DE20205707U1 - Ceramic discharge vessel for high pressure discharge lamp has central piece defining inner volume for light emitting charge and transition area between central piece and stopper ends with smooth inner contour - Google Patents
Ceramic discharge vessel for high pressure discharge lamp has central piece defining inner volume for light emitting charge and transition area between central piece and stopper ends with smooth inner contourInfo
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Abstract
Description
für elektrische Glühlampen mbH., Münchenfor electric light bulbs mbH., Munich
Die Erfindung betrifft ein Keramisches Entladungsgefäß gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Entladungsgefäße für Metallhalogenidlampen oder auch Natriumhochdrucklampen. Sie bestehen üblicherweise aus Aluminiumoxid, das mit Dotierstoffen versehen sein kann. Aber auch andere bekannte Materialien wie Saphir, Aluminiumnitrid o.a. können verwendet werden.The invention relates to a ceramic discharge vessel according to the preamble of claim 1. This particularly concerns discharge vessels for metal halide lamps or high-pressure sodium lamps. They usually consist of aluminum oxide, which can be provided with dopants. However, other known materials such as sapphire, aluminum nitride or others can also be used.
Die DE-A 31 37 076 beschreibt langgestreckte zylindrische oder in der Mitte ausgebauchte Entladungsgefäße für Natriumhochdruckentladungslampen, wobei der Innendurchmesser des Entladungsvolumens größer als der an den Enden ist. Insbe-K) sondere wird empfohlen, dass der Innendurchmesser in Höhe der Elektrodenspitze mindesten 60 % des Innendurchmessers in der Mitte beträgt.DE-A 31 37 076 describes elongated cylindrical discharge vessels or discharge vessels bulging in the middle for high-pressure sodium discharge lamps, where the inner diameter of the discharge volume is larger than that at the ends. In particular, it is recommended that the inner diameter at the level of the electrode tip is at least 60% of the inner diameter in the middle.
Aus der EP-A 34 056 ist ein Entladungsgefäß bekannt, das aus einem geraden zylindrischen Rohr gebildet ist, das Enden mit reduziertem Durchmesser besitzt. Das zylindrische Rohr kann einen elliptischen Querschnitt aufweisen. Alternativ ist ein sehr langgestrecktes elliptisches Entladungsgefäß beschrieben, wobei das Achsverhältnis 1:4 bis 1:8 beträgt.EP-A 34 056 discloses a discharge vessel which is formed from a straight cylindrical tube having ends with a reduced diameter. The cylindrical tube can have an elliptical cross-section. Alternatively, a very elongated elliptical discharge vessel is described, the axial ratio being 1:4 to 1:8.
Bei derart langgestreckten Entladungsgefäßen ist für den Fall, dass die Füllung Metallhalogenide enthält, keine universelle Brennlage möglich. In vertikaler Brennstellung ist nämlich die cold-spot-Temperatur, die sich dann im Bereich der unteren Elektrode befindet, deutlich niedriger als bei horizontal brennender Lampe. Dies hat eine ausgeprägte Farbverschiebung zwischen horizontaler und vertikaler Brennlage zur Folge. Weiterhin ist die Temperaturverteilung bei derart langgestreckten Geometrien des Entladungsgefäßes relativ inhomogen, so dass ein starker Temperatur-With such elongated discharge vessels, a universal burning position is not possible if the filling contains metal halides. In the vertical burning position, the cold spot temperature, which is then located in the area of the lower electrode, is significantly lower than with a horizontally burning lamp. This results in a pronounced color shift between the horizontal and vertical burning positions. Furthermore, the temperature distribution with such elongated geometries of the discharge vessel is relatively inhomogeneous, so that a strong temperature
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gradient auftritt. Bei vorgewählter cold-spot-Temperatur (die zum Erreichen der angestrebten lichttechnischen Werte notwendig ist) stellt sich bei langgestreckter Geometrie eine sehr hohe hot-spot-Temperatur ein, was zu einer Überlastung der Keramik des Entladungsgefäßes führen kann.gradient occurs. At a preselected cold-spot temperature (which is necessary to achieve the desired lighting values), a very high hot-spot temperature occurs with an elongated geometry, which can lead to an overload of the ceramic of the discharge vessel.
