EP0451647A2 - High-pressure discharge lamp and method for its manufacture - Google Patents
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- EP0451647A2 EP0451647A2 EP91105054A EP91105054A EP0451647A2 EP 0451647 A2 EP0451647 A2 EP 0451647A2 EP 91105054 A EP91105054 A EP 91105054A EP 91105054 A EP91105054 A EP 91105054A EP 0451647 A2 EP0451647 A2 EP 0451647A2
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Definitions
- the invention is based on a high-pressure discharge lamp according to the preamble of claim 1.
- Such lamps are lamps that are pinched on both sides with or without an outer bulb. They generally have a quartz glass discharge vessel and in particular have a metal halide filling.
- the lamps are preferably used in optical systems such as headlights and lighting systems, e.g. for floodlights, stage, film and television, with typical lamp powers of 400 to 4000 W. Smaller wattages can be used in shop window or general lighting (e.g. 150 W).
- the lamps according to the invention can be produced particularly easily because a special transition region can be dispensed with and instead the constriction is designed as part of the pinch seal in a single process step during the pinching process.
- the end regions designed as pinch seals are only constricted in the pinch plane, without in the transverse direction, i.e. in terms of the narrow sides to be thickened. In this way, the glass mass present in this area is considerably reduced. The radiating surface is also reduced. In this way, a significantly better heat accumulation effect can be achieved, which leads to an increase in the final burner temperature. Typical is e.g. an increase of 50 - 100 ° C. As a result, there is no need for heat accumulation, the color scatter is reduced, the light yield is increased (by 5 - 10%) and the color rendering is improved.
- a particularly important advantage of the present invention is the significantly improved constancy of the color temperature, which is also significantly improved starting value is lower;
- Metal halide discharge lamps typically experience a sharp drop in color temperature during the first 500 hours of operation.
- the cause is that a metal halide sump gradually develops in the capillaries by diffusion, which exist along the electrode shafts between the foil and the discharge volume, since the thermal expansion coefficients of the electrode shaft made of tungsten and the quartz glass bulb differ greatly. This sump can no longer make a contribution to the vapor pressure in the discharge volume.
- the use of a cylindrical transition area means that this capillary is inevitably lengthened and the disturbing drop in color temperature is therefore pronounced.
- the present invention makes it possible to keep the length of the capillary extremely short despite the constriction, so that the drop in color temperature is considerably restricted.
- the length of the capillary is a maximum of about 10% of the length of the discharge volume along the longitudinal axis. In the case of lamps with a cylindrical transition region, the corresponding value deteriorates to approx. 28% in US Pat. No. 4,396,857 and approx. 54% (!) In EP-OS 266 821.
- the end region is shaped like a double T.
- the edge beads widen as additional struts towards the central area, in particular over the entire length of the constriction. In this way, the pinch seals are additionally mechanically stabilized at their point of attachment to the central area.
- the end areas are reliably prevented from breaking off. Both the constriction and the bracing is particularly important for lamps without an outer bulb. The combination of both measures also leads to a particularly happy interaction during manufacture, since the glass mass saved in the constriction can be redistributed to the struts during the crushing process.
- the centering knob is also produced without additional effort only during the squeezing process, in that at least one of the squeezing jaws has at least one cavity in the squeezing surface.
- the area of the central area directly adjoining the end areas is shaped during the squeezing process by appropriately designed squeeze jaws. Tangential bevels are embossed on the ends of the central area, which reduce the discharge volume behind the electrodes.
- Both the shape of the constriction and the struts as well as the centering of the electrode system can be carried out in a single process step, the crimping process with four crimping jaws.
- two side crushing jaws are used, which have a roof-shaped protruding nose at the end facing the central area, which shape the constrictions and struts.
- Particularly good shaping of the pinch seals is achieved by briefly delaying the side pinching process compared to the main pinching process.
- the very good approximation isothermal discharge vessel 3 made of quartz glass with a wall thickness of approx. 2 mm (or 2.5 mm), which forms the central area, is designed as a barrel body, the generatrix of which is an arc with a radius of curvature of 38.25 mm.
- the largest outer diameter of the barrel body is 36 mm, the axial length about 51 mm.
- the outer diameter at the barrel ends 4, on each of which an end region 5, which forms a pinch seal, is approximately 16 mm, so that a discharge volume of approximately 22 cm 3 results.
- the rod-shaped tungsten electrodes 6, the tips of which are spaced 30 mm apart, are each held axially in the end region 5 and have a double-layer coil 7 in the vicinity of the electrode tip.
- the end regions 5 have a length of approximately 40 mm and a width of approximately 16 mm.
- the electrodes 6 are connected via molybdenum foils 8, which are melted into the pinch seal in a vacuum-tight manner, to current leads (not visible) which are in contact with strands 9 of two sleeve bases.
- the molybdenum foils 8 have a length of approximately 30 mm and a width of 8 mm.
- the two ceramic sleeve bases 10 are fastened with cement, which consists of a slotted cylindrical holding part 11 and a flattened end body 12 facing the socket.
- the films are arranged within the pinch seals so that the distance on the discharge side of the film end from the end of the pinch seal is approximately 4 mm. Only over this short distance can a capillary form in the pinch seal along the tungsten electrode 6, which captures the metal halide sump.
- the broad sides 13 of the pinch seal have beads 14 on the edges towards the narrow sides, so that the pinch seal 5 has a double T-shaped cross-section (ie two "T" abut it Base together).
- the thickness of the pinch seal is approximately 4 mm, the thickness of the edge beads 14 on the narrow sides 15 is approximately 7 mm (cf. FIG. 2a).
- the broad sides 13 Towards the central region, the broad sides 13 have constrictions 16 in the form of two bevels over an axial length of 5.5 mm, so that the broad side 13 tapers to 12 mm at the attachment of the end region to the central region without the thickness of the pinch seal changing.
- the thickness of the edge beads 14 widens towards the central area, so that struts 17 are primarily formed in the area of the bevels.
- the thickness of the edge beads gradually increases from originally approx. 7 mm to approx. 8 mm at the break point 18 of the bevels and finally reaches approx. 10 mm at the starting point of the struts 17 in the central region.
- the broad sides 13 of the pinch seals are provided with corrugation (not shown) and furthermore have elongated centering knobs 19a, b at the level of the electrodes 6 and the outer current leads 9.
