EP0926704A1 - Flache Signallampe mit dielektrisch behinderter Entladung - Google Patents

Flache Signallampe mit dielektrisch behinderter Entladung Download PDF

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EP0926704A1
EP0926704A1 EP97122798A EP97122798A EP0926704A1 EP 0926704 A1 EP0926704 A1 EP 0926704A1 EP 97122798 A EP97122798 A EP 97122798A EP 97122798 A EP97122798 A EP 97122798A EP 0926704 A1 EP0926704 A1 EP 0926704A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
discharge
signal
lamp
signal lamp
traffic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP97122798A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Dr. Vollkommer
Lothar Dr. Hitzschke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH filed Critical Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Priority to EP97122798A priority Critical patent/EP0926704A1/de
Priority to HU0001317A priority patent/HUP0001317A3/hu
Priority to JP53445799A priority patent/JP2001513256A/ja
Priority to EP98965815A priority patent/EP0976144A1/de
Priority to PCT/EP1998/008104 priority patent/WO1999034410A1/de
Priority to US09/367,539 priority patent/US6348760B1/en
Publication of EP0926704A1 publication Critical patent/EP0926704A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/30—Vessels; Containers
    • H01J61/305—Flat vessels or containers

Definitions

  • the present invention relates to the field of signal lamps, as they are used primarily with traffic signals and traffic signs Find. In particular, it relates to a traffic light.
  • Another important aspect is that with signal lamps depending on the application certain designs or sizes are desired.
  • a final aspect is the temperature development of incandescent lamps one is large in overall performance and the other is strongly localized.
  • the resulting thermal cycles and thermal gradients form one Stress on the lamp and its technical environment, in particular in non-stationary operating states.
  • the result is a relative one limited switching stability.
  • This invention is based on the technical problem of a new signal lamp indicate the ways to avoid the mentioned Offers difficulties.
  • a gas discharge lamp with one that is at least partially transparent to visible radiation and with a gas filling discharge vessel and with a dielectric Layer between at least one discharge electrode and the gas filling for a dielectric barrier discharge in the discharge vessel, characterized in that the lamp is a signal lamp with a signal surface and the discharge vessel is a continuous boundary surface has, which corresponds to the signal area.
  • the invention is based on the knowledge that many conventional Reservations against the use of gas discharge lamps in the area the signal lamp technology can either be overcome technically or the associated disadvantages in favor of other benefits in buying can be taken.
  • First speaks against the use of Gas discharge lamps compared to incandescent or halogen incandescent lamps Need to use elaborate starting circuits or electronic Ballasts.
  • On the other hand especially in the field of electronic Ballasts make significant progress in reducing the Price and size have been achieved, and also in the field of conventional Halogen light bulbs are transformed by transformers using low-voltage technology accepted similar disadvantages.
  • a major advantage of this invention is that of the individual Requirements very flexible in shape and size, especially adaptable geometry of flat lamp discharge lamps. Discharge lamps stand out through a largely homogeneous distribution of light generation over the discharge volume, so that additional optical components can often be omitted. So the z. B. at traffic lights the annoying Specular reflectors and phantom light for reducing of the phantom light additional screens are not necessary. Rather, it can be done only with regard to the flat lamp discharge lamp the phantom light effect achieved a much better result than when using these components in the conventional case, whereby there is an important contribution to road safety.
  • the mirror reflectors have led to the possibility of directional distribution adjust the light emission very well and choose can.
  • gas discharge lamps in particular if there are no additional specular reflectors, one too undirected Radiation z. B. to get into the half space that really in the decisive directions did not produce sufficient luminance.
  • there are possibilities according to the invention found the luminance distribution even in the case of flat radiators Focus gas discharge lamps if this is in a particular Use case is necessary.
  • Reflectors, filter discs, etc. also include the advantage of the invention that the elaborate and by the adjustment due to the thermal cycles adjustment required during operation or at least when changing the light bulb the position of the light bulb or its base is also eliminated.
  • Fluorescent lamps are also generally less sensitive to Vibrations as incandescent lamps and are therefore very suitable better for various mechanical shocks or vibrations exposed locations of signal lamps, especially in the traffic sector.
  • This invention is primarily intended for flat radiator discharge vessels, in which a continuous flat shape of the discharge volume directly at least essentially specifies the shape of the flat radiator.
  • a continuous flat shape of the discharge volume directly at least essentially specifies the shape of the flat radiator.
  • conventional tube discharge tubes the For example, backlighting a flat lens, none continuously flat discharge vessels if they are used to fill the backlight Surface are coiled accordingly or in serpentines.
  • the flat radiator can still have wavy surfaces or to be curved in its flatness.
  • the signal area mentioned in claim 1 is that for exercising the signal function the area used for the signal lamp. It can have a signal color Have lettering, carry hazard symbols etc. This signal area does not have to with the assigned boundary surface of the discharge vessel be identical and can be, for example, by means of different optical intermediate layers be separate from it. In any case, the signal area is at least essentially back-lit through the boundary surface or illuminates and corresponds to it at least in this sense. Prefers are the signal area and the corresponding boundary area also geometrically congruent.
  • the electrodes are the flat-beam discharge vessel arranged on one of its surfaces, in particular so that they run side by side.
  • the discharge vessel Through this there is a common arrangement on one surface of the discharge vessel the possibility of a particularly simple production because only one surface must be coated with electrode structures. In addition, this means that discharge structures fill the surface particularly evenly produce. This is from the description of what follows below Embodiment clearly.
  • discharge electrodes can continue the discharge anodes and the discharge cathodes from a plurality parallel discharge anodes and cathodes each together connected on a common side (the anodes or the cathodes) and be connected to a single anode or cathode connection.
  • a straight line Shape of the discharge anodes and cathodes with opposite ones Sides to a comb-like arrangement of the discharge anodes and cathodes extending common connections.
  • projections can be made on the electrodes for local Definition of a single discharge element, that is, a single one from the plurality of discharges. This is also on referred to the embodiment.
  • At least the anode side must be covered with a dielectric layer.