Aus der EP-A 587 238 ist ein zylindrisches Entladungsgefäß mit rechtwinklig angesetzten Endflächen bekannt, bei dem die Elektroden vertieft in die Enden eingesetzt sind. Derartige zylindrische Entladungsgefäße erlauben zwar eine universelle Brennlage, ihre Temperaturverteilung ist aber ebenfalls inhomogen, so dass auch hier eine sehr hohe hot-spot-Temperatur entsteht.EP-A 587 238 discloses a cylindrical discharge vessel with end faces set at right angles, in which the electrodes are recessed into the ends. Although such cylindrical discharge vessels allow a universal burning position, their temperature distribution is also inhomogeneous, so that a very high hot-spot temperature is also created here.
Ein hoher Temperaturgradient, wie er sowohl in langgestreckten elliptischen als auch in zylindrischen Entladungsgefäßen entsteht, begünstigt Korrosionserscheinungen an der Keramik während der Lebensdauer der Lampe.A high temperature gradient, such as that which occurs in both elongated elliptical and cylindrical discharge vessels, promotes corrosion phenomena on the ceramic during the lifetime of the lamp.
Weiterhin wird die mit der Verwendung der Keramik gegebene prinzipielle Möglichkeit, die cold-spot-Temperatur im Vergleich zu Quarzglas zu erhöhen und damit die lichttechnischen Daten zu verbessern, bei diesen Geometrien durch die dort auftretende sehr hohe hot-spot-Temperatur begrenzt. Die hot-spot-Temperatur der Keramik ist auf maximal etwa 1250 0C begrenzt, wenn Lebensdauern von 6 000 bis 10 000 Stunden angestrebt sind.Furthermore, the possibility of increasing the cold spot temperature compared to quartz glass and thus improving the lighting data, which is possible in principle with the use of ceramics, is limited in these geometries by the very high hot spot temperature that occurs there. The hot spot temperature of the ceramics is limited to a maximum of around 1250 0 C if lifetimes of 6,000 to 10,000 hours are desired.
Es hat sich zudem herausgestellt, dass bei derartigen langgestreckten zylindrischen oder elliptischen Entladungsgefäßen wegen ihrer sehr inhomogenen Temperaturverteilung die lichttechnischen und elektrischen Lampendaten stark von der Brennlage abhängig sind. Derartige Entladungsgefäße können daher nur zum Einsatz kommen, wenn keine Unabhängigkeit dieser Lampendaten von der Brennlage gefordert ist. Dies ist nur für zweiseitig gesockelte Lampen möglich. Bei ihnen ist normalerweise nur eine horizontale Brennlage zulässig.It has also been found that the lighting and electrical data of such elongated cylindrical or elliptical discharge vessels are highly dependent on the burning position due to their very inhomogeneous temperature distribution. Such discharge vessels can therefore only be used if there is no requirement for these lamp data to be independent of the burning position. This is only possible for lamps with double-ended caps. For these, only a horizontal burning position is normally permitted.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein keramisches Entladungsgefäß gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, das eine sehr homogene Temperaturverteilung besitzt und daher für jede Brennlage geeignet ist. Insbesondere soll auch der Einsatz bei einseitig gesockelten Lampen möglich sein.It is an object of the present invention to provide a ceramic discharge vessel according to the preamble of claim 1, which has a very homogeneous temperature distribution and is therefore suitable for any burning position. In particular, it should also be possible to use it with single-ended lamps.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by the characterizing features of claim 1. Particularly advantageous embodiments can be found in the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine spezielle "bauchige" Geometrie des Entladungsgefäßes, die bei jeder Brennlage zu nahezu gleichwertigen photometrischen Lampendaten führt, im Gegensatz zu den bekannten Entladungsgefäßen mit langgestreckter zylindrischer oder elliptischer Geometrie. Diese Geometrie führt insbesondere zu einer reduzierten hot-spot-Temperatur und zu einer sehr gleichmäßigen Temperaturverteilung.The present invention describes a special "bulged" geometry of the discharge vessel, which leads to almost equivalent photometric lamp data in every burning position, in contrast to the known discharge vessels with elongated cylindrical or elliptical geometry. This geometry leads in particular to a reduced hot-spot temperature and to a very uniform temperature distribution.