- a total of four zones are formed as flat surfaces 20 with approximately square dimensions in the direction of the broad sides 13 and the narrow sides 15 of each pinch seal, said quasi approximations of the curvature of the central region as tangents.
- These tangential surfaces 20 form an obtuse angle with the planes of the broad sides 13 or the narrow sides 15, in particular approximately 150 ° or 130 °. In this way, the discharge volume behind the electrodes is additionally narrowed, which increases the temperature of the cold spot.
- the discharge vessel 3 contains a filling of an inert gas (argon) as the ignition gas and mercury as the main component (approx. 220 mg) as well as the rare earths DyBr3 (1 ⁇ mol and TmBr3 (0.5 ⁇ mol) per cm3 discharge volume, also 1 ⁇ mol TlBr, 2 ⁇ mol CsBr and 0.5 ⁇ mol ThJ4.
- the thorium can be replaced by hafnium.
- this filling gives an initial color temperature of approximately 5700 K (previously 5900 K) with a color rendering index of 92 (previously 90).
- the favorable overall design of the 2000 W lamp makes it possible to increase the total light output from 100 lm / W to 105 lm / W and to achieve an extremely long service life of approx. 2000 hours.
- the specific arc power is 67 W / mm.
- the isothermally designed discharge vessel has a maximum bulb temperature of approx. 1030 ° C (hot spot), which drops to 1000 ° C (previously approx. 940 ° C) at the cold spot (behind the electrodes at the end of the vessel). At the end of the film, the temperature has dropped to 230 ° C (instead of 250 ° C earlier) (free-burning). In the headlight, this corresponds to a temperature of 330 ° C (previously 350 ° C).
- the term "earlier" refers to an identical lamp without constriction.
- the special design of the pinch seal leads to significant improvements in the operating data of this lamp compared to conventionally designed pinch seals due to the heat accumulation effect of the constrictions.
- the tangential surfaces at the end of the central area increase the temperature in the volumes behind the electrodes (area of the cold spot).
- the luminous flux remains almost constant at the initial value of 205,000 lm over the operating period (maintenance).
- the drop is only around 5% (previously around 15%).
- the color temperature (Fig. 3) shows an initial value of 5700 K (solid curve), which means a reduction of 200 degrees compared to earlier (dashed curve).
- Further advantages are the improved burning voltage (now approx. 5 - 10% higher) and the better stabilized re-ignition peak (340 V) at the beginning of the lamp's operating life.
- FIG. 4 shows the broad side of the pinch seal for a lamp without constriction (FIG. 4a) and with constriction (FIG. 4b).
- the temperature distribution is characterized by lines of the same temperature (isotherms), where a denotes the highest and g the lowest temperature.
- the temperature d corresponds absolutely to about 350 ° C.
- the pinch used earlier (Fig. 4a) shows a relative steep gradients over their length, at the end of which a relatively high temperature d remains.
- the pinch seal as a whole is subjected to considerably less temperature stress (e), and the stress is moreover distributed more evenly over the length of the pinch seal, in particular over the critical area of the melted film.
- e temperature stress
- the temperature at the end of the base is thus reduced, the sealing effect of the melt-in of the film is improved and the melt-in is less stressed.
- the discharge-side edge zone of the pinch seal is not recorded in FIGS. 4a, b.
- the design of the lamp bulb corresponds approximately to FIGS. 1 and 2.
- the lamp bulb is accommodated in an outer bulb and is smaller overall.
- the press seals each have a length of approximately 20 mm, of which 4 mm are in the area of the constriction.
- the film with a length of 13 mm is melted into the middle of the pinch seal, so that the electrode shaft and the external power supply are each embedded about 3.3 mm into the pinch seal.
- the width of the pinch seal of 16 mm is reduced to 9 mm in the constriction.
- the thickness of the press seal is approximately 2 mm and increases to 4 mm in the area of the edge beads.
- the edge beads themselves widen to 6 mm over the length of the constriction, forming the struts towards the central area.
- FIGS. 5 and 6 Another exemplary embodiment of a metal halide lamp is shown in FIGS. 5 and 6. It has a cylindrical outer bulb 21 made of hard glass, which is provided at one end with a screw base 22 and at the other end with a dome 23. Coaxially with the outer bulb, a quartz glass bulb 24 with two axially opposite electrodes is arranged as a discharge vessel, which is held by means of a frame 25 including two current leads 26 and is melted into the outer bulb 21 in a gas-tight manner.
- the discharge vessel has a tubular central body 27, the two ends of which are enclosed by a box-like crimp 28, i.e. without ridges, is sealed.
- the width of the pinch corresponds to the outer diameter of the central body 27. Similar to the first exemplary embodiment, the pinch has a constriction 29 which reduces the width of the pinch from 16 mm to 9 mm. The thickness of the pinch is about 2 mm. The narrow sides of the bruises widen to struts 30, which on Approach the central area to a thickness of 4 mm.
- the lamp is manufactured from a blank for the quartz glass bulb with, for example, a barrel-shaped central region (cf. FIG. 1) and two tubular end regions.
- the pump stem is placed in the middle of this.
- an electrode system consisting of an electrode, a molybdenum foil and an external power supply, the electrode and the external power supply being welded to the molybdenum foil, is inserted from below into the tubular end region and held there with an interchangeable holder.
- the end area After purging with argon gas, the end area is brought to squeezing temperature (approx. 1700 ° C) by two gas burners. The part of the piston that is still in the deformation area should also reach the pinch temperature. The end area is finally squeezed with a four-jaw squeezing machine while flushing with argon.
- the two main pinch jaws 31 (FIG. 7a) form the broad sides of the pinch seal.
- the pinch surface 32 of the main pinch jaws has two recesses 33 for centering the electrode system, which appear as centering knobs on the pinch seal.
- two lateral bevels 35 are attached to the crimping surface in order to enable an engagement with two side crimping jaws 36.
- a third bevel 37 takes the squeeze surface 32 back close to its upper edge 34 by approximately 60 °. This slope 37 serves for the tangential shaping of the central area. Steps 38 are formed on the lateral edges of the squeeze surface, which produce the edge beads.
