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Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem.
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Derartige Sensorsysteme werden verstärkt für eine automatische Produktidentifikation in Einkaufszentren wie zum Beispiel Supermärkten eingesetzt. Mittels geeigneter Sensoren werden dabei bestimmte Produktmerkmale erfasst, anhand derer als Produkte insbesondere Lebensmittel identifiziert werden können.
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Aus der
WO 2014/063157 A2 ist ein Sensorsystem bekannt, das mittels Kameras optische Merkmale von Produkten, insbesondere Lebensmitteln erfasst, um diese zu identifizieren. Als weitere Sensoren zur Produkterkennung können RFID-Sensoren, Chemosensoren und dergleichen flankierend eingesetzt werden.
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Die
DE 10 2007 058 593 A1 betrifft eine Einrichtung zum automatischen Abrechnen von Speisen und Getränken, welche Mittel zum berührungslosen Erfassen von mehreren Messgrößen, die auf unterschiedliche Eigenschaften der Speisen beziehungsweise Getränke zurückzuführen sind. Weiterhin ist eine Datenverarbeitungseinrichtung vorgesehen. Dies dient zum Bestimmen und Abspeichem von Vergleichsmessgrößen für die einzelnen Speisen und Getränke, zum Identifizieren einzelner Speisen beziehungsweise Getränke durch Vergleich der erfassten Messgrößen mit den abgespeicherten Vergleichsmessgrößen, zum Eingeben und Abspeichern von Preisinformationen zu den einzelnen Speisen und Getränken, und zur Preisbestimmung einzelner identifizierter Speisen beziehungsweise Getränke unter Berücksichtigung der entsprechenden Preisinformationen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sensorsystem der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches bei geringem konstruktiven Aufwand eine hohe Funktionalität aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem umfassend eine Anordnung von Chemosensoren und einer dieser zugeordneten Steuer- und Auswerteeinheit. Mit den Chemosensoren sind Lebensmittel durch Erfassung gasförmiger Substanzen detektierbar. Die Steuer- und Auswerteeinheit ist ausgebildet anhand von Sensorsignalen des oder der Chemosensoren Lebensmittel zu identifizieren und Eigenschaften dieser Lebensmittel zu bestimmen.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Sensorik des Sensorsystems ausschließlich Chemosensoren aufweist, wobei im einfachsten Fall nur ein Chemosensor vorgesehen ist.
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Da keine Sensoren mit unterschiedlichen Messprinzipien vorgesehen sind, ist die Signalwertung in der Steuer- und Auswerteeinheit erheblich vereinfacht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Sensorsystem mit dem oder den Chemosensoren einen kompakten Aufbau aufweist. Die Chemosensoren können somit Baueinheiten mit kleinen Bauformen ausbilden, die einfach an den gewünschten Einsatzorten installiert werden können.
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Die Steuer- und Auswerteeinheit kann mit dem oder den Chemosensoren eine Baueinheit bilden, sodass das gesamte Sensorsystem am jeweiligen Einsatzort installiert werden kann.
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Alternativ kann die Steuer- und Auswerteeinheit eine von dem oder den Chemosensoren räumlich getrennte Einheit bilden. In diesem Fall sind der oder die Chemosensoren über geeignete leitungsgebundene oder berührungslos arbeitende Schnittstellen an die Steuer- und Auswerteeinheit angeschlossen.
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Die im erfindungsgemäßen Sensorsystem eingesetzten Chemosensoren sind generell zur reversiblen Erfassung gasförmiger Substanzen, insbesondere chemischer Verbindungen oder Ionen ausgebildet. Die Chemosensoren generieren abhängig von den Konzentrationen derartiger Substanzen elektrische Signale. Ein Chemosensor weist generell ein Erkennungssystem auf, wie zum Beispiel eine ionensensitive Schicht zur Erfassung von Ionen und einen Transducer, der die vom Erkennungssystem generierten Signale in elektrische Signale umsetzt.
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Vorteilhaft weisen die Chemosensoren Halbleiterbauelemente auf und können so in sehr kleinen Bauformen produziert werden.
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Durch die konzentrationsabhängige Erfassung von gasförmigen Substanzen von Lebensmitteln können allein mit diesen Chemosensoren diese Lebensmittel erfasst werden.
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Erfindungsgemäß erfolgt mit dem oder den Chemosensoren nicht nur eine Identifikation von Lebensmitteln, vielmehr werden auch spezifische Eigenschaften der Lebensmittel erfasst, wodurch das erfindungsgemäße Sensorsystem eine hohe Funktionalität aufweist.
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Besonders vorteilhaft können mit dem oder den Chemosensoren Reifegrade von Lebensmitteln, wie zum Beispiel Obst und Gemüse bestimmt werden.
