EP0537231A1 - Zündkerze. - Google Patents

Zündkerze.

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EP0537231A1
EP0537231A1 EP91912246A EP91912246A EP0537231A1 EP 0537231 A1 EP0537231 A1 EP 0537231A1 EP 91912246 A EP91912246 A EP 91912246A EP 91912246 A EP91912246 A EP 91912246A EP 0537231 A1 EP0537231 A1 EP 0537231A1
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EP
European Patent Office
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attachment part
electrode
prism
platinum
spark plug
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EP91912246A
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English (en)
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EP0537231B1 (de
Inventor
Friedrich Gruber
Hans-Joerg Pucher
Reinhard Auer
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Jenbacher Energiesysteme AG
Original Assignee
Jenbacher Energiesysteme AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00Sparking plugs
    • H01T13/20Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/39Selection of materials for electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00Sparking plugs
    • H01T13/46Sparking plugs having two or more spark gaps
    • H01T13/467Sparking plugs having two or more spark gaps in parallel connection

Definitions

  • the invention relates to a spark plug with a central electrode insulated from the candle thread and with ground electrodes electrically connected to the candle thread, an attachment part at least partially, preferably made of platinum or a platinum alloy, between the and the spark gaps lie in the mass electrodes brought up to it from the side.
  • spark plugs which have a very high stability, in particular a low erosion of the electrodes and which can nevertheless be operated with relatively low ignition voltages. If necessary, there should be a convenient readjustment option with a defined electrode spacing.
  • the attachment part essentially has the shape of a prism with the cover surface facing the combustion chamber and the ground electrodes laterally next to the side surfaces of the essentially prism-shaped attachment part essentially parallel to the prism edges of the cover surface or Area extend, and that the Massen ⁇ electrode tall from at least one support of base Me ⁇ or semi-precious metal, are preferably be ⁇ of nickel, on the attachment part of the Mi teleketrode inlet facing a thin electrode layer of platinum 'or a platinum alloy is arranged.
  • the spark gaps are located between the attachment part and the mass electrodes running laterally next to the attachment part, essentially parallel to the prism edges of the cover surface or the base surface, and thus practically surround the entire prism-shaped attachment part. Due to the parallel guidance of the mass electrodes to the side surfaces of the prism-shaped attachment part made of platinum, the electrode erosion, which is only present to a small extent, is also relatively uniform, so that, if necessary, simple adjustment with a well-defined electrode spacing is possible.
  • the attachment part on the center electrode essentially depends on the outer shape, in particular the long prism edges, while the base area generally at least contributes to the connection of the attachment part to the center electrode.
  • the regions of the prism-shaped attachment part lying in the corner stretch are made of platinum or a platinum alloy, while the central part can consist of base metal and / or semi-precious metal.
  • a fixed connection of the attachment part to the center electrode is possible at the same time, and moreover a material saving on expensive platinum.
  • the attachment part has the shape of a straight prism with a square base or top surface.
  • two side faces of the attachment part are detected with one mass electrode, particularly high field strengths occurring between the prism height edges and the inside angle of the angled mass electrodes.
  • the bulk electrodes consist of at least one base metal or semi-precious metal, preferably nickel, on which a thin electrode layer made of platinum or a platinum alloy is arranged facing the top part of the central electrode.
  • the mass electrode carrier consists of base metal or semi-precious metal, it does not have to be made in a material-saving manner, which causes a good heat flow over the mass electrode carrier follows.
  • the thin electrode layer made of platinum or a platinum alloy can be welded or soldered onto the carrier in the form of thin rods. Instead of this, however, it is also possible to apply the thin electrode layer made of platinum or the platinum alloy to the carrier as a covering, for example by vapor deposition. It is sufficient if the thin electrode layer consisting of platinum or a platinum alloy has a layer thickness of less than 1 mm. The layer thickness can preferably be in the order of magnitude of approximately 0.1 mm to approximately 0.5 mm.
  • a further feature of the invention is that two mass electrodes are combined to form a V or Y-shaped component in plan view, the two V or Y electrode arms running at least approximately parallel to two side surfaces of the attachment part of the center electrode and from the apex the electrode arms a common web leads to the mass of the spark plug.
  • This design ensures good stability of the mass electrodes. Furthermore, this design also has a favorable effect on the adjustability of the electrode spacing between the ground electrodes and the center electrode, with two electrode arms being adjustable together and simultaneously.
  • the V- or Y-shaped component of the mass electrodes can be made of any metal, but preferably of semi-precious metal such as nickel, or of noble metal such as platinum.