- Two side crushing jaws 36 act transversely to the main crushing jaws, the crushing surface 39 of which forms the narrow sides of the crushing seal.
- a nose 40 projects like a roof, the ridge 41 running parallel to the upper edge of the crushing surface.
- the lower roof slope 42 protruding from the crushing surface is inclined by 30 ° from the plane of the crushing surface 39, the upper roof slope 43 has an inclination of 50 ° in this regard.
- the lower roof slope 42 creates the constriction, while the upper roof slope 43 forms the two remaining tangential surfaces of the central area.
- the upper edge of the main crimp jaw closes with the ridge of the side crimp jaw.
- the struts in the edge beads result from the fact that the side slopes 35 of the main crushing jaws have a different inclination (19 °) than the lower roof slopes 42 of the side crushing jaws. It has proven particularly favorable if the side crushing jaws work with a slight time delay (approx. 0.5 sec) compared to the main crushing jaws.
- the glass flask is then turned over and the second end area is closed using the same technique.
- the pumping stem is used to pump out, rinse and fill the discharge vessel in a manner known per se.
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a high-pressure discharge lamp according to the preamble of
Bei derartigen Lampen handelt es sich um zweiseitig gequetschte Lampen mit oder ohne Außenkolben. Sie weisen im allgemeinen ein Entladungsgefäß aus Quarzglas auf und besitzen insbesondere eine Metallhalogenidfüllung. Die Lampen werden vorzugsweise in optischen Systemen, wie Scheinwerfer und Beleuchtungssysteme verwendet, z.B. für Flutlicht, Bühne, Film und Fernsehen, wobei typische Lampenleistungen bei 400 bis 4000 W liegen. Kleinwattigere Typen lassen sich in der Schaufenster- oder auch Allgemeinbeleuchtung verwenden (z.B.: 150 W).Such lamps are lamps that are pinched on both sides with or without an outer bulb. They generally have a quartz glass discharge vessel and in particular have a metal halide filling. The lamps are preferably used in optical systems such as headlights and lighting systems, e.g. for floodlights, stage, film and television, with typical lamp powers of 400 to 4000 W. Smaller wattages can be used in shop window or general lighting (e.g. 150 W).
Aus der US-PS 4 396 857 und der EP-OS 266 821 sind zweiseitig gequetschte Miniaturhochdrucklampen kleiner Leistung (35 W) mit Außenkolben bekannt mit einem Entladungsvolumen von weniger als 1 cm³. Um das Sammeln des überschüssigen Metallhalogenids an den kältesten Stellen, im Raum hinter den Elektroden, möglichst zu vermeiden und eine genaue Elektrodenjustierung sicherzustellen, weisen diese Lampen Quetschdichtungen auf, an die sich ein zylindrischer Übergangsbereich in Richtung zum Entladungsgefäß hin anschließt. In der Ebene der Quetschdichtung ist dieser Übergangsbereich eingeschnürt, in bezug auf die Schmalseiten der Quetschdichtung verbreitert. Im Vergleich zum Entladungsgefäß besitzt der Übergangsbereich eine verstärkte Wanddicke mit einer Anhäufung von Glasmasse. Es ergibt sich eine eigentlich unerwünschte, relativ gute Wärmeleitung und Wärmeabfuhr zu den Quetschdichtungen hin und außerdem eine relativ gute Wärmeabstrahlung aufgrund der großen strahlenden Oberfläche des zylindrischen Übergangsbereichs. Insgesamt gesehen ist daher der Wärmestaueffekt bei diesen Lampen nicht voll befriedigend. Außerdem ist die Fertigung einer derartigen Lampe relativ kompliziert, da der Übergangsbereich in zwei Verfahrensschritten hergestellt wird. Der eigentliche Quetschvorgang erfolgt mit zwei Quetschbacken.From US Pat. No. 4,396,857 and EP-OS 266 821, bilaterally squeezed miniature high-pressure lamps of low power (35 W) with outer bulbs with a discharge volume of less than 1
Weiterhin ist aus dem DE-GM 89 12 495 eine zweiseitig gequetschte Metallhalogenidlampe hoher Leistung bekannt (1000 - 2000 W), die ohne Außenkolben betrieben wird. Hier spielt das Wärmestauverhalten eine besonders kritische Rolle, weil sonst der Halogeniddampfdruck und die Farbtemperatur nicht ihre optimal gewünschten Werte erreichen. Teilweise muß daher ein Wärmestaubelag verwendet werden, der jedoch die Farbstreuung der Lampen erhöht und eine Abschattung bewirkt. Ein weiterer Nachteil dieses Lampentyps ohne Außenkolben ist, daß die Endbereiche an den Übergangsstellen zum Zentralbereich relativ leicht brechen, da die Endbereiche direkt gesockelt werden.Furthermore, from DE-GM 89 12 495 a double-sided pinched metal halide lamp of high power is known (1000-2000 W), which is operated without an outer bulb. Here, the heat accumulation behavior plays a particularly critical role, because otherwise the halide vapor pressure and the color temperature will not reach their optimally desired values. In some cases, therefore, a heat build-up must be used, but this increases the color dispersion of the lamps and causes shading. Another disadvantage of this type of lamp without an outer bulb is that the end regions break relatively easily at the transition points to the central region, since the end regions are capped directly.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung bei einer Hochdruckentladungslampe, den Wärmestaueffekt an den Enden des Entladungsgefäßes weiter zu verbessern und dort die Temperatur zu erhöhen sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Lampe bereitzustellen.It is an object of the present invention in a high-pressure discharge lamp, the heat accumulation effect to further improve the ends of the discharge vessel and to increase the temperature there and to provide a method for producing such a lamp.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 sowie die Verfahrensschritte des Anspruchs 11 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen finden sich in den Unteransprüchen.This object is achieved by the characterizing features of
Die erfindungsgemäßen Lampen lassen sich besonders einfach herstellen, weil auf einen speziellen Übergangsbereichs verzichtet werden kann und stattdessen die Einschnürung als Teil der Quetschdichtung in einem einzigen Verfahrensschritt während des Quetschvorgangs gestaltet wird.The lamps according to the invention can be produced particularly easily because a special transition region can be dispensed with and instead the constriction is designed as part of the pinch seal in a single process step during the pinching process.