  • a dielectric layer which also in the main claim listed dielectric layer can, however, also through a wall of the Discharge vessel can be formed when at least part of the electrodes is applied on the outside of this wall.
  • the radiation behavior of the gas discharge flat radiators is fundamental relatively diffuse, d. H. in all directions from the plane of the flat radiator directed. This also applies to the optional use of a diffuse reflective layer.
  • a further configuration is required for some applications to be preferred to the invention, in which the substantially (with one-sided Reflection layer) the solid angle area covering the half space the light radiation is restricted to a narrower solid angle range.
  • luminance reinforcement layers in particular Fresnel lenses or prism foils or prism plates as simple flat optical elements used on the flat radiator.
  • brightness enhancement foils as prism foils (Brightness Enhancer) can be used that the cone of light emission in one dimension, or when using two in their longitudinal direction of the prism right-angled brightness enhancement films in two dimensions, narrow.
  • Brightness Enhancer Such brightness enhancement films are described below in Embodiment described in more detail.
  • the luminance enhancement layers can also be prism-free, for example with a refractive index variation, be constructed.
  • a diffusely scattering film or plate can also be used, with the simultaneous use of a prismatic film on the lamp side from that.
  • Such a diffuser is particularly advantageous if one Larger area of the discharge vessel through support points, that is, across the plane of the flat radiator Small columns between the discharge volume enclosing plates, is stabilized. Through the diffuser these support points are less visible.
  • the Xe Excimer system can be used. This is preferred used with a pulsed discharge operation.
  • Xe excimer discharge lamps and the pulsed discharge operation referred to the applications WO 94/23442 and DE-P 43 11 197.1 and WO 97/04625 and DE 195 26 211.5, the disclosure of which is referred to here and is included.
  • This invention relates generally to signal lamps of all types. Various areas of application have already been described in the introduction. However, it is particularly useful in the transport sector and both in road traffic, rail traffic, shipping as well Air traffic. A particular aspect of the invention relates accordingly on a traffic sign or a traffic signal that an inventive Signal lamp contains or consists of it. Many of the above Advantages of the invention, such as the lower susceptibility to pollution, the Phantom light problem, the longer operating time, especially when exposed to vibration Locations, the improved switching stability, etc. play in the area of traffic signs and traffic signals play a particularly large role.
  • Fluorescent flat spotlights are.
  • the exemplary embodiment also relates to this. It is also important to use it as a motor vehicle lamp, e.g. B. Brake light, or direction indicator, which is also built around a vehicle corner and can be designed curved. In all of these cases, like Generally with signal lamps, it is particularly advantageous to use the frequently standardized Color, more precisely the color locus, already through the right phosphor or To be able to set fluorescent mixture selection. There are no only particularly good technical possibilities for the exact setting of the Color locations, but the conventional color filter technology is often unnecessary.
  • a round signal lamp 1 is drawn for a traffic light.
  • the sectional view shows the discharge volume within the smallest Circle 2.
  • These are drawn as small round dots.
  • the area between the smallest circle 2 and the middle one Circle 4 contrasts the lateral sealing of the discharge volume represents the outside world.
  • the outer circle 5 is the outer edge of the discharge volume limit upwards and downwards (in the perspective of the figure) Glass panes 6 and 7. These glass panes are shown in FIG Section shown.
  • the diameters are of the three circles 2.4 and 5 200, 220 and 240 mm.
  • Figure 2 shows a section in a direction perpendicular to Figure 1.
  • An Xe discharge fill is enclosed between the two glass plates 6 and 7.
  • Typical thicknesses for the glass plates are 2.5 mm and for the gas filling 8 about 5 mm.
  • Ag electrodes 9 are first drawn in cross section on the lower glass plate 7, the geometry of which is described in more detail with reference to FIG. 3.
  • a glass solder layer 10, which forms the dielectric of the dielectric barrier discharge, is located on the electrodes 9.
  • a reflector layer 11 made of Al 2 O 3 or TiO 2 for the diffuse reflection of the light generated in the lamp 1.
  • a phosphor layer 12 for generating light is located above the reflector layer 11. The same phosphor layer 12 is also located on the lower side of the glass plate 6 shown in the illustration.
  • phosphor layers are optimized for the respective application, in particular the desired color location.
  • preferred luminescent materials or luminescent material combinations are contained in the application of the same applicant from the same day with the title, in terms of its disclosure content: Signal lamp and fluorescent lights ".
  • a diffuser is located above the glass plate 6 and the optical color filter 13 14, that generated by the phosphor layers 12 and by the reflector layer 11 reflects light so diffusely that the one shown in FIG Support points in the luminous appearance of the signal lamp only are weakly recognizable.
  • the electrodes and layers 9-12 applied to the glass plates 6 and 7 can be produced particularly easily using the screen printing process.
  • the screen printing process is u. a. advantageous for structuring the electrodes. For the sake of simplicity, it is also used for the other layers.
  • luminance intensifying foils 15 and 16 crossed with their longitudinal prism axes.
  • luminance intensifying foils are prism foils which, through refraction of the light on the prism surfaces, cause the radiation cone of the light to narrow in the plane perpendicular to the prism longitudinal axis.
  • An example of this are those commercially available from the manufacturer 3M Brightness Enhancement "films.
  • the angle of attack of the prisms can be optimized in order to align the emitted light to the required extent.
  • the signal area is the luminous area on the upper luminance enhancement film 16.
  • the signal function is reduced the red, yellow or green signal lamp 1.
  • the signal area is corresponding in the sense of claim 1 Boundary surface of the discharge vessel, the upper glass plate 6. From the Interposition of the different optical layers apart, correspond these areas and are congruent.
  • FIG. 3 shows a top view comparable to FIG. 1, but only the geometry of the electrodes 9, which cannot be seen in FIG. 1, on the lower one Glass plate 7 is located.
  • At this comb-like geometry are those shown on the left in the figure Anodes 9a in pairs, while those shown on the right Cathodes 9k each lie individually between adjacent pairs of anodes.