Im einzelnen handelt es ich bei der vorliegenden Erfindung um ein keramisches Entladungsgefäß für eine Hochdruckentladungslampe, das eine lichtemittierende Füllung enthält. Die Kontur der Innenwand des Entladungsgefäßes definiert ein Innenvolumen. Das Entladungsgefäß besitzt eine Längsachse sowie zwei Enden mit Öffnungen, wobei in den Enden elektrische Durchführungen gasdicht angebracht sind, die mit zwei Elektroden elektrisch verbunden sind, die sich im Innenvolumen in einem gegebenen Elektrodenabstand gegenüberstehen.In particular, the present invention is a ceramic discharge vessel for a high-pressure discharge lamp, which contains a light-emitting filling. The contour of the inner wall of the discharge vessel defines an inner volume. The discharge vessel has a longitudinal axis and two ends with openings, with electrical feedthroughs mounted in a gas-tight manner in the ends, which are electrically connected to two electrodes that are opposite one another in the inner volume at a given electrode distance.
Das Entladungsgefäß ist einteilig oder auch zweiteilig hergestellt, ohne ein separates Stopfenteil. Es besteht aus einem Zentralteil und den zwei daran angesetzten Enden. Die Enden sind als integrale Stopfenteile ausgeführt, die relativ langgestreckt sind. Das Entladungsvolumen kann dabei an sich zylindrisch oder kugelig bzw. elliptisch sein.The discharge vessel is made in one or two parts, without a separate plug part. It consists of a central part and the two ends attached to it. The ends are designed as integral plug parts that are relatively elongated. The discharge volume itself can be cylindrical or spherical or elliptical.
Erfindungsgemäß ist der Übergangsbereich zwischen den Enden und dem Zentralteil innen eine glatte, stetige Kontur ohne Ecken. Es hat sich gezeigt, dass diese glatte Kontur die isotherme Temperaturverteilung fördert. Dagegen zeigen Ecken eine schlechte Wärmeableitung aus dem Durchführungsbereich heraus. Die Ecken werden dadurch sehr heiß. Hinzu kommt außerdem, dass Ecken ideale Angriffspunkte für Korrosion durch die aggressive Füllung bilden. Dagegen ist der Angriff durch Korrosion bei glatter Kontur deutlich reduziert und spielt keine Rolle mehr als begrenzender Faktor für die Lebensdauer. Bei gegebener Wandstärke D des Stopfenteils liegt der Krümmungsradius Ri der Innenwand des Übergangsbereichs zum Zentralbereich bevorzugt im Bereich Ri = 2D bis 4D.According to the invention, the transition area between the ends and the central part is a smooth, continuous contour without corners. It has been shown that this smooth contour promotes isothermal temperature distribution. In contrast, corners show poor heat dissipation from the feedthrough area. The corners therefore become very hot. In addition, corners form ideal attack points for corrosion due to the aggressive filling. In contrast, attack by corrosion is significantly reduced with a smooth contour and no longer plays a role as a limiting factor for the service life. For a given wall thickness D of the plug part, the radius of curvature Ri of the inner wall of the transition area to the central area is preferably in the range Ri = 2D to 4D.
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Im Falle einer zu flachen Krümmung, also einem zu großen Radius des Übergangsbereichs, wird das Entladungsgefäß zu wenig isotherm, so dass die cold-spot-Temperatur zu niedrig wird.If the curvature is too flat, i.e. if the radius of the transition region is too large, the discharge vessel becomes too little isothermal, so that the cold spot temperature becomes too low.