Die als Quetschdichtungen ausgebildeten Endbereiche sind lediglich in der Ebene der Quetschung eingeschnürt, ohne in der Querrichtung, d.h. in bezug auf die Schmalseiten, verdickt zu sein. Auf diese Weise wird die in diesem Bereich vorhandene Glasmasse erheblich reduziert. Auch die abstrahlende Oberfläche ist verkleinert. So läßt sich ein erheblich besserer Wärmestaueffekt erzielen, was zu einer Erhöhung der Brennerendtemperatur führt. Typisch ist z.B. eine Zunahme um 50 - 100 °C. Als Folge davon kann auf Wärmestaubeläge verzichtet werden, die Farbstreuung vermindert und die Lichtausbeute (um 5 - 10 %) erhöht werden sowie die Farbwiedergabe verbessert werden.The end regions designed as pinch seals are only constricted in the pinch plane, without in the transverse direction, i.e. in terms of the narrow sides to be thickened. In this way, the glass mass present in this area is considerably reduced. The radiating surface is also reduced. In this way, a significantly better heat accumulation effect can be achieved, which leads to an increase in the final burner temperature. Typical is e.g. an increase of 50 - 100 ° C. As a result, there is no need for heat accumulation, the color scatter is reduced, the light yield is increased (by 5 - 10%) and the color rendering is improved.
Ein besonders gewichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die wesentlich verbesserte Konstanz der Farbtemperatur, die außerdem von einem deutlich niedrigeren Anfangswert ausgeht; üblicherweise tritt bei Metallhalogenidentladungslampen während der ersten 500 Betriebsstunden ein starker Abfall der Farbtemperatur ein. Die Ursache ist, daß allmählich durch Diffusion ein Metallhalogenidsumpf in den Kapillaren entsteht, die entlang der Elektrodenschäfte zwischen Folie und Entladungsvolumen vorhanden sind, da die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Elektrodenschafts aus Wolfram und des Quarzglaskolbens stark differieren. Dieser Sumpf kann keinen Beitrag mehr zum Dampfdruck im Entladungsvolumen leisten.A particularly important advantage of the present invention is the significantly improved constancy of the color temperature, which is also significantly improved starting value is lower; Metal halide discharge lamps typically experience a sharp drop in color temperature during the first 500 hours of operation. The cause is that a metal halide sump gradually develops in the capillaries by diffusion, which exist along the electrode shafts between the foil and the discharge volume, since the thermal expansion coefficients of the electrode shaft made of tungsten and the quartz glass bulb differ greatly. This sump can no longer make a contribution to the vapor pressure in the discharge volume.
Die Verwendung eines zylindrischen Übergangsbereichs führt beim Stand der Technik dazu, daß diese Kapillare zwangsläufig verlängert wird und daher der störende Abfall der Farbtemperatur stark ausgeprägt ist. Im Gegensatz hierzu ermöglicht die vorliegende Erfindung, die Länge der Kapillare trotz der Einschnürung extrem kurz zu halten, so daß der Abfall der Farbtemperatur erheblich eingeschränkt wird. Die Länge der Kapillare beträgt maximal etwa 10 % der Länge des Entladungsvolumens entlang der Längsachse. Bei Lampen mit zylindrischem Übergangsbereich verschlechtert sich der entsprechende Wert auf ca. 28 % bei der US-PS 4 396 857 und ca. 54 %(!) bei der EP-OS 266 821.In the prior art, the use of a cylindrical transition area means that this capillary is inevitably lengthened and the disturbing drop in color temperature is therefore pronounced. In contrast to this, the present invention makes it possible to keep the length of the capillary extremely short despite the constriction, so that the drop in color temperature is considerably restricted. The length of the capillary is a maximum of about 10% of the length of the discharge volume along the longitudinal axis. In the case of lamps with a cylindrical transition region, the corresponding value deteriorates to approx. 28% in US Pat. No. 4,396,857 and approx. 54% (!) In EP-OS 266 821.
Diese Vorteile fallen insbesondere bei hochwattigen Lampen ohne Außenkolben besonders stark ins Gewicht.These advantages are particularly significant in the case of high-watt lamps without an outer bulb.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Endbereich nach Art eines doppelten T geformt. Das bedeutet, daß die Schmalseiten der Quetschdichtung verbreitert sind und in bezug auf die Ebene der Quetschdichtung Randwülste bilden. In einer besonders bevorzugten Ausführung verbreitern sich die Randwülste als zusätzliche Verstrebungen zum Zentralbereich hin, insbesondere über die gesamte Länge der Einschnürung. Auf diese Weise werden die Quetschdichtungen an ihrer Ansatzstelle zum Zentralbereich zusätzlich mechanisch stabilisiert. Ein Abbrechen der Endbereiche wird zuverlässig verhindert. Sowohl die Einschnürung als auch die Verstrebung ist bei Lampen ohne Außenkolben besonders wichtig. Die Kombination beider Maßnahmen führt auch bei der Herstellung zu einem besonders glücklichen Zusammenwirken, da die bei der Einschnürung eingesparte Glasmasse während des Quetschvorgangs auf die Verstrebungen umverteilt werden kann.In a preferred embodiment, the end region is shaped like a double T. The means that the narrow sides of the pinch seal are widened and form edge beads in relation to the level of the pinch seal. In a particularly preferred embodiment, the edge beads widen as additional struts towards the central area, in particular over the entire length of the constriction. In this way, the pinch seals are additionally mechanically stabilized at their point of attachment to the central area. The end areas are reliably prevented from breaking off. Both the constriction and the bracing is particularly important for lamps without an outer bulb. The combination of both measures also leads to a particularly happy interaction during manufacture, since the glass mass saved in the constriction can be redistributed to the struts during the crushing process.
Eine exakte Zentrierung der Elektrodensysteme ist insbesondere dann gewährleistet, wenn wenigstens auf einer Breitseite der Quetschdichtung zumindest eine Zentriernoppe angebracht ist. Auch die Herstellung der Zentriernoppe erfolgt ohne zusätzlichen Aufwand einzig während des Quetschvorgangs, indem mindestens eine der Quetschbacken mindestens eine Kuhle in der Quetschfläche aufweist.An exact centering of the electrode systems is ensured in particular if at least one centering knob is attached to at least one broad side of the pinch seal. The centering knob is also produced without additional effort only during the squeezing process, in that at least one of the squeezing jaws has at least one cavity in the squeezing surface.
