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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Niederdruckentladungslampe
mit
einem röhrenförmigen Glasleuchtkörper, welcher
vakuumdicht geschlossen ist;
einer ionisierbaren Füllung mit
einem Edelgas in dem Leuchtkörper;
Elektroden
in dem Leuchtkörper,
welche mit einem Elektronenemitter versehen sind;
Stromleitern,
welche mit den Elektroden verbunden sind und eine Oberfläche außerhalb
des Leuchtkörpers aufweisen.
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Eine
Niederdruckentladungslampe dieser Art ist aus EP-A 0 562 679 (PHN
14.189) bekannt.
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Die
bekannte Lampe weist einen einfachen Aufbau auf, welcher auf einfache
Weise zu realisieren ist. Der Leuchtkörper sieht einen röhrenförmigen Hauptteil
und kugelförmige
Nebenteile auf beiden Seiten vor, welche mit dem Hauptteil durch
Metallröhren
verbunden sind. Diese Metallröhren
dienen als Stromleiter. Endteile derselben, welche innerhalb des
Hauptteils des Entladungsgefäßes hervorragen,
bilden Elektroden. Bei Herstellung der Lampe kann der Leuchtkörper gereinigt
und durch die Metallröhren
mit seiner Füllung
versehen werden. Die Nebenteile können durch Verschmelzen einer
Glasröhre
mit jeder der Metallröhren
und anschließendes
Verschließen
der freien Enden der Glasröhren,
zum Beispiel durch Schmelzen, erhalten werden.
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Der
Aufbau der bekannten Lampe macht es einfach, Lampen eines verhältnismäßig geringen
Innendurchmessers, zum Beispiel 1,5 bis 7 mm, und einer verhältnismäßig großen Länge von
z. B. 1 m oder mehr zu realisieren.
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Die
ionisierbare Füllung
kann ein Edelgas oder ein Edelgasgemisch oder zusätzlich einen
Bestandteil, welcher verdampfen kann, wie z. B. Quecksilber, enthalten.
Der Leuchtkörper
kann mit einem Fluoreszenzmaterial versehen werden. Die Lampe kann
zu Beleuchtungszwecken oder als Signallampe, zum Beispiel mit einer
Neonfüllung
als Heckleuchte oder Bremsleuchte in Fahrzeugen, verwendet werden.
Bei dem letztgenannten Verwendungszweck besitzt die Lampe gegenüber einer
Glühlampe
den Vorteil, dass sie statt nach 300 ms nach Speisung bereits nach
10 ms ihr volles Licht emittiert.
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Der
starke Kathodenabfall (≈ 180
Volt) und die hohe Arbeitsfunktion axial konfigurierter, emitterloser und
hohler Elektroden, welche bei der bekannten Lampe typischerweise
verwendet werden, begrenzen deren Verwendung auf relativ geringe
Lampenströme.
Geringere Ströme
resultieren in einer geringen Lichtleistung (< 900 lm/m), und der starke Kathodenabfall
reduziert die Leistungsfähigkeit
der Lampe. Hochstromfluoreszenz- und
Neonlampen geringen Durchmessers (ND) sind äußerst wünschenswert, jedoch nicht vorhanden. Die
Anforderung an solche Lampen ist u. a. ein geringer Kathodenabfall
von z. B. weniger als 80 Volt. Es besteht daher ein Bedarf an Hochstrom-ND-Lampen
hoher Leistungsfähigkeit.
Solche ND-Fluoreszenzlampen für
höhere
Ströme
können
für die
Kraftfahrzeuginnenbeleuchtung oder als Hintergrundbeleuchtung in
Laptop-Computern verwendet werden.