  • the cathodes 9k regularly alternate on both sides along their length arranged small projections 17 on the spatial fixing each serve a single discharge structure.
  • This electrode structure reference is made to the application DE 196 36 965.7, the disclosure of which is included here.
  • the next distance between two distances is in this embodiment 5 mm or between equilateral Projections 10 mm.
  • the area of limitation of the anode and cathode crests 9a or 9k corresponds to the inner circle 2 already mentioned in FIG. 1 Electrodes are on the left and right sides of the figure, respectively merged into a common anode or cathode connection, that on the outer periphery of the in Figure 1 as the outer edge of the glass plates introduced outer circle 5 is. These each circle segments over the Longitudinal extension of the inner circle 2 representing common connections are, in Figure 3 below, to an anode connection or to a cathode connection led out.
  • FIG 4 finally illustrates in a schematic view how three the previously described signal lamps 1 are combined to form a traffic light are.
  • a very flat housing 18 are used, the rest has the usual high rectangular shape.
  • the conventional ones Traffic lights with light bulbs used elements such as diffusers, Umbrellas and parabolic mirrors can be omitted. Nevertheless the advantages of the invention already described are achieved, in particular the phantom light effect no longer occurs because there is no specular reflector is present that could reflect the obliquely arriving sunlight.
  • Such a traffic light 19 could be of a very simple and easy design Stand are attached, but also by the low weight can be easily hung on ropes and offers due to overall the significant simplifications in weight and volume and the large Freedom for the housing 18 multiple uses.
  • the signal lamp shown in FIGS. 1-3 can also be seen as a circular case red taillight or circular yellow direction indicator one Introduce car.
  • the lamp can also be curved around a corner of the vehicle be. This can be particularly the case with rear, brake light or direction indicator lamps be advantageous, which is also from the side of the vehicle can be recognized by other road users. Since the invention the construction of particularly flat motor vehicle lamps enables is such a tour around a motor vehicle corner without this conventionally predetermined considerable depth in the body possible inside.

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Abstract

Beschrieben wird eine flache Signallampe mit dielektrisch behinderter Entladung, die insbesondere zur Verwendung in Verkehrssignalen, vor allem Verkehrsampeln, vorgesehen ist. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Bereich der Signallampen, wie sie vor allem bei Verkehrssignalen und Verkehrsschildern Verwendung finden. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Verkehrsampel.
Neben den vielfältigen Beleuchtungsaufgaben gehört auch der Bereich der Signallampen zur Lampentechnik. Das tägliche Leben kennt viele Anwendungsbereiche für Signallampen: Genannt seien z. B. der Straßenverkehr, die Schiffahrt und der Schienenverkehr, die Überwachung und Bedienung von technischen Einrichtungen jeder Art, die Sicherheitsbeschilderung von Gebäuden oder Verkehrs-, Gewerbe- oder Industrieanlagen wie Flughäfen, Bahnhöfen, Kinos und dergleichen mehr.
Dabei sind besondere Anforderungen für das Gebiet der Signallampen kennzeichnend. Dazu gehören die Zuverlässigkeit, die Betriebsdauer und der Reparatur- und Wartungsaufwand. Dies rührt nicht nur von Sicherheitsgesichtspunkten her, sondern folgt auch aus der großen zahlenmäßigen und örtlichen Verbreitung von Signallampen und den damit verbundenen erheblichen Aufwendungen für Wartung und Instandsetzung.
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist, daß bei Signallampen je nach Anwendungsfall bestimmte Bauformen oder Baugrößen erwünscht sind.
Konventionell werden dabei normale Glühlampen oder Halogenglühlampen verwendet, vor allem bei solchen Signallampen, die im Betrieb ein- und ausgeschaltet werden müssen.
Daraus resultierende Nachteile sind zunächst die hohe Vibrationsempfindlichkeit der Glühwendel. Insbesondere bei Anwendungen im Verkehrsbereich ergeben sich daraus erhebliche Einschränkungen. Desweiteren haben Glühlampen je nach Lampentyp und verwendeter Betriebsspannung nur eine realtiv beschränkte Betriebsdauer von einigen tausend Stunden und müssen dann mit, wie oben erwähnt, teilweise erheblichem Aufwand ausgetauscht werden. Letztlich ist dabei eine geringe reguläre Betriebsdauer ähnlich nachteilig wie eine anderweitige Defektanfälligkeit.
Ein weiterer Aspekt ergibt sich häufig aus besonderen Anforderungen an die Abstrahlcharakteristik. Dann müssen die Glühlampen in einem optischen System verbaut werden, z. B. mit einem Spiegelreflektor und/oder mit Linsen. Zunächst kann es dabei zu Fehljustagen und dementsprechenden Leistungseinschränkungen kommen. Darüberhinaus sind solche optischen Systeme kompliziert aufgebaut und grundsätzlich anfällig gegen Verschmutzungen, wie sie, vor allem im Verkehrsbereich, grundsätzlich nicht zu vermeiden sind. Im Ergebnis sind bei regelmäßigen Wartungsarbeiten aufwendige Innenreinigungen notwendig, bei denen es dennoch nicht gelingt, die anfänglichen Eigenschaften des Systems gänzlich wieder herzustellen.
Bei Spiegelreflektoren kann es bei niedrigem Sonnenstand auch zu sogenannten Phantomlichtern z. B. in Verkehrsampeln kommen. Durch Reflexionen des Sonnenlichts wird dabei ein Leuchten der betreffenden Signallampe vorgetäuscht.
Ein weiterer Nachteil, der bei Glühlampenanwendungen häufig notwendigen optischen Systeme mit Reflektoren oder Linsen sind die notwendige Baugröße und Bauform und das entsprechende Gewicht. Sie sind in vielen Fällen sehr unerwünscht, vor allem wenn die Lampe in besonderen Positionen montiert werden muß und sich deswegen bei der Montage und/oder bei den entsprechenden Halterungen, Masten oder anderweitigen Befestigungsvorrichtungen ein erheblicher Aufwand ergibt. Jedoch lassen die notwendige Beleuchtung einer größeren Signalisierungsfläche oder eine z. B. durch Normen vorgegebene Ausstrahlungsrichtung keine andere Wahl.