In besonders vorteilhafter Weise wird das an die Endbereiche unmittelbar anschließende Gebiet des Zentralbereichs während des Quetschvorgangs durch entsprechend gestaltete Quetschbacken nachgeformt. Dem Zentralbereich werden dabei tangentiale Schrägen an seinen Enden aufgeprägt, die das Entladungsvolumen hinter den Elektroden verkleinern.In a particularly advantageous manner, the area of the central area directly adjoining the end areas is shaped during the squeezing process by appropriately designed squeeze jaws. Tangential bevels are embossed on the ends of the central area, which reduce the discharge volume behind the electrodes.
Das Herstellverfahren für diese Lampe zeichnet sich durch Zeitersparnis und größtmögliche Einfachheit aus. Sowohl die Formgebung der Einschnürung als auch der Verstrebungen wie auch die Zentrierung des Elektrodensystems läßt sich in einem einzigen Verfahrensschritt, dem Quetschvorgang mit vier Quetschbacken, durchführen. Es handelt sich um zwei Hauptquetschbacken, die die Breitseite der Quetschdichtung formen, und von denen mindestens eine eine Kuhle für die Zentriernoppe besitzt, und die Anschrägungen für die Verstrebungen besitzen. Zusätzlich werden zwei Seitenquetschbacken eingesetzt, die an dem dem Zentralbereich zugewandten Ende eine dachförmig vorspringende Nase besitzen, die die Einschnürungen und Verstrebungen formen. Ein besonders gutes Ausformen der Quetschdichtungen wird durch eine kurzzeitige Verzögerung des seitlichen Quetschvorgangs im Vergleich zum Hauptquetschvorgang erzielt.The manufacturing process for this lamp is characterized by time savings and the greatest possible simplicity. Both the shape of the constriction and the struts as well as the centering of the electrode system can be carried out in a single process step, the crimping process with four crimping jaws. These are two main pinch jaws that form the broad side of the pinch seal, at least one of which has a hollow for the centering knob and which have bevels for the struts. In addition, two side crushing jaws are used, which have a roof-shaped protruding nose at the end facing the central area, which shape the constrictions and struts. Particularly good shaping of the pinch seals is achieved by briefly delaying the side pinching process compared to the main pinching process.
Die Erfindung soll im folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert werden. Es zeigen
Figur 1- eine Hochdruckentladungslampe mit einer Leistungsaufnahme von 2000 W in Seitenansicht
Figur 2- die Lampe gemäß
Figur 1 um 90° gedreht sowie ein Querschnitt durch eine Quetschdichtung (Fig. 2a) unter Weglassung des Sockels Figur 3- die Farbtemperatur dieser Lampe als Funktion der Betriebsdauer
Figur 4- die Temperaturverteilung in der Quetschdichtung einer derartigen Lampe
Figur 5- eine Hochdruckentladungslampe mit einer Leistungsaufnahme von 400 W in Seitenansicht
Figur 6- dieselbe Lampe in um 90° gedrehter Seitenansicht
Figur 7- die Quetschbacken zur Herstellung derartiger Lampen
- Figure 1
- a high-pressure discharge lamp with a power consumption of 2000 W in side view
- Figure 2
- the lamp according to Figure 1 rotated 90 ° and a cross section through a pinch seal (Fig. 2a) with omission of the base
- Figure 3
- the color temperature of this lamp as a function of the operating time
- Figure 4
- the temperature distribution in the pinch seal of such a lamp
- Figure 5
- a high-pressure discharge lamp with a power consumption of 400 W in side view
- Figure 6
- the same lamp in a side view rotated by 90 °
- Figure 7
- the crimping jaws for the manufacture of such lamps
In Figur 1 und 2 ist eine 2000 W-Hochdruckentladungslampe 1 mit einer Länge von ca. 190 mm dargestellt, die keinen Außenkolben benötigt. Sie ist für den Einsatz in einem hier nicht dargestellten Reflektor gedacht, in den sie axial eingesetzt wird. Sie besitzt einen Kolben 2, der aus einem Zentralbereich und zwei Endbereichen besteht, die sich in diametral entgegengesetzten Richtungen erstrecken. Das in sehr guter Näherung isotherme Entladungsgefäß 3 aus Quarzglas mit ca. 2 mm (oder 2,5 mm) Wandstärke, das den Zentralbereich bildet, ist als Tonnenkörper ausgeführt, dessen Erzeugende ein Kreisbogen mit einem Krümmungsradius von 38,25 mm ist. Der größte Außendurchmesser des Tonnenkörpers beträgt 36 mm, die axiale Länge etwa 51 mm. Der Außendurchmesser an den Tonnenenden 4, an dem jeweils ein Endbereich 5, der eine Quetschdichtung bildet, angeformt ist, mißt ca. 16 mm, so daß sich ein Entladungsvolumen von ca. 22 cm³ ergibt. Die stabförmigen Wolframelektroden 6, deren Spitzen einen Abstand von 30 mm aufweisen, sind jeweils axial in dem Endbereich 5 gehalten und weisen eine doppellagige Wendel 7 in der Nähe der Elektrodenspitze auf. Die Endbereiche 5 haben eine Länge von ca. 40 mm und eine Breite von ca. 16 mm. Die Elektroden 6 sind über Molybdänfolien 8, die vakuumdicht in die Quetschdichtung eingeschmolzen sind, mit Stromzuführungen (nicht sichtbar) verbunden, die mit Litzen 9 zweier Hülsensockel in Kontakt stehen. Die Molybdänfolien 8 besitzen eine Länge von etwa 30 mm bei einer Breite von 8 mm. An den sockelfernen Enden der Quetschdichtungen 5 sind die beiden keramischen Hülsensockel 10 mit Kitt befestigt, der aus einem geschlitzten zylindrischen Halteteil 11 und einem abgeflachten, der Fassung zugewandten Endkörper 12 besteht.1 and 2 show a 2000 W high-
