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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektrodenlose Plasma-Beleuchtungsvorrichtungen und betrifft insbesondere eine thermisch von einem Drehantrieb weitestgehend entkoppelte Halterung eines Leuchtmittelkörpers einer solchen elektrodenlosen Plasma-Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere einer Mikrowellen-Lampe.
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Hintergrund der Erfindung
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Derartige Plasma-Beleuchtungsvorrichtungen, auch als Mikrowellen-Lampe bezeichnet, weisen einen Leuchtmittelkörper auf, der als mit einem Edelgas niedrigen Druckes gefüllter Quarzglaskörper ausgebildet ist, der mit Metall-Halogenidsalzen beschichtet ist. Durch Mikrowelleneinstrahlung wird in dem Leuchtmittelkörper ein Plasma erzeugt, in dem die Edelgasfüllung ionisiert wird. Das Plasma bewirkt, dass das Metall-Halogenidsalz verdampft. Edelgasplasma und Metall-Halogeniddampf gemeinsam emittieren Licht eines breiten Spektralbereichs, wobei das Lichtspektrum durch Dotieren der Beschichtung verändert werden kann. Derartige Lampen zeichnen sich insbesondere durch eine hohe Lichtausbeute und Lebensdauer des Leuchtmittels aus. Herkömmliche Plasma-Beleuchtungsvorrichtungen sind jedoch vergleichsweise komplex aufgebaut, was zu höheren Kosten führt.
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Zur Abschirmung der den Leuchtmittelkörper anregenden Radiofrequenz-Strahlung wird dieser üblicherweise in einem als Faraday-Käfig wirkenden Gitterkäfig angeordnet, der für die anregende Radiofrequenz-Strahlung im Wesentlichen undurchlässig ist, jedoch ausreichend Licht hindurch lässt. Innerhalb des Gitterkäfigs bildet sich üblicherweise eine stehende Welle aus, die zur Ausbildung von Hot-Spots und somit zu einer thermischen Überlastung des Leuchtmittelkörpers führen kann. Um dies zu vermeiden, wird der Leuchtmittelkörper üblicherweise innerhalb des Gitterkörpers bewegt. Hierzu werden üblicherweise Drehhalterungen eingesetzt, die von einem Gleichstrommotor angetrieben werden, um den Leuchtmittelkörper um eine Rotationsachse zu drehen.
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US 7,583,029 B2 offenbart eine elektrodenlose Plasma-Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, mit einem Leuchtmittelkörper, der mittels einer Radiofrequenz-Strahlung zum Leuchten angeregt wird und von einen Schaft gehalten ist, und einem Halteteil, das als Hülse ausgebildet ist, deren eines Ende mit dem Schaft verbunden ist und deren anderes Ende mit der Abtriebswelle eines Antriebsmotors zum Drehen des Leuchtmittelkörpers zum Drehen des Leuchtmittelkörpers um die Längsachse des Schafts gekoppelt ist. Der Schaft ist in die Hülse eingeklebt (bonded) oder von dieser geklemmt. Aufgrund des vergleichsweise großen Oberflächenkontakts wird die Wärme von dem Leuchtmittelkörper und den Schaft vergleichsweise gut auf die Abtriebswelle und den Antriebsmotor übertragen, so dass der Aufwand durch aktive Kühlung, insbesondere durch einen Lüfter, vergleichsweise groß ist und zu unerwünschten Störgeräuschen im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung führen kann.
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US 5,811,936 offenbart eine weitere elektrodenlose Plasma-Beleuchtungsvorrichtung, wobei jedoch Details der Kopplung des Leuchtmittelkörpers mit dem Drehantrieb nicht offenbart sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrodenlose Plasma-Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 dahingehend weiterzubilden, dass der Aufwand zur Kühlung geringer ist und insbesondere eine Wärmeübertragung von dem Leuchtmittelkörper auf den Drehantrieb und das Lager geringer ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine elektrodenlose Plasma-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß stehen eine Mehrzahl von Anlagepunkten von einer Oberfläche des Halteteils vor, die zur Abstützung des Schafts an diesem anliegen, so dass dieser nur punktuell gelagert ist, das heißt nur an der Mehrzahl von Anlagepunkten, nicht jedoch vollflächig an dem Halteteil. Aufgrund der vergleichsweise kleinen Kontaktfläche zwischen dem heißen Schaft und dem Halteteil ist die Wärmeleitung von dem Leuchtmittelkörper über den Schaft und das Halteteil hin zu dem Drehantrieb wirkungsvoll verringert, so dass der Aufwand zur Kühlung des Halteteils und der Abtriebswelle des Antriebsmotors erheblich verringert werden kann. Auch ist der Aufbau der Beleuchtungsvorrichtung in diesem Bereich vereinfacht, was zu geringeren Kosten führt. Insgesamt lässt sich so ein zuverlässigerer Dauerbetrieb in einfacher Weise realisieren.