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Des Weiteren können anhand der Signale des oder der Chemosensoren Informationen über die Rest-Lebensdauer, das heißt über die Zeitspanne, innerhalb derer die Lebensmittel noch genießbar sind, gewonnen werden.
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Die mittels der Chemosensoren durchgeführte erfindungsgemäße Analyse kann für beliebige Lebensmittel, die gasförmige Substanzen abgeben, eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind Obst und Gemüse, aber auch Fisch, Fleisch, Wurst und dergleichen.
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Das erfindungsgemäße Sensorsystem weist eine ausschließlich aus Chemosensoren bestehende Sensorik auf. In einer besonders einfachen und kostengünstigen Ausgestaltung ist nur ein Chemosensor vorgesehen, wobei zur Erhöhung der Nachweissicherheit und Ausfallsicherheit des Sensorsystems auch mehrere Chemosensoren vorgesehen sein können.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Sensorsystem wenigstens zwei unterschiedliche Chemosensoren auf. Dadurch wird eine diversitär redundante Sensorik bereitgestellt, mittels derer die Nachweisempfindlichkeit des Sensorsystems erheblich erhöht ist. Da die unterschiedlich ausgebildeten Chemosensoren unterschiedliche Signale generieren, werden mit diesen Chemosensoren mehr Informationen über die zu erfassenden Lebensmittel gewonnen als mit nur einem Chemosensor. Die Signale der Chemosensoren können dann in der Steuer- und Auswerteeinheit in geeigneter Weise verknüpft werden, wodurch die Identifikation von Lebensmitteln oder die Bestimmung von Eigenschaften von Lebensmitteln sehr genau durchgeführt werden kann.
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Vorteilhaft wird die Steuer- und Auswerteeinheit des erfindungsgemäßen Sensorsystems nicht nur zur Auswertung der Signale der Chemosensoren eingesetzt, sondern auch zu deren Steuerung. Insbesondere kann über die Steuer- und Auswerteeinheit eine geeignete Zeitsteuerung der Chemosensoren erfolgen, beispielsweise derart, dass diese gleichzeitig oder im zeitlichen Wechsel Lebensmittel detektieren.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind in der Steuer- und Auswerteeinheit Referenzwerte abgespeichert, wobei zur Identifikation von Lebensmitteln und zur Bestimmung von Eigenschaften dieser Lebensmittel aktuelle Sensorsignale des oder der Chemosensoren mit den Referenzwerten verglichen werden.
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Mit den Referenzwerten kann insbesondere der Wertebereich der Signale des oder der Chemosensoren in einzelne Unterbereiche unterteilt werden, die voneinander getrennt oder auch teilweise überlappend ausgebildet sein können. Die Signalauswertung zur Produktidentifikation und zur Bestimmung von Produkteigenschaften erfolgt dann derart, dass in der Steuer- und Auswerteeinheit geprüft wird, in welche der Unterbereiche die Signale der Chemosensoren fallen.
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Vorteilhaft sind Referenzwerte durch eine Parametrierung und/oder durch Einlernvorgänge vorgebbar.
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Diese Vorgabe erfolgt vor dem Arbeitsbetrieb des Sensorsystems. Prinzipiell können dann die so eingestellten Referenzwerte während des gesamten Arbeitsbetriebs des Sensorsystems beibehalten werden.
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Besonders vorteilhaft ist eine Nachführeinheit vorgesehen, in welcher selbstlernende Algorithmen implementiert sind, mittels der Referenzwerte nachführbar sind.
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Die Nachführeinheit kann als Software-Modul in der Steuer- und Auswerteeinheit oder in einer externen Einheit implementiert sein. Die Nachführeinheit bildet dabei ein KI (Künstliche Intelligenz) -Modul, in welchem selbstlernende Algorithmen implementiert sind. Mittels dieser selbstlernenden Algorithmen werden während des Arbeitsbetriebs des Sensorsystems die bei den Lebensmittel-Detektionen erfassten Signale der Chemosensoren fortlaufend oder über diskrete Zeitintervalle erfasst, um dadurch die vor dem Arbeitsbetrieb festgelegten Referenzwerte noch genauer zu bestimmen und an die zu erfassenden Lebensmittel besser anzupassen, wodurch die Nachweissicherheit des Sensorsystems erhöht wird. Auch können neue Referenzwerte generiert werden.
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Eine vorteilhafte Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Sensorsystems besteht darin, dass dieses eine Produktidentifikationseinheit in einem Einkaufszentrum ausbildet.
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Der Begriff Einkaufszentrum ist dabei allgemein auszulegen und betrifft generell Einrichtungen, in welchen Lebensmittel erworben werden können, also auch Märkte oder auch Supermärkte, Fachgeschäfte und dergleichen.