Die Folien sind innerhalb der Quetschdichtungen so angeordnet, daß entladungsseitig der Abstand des Folienendes vom Ende der Quetschdichtung etwa 4 mm beträgt. Lediglich über diese kurze Strecke kann sich entlang der Wolframelektrode 6 eine Kapillare in der Quetschdichtung ausbilden, die den Metallhalogenidsumpf sammelt. Die Breitseiten 13 der Quetschdichtung besitzen an den Rändern zu den Schmalseiten hin Wülste 14, so daß die Quetschdichtung 5 insgesamt einen doppel-T-förmigen Querschnitt besitzt (d.h. zwei "T" stoßen an ihrer Basis zusammen). Die Dicke der Quetschdichtung beträgt ca. 4 mm, die Dicke der Randwülste 14 an den Schmalseiten 15 ca. 7 mm (vgl. Fig. 2a). Zum Zentralbereich hin weisen die Breitseiten 13 über eine axiale Länge von 5,5 mm Einschnürungen 16 in Form zweier Schrägen auf, so daß sich am Ansatz des Endbereichs am Zentralbereich die Breitseite 13 auf 12 mm verjüngt, ohne daß sich die Dicke der Quetschdichtung ändert. Gleichzeitig verbreitert sich die Dicke der Randwülste 14 zum Zentralbereich hin, so daß Verstrebungen 17 vornehmlich im Bereich der Schrägen gebildet werden. Die Dicke der Randwülste nimmt dabei allmählich von ursprünglich ca. 7 mm auf ca. 8 mm am Knickpunkt 18 der Schrägen zu und erreicht schließlich am Ansatzpunkt der Verstrebungen 17 am Zentralbereich etwa 10 mm.The films are arranged within the pinch seals so that the distance on the discharge side of the film end from the end of the pinch seal is approximately 4 mm. Only over this short distance can a capillary form in the pinch seal along the
Die Breitseiten 13 der Quetschdichtungen sind mit einer Riffelung versehen (nicht gezeigt) und weisen ferner in Höhe der Elektroden 6 und der äußeren Stromzuführungen 9 langgestreckte Zentriernoppen 19a, b auf. Im an die Endbereiche anschließenden Gebiet des Zentralbereichs sind in Richtung der Breitseiten 13 und der Schmalseiten 15 jeder Quetschdichtung insgesamt vier Zonen als ebene Flächen 20 mit in etwa quadratischen Abmessungen ausgebildet, die der Krümmung des Zentralbereichs quasi als Tangenten angenähert sind. Diese Tangentialflächen 20 bilden mit den Ebenen der Breitseiten 13 bzw. der Schmalseiten 15 einen stumpfen Winkel, insbesondere etwa 150° bzw. 130°. Auf diese Weise wird das Entladungsvolumen hinter den Elektroden zusätzlich verengt, was die Temperatur des cold spot anhebt.The broad sides 13 of the pinch seals are provided with corrugation (not shown) and furthermore have elongated centering
Das Entladungsgefäß 3 enthält eine Füllung aus einem Edelgas (Argon) als Zündgas und Quecksilber als Hauptkomponente (ca. 220 mg) sowie pro cm³ Entladungsvolumen die Seltenen Erden DyBr₃ (1 µmol und TmBr₃ (0,5 µmol), außerdem 1 µmol TlBr, 2 µmol CsBr und 0,5 µmol ThJ₄. Das Thorium kann durch Hafnium ersetzt werden. Insgesamt ergibt sich mit dieser Füllung eine anfängliche Farbtemperatur von ca. 5700 K (früher 5900 K) bei einem Farbwiedergabeindex von 92 (früher 90). Die angegebene Seltene Erdfüllung hat als Farbort die Werte x = 0,333, y = 0,346. Der Betriebsdruck beträgt ca. 15 bar.The
Bei einer Versorgungsspannung von 380 V und einem Lampenstrom von 10.3 A wird eine Brennspannung von 225 V erzielt.With a supply voltage of 380 V and a lamp current of 10.3 A, an operating voltage of 225 V is achieved.
Die günstige Gesamtkonzeption der 2000 W-Lampe ermöglicht es, die Gesamtlichtausbeute von 100 lm/W auf 105 lm/W zu erhöhen und dabei eine extrem hohe Lebensdauer von ca. 2000 Stunden zu erzielen. Die spezifische Bogenleistung beträgt 67 W/mm.The favorable overall design of the 2000 W lamp makes it possible to increase the total light output from 100 lm / W to 105 lm / W and to achieve an extremely long service life of approx. 2000 hours. The specific arc power is 67 W / mm.
Das isotherm gestaltete Entladungsgefäß weist eine maximale Kolbentemperatur von ca. 1030 °C (hot spot) auf, die am cold spot (hinter den Elektroden am Gefäßende) auf 1000 °C (früher ca. 940 °C) absinkt. Am Folienende ist die Temperatur auf 230 °C (statt früher 250 °C) abgesunken (frei brennend). Im Scheinwerfer entspricht das einer Temperatur von 330 °C (früher 350 °C). Der Begriff "früher" bezieht sich auf eine baugleiche Lampe ohne Einschnürung.The isothermally designed discharge vessel has a maximum bulb temperature of approx. 1030 ° C (hot spot), which drops to 1000 ° C (previously approx. 940 ° C) at the cold spot (behind the electrodes at the end of the vessel). At the end of the film, the temperature has dropped to 230 ° C (instead of 250 ° C earlier) (free-burning). In the headlight, this corresponds to a temperature of 330 ° C (previously 350 ° C). The term "earlier" refers to an identical lamp without constriction.
Die besondere Gestaltung der Quetschdichtung führt im Vergleich zu konventionell gestalteten Quetschdichtungen zu wesentlichen Verbesserungen in den Betriebsdaten dieser Lampe aufgrund der Wärmestauwirkung der Einschnürungen. Zudem erhöhen die Tangentialflächen am Ende des Zentralbereichs die Temperatur in den Volumina hinter den Elektroden (Bereich des cold spot).The special design of the pinch seal leads to significant improvements in the operating data of this lamp compared to conventionally designed pinch seals due to the heat accumulation effect of the constrictions. In addition, the tangential surfaces at the end of the central area increase the temperature in the volumes behind the electrodes (area of the cold spot).