  • Suitable metal alloys or metal combinations for example in such a way that the V- or Y-shaped component consists of a semi-precious metal as a carrier for a thin electrode layer made of precious metal, in particular of platinum or a platinum alloy.
  • FIG. 1 shows a side view of a spark plug according to the invention.
  • 2 shows an enlarged plan view of the head of the spark plug facing the combustion chamber.
  • Fig. 3 is a side view of Fig. 2 in the direction of arrow III in Fig. 2.
  • Fig. 4 shows the central electrode in section.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a spark plug according to the invention seen in a top view from the combustion chamber.
  • FIG. 6 is an associated side view in the direction of arrow VI of FIG. 5.
  • the spark plug shown in FIG. 1 has an insulating body 1 for isolating the central central electrode 2 from the metal housing 3 which is in operation during operation and which is formed in one piece with a hexagon nut 4 and a threaded part 5.
  • the center electrode 2 has a prism-shaped attachment part 7 which is square in plan view and which consists of a platinum-rhodium alloy.
  • the prism-shaped attachment part is carried by a pin-shaped part of the central electrode which projects into a central opening of the attachment part 7 and is welded or soldered to it.
  • This pin-shaped part consists, for example, of a core 2A made of copper and a sleeve 2B made of nickel (FIG. 4).
  • the ground electrodes 8, 9 of the spark plug each consist of a carrier 8A, 8B, 9A, 9B made of base metal or semi-precious metal, for example nickel, connected to the ground ring 5A of the threaded part 5, on its arms 8B, 9B, the prism-shaped attachment part 7 Facing the center electrode 2, a thin layer 8C, 9C made of platinum or a platinum alloy, for example a platinum-rhodium alloy, is arranged, for example welded or soldered on.
  • the carrier 8A, 8B or 9A, 9B has a Y-For, the thin electrode layer 8C, 9C being arranged on the mutually facing inner sides of the two Y-electrode arms 8B, 9B and two electrode arms 8B-8B or 9B-9B are connected to the ground ring 5A via a common web 8A or 9A.
  • the prism-shaped attachment body 7 of the center electrode 2 has a triangular outline.
  • a ground electrode 8, 9, 10 is assigned to each of the three sides of the attachment body 7. These each consist of a base made of base metal or semi-precious metal connected to the ground ring 5A, each base consisting of a web 8A, 9A, 10A projecting from the ground ring 5A and an arm 8B, 9B, 10B.
  • the arms are parallel to the three sides of the attachment part 7 and, facing the attachment part 7, each carry a thin layer 8C, 9C, 10C made of platinum or a platinum alloy.

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Description

Zündkerze
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündkerze mit einer gegenüber dem Kerzengewinde isolierten Mittelelektrode und mit elektrisch mit dem Kerzengewinde verbundenen Massenelektroden, wobei am brennrau seitigen Ende der Mittelelektrode ein zumindest teilweise, vorzugsweise aus Platin oder einer Platinlegierung bestehender Auf¬ satzteil angebracht ist, zwischen dem und den von der Seite an ihn herangeführten Massenelektroden die Fun¬ kenstrecken liegen.
Man ist an Zündkerzen interessiert, die eine sehr hohe Standfestigkeit, insbesondere einen geringen Abbrand der Elektroden aufweisen und dennoch mit relativ gerin¬ gen Zündspannungen betreibbar sind. Im Bedarfsfall soll eine bequeme Nachstellmöglichkeit mit definiertem Elek- trodenabstand gegeben sein.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, daß der Aufsatzteil im wesentlichen die Form eines mit der Deckfläche zum Brennraum weisenden Prismas aufweist und die Massenelektroden seitlich neben den Seitenflächen des im wesentlichen pris enförmigen Aufsatzteiles im wesentlichen parallel zu den Prismenkanten der Deckflä¬ che bzw. der Grundfläche verlaufen, und daß die Massen¬ elektroden aus mindestens einem Träger aus unedlem Me¬ tall oder Halbedelmetall, vorzugsweise aus Nickel be¬ stehen, auf dem dem Aufsatzteil der Mi teleketrode zu- gewandt eine dünne Elektrodenschicht aus Platin' oder eine Platinlegierung angeordnet ist.