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Der
Kathodenabfall einer Elektrode in einer Lampe kann durch Förderung
der Elektronenemission reduziert werden. Bei traditionellen Hochstromfluoreszenzlampen
(> 200 mA) größeren Durchmessers
wird ein, mit Dreifachcarbonaten (zum Beispiel ein Gemisch aus Barium-,
Strontium- und Calciumcarbonaten) beschichteter Wolframwendel als
Elektrode verwendet. Folglich weisen diese Lampen vier Anschlüsse, zwei
für jede
Elektrode auf jeder Seite, auf. Während der Lampenherstellung
werden die Carbonate in einem zusätzlichen Verfahrensschritt
in der Lampe thermisch in Oxide umgewandelt, indem Strom durch den
Wolframwendel geleitet wird. In der Lampe fördern diese Oxide [(Ba, Sr,
Ca)O] Elektronenemission durch Glühelektronenemission, wenn die
Elektrode, entweder durch Hindurchleiten eines Heizstroms durch
den Wolframwendel oder durch Ionenbeschuss, auf 1000–1300°C erhitzt
wird. Es wäre
wünschenswert,
neue Elektroden zu haben, für welche
während
der Herstellung der zusätzliche,
thermische Verfahrensschritt in der Lampe nicht erforderlich ist,
insbesondere da für
diesen Schritt eine kostenaufwendige Bearbeitungszeit notwendig
ist.
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Bei
einer ND-Lampe sind auf Grund geometrischer Beschränkungen
Elektroden mit Einfachleitung erforderlich, und daher ist der Ionenbeschuss
die einzige Kathodenerwärmungsquelle.
Durch das Nichtvorhandensein eines Wendels würde die Verwendung von Carbonaten
in ND-Lampen mit Einfachleitung eine externe HF-Erwärmung erforderlich
machen, um diese bei Herstellung in Oxide umzuwandeln. Dieses macht
einen zusätzlichen,
sogar noch kostenaufwendigeren Schritt in dem Herstellungsverfahren
notwendig.
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Der
Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Niederdruckentladungslampe
der eingangs beschriebenen Art vorzusehen, welche eine höheren Lichtstrom
erzeugen kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass mindestens eine der Elektroden durch einen Gitterkörper dargestellt
ist, und dass der Elektronenemitter mindestens ein Mischoxid aus
mindestens einem der Elemente Ba und Sr mit mindestens einem Metall
der Ta, Ti, Zr, Sc, Y, La sowie die Elemente der Lanthanreihe umfassenden
Gruppe aufweist, wobei Elektronenemitter der Zusammensetzung BaxSr1–xY2O4, wobei x im Bereich von 0 bis 1 liegt,
ausgeschlossen sind.
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US-A-5
675 214 beschreibt eine, einen geringen Durchmesser aufweisende
Lampe gemäß der oben erwähnten Art,
bei welcher die Elektroden durch einen Gitterkörper dargestellt sind. Der
Gitterkörper
kann mit BaxSr1–xY2O4 als Emitter versehen
sein, wobei x zum Beispiel 0,75 ist.
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Bei
der Lampe gemäß der Erfindung
wird die Elektrode durch einen, ein Elektronenemittermaterial tragenden
Gitterkörper
gebildet. Im Vergleich zu einer Elektrode mit einer kontinuierlichen
Wand weist ein Gitterkörper
aus gleichem Material und gleicher Form eine signifikant geringere
Masse und daher eine signifikant geringere Wärmekapazität auf. Ein solcher Gitterkörper hat
bei einer vorgegebenen Temperatur gegenüber seines Umfelds einen geringeren
Wärmeverlust
als eine entsprechende Elektrode mit einer kontinuierlichen Wand.
Alternativ kann der Gitterkörper
bei einem vorgegebenen Wärmeverlust
bei einer signifikant höheren Temperatur
als eine Elektrode mit einer kontinuierlichen Wand betrieben werden.
Die höhere
Temperatur fördert
eine größere Emission
aus dem Elektronenemittermaterial und führt zu einem geringeren Kathodenabfall. Bei
einem geringeren Kathodenabfall kann die Lampe einen höheren Lampenstrom
führen
und eine größere Lichtleistung
aufweisen, ohne dabei die Temperatur in dem dicht gekapselten Bereich
der Lampe zu erhöhen. Ein
zusätzlicher
Vorteil des Gitterkörpers
ist, dass das Spritzen von Metall von der Elektrode auf die Wand
des Leuchtkörpers
und die sich daraus ergebende Schwärzung der Innenwand des Leuchtkörpers reduziert
werden kann. Dieses ist das Ergebnis einer schnelleren Erwärmung des
Endbereichs des Gitterkörpers
auf seine Betriebstemperatur durch Ionenbeschuss während der
Zündphase
auf Grund der geringeren Masse des Gitterkörpers, wodurch ein schnellerer Übergang
von der Glimmentladung zur Bogenentladung vorgesehen wird. Das reduzierte
Spritzen kann ebenfalls der verbesserten Haftung des Emittermaterials
an dem Gitterkörper
zugeschrieben werden.