Der Lichtstrom bleibt über die Betriebsdauer (maintenance) nahezu konstant beim Ausgangswert von 205 000 lm. Der Abfall beträgt lediglich etwa 5 % (bisher etwa 15 %). Die Farbtemperatur (Fig. 3) zeigt einen Anfangswert von 5700 K (durchgezogene Kurve), was im Vergleich zu früher (gestrichelte Kurve) eine Absenkung um 200 Grad bedeutet. Gleichzeitig ist der Abfall der Farbtemperatur (ΔT = 500 K) während der Betriebsdauer wesentlich weniger ausgeprägt als früher (ΔT = 900 K nach 1500 Betriebsstunden). Weitere Vorteile liegen in der verbesserten Brennspannung (jetzt ca. 5 - 10 % höher) und der besser stabilisierten Wiederzündspitze (340 V) zu Beginn der Lampenbetriebsdauer.The luminous flux remains almost constant at the initial value of 205,000 lm over the operating period (maintenance). The drop is only around 5% (previously around 15%). The color temperature (Fig. 3) shows an initial value of 5700 K (solid curve), which means a reduction of 200 degrees compared to earlier (dashed curve). At the same time, the drop in color temperature (ΔT = 500 K) during the operating period is much less pronounced than before (ΔT = 900 K after 1500 operating hours). Further advantages are the improved burning voltage (now approx. 5 - 10% higher) and the better stabilized re-ignition peak (340 V) at the beginning of the lamp's operating life.
Die Wärmestauwirkung der eingeschnürten Quetschdichtung läßt sich anhand von Figur 4 direkt demonstrieren. Sie zeigt die Breitseite der Quetschdichtung für eine Lampe ohne Einschnürung (Fig. 4a) und mit Einschnürung (Fig. 4b). Die Temperaturverteilung ist durch Linien gleicher Temperatur (Isothermen) charakterisiert, wobei a die höchste und g die niedrigste Temperatur bezeichnet. Die Temperatur d entspricht absolut etwa 350 °C. Die früher verwendete Quetschung (Fig. 4a) zeigt einen relativ steilen Gradienten über ihre Länge, an dessen Ende eine relativ hohe Temperatur d verbleibt. Durch die Einschnürung (Fig. 4b) ist die Quetschdichtung insgesamt erheblich weniger temperaturbelastet (e), die Belastung ist zudem erheblich gleichmäßiger über die Länge der Quetschdichtung, insbesondere über den kritischen Bereich der Folieneinschmelzung, verteilt. Insgesamt wird also die Temperatur am Sockelende abgesenkt, die Dichtwirkung der Folieneinschmelzung verbessert und die Einschmelzung weniger belastet. Aus meßtechnischen Gründen ist in den Figuren 4a, b die entladungsseitige Randzone der Quetschdichtung nicht erfaßt.The heat accumulation effect of the constricted pinch seal can be demonstrated directly with the aid of FIG. 4. It shows the broad side of the pinch seal for a lamp without constriction (FIG. 4a) and with constriction (FIG. 4b). The temperature distribution is characterized by lines of the same temperature (isotherms), where a denotes the highest and g the lowest temperature. The temperature d corresponds absolutely to about 350 ° C. The pinch used earlier (Fig. 4a) shows a relative steep gradients over their length, at the end of which a relatively high temperature d remains. As a result of the constriction (FIG. 4b), the pinch seal as a whole is subjected to considerably less temperature stress (e), and the stress is moreover distributed more evenly over the length of the pinch seal, in particular over the critical area of the melted film. Overall, the temperature at the end of the base is thus reduced, the sealing effect of the melt-in of the film is improved and the melt-in is less stressed. For reasons of measurement technology, the discharge-side edge zone of the pinch seal is not recorded in FIGS. 4a, b.
Aufgrund der Verstrebungen traten Quetschungsbrüche nicht mehr auf.Because of the struts, bruises no longer occurred.
Bei einer im wesentlichen baugleichen Lampe für 1000 W Nennleistung, bei der bisher ein Wärmestaubelag aus ZrO₂ an den Enden des Entladungsgefäßes zweckmäßig war, kann jetzt auf diesen Belag ersatzlos verzichtet werden, so daß deren abschattende Wirkung entfällt. Die Lichtausbeute konnte dadurch um ca. 5 - 10 % auf Werte entsprechend der 2000 W-Lampe verbessert werden.In a substantially identical lamp for 1000 W nominal power, in which previously a heat-dust coating made of ZrO₂ at the ends of the discharge vessel was appropriate, this coating can now be dispensed with, so that its shadowing effect is eliminated. As a result, the luminous efficiency could be improved by approx. 5 - 10% to values corresponding to the 2000 W lamp.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Metallhalogenidlampe mit einer Nennleistung von 400 W entspricht die Gestaltung des Lampenkolbens in etwa der Figur 1 und 2. Der Lampenkolben ist jedoch in einem Außenkolben untergebracht und insgesamt kleiner. Bei einer Gesamtlänge von insgesamt 86 mm besitzen die Quetschdichtungen jeweils eine Länge von etwa 20 mm, von denen 4 mm auf den Bereich der Einschnürung entfallen. Die Folie mit einer Länge von 13 mm ist in etwa mittig in die Quetschdichtung eingeschmolzen, so daß der Elektrodenschaft und die äußere Stromzuführung jeweils etwa 3,3 mm in die Quetschdichtung eingebettet sind.In a further exemplary embodiment of a metal halide lamp with a nominal output of 400 W, the design of the lamp bulb corresponds approximately to FIGS. 1 and 2. However, the lamp bulb is accommodated in an outer bulb and is smaller overall. With a total length of 86 mm in total, the press seals each have a length of approximately 20 mm, of which 4 mm are in the area of the constriction. The film with a length of 13 mm is melted into the middle of the pinch seal, so that the electrode shaft and the external power supply are each embedded about 3.3 mm into the pinch seal.
