot 25 vor der direkten Strahlung und ein Blendschutz und/oder Schutz vor vom Reflektorhals 45 reflektierten Wärmestrahlung des Entladungsgefäßes 2 erzielt. Als transparente Materialien für die Scheiben eignen sich insbesondere Glimmer oder Quarzglas.
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Eine typische Dicke der Scheibe ist etwa 0,1 bis 0,3 mm bei Glimmer und 0,7 bis 1,0 mm bei Quarz. Die Scheiben können insbesondere mit einer IR-reflektierenden Beschichtung 46 versehen sein. Im Falle der IR-Beschichtung der Scheiben ist die Lichtausbeute der Lampe um ca. 5% erhöht.
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Vorteilhaft werden diese Scheiben mittels eines Befestigungs-Clips 47 an der Kapillare befestigt. Diese Clips können wieder dazu benutzt werden, um das blasenhaltige Volumen an Glaslot im Innern der Kapillare als UV-Enhancer zu aktivieren.
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Ähnlich wie im Fall der Kühl-Clips ist in bestimmten Fällen eine Kombination mit einem Zündstrich sinnvoll.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7164226 [0002]
- EP 1391914 [0003, 0034]
- US 5757134 [0004]
- WO 2006/081804 [0014]