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In
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
ist der Gitterkörper
hohl und kreiszylindrisch und erstreckt sich zumindest im Wesentlichen
parallel zu der Lampenachse. Eine solche Form ist bei Lampen geringen Durchmessers
von Vorteil, da die Länge
innerhalb eines geringen Durchmessers so ausgewählt werden kann, dass eine
ausreichende Menge Emittermaterial getragen wird. Eine solche Form
ist leicht auszubilden, indem eine Länge des Gittermaterials um
eine zylindrische Spannvorrichtung gerollt, geschweißt und dann
auf Länge geschnitten
wird.
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Vorzugsweise
weist der Elektronenemitter ein oder mehrere Mischoxide auf, die
aus der Gruppe, welcher Ba4Ta2O9, Ba5Ta4O15, BaY2O4, BaCeO3, Ba2TiO4, BaZrO3, BaxSr1–xTiO3 und BaxSr1–xZrO3 angehören,
wobei x zwischen einem Wert von 0 und 1 liegt, ausgewählt werden.
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Am
besten weist der Elektronenemitter ein oder mehrere Mischoxide auf,
die aus der Gruppe, welcher Ba4Ta2O9, BaCeO3, Ba2TiO4, BaZrO3, Ba.5Sr.5TiO3. sowie Ba.5Sr.5ZrO3. angehören, ausgewählt werden.
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Die
Lampe, bei welcher lediglich eine Elektrode mit einem Gitterkörper versehen
ist, ist für
den Gleichstrombetrieb äußerst geeignet.
Die Elektrode mit dem Gitterkörper
ist dann die Kathode. Es ist jedoch von Vorteil, zum Beispiel für den Wechselstrombetrieb,
wenn beide Elektroden mit einem solchen Gitterkörper aussgestattet sind.
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Der
Gitterkörper
kann unmittelbar auf einer hohlen, zylindrischen Hülse oder
einem anderen leitenden Element, welches als Stromleiter für die Elektrode
dient, befestigt werden. Um jedoch die Wärmeübertragung über den Stromleiter weiter
zu reduzieren, wird ein elektrisch leitender Wärmeisolator zwischen dem Stromleiter
und dem Gitterkörper
angeordnet. Bei dem Wärmeisolator
kann es sich um eine Drahtlänge
wie in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen handeln. Der
Draht kann an dem Stromleiter und dem Gitterkörper durch Verschweißung, zum
Beispiel durch Widerstandsschweißen oder Laserschweißen, angebracht
werden. Alternativ kann der elektrisch leitende Wärmeisolator
zwei oder mehrere Drähte
aufweisen. Dieses Ausführungsbeispiel
kann vorzugsweise in Lampen verwendet werden, welche während des
Betriebs, zum Beispiel auf Grund von Stößen oder Vibrationen, Beschleunigungen
ausgesetzt sind. Alternativ kann der Wärmeisolator dann, wenn eine
Hülse als
Stromleiter verwendet wird, zum Beispiel durch eine integrierte,
längliche
Erweiterung der Hülse,
welche zum Beispiel durch Entfernen von Material von dem innen überstehenden
Ende der Hülse
durch Schneiden, Schleifen, Sägen
usw. gebildet wird, dargestellt sein.
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Der
Stromleiter kann aus einem Metall gefertigt sein, welches einen
Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der diesem des Glases des Leuchtkörpers entspricht,
zum Beispiel eine CrNiFe-Legierung bei Kalkglas, zum Beispiel 6
Gew.-% Cr, 42 Gew.-% Ni und der Rest Fe. Bei einem Hartglasleuchtkörper, zum
Beispiel aus Borosilicatglas, kann ein Stromleiter, zum Beispiel
aus Ni/Fe oder NiCoFe, zum Beispiel 29 Gew.-% Ni, 17 Gew.-% Co,
der Rest Fe, zum Beispiel mit einem Durchmesser von 1,5 mm und einer
Wanddicke von 0,12 mm, verwendet werden.
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Alternativ
kann der Stromleiter zum Beispiel aus CrNiFe mit 18 Gew.-% Cr, 10
Gew.-% Ni und der Rest Fe oder aus Ni bestehen. Der elektrisch leitende
Wärmeisolator
kann dann zum Beispiel aus NiCr, zum Beispiel Ni80Cr20 (Gewicht/Gewicht),
zum Beispiel in Form von Draht mit einem Durchmesser von 0,125 oder 0,250
mm, gefertigt sein.