Die Breite der Quetschdichtung von 16 mm reduziert sich in der Einschnürung auf 9 mm. Die Dicke der Quetschdichtung beträgt etwa 2 mm und nimmt im Bereich der Randwülste auf 4 mm zu. Die Randwülste selbst verbreitern sich über die Länge der Einschnürung unter Bildung der Verstrebungen zum Zentralbereich hin auf schließlich 6 mm.The width of the pinch seal of 16 mm is reduced to 9 mm in the constriction. The thickness of the press seal is approximately 2 mm and increases to 4 mm in the area of the edge beads. The edge beads themselves widen to 6 mm over the length of the constriction, forming the struts towards the central area.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Metallhalogenidlampe zeigt Figur 5 und 6. Sie besitzt einen zylindrischen Außenkolben 21 aus Hartglas, der an einem Ende mit einem Schraubsockel 22 und am anderen Ende mit einer Kuppe 23 versehen ist. Koaxial zum Außenkolben ist darin als Entladungsgefäß ein Quarzglaskolben 24 mit zwei axial einander gegenüberliegenden Elektroden angeordnet, das mittels eines Gestells 25 einschließlich zweier Stromzuführungen 26 gehaltert ist und gasdicht in den Außenkolben 21 eingeschmolzen ist. Das Entladungsgefäß besitzt einen rohrartigen Zentralkörper 27, dessen beide Enden durch eine kastenartige Quetschung 28, d.h. ohne Randwülste, abgedichtet ist.Another exemplary embodiment of a metal halide lamp is shown in FIGS. 5 and 6. It has a cylindrical
Die Breite der Quetschung entspricht dem Außendurchmesser des Zentralkörpers 27. Die Quetschung hat ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel eine Einschnürung 29, die die Breite der Quetschung von 16 mm auf 9 mm reduziert. Die Dicke der Quetschung beträgt etwa 2 mm. Die Schmalseiten der Quetschungen verbreitern sich zu Verstrebungen 30, die am Ansatz des Zentralbereichs eine Dicke von 4 mm erreichen.The width of the pinch corresponds to the outer diameter of the
Die Herstellung der Lampe geht aus von einem Rohling für den Quarzglaskolben mit einem beispielsweise tonnenförmigen Zentralbereich (vgl. Fig. 1) und zwei rohrartigen Endbereichen. Diesem wird zunächst mittig der Pumpstengel angesetzt. Dann wird ein Elektrodensystem, bestehend aus einer Elektrode, einer Molybdänfolie und einer äußeren Stromzuführung, wobei Elektrode und äußere Stromzuführung jeweils mit der Molybdänfolie verschweißt sind, von unten in den rohrförmigen Endbereich eingeführt und dort mit einer Wechselaufnahme gehaltert.The lamp is manufactured from a blank for the quartz glass bulb with, for example, a barrel-shaped central region (cf. FIG. 1) and two tubular end regions. The pump stem is placed in the middle of this. Then an electrode system, consisting of an electrode, a molybdenum foil and an external power supply, the electrode and the external power supply being welded to the molybdenum foil, is inserted from below into the tubular end region and held there with an interchangeable holder.
Nach einem Spülvorgang mit Argongas wird der Endbereich durch zwei Gasbrenner auf Quetschtemperatur gebracht (ca. 1700 °C). Dabei soll der noch im Verformungsbereich liegende Teil des Kolbens ebenfalls noch Quetschtemperatur erreichen. Unter Argonspülung wird der Endbereich schließlich mit einer Vierbackenquetschmaschine gequetscht. Die beiden Hauptquetschbacken 31 (Fig. 7a) formen die Breitseiten der Quetschdichtung. Die Quetschfläche 32 der Hauptquetschbacken weist zwei Vertiefungen 33 für die Zentrierung des Elektrodensystems auf, die an der Quetschdichtung als Zentriernoppen in Erscheinung treten. Am oberen, dem Zentralbereich zugewandten Ende 34 der Hauptquetschbacken sind an der Quetschfläche zwei seitliche Schrägen 35 angebracht, um ein Ineinandergreifen mit zwei Seitenquetschbacken 36 zu ermöglichen. Eine dritte Schräge 37 nimmt die Quetschfläche 32 nahe an ihrer Oberkante 34 um ca. 60° zurück. Diese Schräge 37 dient zur tangentialen Anformung des Zentralbereichs. An den seitlichen Rändern der Quetschfläche sind Stufen 38 ausgebildet, die die Randwülste erzeugen.After purging with argon gas, the end area is brought to squeezing temperature (approx. 1700 ° C) by two gas burners. The part of the piston that is still in the deformation area should also reach the pinch temperature. The end area is finally squeezed with a four-jaw squeezing machine while flushing with argon. The two main pinch jaws 31 (FIG. 7a) form the broad sides of the pinch seal. The
Quer zu den Hauptquetschbacken wirken zwei Seitenquetschbacken 36 (Fig. 7b), deren Quetschfläche 39 die Schmalseiten der Quetschdichtung formt. Am oberen Ende der Quetschfläche steht eine Nase 40 dachartig vor, wobei der First 41 parallel zur Oberkante der Quetschfläche verläuft. Die untere aus der Quetschfläche vorspringende Dachschräge 42 ist um 30° aus der Ebene der Quetschfläche 39 geneigt, die obere Dachschräge 43 hat diesbezüglich eine Neigung von 50°. Die untere Dachschräge 42 erzeugt die Einschnürung, während die obere Dachschräge 43 die beiden restlichen Tangentialflächen des Zentralbereichs formen. Die Oberkante der Hauptquetschbacke schließt mit dem Dachfirst der Seitenquetschbacke ab.Two side crushing jaws 36 (FIG. 7b) act transversely to the main crushing jaws, the crushing
Die Verstrebungen in den Randwülsten entstehen dadurch, daß die Seitenschrägen 35 der Hauptquetschbacken eine andere Neigung (19°) als die unteren Dachschrägen 42 der Seitenquetschbacken besitzen. Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Seitenquetschbacken mit geringer zeitlicher Verzögerung (ca. 0,5 sec) gegenüber den Hauptquetschbacken arbeiten.The struts in the edge beads result from the fact that the side slopes 35 of the main crushing jaws have a different inclination (19 °) than the lower roof slopes 42 of the side crushing jaws. It has proven particularly favorable if the side crushing jaws work with a slight time delay (approx. 0.5 sec) compared to the main crushing jaws.
Anschließend wird der Glaskolben umgedreht und der zweite Endbereich mit der gleichen Technik verschlossen. Das Auspumpen, Spülen und Füllen des Entladungsgefäßes erfolgt in an sich bekannter Art und Weise durch den Pumpstengel.The glass flask is then turned over and the second end area is closed using the same technique. The pumping stem is used to pump out, rinse and fill the discharge vessel in a manner known per se.
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