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Bevorzugt ist die Mehrzahl von Anlagepunkten an der Oberfläche des Halteteils flexibel oder elastisch gelagert und werden diese beim Einschieben oder Aufschieben des abzustützenden Schafts niedergedrückt. Insgesamt kann so der Schaft geklemmt werden und so zuverlässiger gehalten werden. Grundsätzlich können die Anlagepunkte jedoch derart präzise auf die Größe des Schafts angepasst sein, so dass diese auch inelastisch an der Oberfläche des Halteteils gelagert sein können, insbesondere einstückig mit dem Halteteil ausgebildet sein können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Halteteil als Aufnahmehülse ausgebildet, in die der Schaft des Leuchtmittelkörpers eingeschoben ist, wobei die Anlagepunkte von einer Innenoberfläche der Aufnahmehülse vorstehen. Dabei wird es bevorzugt, wenn der Schaft symmetrisch in der Aufnahmehülse aufgenommen ist, da dann insbesondere Klemmkräfte auf den Schaft symmetrisch einwirken können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Mehrzahl von Anlagepunkten unter gleichen Winkelabständen zueinander auf der Innenoberfläche der Aufnahmehülse verteilt angeordnet und stehen diese unter gleichen Abständen von der Oberfläche der Aufnahmehülse vor.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Anlagepunkte an vorderen Enden von Federzungen ausgebildet, die auf der Innenoberfläche der Aufnahmehülse elastisch gelagert sind oder von dieser ausgebildet sind. Die Federzungen können als gesonderte Bauteile in den Innenraum der Aufnahmehülse eingesetzt werden. Diese können jedoch auch einstückig mit der Aufnahmehülse ausgebildet sein, wie nachfolgend ausgeführt. Bevorzugt ist dabei eine lichte Weite einer Aufnahme, die von den Federzungen ausgebildet ist, geringfügig kleiner als ein maximaler Außendurchmesser des Schafts, so dass der Schaft geringfügig geklemmt in der Innenbohrung der Aufnahmehülse gehalten ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Federzungen auf der Innenoberfläche der Aufnahmehülse jeweils von einer Aussparung, bevorzugt einer Bohrung, und zwei in diese einmündenden Längsschlitzen in der Aufnahmehülse ausgebildet. Die Federzungen können geringfügig einwärts gebogen werden, so dass diese dann auch von der Innenoberfläche der Aufnahmehülse vorstehen können.