Ein letzter Aspekt ist die Temperaturentwicklung von Glühlampen, die zum einen in der Gesamtleistung groß und zum anderen stark lokalisiert ist. Die resultierenden thermischen Zyklen und thermischen Gradienten bilden eine Belastung für die Lampe und ihre technische Umgebung, und zwar Insbesondere bei nichtstationären Betriebszuständen. Das Ergebnis ist eine relativ beschränkte Schaltfestigkeit.
Eine bekannte Möglichkeit zur Behebung einiger der genannten Nachteile besteht in der Verwendung von lichtemittierenden Dioden (LEDs); sie sind jedoch häufig wegen ihrer Abstrahlcharakteristik ungeeignet. Ferner besteht ein Nachteil darin, daß der bei vielen Signallampenanwendungen wichtige und auch häufig genormte Farbort nicht einstellbar ist oder bei Verwendung von Leuchtstoffen wegen Stabilitätsproblemen nicht dauerhaft einstellbar ist.
Dieser Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine neue Signallampe anzugeben, die Möglichkeiten zur Vermeidung der erwähnten Schwierigkeiten bietet.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem gelöst durch eine Gasentladungslampe mit einem für sichtbare Strahlung zumindest teilweise transparenten und mit einer Gasfüllung gefüllten Entladungsgefäß und mit einer dielektrischen Schicht zwischen zumindest einer Entladungselektrode und der Gasfüllung für eine dielektrisch behinderte Entladung in dem Entladungsgefäß, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe eine Signallampe mit einer Signalfläche ist und das Entladungsgefäß eine durchgehende Begrenzungsfläche aufweist, die der Signalfläche entspricht.
Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß viele konventionelle Vorbehalte gegen die Verwendung von Gasentladungslampen im Bereich der Signallampentechnik entweder technisch überwunden werden können oder die damit verbundenen Nachteile zugunsten anderer Vorteile in Kauf genommen werden können. Zunächst spricht gegen die Verwendung von Gasentladungslampen gegenüber Glühlampen oder Halogenglühlampen die Notwendigkeit der Verwendung aufwendiger Startschaltungen oder elektronischer Vorschaltgeräte. Andererseits sind gerade im Bereich der elektronischen Vorschaltgeräte wesentliche Fortschritte zur Verringerung des Preises und der Baugröße erzielt worden, und auch im Bereich der konventionellen Halogenglühlampen werden durch Transformatoren in der Niedervolttechnik ähnliche Nachteile in Kauf genommen.
Ein weiterer Punkt ist die durch den Startvorgang verringerte Schaltfestigkeit von Gasentladungslampen. Hier hat sich herausgestellt, daß sich durch Gasentladungslampen mit dielektrisch behinderter Entladung Schaltfestigkeiten erzielen lassen, die die konventioneller Glühlampen bei weitem übersteigen und im wesentlichen nur durch die Stabilität der verwendeten Leuchtstoffe oder Leuchtstoffmischungen bestimmt sind. Durch die gegenüber den Glühwendeln unempfindliche Elektrodenform und die kleineren thermischen Zyklen im Betrieb kann die Schaltfestigkeit nun als Vorteil der Gasentladungslampen mit dielektrisch behinderter Entladung gegenüber konventionellen Glühlampen gewertet werden. Auch hier hat sich ein von der konventionellen Gasentladungslampentechnik herrührendes Vorurteil als in diesem Spezialfall nicht begründet erwiesen.
Ein weiterer Punkt, der zunächst gegen den Einsatz von Entladungslampen spricht, hängt mit der durchgängigen Verwendung von Quecksilber in den entsprechenden Gasfüllungen zusammen. Quecksilber hat nicht nur nachteilige Umweltaspekte sondern sorgt auch für nachteilige Temperatur-Eigenschaften der Lampe. Dies betrifft zunächst die Sofortlichteigenschaften, also die (mangelnde) Möglichkeit, unmittelbar nach dem Einschalten die volle Lichtleistung abzugeben. Zudem ist dieses Problem auch noch von den Außentemperaturen abhängig, also bei kalter Umgebung besonders ausgeprägt. Es hat sich nun jedoch herausgestellt, daß bei Verwendung einer Lampe mit dielektrisch behinderter Entladung keine Quecksilber enthaltenden Gasfüllungen mehr notwendig sind, womit diese Probleme vollständig entfallen.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Erfindung besteht in der an die individuellen Anforderungen sehr flexibel in Form und Größe anpaßbaren Geometrie insbesondere von Flachstrahler-Entladungslampen. Dabei zeichnen sich Entladungslampen durch eine weitgehend homogene Verteilung der Lichterzeugung über das Entladungsvolumen aus, so daß zusätzliche optische Bauelemente häufig entfallen können. So sind die z. B. bei Verkehrsampeln das störende Phantomlicht erzeugenden Spiegelreflektoren und die zur Verringerung des Phantomlichts eingesetzten zusätzlichen Blenden nicht notwendig. Es kann vielmehr durch die Flachstrahler-Entladungslampe allein ein hinsichtlich des Phantomlicht-Effektes wesentlich besseres Ergebnis erzielt werden als bei Verwendung dieser Bauteile im konventionellen Fall, wodurch sich ein wichtiger Beitrag zur Verkehrssicherheit ergibt.
Zwar haben die Spiegelreflektoren zu der Möglichkeit geführt, die Richtungsverteilung der Lichtabstrahlung sehr gut einstellen und wählen zu können. Insoweit bestanden Bedenken, bei Gasentladungslampen, insbesondere wenn auf zusätzliche Spiegelreflektoren verzichtet wird, eine zu ungerichtete Abstrahlung z. B. in den Halbraum zu erhalten, die in den wirklich entscheidenden Richtungen keine hinreichende Leuchtdichte erzeugt. Wie weiter unten ausgeführt ist, haben sich jedoch erfindungsgemäß Möglichkeiten gefunden, die Leuchtdichteverteilung auch bei flächig abstrahlenden Gasentladungslampen zu konzentrieren, wenn dies in einem bestimmten Anwendungsfall notwendig ist.