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Insbesondere in größeren Einkaufszentren wie Supermärkten können separate Theken oder allgemein Verkaufsstätten für einzelne spezifische Lebensmittelsorten wie Fisch, Fleisch, Obst oder Gemüse vorgesehen sein, an welchen jeweils ein Sensorsystem vorgesehen sein kann, um dort zum Verkauf angebotene Lebensmittel identifizieren zu können.
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Ein Beispiel hierfür sind Abteilungen in Supermärkten, in denen Obst und Gemüse angeboten wird. Dort sind üblicherweise Waagen vorgesehen, auf welchen ein Kunde das von ihm ausgewählte Obst oder Gemüse wiegen kann. Um die Ware zu identifizieren musste bislang der Kunde einen mehrstelligen Produktcode an der Waage eingeben, was relativ umständlich und wenig benutzerfreundlich ist. Durch die Ausstattung der Waage mit dem Sensorsystem kann die Ware selbsttätig identifiziert werden, sodass das lästige Eingeben von Produktcodes entfallen kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Sensorsystem als Produktidentifikationseinheit Bestandteil eines Kassensystems.
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An dem Kassensystem kann die jeweilige Ware gewogen, mit dem erfindungsgemäßen Sensorsystem identifiziert und dann sofort abgerechnet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erfindungsgemäße Sensorsystem Bestandteil eines Produktverfolgungssystems und/oder Qualitätskontrollsystems. Generell können auch mehrere Sensorsysteme Bestandteil eines Produktverfolgungssystems und/oder Qualitätskontrollsystems sein, wobei diese generell über mehrere Einrichtungen verteilte, dezentrale Systeme ausbilden können. In diesem Fall können die Sensorsysteme in mehreren Einrichtungen, beispielsweise in mehreren Einkaufszentren und auch Zulieferbetrieben von Einkaufszentren verteilt sein. Die einzelnen Sensorsysteme können dann über Cloud-Rechner einer Cloud gesteuert werden.
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Zur Ausbildung eines Qualitätskontrollsystems ist es wesentlich, dass mit einem erfindungsgemäßen Sensorsystem nicht nur die jeweiligen Lebensmittel identifiziert werden, sondern auch deren Eigenschaften, wie deren Reifungsgrade oder davon abhängig deren Rest-Lebensdauer, bestimmt werden. Anhand dieser Informationen können in dem Sensorsystem Produktklassifikationen vorgenommen werden. Beispielsweise können einzelne Qualitätsstufen für die Lebensmittel definiert werden.
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Auch für die Ausbildung eines Produktverfolgungssystems ist es zweckmäßig, dass mit dem oder den Sensorsystemen nicht nur Lebensmittel identifiziert werden, sondern auch deren Eigenschaften bestimmt werden.
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So können Lebensmittel mit verteilt angeordneten Sensorsystemen in räumlich getrennten Einheiten verfolgt werden. Beispielsweise können Sensorsysteme in Einkaufszentren und in Zulieferbetrieben von Einkaufszentren vorgesehen sein, um so über ein Cloud-Rechnersystem Beschaffungsprozesse zu steuern. Vorteilhaft hierbei ist, dass anhand mit den Sensorsystemen detektierten Eigenschaften wie Reifegraden und Rest-Lebensdauern von Lebensmitteln festgestellt werden kann, wo und an welchen Orten verfallene Lebensmittel vorhanden sind. Anhand diesen Informationen können dann automatisiert Beschaffungsvorgänge zum Ordern frischer Lebensmittel ausgelöst werden. Auch können anhand der mit den Sensorsystemen generierten Ausgangssignale Lebensmittel ausgeschleust und/oder einer Resteverwertung zugeführt werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1: Erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensorsystems.
- 2: Zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensorsystems.
- 3: Integration des Sensorsystems gemäß 2 in einer Waage.
- 4: Mehrfachanordnung von Sensorsystemen in einem Produktverfolgungssystem und Qualitätskontrollsystem.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensorsystems 1. Das Sensorsystem 1 umfasst als Sensorik nur einen Chemosensor 2. Mit dem Chemosensor 2 können gasförmige Substanzen, die von Lebensmitteln abgegeben werden, detektiert werden. Die hierbei generierten elektrischen Signale des Chemosensors 2 werden einer Steuer- und Auswerteeinheit 3 zugeführt, die eine Rechnereinheit mit wenigstens einem Prozessor aufweist.
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Der Chemosensor 2 ist über eine Leitung 4 mit der Steuer- und Auswerteeinheit 3 verbunden. Generell ist auch eine berührungslos arbeitende Schnittstelle möglich.