Bevorzugt ist in einer Ausführungsform auch der äußere Übergang glatt als Krümmungsradius Ra geformt. Im Falle gleicher Wandstärke D im Übergangsbereich wie im Stopfenteil folgt daraus Ra = Ri- D = 1D bis 3D. Dabei wir von konzentrischen Radien ausgegangen. Allerdings ist es häufig vorteilhaft, die Wandstärke im Übergangsbereich dicker als in der Mitte des Zentralbereichs zu wählen, denn durch die größere Wandstärke wird die Wärmeableitung zum Ende hin erhöht. Das Ende wird K) dadurch höher aufgeheizt und die Temperaturdifferenz zur Mitte des Zentralbereichs wird kleiner. In diesem Fall sind die beiden Radien nicht konzentrisch zu wählen. Vielmehr liegt der Mittelpunkt des Außenradius axial nach außen versetzt zum Mittelpunkt des Innenradius. Der Versatz liegt bevorzugt im Bereich 10 bis 150 % von D.Preferably, in one embodiment, the outer transition is also smoothly shaped as a radius of curvature Ra. If the wall thickness D in the transition area is the same as in the plug part, this results in Ra = Ri- D = 1D to 3D. Concentric radii are assumed here. However, it is often advantageous to choose a thicker wall thickness in the transition area than in the middle of the central area, because the greater wall thickness increases heat dissipation towards the end. The end is therefore heated up more (K) and the temperature difference to the middle of the central area is smaller. In this case, the two radii should not be chosen concentrically. Instead, the center of the outer radius is offset axially outwards from the center of the inner radius. The offset is preferably in the range 10 to 150% of D.
Ein typischer Wert von D ist dabei unabhängig von der Leistungsstufe im Bereich D = 0,5 bis 1,2 mm angesiedelt. Die vorliegenden Erfindung lässt sich sowohl für kleine als auch große Wattagen von 20 bis 400 W anwenden.A typical value of D is in the range D = 0.5 to 1.2 mm, regardless of the power level. The present invention can be used for both small and large wattages from 20 to 400 W.
Alternativ kann Ra etwas kleiner als Ri-D gewählt werden, um bei konzentrischen Radien die zur Mitte des Zentralbereichs zunehmende Wandstärke zu realisieren. Hier gilt Ra = Ri - xD mit &khgr; = 1,0 bis 1,5.Alternatively, Ra can be selected to be slightly smaller than Ri-D in order to achieve a wall thickness that increases towards the middle of the central area in the case of concentric radii. Here, Ra = Ri - xD with &khgr; = 1.0 to 1.5 applies.
Die Kontur der Innenwand weist bevorzugt die folgende, an sich bekannte Geometrie auf, siehe EP-A 841 687:The contour of the inner wall preferably has the following geometry, known per se, see EP-A 841 687:
Die Innenkontur des Entladungsgefäßes kann man sich aus drei Teilen zusammengesetzt denken, nämlich ein im wesentlichen gerades zylindrisches Mittelteil mit der Länge L und mit dem Innenradius R sowie zwei daran auf beiden Seiten anschließende, im wesentlichen halbkugelförmige Endstücke mit demselben Radius R.The inner contour of the discharge vessel can be imagined as being composed of three parts, namely a substantially straight cylindrical central part with the length L and the inner radius R and two substantially hemispherical end pieces with the same radius R adjoining it on both sides.
Es hat sich herausgestellt, dass die vorliegende Erfindung eine ausreichende Brennlagenunabhängigkeit auch bei zylindrischem oder elliptischem Zentralteil realisiert. It has been found that the present invention realizes sufficient independence of the burning position even with a cylindrical or elliptical central part.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings
Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below using several exemplary embodiments. They show:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines keramischen Entladungsgefäßes;Figure 1 shows an embodiment of a ceramic discharge vessel;
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1, mit Elektrode und Durchfüh-Figure 2 shows an embodiment according to Figure 1, with electrode and feedthrough
rung bestückt;tion;
Figur 3 eine Metallhalogenidlampe, im Schnitt mit Entladungsgefäß gemäßFigure 3 a metal halide lamp, in section with discharge vessel according to
Figur 2;
Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Entladungsgefäßes.Figure 2;
Figure 4 shows a further embodiment of a discharge vessel.