Mit dem Verzicht auf Spiegelreflektoren, Blenden und andere separate optische Bauelemente entfallen auch die vor allem dadurch beim Stand der Technik entstandenen Vorgaben an die äußere Form der Signallampe oder - leuchte, z. B. im Hinblick auf eine gewisse Mindestdicke, auf die zumindest bevorzugte Verwendung einer runden Außenform usw. Entsprechendes gilt für die Gewichtsersparnis.
Dementsprechend entfallen auch die eingangs beschriebenen Probleme mit der inneren Verschmutzung von Signallampen, z. B. Verkehrsampeln. Da durch entsprechende Wahl des Leuchtstoffs oder der Leuchtstoffmischung sehr viele Farbörter getroffen werden können, spart man häufig die konventionell notwendigen Filterscheiben. Damit gewinnt man nicht nur in der Lichtausbeute, vielmehr entfällt der Bereich Innenreinigung vollständig. Bei entsprechend dichter bzw. gekapselter Ausführung der erfindungsgemäßen Signallampe kann die gelegentlich notwendige Außenreinigung besonders einfach durchgeführt werden, z. B.mit einem auch aus größerer Entfernung einsetzbaren Wasserstrahl.
In den Zusammenhang mit der Einsparung der konventionell benötigten Reflektoren, Filterscheiben usw. gehört auch der Vorteil der Erfindung, daß die aufwendige und durch die Verstellung aufgrund der thermischen Zyklen im Betrieb oder zumindest beim Glühlampenwechsel erforderliche Justage der Position der Glühlampe bzw. ihres Sockels ebenfalls entfällt.
Leuchtstofflampen sind ferner grundsätzlich weniger empfindlich gegenüber Vibrationen als Glühlampen und eignen sich schon von daher sehr viel besser für verschiedene mechanischen Erschütterungen oder Vibrationen ausgesetze Einsatzorte von Signallampen, vor allem im Verkehrsbereich.
Bei dieser Erfindung ist vor allem an Flachstrahler-Entladungsgefäße gedacht, bei denen eine durchgehend flächige Gestalt des Entladungsvolumens unmittelbar zumindest im wesentlichen die Form des Flachstrahlers vorgibt. Im Gegensatz dazu sind z. B. konventionelle Röhren-Entladungsgefäße, die beispielsweise eine flache Streuscheibe hinterleuchten, keine durchgehend flächigen Entladungsgefäße, wenn sie zur Ausfüllung der zu hinterleuchtenden Fläche entsprechend gewendelt oder in Serpentinen geführt sind. Natürlich kann der Flachstrahler dennoch gewellte Oberflächen haben oder in seiner Flächigkeit gebogen sein.
Die in Anspruch 1 erwähnte Signalfläche ist die zur Ausübung der Signalfunktion der Signallampe verwendete Fläche. Sie kann eine Signalfarbe haben, Schriftzüge aufweisen, Gefahrensymbole tragen usw. Diese Signalfläche muß mit der zugeordneten Begrenzungsfläche des Entladungsgefäßes nicht identisch sein und kann beispielsweise durch verschiedene optische Zwischenschichten davon getrennt sein. Die Signalfläche wird jedenfalls zumindest in wesentlichen Teilen durch die Begrenzungsfläche hindurch hinter-leuchtet bzw. beleuchtet und entspricht ihr zumindest in diesem Sinn. Bevorzugt sind die Signalfläche und die entsprechende Begrenzungsfläche auch geometrisch im wesentlichen deckungsgleich.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Elektroden des Flachsträhler-Entladungsgefäßes auf einer seiner Flächen angeordnet, und zwar insbesondere so, daß sie nebeneinander verlaufen. Durch diese gemeinsame Anordnung auf einer Fläche des Entladungsgefäßes ergibt sich die Möglichkeit einer besonders einfachen Herstellung, weil nur eine Fläche mit Elektrodenstrukturen beschichtet werden muß. Außerdem lassen sich dadurch besonders gleichmäßig die Fläche ausfüllende Entladungsstrukturen erzeugen. Dies wird aus der Beschreibung des weiter unten folgenden Ausführungsbeispiels deutlich.
Bei dieser bevorzugten Form der Entladungselektroden können weiterhin die Entladungsanoden und die Entladungskathoden aus einer Mehrzahl parallel verlaufender Entladungsanoden und -kathoden jeweils gemeinsam an einer gemeinsamen Seite (der Anoden bzw. der Kathoden) verbunden und an einem einzigen Anoden- bzw. Kathodenanschluß angeschlossen sein. Insbesondere ist dabei, wie beim Ausführungsbeispiel gezeigt, an eine geradlinige Form der Entladungsanoden und -kathoden mit an entgegengesetzten Seiten zu einer kammartig verzahnten Anordnung der Entladungsanoden und -kathoden verlaufenden gemeinsamen Anschlüssen zu denken.
Zugunsten einer verbesserten Kontrolle und damit einer größeren Gleichmäßigkeit der Anordnung der Einzelentladungen bzw. Entladungsstruktur im Entladungsvolumen können auf den Elektroden Vorsprünge zur lokalen Festlegung jeweils eines einzelnen Entladungselements, also einer einzelnen aus der Mehrzahl von Entladungen, vorgesehen sein. Auch hierzu wird auf das Ausführungsbeispiel verwiesen.
Bei der dielektrisch behinderten Entladung muß zumindest die Anodenseite mit einer dielektrischen Schicht bedeckt sein. Die auch im Hauptanspruch aufgeführte dielektrische Schicht kann allerdings auch durch eine Wand des Entladungsgefäßes gebildet sein, wenn zumindest ein Teil der Elektroden auf der Außenseite dieser Wand aufgebracht ist.