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Die Aussparungen und/oder Längsschlitze können dabei so in der Aufnahmehülse ausgebildet sein, dass sich im Betrieb, insbesondere beim Drehen der Aufnahmehülse, automatisch eine kühlende vortex-artige Luftströmung zur Kühlung des Schafts und der Aufnahmehülse ausbildet. Dies hilft, den Aufwand zur Kühlung insbesondere in diesem Bereich effizient zu verringern.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Leuchtmittelkörper auf einer ersten Seite einer Gehäuseabdeckung eines Gehäuses der Plasma-Beleuchtungsvorrichtung angeordnet, wobei das Halteteil den Gehäuseabschnitt bis zu einer zweiten gegenüberliegenden Seite desselben durchragt und auf der gegenüberliegenden Seite mit dem Drehantrieb gekoppelt ist. Der Gehäuseabschnitt kann somit gleichzeitig als rf-Abschirmung wirken oder auch als Seitenwand eines Mikrowellenhohlleiters der Beleuchtungsvorrichtung.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Abtriebswelle des Drehantriebs mit einem dem Leuchtmittelkörper abgewandten Ende des Halteteils gekoppelt, insbesondere mit diesem drehfest verbunden, ohne den Schaft unmittelbar zu berühren. Das Halteteil, beispielsweise die vorgenannte Aufnahmehülse, kann somit an dem abgewandten Ende derselben mit der Abtriebswelle des Drehantriebs gekoppelt sein. Der Schaft ist dabei bevorzugt an dem entgegengesetzten Ende des Halteteils darin aufgenommen. Dadurch wird eine Wärmeleitung von dem Schaft auf die Antriebswelle und den Antriebsmotor weiter verringert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Drehantrieb an einer Zwischenplatte befestigt, die an einer weiteren massiveren Platte befestigt ist, welche ein Lager zur Drehlagerung des Halteteils abstützt. Die massive Platte aus einem Metall dient dabei einer wirkungsvollen Abführung von Wärme, so dass die thermische Belastung des Drehantriebs, also insbesondere eines DC-Motors, weiter verringert werden kann. Dies gilt auch für die thermische Belastung des Lagers zur Drehlagerung des Halteteils.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Halteteil eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf als der Gehäuseabschnitt der Plasma-Beleuchtungsvorrichtung und/oder die vorgenannte Zwischenplatte, so dass die Wärme noch wirkungsvoller abgeführt werden kann.
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Figurenübersicht
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Nachfolgend wird die Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, woraus sich weitere Merkmale, Vorteile und zu lösende Aufgaben ergeben werden. Es zeigen:
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1 in einem Teilschnitt die Kopplung einer zylindrischen Aufnahmehülse zur Abstützung des Schafts eines Leuchtmittelkörpers mit einem Elektromotor gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2a eine zylindrische Aufnahmehülse gemäß einer weiteren Ausführugsform der vorliegenden Erfindung;
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2b die Aufnahmehülse gemäß der 2a in einer schematischen Draufsicht;
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3 die Abstützung des Schafts eines Leuchtmittelkörpers in einer zylindrischen Aufnahmehülse einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 die Aufnahmehülse gemäß der 3 in einer schematischen Draufsicht; und
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5 eine Plasma-Beleuchtungsvorrichtung in einem Teilschnitt gemäß einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder im Wesentlichen gleichwirkende Elemente oder Elementgruppen.
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Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
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Die 1 zeigt in einem Teilschnitt die Lagerung eines als Halteteil 30 wirkenden Aufnahmezylinders 31 und dessen Kopplung mit einem DC-Motor 20 gemäß der vorliegenden Erfindung. Motor 20 und Aufnahmezylinder 31 sind auf einander gegenüberliegenden Seiten einer Abdeckung 10 angeordnet, bei der es sich um einen Gehäusedeckel einer Plasma-Beleuchtungsvorrichtung handeln kann. Der Aufnahmezylinder 31 weist eine zylindrische Innenbohrung 32 auf, in welcher der Schaft eines Leuchtmittelkörpers abgestützt werden soll. Die Innenbohrung 32 ist im Bereich des Bodens 33 verjüngt und geht über in eine Verbindungsbohrung 34 mit kleinerem Innendurchmesser, an deren unterem Ende die Kopplung mit der Motorwelle 22 des Motors 20 erfolgt. Zu diesem Zweck kann die Motorwelle 22 einfach mittels Schrauben mit dem unteren Ende des Halteteils 30 verbunden sein. Eine solche Verbindungsschraube kann beispielsweise über eine Aussparung 23 von der Seite des Adapters 18 her zugänglich sein.
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Gemäß der 1 ist der Motor 20 mittels Schrauben 21 an der Zwischenplatte 18 befestigt, die ihrerseits mittels Schrauben 19 an der Abdeckung 10 befestigt ist. Auf der Oberseite der Zwischenplatte 18 ist eine Aussparung 23 ausgebildet, um einen Abstand zur Außenwand des unteren Endes des Halteteils 30 möglichst groß zu gestalten.