Das in Fig. 1 gezeigte keramische Entladungsgefäß 1 ist für eine 70 W-Lampe gedacht. Es besteht aus einem Zentralteil 4, der das eigentliche Entladungsvolumen umschließt, bestehend aus einem kurzen zylindrischen geraden Mittelteil 2 mit der Länge L = 2 mm und zwei halbkugelförmigen Endstücken 3 mit dem Radius R = 4 mm. Die Gesamtlänge des Innenvolumens ist 10 mm. Die Wandstärke des Entladungsgefäß ist konstant 0,9 mm. Der maximale Außendurchmesser ist 9,8 mm. An den Endstücken 3 erstrecken sich axial jeweils zylindrische, integrale etwa 1,5 mm lange Enden des Entladungsgefäßes nach außen. Sie bilden keramische langgezogene Stopfen 5. Der Übergangsbereich 8 zwischen Stopfen 5 und Endstücken 3 weist eine glatte Kontur mit definiertem Krümmungsradius Ri auf. Auf diese Weise wird eine ideale Isothermie erzeugt.The ceramic discharge vessel 1 shown in Fig. 1 is intended for a 70 W lamp. It consists of a central part 4 which encloses the actual discharge volume, consisting of a short cylindrical straight middle part 2 with the length L = 2 mm and two hemispherical end pieces 3 with the radius R = 4 mm. The total length of the internal volume is 10 mm. The wall thickness of the discharge vessel is a constant 0.9 mm. The maximum external diameter is 9.8 mm. Cylindrical, integral ends of the discharge vessel, each approximately 1.5 mm long, extend axially outwards at the end pieces 3. They form elongated ceramic plugs 5. The transition region 8 between plugs 5 and end pieces 3 has a smooth contour with a defined radius of curvature Ri. In this way, an ideal isotherm is created.
In den Stopfen ist, ähnlich wie in EP-A 587 238 beschrieben, jeweils ein Elektrodensystem (in Figur 2 dargestellt) eingesetzt, wobei der Elektrodenabstand 7,5 mm beträgt. Das System weist eine Durchführung 6 und daran angesetzt eine Elektrode 7 auf, deren Schaft bevorzugt einen etwas kleineren Durchmesser als der der Durchführung besitzt.In each stopper, an electrode system (shown in Figure 2) is inserted, similar to that described in EP-A 587 238, with the electrode spacing being 7.5 mm. The system has a leadthrough 6 and an electrode 7 attached to it, the shaft of which preferably has a slightly smaller diameter than that of the leadthrough.
Die im Entladungsvolumen enthaltene Füllung enthält eine Mischung der Metallhalogenide NaJ, CaJ2 und TIJ mit Seltenerd-Jodiden, wie z.B. DyJ3, TmJ3 und HoJ3, wie sie üblicherweise für Lampen mit hoher Wandbelastung eingesetzt werden. Damit wird eine anfängliche Farbtemperatur von 3030± 80 K in vertikaler und 2980The filling contained in the discharge volume contains a mixture of the metal halides NaJ, CaJ2 and TiJ with rare earth iodides such as DyJ3, TmJ3 and HoJ3, as they are usually used for lamps with high wall loads. This gives an initial colour temperature of 3030± 80 K in the vertical and 2980
t · ·»♦·t · ·»♦·
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± 80 K in horizontaler Brennlage erzielt. Der Temperaturunterschied zwischen coldspot und hot-spot beträgt bei dieser Lampe nur noch 20° im Gegensatz zu 70° bei konventionellen zylindrischen Lampen mit rechtwinklig angesetzten Endflächen.± 80 K in horizontal burning position. The temperature difference between cold spot and hot spot is only 20° in this lamp, compared to 70° in conventional cylindrical lamps with right-angled end faces.
Die Wandbelastung dieses Entladungsgefäßes beträgt etwa 28W/cm2. Das Innenvolumen des Entladungsgefäßes ist 370 &mgr;&Igr;.The wall load of this discharge vessel is about 28W/cm 2 . The internal volume of the discharge vessel is 370 μ�I.