In vielen Fällen, vor allem wenn die Lichtabstrahlung nur nach einer Seite erfolgen soll, ist die Verwendung einer Reflexionsschicht auf einer Entladungsgefäßwand vorgesehen, und zwar zur im Gegensatz zum Spiegelreflektor diffusen Reflexion des Lichts aus der Lampe. Üblicherweise enthalten Gasentladungslampen auf den Wänden des Entladungsgefäßes Leuchtstoffschichten, wobei dann die Reflexionsschicht auf der der Entladung abgewandten Seite der Leuchtstoffschicht liegen sollte. Die Verwendung eines Leuchtstoffs ist für diese Erfindung jedoch nicht zwingend. Sollten dielektrisch behinderte Entladungen möglich werden, bei denen das gewünschte Licht unmittelbar in der Entladung erzeugt wird, so ist diese Erfindung auch ohne Leuchtstoff ausführbar.
Das Abstrahlverhalten der Gasentladungs-Flachstrahler ist grundsätzlich relativ diffus, d. h. in alle Austrittsrichtungen aus der Ebene des Flachstrahlers gerichtet. Dies gilt gleichermaßen auch bei optionaler Verwendung einer diffusen Reflexionsschicht. Für manche Anwendungen ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vorzuziehen, bei der der im wesentlichen (bei einseitiger Reflexionsschicht) den Halbraum erfassende Raumwinkelbereich der Lichtabstrahlung eingeengt wird auf einen engeren Raumwinkelbereich. Dabei werden erfindungsgemäß Leuchtdichteverstärkungsschichten, insbesondere Fresnellinsen oder Prismenfolien bzw. Prismenplatten als einfache flache optische Elemente auf dem Flachstrahler eingesetzt. Insbesondere können als Prismenfolien sogenannte Helligkeitsverstärkungsfolien (Brightness Enhancer) verwendet werden, die den Kegel des Lichtaustritts in eine Dimension, oder bei Verwendung zweier in ihrer Prismenlängsrichtung rechtwinklig gekreuzter Helligkeitsverstärkungsfolien in zwei Dimensionen, verengen. Solche Helligkeitsverstärkungsfolien werden weiter unten beim Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Die Leuchtdichteverstärkungsschichten können aber auch prismenfrei, etwa mit einer Brechungsindexvariation, aufgebaut sein.
Weiterhin kann eine diffus streuende Folie oder Platte Verwendung finden, bei gleichzeitiger Verwendung einer Prismenfolie sinnvollerweise lampenseitig davon. Ein solcher Diffusor ist vor allem dann von Vorteil, wenn eine größere Fläche des Entladungsgefäßes durch Stützstellen, also quer zur Ebene des Flachstrahlers verlaufende Kleine Säulen zwischen den das Entladungsvolumen einschließenden Platten, stabilisiert ist. Durch den Diffusor sind diese Stützstellen optisch weniger wahrzunehmen.
Als bevorzugtes Entladungssystem für die hier weitgehend hinsichtlich ihres geometrischen und elektrotechnischen Aufbaus beschriebene Entladungslampe kommt das Xe-Excimer-System in Betracht. Dieses wird vorzugsweise mit einem gepulsten Entladungsbetrieb verwendet. Zu den Einzelheiten von Xe-Excimer-Entladungs-lampen und zum gepulsten Entladungsbetrieb wird verwiesen auf die Anmeldungen WO 94/23442 bzw. DE-P 43 11 197.1 und WO 97/04625 bzw. DE 195 26 211.5, deren Offenbarung hier in Bezug genommen und eingeschlossen ist.
Diese Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf Signallampen jeder Art. Verschiedene Anwendungsgebiete wurden bereits in der Einleitung geschildert. Besonders sinnvoll ist sie jedoch vor allem im Verkehrsbereich und zwar sowohl im Straßenverkehr, Schienenverkehr, Schiffsverkehr als auch Flugverkehr. Ein besonderer Gesichtspunkt der Erfindung bezieht sich demnach auf ein Verkehrsschild oder ein Verkehrssignal, das eine erfindungsgemäße Signallampe enthält oder aus ihr besteht. Viele der genannten Vorteile der Erfindung, etwa die geringere Verschmutzungsanfälligkeit, das Phantomlicht-Problem, die längere Betriebsdauer vor allem bei vibrationsbelasteten Einsatzorten, die verbesserte Schaltfestigkeit usw. spielen im Bereich von Verkehrsschildern und Verkehrssignalen eine besonders große Rolle.
Dabei ist insbesondere auch an eine Verkehrsampel zu denken, deren zwei oder drei verschiedenfarbige Signallampen jeweils ein erfindungsgemäßer Leuchtstoffflachstrahler sind. Hierauf bezieht sich auch das Ausführungsbeispiel. Wichtig ist aber auch die Anwendung als Kraftfahrzeuglampe, z. B. Bremslicht, oder Richtungsanzeiger, die auch um eine Fahrzeugecke herumgebaut und dazu gekrümmt ausgelegt sein kann. In allen diesen Fällen, wie generell bei Signallampen, ist es von besonderem Vorteil, die häufig genormte Farbe, genauer den Farbort, bereits durch die richtige Leuchtstoffoder Leuchtstoffmischungswahl einstellen zu können. Dabei bestehen nicht nur besonders gute technische Möglichkeiten der genauen Einstellung des Farb-ortes, sondern es erübrigt sich häufig auch die konventionelle Farbfiltertechnik.
Es folgt eine Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels, nämlich einer Signallampe für eine Verkehrsampel. Dieses Ausführungsbeispiel ist in den Figuren dargestellt, und zwar zeigt:
  • Figur 1 eine geschnittene Draufsicht auf die Signallampe für eine Verkehrsampel,
  • Figur 2 eine geschnittene Seitenansicht durch die Signallampe,
  • Figur 3 eine Draufsicht auf eine Bodenplatte der Signallampe, wobei die Elektrodenstruktur dargestellt ist,
  • Figur 4 eine schematische Darstellung von drei zu einer Verkehrsampel zusammengesetzten Signallampen nach den Figuren 1 bis 3.