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Die Steuer- und Auswerteeinheit 3 dient zur Steuerung des Chemosensors 2 und zur Auswertung der elektrischen Signale, das heißt Ausgangssignale des Chemosensors 2. Die Auswertung erfolgt derart, dass anhand der Signale des Chemosensors 2 in der Steuer- und Auswerteeinheit 3 die jeweils detektierten Lebensmittel identifiziert werden. Zudem werden Eigenschaften der Lebensmittel bestimmt, wie deren Reifegrad oder Rest-Lebensdauer.
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Hierzu sind in der Steuer- und Auswerteeinheit 3 Referenzwerte abgespeichert, wobei zur Identifikation von Lebensmitteln und zur Bestimmung von Eigenschaften dieser Lebensmittel aktuelle Sensorsignale des oder der Chemosensoren 2, 2' mit den Referenzwerten verglichen werden.
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Die Referenzwerte sind durch eine Parametrierung und/oder durch Einlemvorgänge vorgebbar.
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In vorliegendem Fall ist der Steuer- und Auswerteeinheit 3 eine Nachführeinheit 5 zugeordnet. Diese ist im vorliegenden Fall von einer separaten Rechnereinheit gebildet, die über eine weitere Leitung 6 oder einer berührungslos arbeitende Schnittstelle an die Steuer- und Auswerteeinheit 3 angeschlossen ist. Alternativ kann die Nachführeinheit 5 als Software-Modul in der Steuer- und Auswerteeinheit 3 integriert sein. In der Nachführeinheit 5 sind selbstlernende Algorithmen implementiert, anhand derer während des Arbeitsbetriebes des Sensorsystems 1 die Referenzwerte abhängig von den aktuell durchgeführten Detektionen von Lebensmitteln nachgeführt werden.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Sensorsystems 1. Dieses unterscheidet sich nur dadurch von der Ausführungsform gemäß 1, dass zwei unterschiedliche Chemosensoren 2, 2' vorgesehen sind, deren Signale zur Produktidentifikation und zur Bestimmung von Produkteigenschaften in der Steuer- und Auswerteeinheit 3 ausgewertet werden.
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3 zeigt ein erstes Anwendungsbeispiel des Sensorsystems 1 gemäß 1. Die Chemosensoren 2, 2' und die Steuer- und Auswerteeinheit 3 des Sensorsystems 1 sind in einer elektrischen Waage 7 integriert. Die Waage 7 ist zum Beispiel im Bereich einer Obst- und Gemüseabteilung eines Supermarkts angeordnet. Ein Kunde kann von ihm ausgewähltes Obst oder Gemüse auf die Waage 7 auflegen, das dann mit der Waage 7 gewogen wird. Gleichzeitig erfolgt mit dem Sensorsystem 1 automatisch die Identifikation des gewogenen Obsts oder Gemüses. Das Ergebnis wird an einer Anzeigeeinheit 8 der Waage 7 angezeigt.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Mehrfachanordnung von Sensorsystemen 1 gemäß den 1 oder 2. Die Sensorsysteme 1 sind über Datenschnittstellen 9 mit einem übergeordneten Rechnersystem verbunden, das im vorliegenden Fall von einem Cloud-Rechnersystem 10 gebildet ist. Die Datenschnittstellen 9 bilden dann bevorzugt Internetverbindungen aus.
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Diese Anordnung bildet ein Produktverfolgungssystem und ein Qualitätskontrollsystem aus. Die einzelnen Sensorsysteme 1 können zum Beispiel in unterschiedlichen Einkaufszentren und Zulieferbetrieben installiert sein.
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Mit den Sensorsystemen 1 werden Lebensmittel identifiziert und deren Eigenschaften, insbesondere Qualitätsmerkmale, wie zum Beispiel Reifegrade oder Rest-Lebensdauer bestimmt.
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Mit den von den Sensorsystemen 1 erfassten Informationen können Lebensmittel verfolgt werden, beispielsweise derart, dass zeitaufgelöst Bestände von einzelnen Lebensmitteln mit bestimmten Qualitäten erfasst werden. Abhängig hiervon können insbesondere Beschaffungsvorgänge automatisiert ausgelöst werden. Insbesondere können verfallene Lebensmittel identifiziert werden und bei Bedarf ausgeschleust beziehungsweise einer Resteverwertung zugeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- (1)
- Sensorsystem
- (2, 2')
- Chemosensor
- (3)
- Steuer- und Auswerteeinheit
- (4)
- Leitung
- (5)
- Nachführeinheit
- (6)
- Leitung
- (7)
- Waage
- (8)
- Anzeigeeinheit
- (9)
- Datenschnittstelle
- (10)
- Cloud-Rechnersystem
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2014/063157 A2 [0003]
- DE 102007058593 A1 [0004]