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In
einem Ausführungsbeispiel
ist der Stromleiter massiv. Der Leuchtkörper kann in einem Kammerverfahren
hergestellt werden. Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist dadurch
gekennzeichnet, dass der mit dem Gitterkörper verbundene Stromleiter
durch eine Röhre
dargestellt ist, und dass der Leuchtkörper einen Hauptteil und einen
Nebenteil aufweist, welche durch die Röhre miteinander verbunden sind.
In diesem Ausführungsbeispiel
kann die Röhre
eingesetzt werden, um die Lampe zu evakuieren und mit ihrer Füllung zu
versehen, wodurch das Herstellungsverfahren vereinfacht wird.
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Ein
vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gitterkörper in dem Nebenteil des Leuchtkörpers angeordnet
ist. Dieses hat den Vorteil, dass von dem Gitterkörper während des
Betriebs abgelöstes
Material im Wesentlichen außerhalb
des Hauptteils des Leuchtkörpers
zu finden ist, so dass dieser Teil selbst klar bleibt. Die Lichtleistung
bleibt während
der Brenndauer der Lampe infolgedessen hoch. Dieses Ausführungsbeispiel
ist für
Lampen, deren Füllung
einen, eine Verdampfung ermöglichenden
Bestandteil enthält,
von besonderer Bedeutung. Da der Entladungsbogen während des
normalen Betriebs in der Hauptsache auf den Gitterkörper gerichtet
ist, nimmt der Raum außerhalb
des Leuchtkörpers
dort, wo der Gitterkörper
aufgenommen wird, eine verhältnismäßig hohe
Temperatur an. Die Verdampfungskomponente kann somit einen verhältnismäßig hohen
Dampfdruck aufweisen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 – eine schematische
Darstellung eines Ausführungsbeispiels
der Niederdruckentladungslampe gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 – eine detailliertere
Darstellung eines Teils der Lampe von 1;
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3 – einen
entsprechenden Teil eines zweiten Ausführungsbeispiels; sowie
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4 – einen
entsprechenden Teil eines dritten Ausführungsbeispiels.
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Bezugnehmend
auf 1 weist die Niederdruckentladungslampe einen röhrenförmigen Glasleuchtkörper 60 auf.
Der Leuchtkörper
sieht einen Hauptteil 61 und Nebenteile 62 vor.
Er weist eine ionisierbare Füllung
mit Edelgas, wie z. B. Argon oder Neon, auf oder kann, in Abhängigkeit
des Lampentyps, Quecksilberdampf enthalten. Eine Leuchtschicht 2 kann
die Innenfläche
oder zumindest einen Hauptteil derselben bedecken. Der Leuchtkörper besteht
aus Glas, welches die sichtbare Strahlung, die in der Leuchtschicht 2 erzeugt wird, überträgt. Stromleiter
in Form von Röhren 30 treten
an einem jeweiligen Endabschnitt B in den Hauptteil des Leuchtkörpers ein
und verbinden den Hauptteil mit einem jeweiligen Nebenteil. Die
Stromleiter 30 weisen eine Oberfläche 31 außerhalb
des Leuchtkörpers
auf.
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Auf
den Stromleiter 30 wurde ein Gitterkörper 20, in 2 näher dargestellt,
mit einem Wärmeisolator, zum
Beispiel einem Ni- oder Ni-Cr-Draht 40, laser- oder widerstandsgeschweißt. Der
Gitterkörper 20 wird
auf mindestens einer seiner Oberflächen, vorzugsweise auf einer
Innenfläche,
mit einem Elektronenemittermaterial 50 versehen.
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Der
zylindrische Gitterkörper 20 wird
auf einfache Weise, zum Beispiel indem Gittermaterial um einen Stab
gewickelt wird und die sich gegenüberliegenden Ränder, mit
oder ohne Überlappung,
zusammengeschweißt
werden, vorgesehen. Es wird auf einfache Weise ein langer Gitterzylinder
gebildet, welcher dann getrennt werden kann, um einen Vorsprung
oder eine Elektrodenspitze 20 der gewünschten Länge zu erhalten. Der Gittervorsprung
wird dann durch Schweißung
mit dem Draht 40 verbunden. Der Gitterkörper 20 wird mit Emittermaterial
beschichtet, indem dieser in eine Suspension aus dem Emittermaterial
getaucht wird. Dieses erfolgt auf einfache Weise nach Zusammenschweißen von
Gitterkörper
und Draht 40. Nach Trocknen des Emitters wird das andere
Ende des Drahts 40 an der Hülse 30 befestigt.