    • In Figur 1 ist eine runde Signallampe 1 für eine Verkehrsampel gezeichnet. Die Schnittansicht zeigt das Entladungsvolumen innerhalb des Kleinsten Kreises 2. Dabei sind Schnitte durch in einem quadratischen Raster von 34 mm Kantenlänge angeordnete Stützstellen 3 als kleine runde Punkte eingezeichnet. Der Bereich zwischen dem kleinsten Kreis 2 und dem mittleren Kreis 4 stellt die seitliche Abdichtung des Entladungsvolumens gegenüber der Außenwelt dar. Der äußere Kreis 5 ist der Außenrand von das Entladungsvolumen nach oben und nach unten (in der Sichtweise der Figur) begrenzenden Glasscheiben 6 und 7. Diese Glasscheiben sind in Figur 2 im Schnitt dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel betragen die Durchmesser der drei Kreise 2,4 und 5 200, 220 bzw. 240 mm.
    Figur 2 zeigt einen Schnitt in einer im Vergleich zu Figur 1 senkrechten Richtung. Zwischen den beiden Glasplatten 6 und 7 ist eine Xe-Entladungsfüllung eingeschlossen. Typische Dicken für die Glasplatten sind jeweils 2,5 mm und für die Gasfüllung 8 etwa 5 mm. Auf der unteren Glasplatte 7 sind zunächst Ag-Elektroden 9 im Querschnitt eingezeichnet, deren Geometrie anhand Figur 3 näher beschrieben wird. Auf den Elektroden 9 befindet sich eine Glaslotschicht 10, die das Dielektrikum der dielektrisch behinderten Entladung bildet. Es folgt eine Reflektorschicht 11 aus Al2O3 oder TiO2 zur diffusen Reflexion des in der Lampe 1 erzeugten Lichts. Über der Reflektorschicht 11 liegt eine Leuchtstoffschicht 12 zur Lichterzeugung. Eine gleiche Leuchtstoffschicht 12 befindet sich auch an der unteren Seite der in der Abbildung oberen Glasplatte 6. Diese Leuchtstoffschichten sind auf den jeweiligen Anwendungsfall, insbesondere den gewünschten Farbort, hin optimiert. Für das vorliegende Beispiel einer Verkehrsampel befinden sich bevorzugte Leuchtstoffe bzw. Leuchtstoffkombinationen in der hiermit in ihrem Offenbarungsgehalt in Bezug genommenen Anmeldung der gleichen Anmelderin vom gleichen Tag mit dem Titel:
    Figure 00120001
    Signallampe und Leuchtstoffe dazu".
    In manchen Anwendungsfällen, z. B. bei der roten Signallampe der Verkehrsampel, kann es sinnvoll sein, auf der Glasplatte 6 ein Farbfilter 13 vorzusehen, vergleiche die eben zitierte Anmeldung.
    Oberhalb der Glasplatte 6 und des optischen Farbfilters 13 liegt ein Diffusor 14, der das von den Leuchtstoffschichten 12 erzeugte und von der Reflektorschicht 11 reflektierte Licht soweit diffus streut, daß die in Figur 1 zu erkennenden Stützstellen im Leucht-Erscheinungsbild der Signallampe nur noch schwach zu erkennen sind.
    Die auf die Glasplatten 6 und 7 aufgebrachten Elektroden und Schichten 9-12 können besonders einfach nach dem Siebdruckverfahren hergestellt werden.
    Das Siebdruckverfahren ist u. a. zur Strukturierung der Elektroden vorteilhaft. Der Einfachheit halber wird es auch für die anderen Schichten verwendet.
    Auf dem optionalen Farbfilter 13 und dem Diffusor 14 wiederum liegen zwei mit ihren Prismenlängsachsen gekreuzte Leuchtdichteverstärkungsfolien 15 und 16. Solche Leuchtdichteverstärkungsfolien sind Prismenfolien, die durch Brechung des Lichts an den Prismenflächen eine Verengung des Abstrahlkegels des Lichts in der Ebene senkrecht zu der Prismenlängsachse bewirken. Ein Beispiel hierfür sind die von dem Hersteller 3M kommerziell erhältlichen Brightness Enhancement"-Folien. Der Anstellwinkel der Prismen kann je nach Anwendung optimiert werden, um das abgestrahlte Licht im erforderlichen Umfang auszurichten.
    Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Signalfläche die leuchtende Fläche auf der oberen Leuchtdichteverstärkungsfolie 16. Die Signalfuuktion reduziert sich auf das Leuchten der roten, gelben oder grünen Signallampe 1. Andererseits ist die im Sinn des Anspruchs 1 der Signalfläche entsprechende Begrenzungsfläche des Entladungsgefäßes die obere Glasplatte 6. Von der Zwischenschaltung der verschiedenen optischen Schichten abgesehen, entsprechen sich diese Flächen und sind deckungsgleich.
    Die Figur 3 zeigt eine der Figur 1 vergleichbare Draufsicht, wobei jedoch nur die Geometrie der in Figur 1 nicht zu erkennenden Elektroden 9 auf der unteren Glasplatte 7 eingezeichnet ist. Man erkennt eine verzahnte Grundgeometrie, die zwei geraden, ineinander geschobenen Kämmen ähnelt. Bei dieser kammartigen Geometrie liegen die links in der Figur eingezeichneten Anoden 9a jeweils paarweise beieinander, während die rechts eingezeichneten Kathoden 9k jeweils einzeln zwischen benachbarten Anodenpaaren liegen. Die Kathoden 9k weisen entlang ihrer Länge regelmäßig beidseitig alternierend angeordnet kleine Vorsprünge 17 auf, die zur räumlichen Festlegung jeweils einer Einzelentladungsstruktur dienen. Zu dieser Elektrodenstruktur wird verwiesen auf die Anmeldung DE 196 36 965.7, deren Offenbarung hier eingeschlossen ist. Der nächste Abstand zweier Abstände beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel 5 mm bzw. zwischen gleichseitigen Vorsprüngen 10 mm.