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Das Halteteil 30 ist mittels des Lagers 13 in der Abdeckung 10 drehbeweglich gelagert. Zur Abstützung des Schafts des Leuchtmittelkörpers ist die Innenbohrung 32 des Halteteils 30 geringfügig weiter als der Außendurchmesser des Schafts. Zur Abstützung des Schafts ragen von der Innenoberfläche des Aufnahmezylinders 31 eine Mehrzahl von Anlagepunkten ab. Der Schaft selbst wird nur punktuell an diesen Anlagepunkten gelagert, liegt jedoch nicht vollflächig an der Innenoberfläche des Aufnahmezylinders 31 an. Zu diesem Zweck sind in dem Halteteil 30 gemäß der 1 mehrere Federzungen 37 ausgebildet, und zwar mittels der Bohrung 38, in die zwei parallel zueinander verlaufende Schlitze 39 einmünden, zwischen denen die Federzungen 37 ausgebildet sind. Die Federzungen 37 können dann geringfügig einwärts gedrückt werden, um von der Innenoberfläche des Aufnahmezylinders 31 geringfügig vorzustehen und als Anlagepunkte zu wirken. Wie aus der 1 ersichtlich ist, sind die Mehrzahl von Federzungen 37 auf der gleichen Höhe unter gleichen Winkelabständen zueinander verteilt entlang des Innenumfangs angeordnet. Wenngleich in der 1 gezeigt ist, dass an einer Winkelposition nur eine Federzunge 37 bzw. ein Anlagepunkt ausgebildet ist, können gemäß weiteren Ausführungsformen (nicht gezeigt) an einer Winkelposition auch mehrere Anlagepunkte, insbesondere zwei Anlagepunkte, ausgebildet sein, die dann an unterschiedlichen axialen Positionen entlang des Aufnahmezylinders 31 angeordnet sind.
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Statt der vorgenannten Federzunge 37 können auf der Innenoberfläche des Aufnahmezylinders 31 auch nur einige erhabene Abschnitte ausgebildet sein, insbesondere einstückig mit dem Aufnahmezylinder, oder an diesem befestigt sein. Derartige Anlagepunkte dienen der Abstützung des Schafts des Leuchtmittelkörpers, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben.
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Wie man der 1 entnehmen kann, ist eine Berührung des Schafts des Leuchtmittelkörpers mit der Motorwelle 22 wirkungsvoll unterbunden. Eine Wärmeableitung über die verengte Verbindungsbohrung 34 hin zu der Motorwelle 22 ist wirkungsvoll verringert.
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Die 2a zeigt ein Halteteil 30 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das im Wesentlichen andere Proportionen aufweist, jedoch grundsätzlich den gleichen Aufbau aufweist wie vorstehend anhand der 1 erläutert, insbesondere vergleichbar ausgebildete Federzungen 37 aufweist. In der unteren Hülse 40 des Halteteils 30 ist eine radiale Gewindebohrung 41 zur Aufnahme einer Schraube dargestellt, welche die Motorwelle (vgl. 1) des Motors klemmen soll.
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2b zeigt das Halteteil gemäß der 2a in einer schematischen Draufsicht, wobei erkennbar ist, dass die zylindrische Innenbohrung 32 konzentrisch zum Aufnahmezylinder 31 ausgebildet ist.
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Die 3 zeigt die Klemmung des Schafts 3 eines Leuchtmittelkörpers 2 in einem Aufnahmezylinder 31, wie vorstehend beschrieben, in dessen Seitenwänden eine Mehrzahl von Federzungen 37 in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet sind, die geringfügig einwärts gebogen sind und gegen den Schaft 3 drücken, um diesen zu klemmen. Weil die Federzungen 37 entlang des Innenumfangs des Aufnahmezylinders 31 unter gleichen Winkelabständen zueinander verteilt angeordnet sind, wird der Schaft 3 symmetrisch in der Innenbohrung 32 geklemmt, so dass an keiner Stelle der Schaft 3 die Innenoberfläche des Aufnahmezylinders 31 berührt. Vielmehr ist der Schaft 3 mittig zur Innenbohrung 32 des Aufnahmezylinders 31 gehalten, so dass ein gleichmäßiger Ringspalt zwischen dem Schaft 3 und dem Aufnahmezylinder 31 ausgebildet ist.