Das Emittermaterial kann ebenfalls unter Anwendung anderer Verfahren,
zum Beispiel durch Aufsprühen,
auf den Gitterkörper
aufgebracht werden.
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Bei
einer Ausführung
wurde Gittermaterial 100 × 100
mit einer Öffnungsgröße von 0,14
mm und einer Freifläche
von etwa 30% in eine hohle Röhre
gerollt, ver schweißt
und in Längen
von 3 mm geschnitten. Ein NiCr-Draht wurde auf den Gitterkörper geschweißt, und
der Gitterkörper
wurde mit Emittermaterialien (z. B. Ba4Ta2O9), gemischt mit
einem Bindemittel (Nitrocellulose) und einem geeigneten Lösungsmittel
(Butylacetat), tauchbeschichtet. Das beschichtete Gitter wurde dann
auf 1000°C
erhitzt, um das Bindemittel abzubrennen. Bei einem Ni- und Mo-Gitter
wurde das Bindemittel in He-H2 abgebrannt,
während
bei einem Ta-Gitter das Abbrennen des Bindemittels in Ar vorgenommen
wurde.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel,
bei welchem der Wärmeisolator 40 durch
eine integrierte, längliche
Erweiterung der Hülse 30 mit
einer Länge „l" und einer Breite „w" dargestellt ist,
welche vorgesehen wird, indem Material von der Hülse 30, z. B. durch
Sägen,
Schleifen usw., entfernt wird.
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In
den obigen Figuren dient die hohle Hülse 30 sowohl als
Stromleiter, um die Elektrode mit einer Quelle eines elektrischen
Potentials außerhalb
des Lampenkolbens zu verbinden, als auch als Leitungsführung, um den
Leuchtkörper
zu evakuieren und zu füllen.
Eine solche Dichtungsstruktur ist für Lampen mit einem geringen
Durchmesser, zum Beispiel weniger als 5 mm, geeignet. Bei Lampen
mit einem größeren Durchmesser werden
andere Dichtungsstrukturen, wie zum Beispiel ein Lampenfuß, verwendet.
Bei einem Lampenfuß wird eine
Glasröhre
verwendet, um den Leuchtkörper
zu evakuieren und zu füllen,
und der Stromleiter ist in diesem Fall durch einen Draht dargestellt. 4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Elektrode für
eine Lampe mit einem Lampenfuß,
bei welcher der Gitterzylinderkörper
unmittelbar mit einem, durch eine Drahtdurchführung gebildeten Stromleiter
verbunden ist. Der Draht weist eine Verschiebung auf, um den Gitterkörper in
Ausrichtung mit der Lampenachse zu halten.
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Die
Tabelle zeigt den Kathodenabfall bei einer Gruppe Testlampen mit
der unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen Form und Gittermaterial
Ni, Mo oder Ta. Bei den Lampen handelte es sich um Fluoreszenzlampen
mit Quecksilber, Argon bei 40 mb und 40 mA Strom. Das Emittermaterial
war Ba4Ta2O9. Die Ergebnisse umfassen kontinuierlich
betriebene Lampen und wiederholt ein- und ausgeschaltete Lampen.
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Während des
Betriebs fand eine geringe Schwärzung
der Lampen statt, jedoch war diese konstant und nicht stark. Die
Tests wurden auf Grund von Quecksilberverarmung, nicht jedoch auf
Grund der Verwendung des Gittermaterials eingestellt. Die Gitterform
lieferte eine bessere Ergebnisspanne als ein früherer Test mit massiven Becher-
und Elektrodenformen. Somit dient die Verwendung eines Gitterkörpers als
Emittermaterial tragende Elektrodenspitze als weiteres Hilfsmittel
für den
Lampenkonstrukteur, um die Lampenleistung bei Kaltkathodenlampen
und im Besonderen bei Lampen geringen Durchmessers zu verbessern.