    Der Flächenbereich der Beschränkung der Anoden- und Kathodenkärmme 9a bzw. 9k entspricht dem bei Figur 1 bereits erwähnten inneren Kreis 2. Die Elektroden sind jeweils auf der linken bzw. der rechten Seite in der Figur zu einem gemeinsamen Anoden- bzw. Kathodenanschluß zusammengeführt, der auf dem äußeren Umfang des bei Figur 1 als Außenrand der Glasplatten eingeführten äußeren Kreises 5 liegt. Diese jeweils Kreissegmente über die Längserstreckung des Innenkreises 2 darstellenden gemeinsamen Anschlüsse sind, in der Figur 3 unten, zu einem Anodenanschluß bzw. zu einem Kathodenanschluß herausgeführt.
    Figur 4 schließlich veranschaulicht in einer schematischen Ansicht, wie drei der bisher beschriebenen Signallampen 1 zu einer Verkehrsampel zusammengefaßt sind. Dabei kann wegen der besonderen Bauform der einzelnen Signallampen 1 ein sehr flaches Gehäuse 18 verwendet werden, das im übrigen die übliche hohe rechteckige Form aufweist. Die bei konventionellen Verkehrsampeln mit Glühlampen verwendeten Elemente wie Streuscheiben, Schirme und Parabolspiegel können hierbei weggelassen werden. Trotzdem werden die bereits beschriebenen Vorteile der Erfindung erreicht, insbesondere tritt der Phantomlichteffekt nicht mehr auf, weil kein Spiegelreflektor vorhanden ist, der das schräg eintreffende Sonnenlicht reflektieren könnte. Eine solche Verkehrsampel 19 könnte an einem sehr einfach und leicht aufgebauten Ständer befestigt werden, durch das geringe Gewicht aber auch ohne weiteres an Seilen aufgehängt werden und bietet insgesamt aufgrund der wesentlichen Vereinfachungen bei Gewicht und Volumen und der großen Freiheit für das Gehäuse 18 vielfache Einsatzmöglichkeiten.
    Im Fall von Kraftfahrzeug-Signallampen ist die Freiheit in der Formwähl im Hinblick auf das Karosseriedesign von großer Bedeutung. Im einfachsten Fall kann man sich die in Figur 1-3 dargestellte Signallampe auch als kreisrundes rotes Rücklicht oder kreisrunden gelben Richtungsanzeiger eines Pkw vorstellen. Die Lampe kann dabei auch um eine Fahrzeugecke herumgekrümmt sein. Dies kann vor allem bei Heck-, Bremslicht- oder Richtungsanzeigelampen von Vorteil sein, die dann auch von der Seite des Fahrzeugs aus von anderen Verkehrsteilnehmern erkannt werden können. Da die Erfindung die Konstruktion besonders flacher Kraftfahrzeuglampen ermöglicht, ist eine solche Herumführung um eine Kraftfahrzeugecke ohne die dadurch konventionellerweise vorgegebene erhebliche Bautiefe in die Karosserie hinein möglich.

    Claims (15)

    1. Gasentladungslampe (1) mit einem für sichtbare Strahlung zumindest teilweise transparenten und mit einer Gasfüllung (8) gefüllten Entladungsgefäß und mit einer dielektrischen Schicht (10) zwischen zumindest einer Entladungselektrode (9) und der Gasfüllung für eine dielektrisch behinderte Entladung in dem Entladungsgefäß,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe (1) eine Signallampe mit einer Signalfläche ist und das Entladungsgefäß eine durchgehende Begrenzungsfläche (6) aufweist, die der Signalfläche entspricht.
    2. Signallampe (1) nach Anspruch 1, bei der die Entladungselektroden (9) auf einer der Signalfläche gegenüberliegenden Fläche (7) des Entladungsgefäßes angeordnet sind.
    3. Signallampe (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der eine Mehrzahl parallel verlaufender Entladungsanoden (9a) bzw. -kathoden (9k) jeweils an einer gemeinsamen Seite der Anoden (9a) bzw. Kathoden (9k) gemeinsam verbunden und an einem einzigen Anoden- bzw. einem einzigen Kathodenanschluß angeschlossen sind.
    4. Signallampe (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der mindestens eine der Entladungselektroden (9) eine Struktur von Vorsprüngen (17) zur lokalen Festlegung der einzelnen Entladungselemente der dielektrisch behinderten Entladung aufweist.
    5. Signallampe (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der zumindest ein Teil der Elektroden (9) des Entladungsgefäßes auf der Außenseite einer Wand aufgebracht ist und die dielektrische Schicht durch die Wand gebildet ist.
    6. Signallampe (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Reflexionsschicht (11) auf einer Wand des Entladungsgefäßes zur diffusen Reflexion des Lichts aus der Signallampe (1).
    7. Signallampe (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem auf der der Signalfläche entsprechenden Begrenzungsfläche (6) des Entladungsgefäßes angeordneten Diffusor (14).
    8. Signallampe (1) nach Anspruch 7 mit einer auf der der Signalfläche entsprechenden Begrenzungsfläche (6) des Entladungsgefäßes und auf dem Diffusor (14) angeordneten Leuchtdichteverstärkungsschicht, etwa einer Prismenfolie (15, 16), Prismenplatte oder Fresnellinse.
    9. Signallampe (1) nach Anspruch 8 mit zwei in ihrer Prismenlängsrichtuilg rechtwinklig gekreuzten Helligkeitsverstärkungsfolien (15, 16) als Prismenfolien.
    10. Signallampe (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ausgelegt für eine Xe-Excimer-Entladung.
    11. Signallampe (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche betrieben durch eine gepulste Energieeinkopplung.
    12. Verkehrsschild oder -signal mit einer Signallampe (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
    13. Verkehrssignal nach Anspruch 12 als Verkehrsampel (19).
    14. Verkehrssignal nach Anspruch 12 als Kraftfahrzeuglampe.
    15. Kraftfahrzeuglampe nach Anspruch 14 als um eine Fahrzeugecke herumreichende, gekrümmte Heck-, Bremslicht- oder Richtungsanzeigelampe.
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