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Die 4 zeigt die Aufnahmehülse 31 gemäß der 3 in einer schematischen Draufsicht. Man erkennt, dass die elastischen Federzungen 37 geringfügig einwärts gebogen sind und in die Innenbohrung 32 hineinragen und somit von der Innenoberfläche des Aufnahmezylinders 31 geringfügig vorstehen. Der Schaft 3 ist nur im Bereich der als Anlagepunkte wirkenden vorderen Enden der Federzungen 37 abgestützt und berührt insbesondere nicht die Innenoberfläche des Aufnahmezylinders 31.
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Die 5 zeigt den weiteren Aufbau einer elektrodenlosen Plasma-Beleuchtungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Verbindung. Gemäß der 5 ist der Leuchtmittelkörper 2 auf einer Seite der oberen Abdeckung 10 des Gehäuses 9 der Plasma-Beleuchtungsvorrichtung 1 angeordnet. Der Schaft 3 ist dabei in der vorstehend beschriebenen Weise in dem Halteteil 30 aufgenommen, welches die Abdeckung 10 durchragt. Das Halteteil 30 ist mithilfe eines Lagers 13 an der Abdeckung 10 drehbeweglich gelagert. Auf der Oberseite der Abdeckung 10 sitzt ein rf-Abschirmkäfig 4, der von einem Seitenteil 5 und einem oberen Abdeckteil 6 ausgebildet ist, die miteinander verbunden sind, und aus einem elektrisch leitfähigen oder elektrisch leitfähig beschichteten Material bestehen, insbesondere aus einem dünnen Metallblech. Das Seitenteil 5 ist als Metallgitter oder Metallsieb ausgebildet und wirkt gemeinsam mit dem Abdeckteil 6 als Faraday-Käfig. Das untere Ende des Seitenteils 5 ist bevorzugt ohne Durchbrechung ausgebildet und dient als Anlagefläche 8, die an dem Haltezylinder 14 abgestützt ist. Am unteren Rand der Anlagefläche 8 sind eine Mehrzahl von Fingern abgewinkelt ausgebildet, die auf der Oberseite des Haltezylinders 14 aufliegen und mittels eines Pressrings 24' gegen den Haltezylinder 14 gedrückt werden. Hierzu dienen Schrauben, die den Pressring 24' gegen die Abdeckung 10 drücken. Dadurch wird eine rf-Dichtung 17 aus einem elektrisch leitenden Material, die in einer Ringnut 16 auf der Unterseite des Haltezylinders 14 aufgenommen ist, gedrückt, so dass keine rf-Strahlung am unteren Rand des Abschirmkäfigs entweichen kann. Die Abdeckung 10 kann die Oberseite eines Mikrowellen-Hohlleiters 11 darstellen, der eine Mikrowellenstrahlung bzw. rf-Strahlung von einem Magnetron (nicht dargestellt) über die Auskoppelöffnung 12 in den Innenraum des Abschirmkäfigs weiterleitet, um dort den Leuchtmittelkörper 2 anzuregen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beleuchtungsvorrichtung
- 2
- Leuchtmittelkörper
- 3
- Hals/Schaft
- 4
- Abschirmkäfig
- 5
- Seitenteil
- 6
- Abdeckteil
- 7
- Finger
- 8
- Anlagefläche
- 9
- Gehäuse
- 10
- Obere Abdeckung
- 11
- Hohlleiter
- 12
- Radiofrequenz-Auskoppelöffnung
- 13
- Lager
- 14
- Rohrstück/Zylinder
- 15
- Flansch
- 16
- Aussparung
- 17
- Radiofrequenz-Dichtelement
- 18
- Adapter
- 19
- Schraube
- 20
- Motor
- 21
- Schraube
- 22
- Motorwelle
- 23
- Aussparung
- 24
- Pressring
- 30
- Halteteil
- 31
- Aufnahmezylinder
- 32
- Innenbohrung
- 33
- Boden
- 34
- Verbindungsbohrung
- 35
- Stufe
- 36
- Engere Innenbohrung
- 37
- Zunge
- 38
- Bohrung/Aussparung
- 39
- Schlitz
- 40
- Untere Hülse
- 41
- Gewindebohrung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7583029 B2 [0004]
- US 5811936 [0005]