Bei Zündkerzen möchte man hohe lokale Feldstärken zwi¬ schen der Mittelelektrode und den Massenelektroden er- zielen, um eine möglichst geringe Zündspannung zu benö- tigen. Solche hohen Feldstärken können durch spitze Elektrodenausbildungen erreicht werden. Allerdings hat man dann den Nachteil, daß diese Elektroden relativ schnell abbrennen. Eine Verbesserungsmöglichkeit be- steht in der Verwendung von geeigneten Materialien. Bei den bisherigen Elektrodengeometrien hat man aber auch damit keine zufriedenstellenden Ergebnisse erzielt. Bei der der vorliegenden Erfindung entsprechenden Elektro¬ dengeometrie, bei der der Aufsatzteil auf der Mittel- elektrode aus vorzugsweise Platin oder einer Platinle¬ gierung im wesentlichen die Außenform eines Prismas aufweist, ist durch die scharfen Prismenkanten eine hohe örtliche Feldstärke und damit eine Absenkung der Zündspannung gegeben. Gleichzeitig hält sich der Ab- brand durch die relativ große wirksame Gesamtlänge der Prismenkanten in Grenzen. Die Funkenstrecken liegen da¬ bei zwischen dem Aufsatzteil und den seitlich neben dem Aufsatzteil im wesentlichen parallel zu den Prismenkan¬ ten der Deckfläche bzw. der Grundfläche verlaufenden Massenelektroden, umgeben also praktisch den gesamten prismenförmigen Aufsatzteil. Durch die parallele Füh¬ rung der Massenelektroden zu den Seitenflächen des prismenförmigen Aufsatzteiles aus Platin ist der ohne¬ hin nur im geringen Ausmaß vorhandene Elektrodenabbrand auch relativ gleichmäßig, sodaß im Bedarfsfall eine einfache Nachstellmöglichkeit mit wohldefiniertem Elek¬ trodenabstand möglich ist.
Beim Aufsatzteil auf der Mittelelektrode kommt es im Hinblick auf die Zündfunken- und Abbrandeigenschaften im wesentlichen auf die Außenform, insbesondere die langen Prismenkanten an, während die Grundfläche im allgemeinen zur Verbindung des Aufsatzteiles mit der Mittelelektrode zumindest beiträgt. Um den Abbrand ge- ring zu halten, ist es wesentlich, daß die an der Fun- kenstreck© liegenden Bereiche des prismenförmigen Auf- satzteiles aus Platin bzw. einer Platinlegierung beste¬ hen, während der Mittelteil aus unedlem Metall und/oder Halbedelmetall bestehen kann. Bei einer solchen Version ist gleichzeitig eine feste Verbindung des Aufsatztei¬ les mit der Mittelelektrode möglich, und außerdem eine Materialersparnis an teurem Platin.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Aufsatzteil die Form eines geraden Prismas mit quadratischer Grund¬ bzw. Deckfläche auf. Bei dieser Ausführungsform besteht die Möglichkeit, im Querschnitt vorzugsweise quadrati¬ sche, im rechten Winkel abgewinkelte Massenelektroden vorzusehen, von denen jeweils ein Schenkel parallel zu einer Seitenfläche des Aufsatzteiles verläuft und der andere Schenkel parallel zur anschließenden Seitenflä¬ che des AufSatzteiles verläuft. Damit werden mit einer Massenelektrode jeweils zwei Seitenflächen des Aufsatz- teiles erfaßt, wobei zwischen den Prismen-Höhenkanten und dem Innenwinkel der abgewinkelten Massenelektroden besonders hohe Feldstärken auftreten.
Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Mas¬ senelektroden aus mindestens einem Träger aus unedlem Metall oder Halbedelmetall, vorzugsweise aus Nickel be¬ stehen, auf dem dem Aufsatzteil der Mittelelektrode zu¬ gewandt eine dünne Elektrodenschicht aus Platin oder einer Platinlegierung angeordnet ist.
Durch diese Maßnahme wird eine weitgehende Einsparung von teurem Edelmetall (Platin bzw. Platinlegierung) er¬ zielt. Da der Massenelektroden-Träger aus unedlem Me¬ tall oder Halbedelmetall besteht, muß dieser nicht ma¬ terialsparend ausgeführt werden, was bewirkt, daß ein guter Wärmeabfluß über den Massenelektroden-Träger er¬ folgt.