Je nach Wattage werden folgende Abmessungen verwendet:Depending on the wattage, the following dimensions are used:
n.g. = nicht gegebenn.g. = not given
Dabei ist mit D die Wandstärke des Stopfens gemeint, der Innenradius steht für Ri K) des Übergangsbereichs, ähnlich steht Ra für den Außenradius Ra des Übergangs-■ bereichs. Die nächste Spalte zeigt den Außendurchmesser des Stopfenteils AD und die letzte Spalte den Bohrungsdurchmesser Df für die Durchführung 6.D is the wall thickness of the plug, the inner radius represents Ri K) of the transition area, and Ra represents the outer radius Ra of the transition area. The next column shows the outer diameter of the plug part AD and the last column shows the bore diameter Df for the feedthrough 6.
In Figur 3 ist eine Metallhalogenidlampe 9 mit erfindungsgemäßem Entladungsgefäß gezeigt. Dabei ist das zweiendige Entladungsgefäß 1 in einem Außenkolben 10 mittels eines Gestells 11 gehaltert. Der Außenkolben 10 ist einseitig gesockelt (12).Figure 3 shows a metal halide lamp 9 with a discharge vessel according to the invention. The two-ended discharge vessel 1 is held in an outer bulb 10 by means of a frame 11. The outer bulb 10 has a base on one side (12).
Alle derartigen Lampen zeigen auch nach 10 000 Stunden noch keinerlei Korrosion des Entladungsgefäßes. Dagegen haben konventionelle Lampen gemäß dem eingangs vorgestellten Stand der Technik im gleichen Zeitraum eine Ausfallrate von 50 %.All such lamps show no corrosion of the discharge vessel even after 10,000 hours. In contrast, conventional lamps according to the state of the art presented at the beginning have a failure rate of 50% in the same period.
Für spezielle Anwendungen, hier in der 100 W-Ausführung angeführt, wird kein Außenradius verwendet, siehe hierzu Figur 4. Statt dessen ist außen im Übergangsbe-For special applications, shown here in the 100 W version, no outer radius is used, see Figure 4. Instead, the outside of the transition area
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reich 8 ein Auflagepodest 14 vorgesehen, das als definierte Auflagefläche dient. Es kann auch als Referenzebene für die Qualitätsprüfung verwendet werden.A support platform 14 is provided in the area 8, which serves as a defined support surface. It can also be used as a reference plane for quality control.
In Figur 4 ist außerdem ein zweiteiliges Entladungsgefäß verwendet, dessen Nahtstelle als Wölbung 15 erkennbar ist, die um das Entladungsgefäß umläuft. Statt eines zweiteiligen kann auch ein dreiteiliges Entladungsgefäß verwendet werden, dessen Zentralteil in zwei Endkalotten und ein zylindrisches Mittelteil unterteilt ist. Die Stopfenenden sind aber in jedem Fall integral an die Endstücke, bevorzugt Kalotten, angesetzt.In Figure 4, a two-part discharge vessel is also used, the seam of which can be seen as a curvature 15 that runs around the discharge vessel. Instead of a two-part discharge vessel, a three-part discharge vessel can also be used, the central part of which is divided into two end caps and a cylindrical middle part. In any case, however, the plug ends are integrally attached to the end pieces, preferably caps.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20030703 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20050708 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20080715 |
|
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: OSRAM AG, DE Free format text: FORMER OWNER: PATENT-TREUHAND-GESELLSCHAFT FUER ELEKTRISCHE GLUEHLAMPEN MBH, 81543 MUENCHEN, DE Effective date: 20080819 |
|
| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20100702 |
|
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: OSRAM AG, DE Free format text: FORMER OWNER: OSRAM GESELLSCHAFT MIT BESCHRAENKTER HAFTUNG, 81543 MUENCHEN, DE Effective date: 20111027 |
|
| R071 | Expiry of right | ||
| R071 | Expiry of right |