Die dünne Elektrodenschicht aus Platin oder einer Pla- tinlegierung kann in Form von dünnen Stäbchen auf den Träger aufgeschweißt oder aufgelötet werden. Statt des¬ sen ist es aber auch möglich die dünne Elektroden¬ schicht aus Platin bzw. der Platinlegierung auf den Träger als Belag aufzutragen, beispielsweise aufzudamp- fen. Es genügt, wenn die aus Platin bzw. einer Platin¬ legierung bestehende dünne Elektrodenschicht eine Schichtdicke von weniger als 1 mm aufweist. Vorzugs¬ weise kann die Schichtdicke in der Größenordnung von etwa 0,1 mm bis etwa 0,5 mm liegen.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß je zwei Massenelektroden zu einem in Draufsicht V- oder Y-förmigen Bauteil zusammengefaßt sind, wobei die beiden V- oder Y-Elektrodenarme wenigstens annähernd parallel zu je zwei Seitenflächen des AufSatzteiles der Mittelelektrode verlaufen und vom Scheitel der Elektro¬ denarme ein gemeinsamer Steg zum Massekörper der Zünd¬ kerze führt.
Durch diese Bauweise wird eine gute Stabilität der Mas¬ senelektroden erzielt. Ferner wirkt sich diese Bauweise auch auf die Einstellbarkeit des Elektrodenabstandes zwischen den Massenelektroden und der Mittelelektrode günstig aus, wobei jeweils zwei Elektrodenarme gemein- sam und gleichzeitig einstellbar sind.
Der V- oder Y-förmige Bauteil der Massenelektroden kann aus beliebigem Metall, vorzugsweise jedoch aus Halbedelmetall wie z.B. Nickel, oder aus Edelmetall wie z.B. Platin, bestehen. Natürlich kommen auch entspre- chende Metallegierungen in Betracht oder Metallkombina¬ tionen, etwa derart, daß der V- oder Y-förmige Bauteil aus einem Halbedelmetall als Träger für eine dünne Elektrodenschicht aus Edelmetall, insbesondere aus Pla- tin oder einer Platinlegierung, besteht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsge¬ mäßen Zündkerze. Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Drauf¬ sicht auf den dem Brennraum zugewandten Kopf der Zünd¬ kerze. Fig. 3 ist eine Seitenansicht der Fig. 2 in Richtung des Pfeiles III in Fig. 2. Fig. 4 zeigt die Mittelelektrode im Schnitt. Fig. 5 zeigt in Draufsicht vom Brennraum aus gesehen ein weiteres Ausführungsbei- spiel einer erfindungsgemäßen Zündkerze. Fig. 6 ist eine dazugehörende Seitenansicht in Richtung des Pfei¬ les VI der Fig. 5.
Die in Fig. 1 dargestellte Zündkerze weist einen Iso¬ lierkörper 1 zur Isolation der zentralen Mittelelek¬ trode 2 gegenüber dem in Betrieb auf Masse liegenden Gehäuse 3 aus Metall auf, das einstückig mit einer Sechskantmutter 4 und einem Gewindeteil 5 ausgebildet ist.
Die Mittelelektrode 2 weist, wie aus Fig. 2 - 4 hervor¬ geht, einen prismenförmigen, in Draufsicht quadrati- sehen Aufsatzteil 7 auf, der aus einer Platin-Rhodium- Legierung besteht. Der prismenförmige Aufsatzteil wird von einem stiftförmigen Teil der Mittelelektrode getra¬ gen, der in eine zentrale Öffnung des AufSatzteiles 7 ragt und mit diesem verschweißt oder verlötet wird. Dieser stiftförmige Teil besteht z.B. aus einem Kern 2A aus Kupfer und einer Hülle 2B aus Nickel (Fig. 4) .
Die Massenelektroden 8,9 der Zündkerze bestehen jeweils aus einem mit dem Massering 5A des Gewindeteiles 5 ver¬ bundenen Träger 8A,8B,9A,9B aus unedlem Metall oder Halbedelmetall, beispielsweise Nickel, auf dessen Armen 8B,9B, dem prismenförmigen Aufsatzteil 7 der Mittel¬ elektrode 2 zugewandt, je eine dünne Schicht 8C,9C aus Platin oder einer Platinlegierung, beispielsweise einer Platin-Rhodium-Legierung angeordnet, beispielsweise an¬ geschweißt oder angelötet ist.
In Draufsicht auf den dem Brennraum zugewandten Kopf der Zündkerze weist der Träger 8A,8B bzw. 9A,9B eine Y- For auf, wobei an den einander zugewandten Innenseiten der beiden Y-Elektrodenarme 8B,9B die dünne Elektroden¬ schicht 8C,9C angeordnet ist und je zwei Elektrodenarme 8B-8B bzw. 9B-9B über einen gemeinsamen Steg 8A bzw. 9A mit dem Massering 5A in Verbindung stehen.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und 6 besitzt der prismenförmige Aufsatzkörper 7 der Mittelelektrode 2 dreieckförmigen Umriß. Jeder der drei Seiten des Auf- satzkörpers 7 ist eine Masseelektrode 8,9,10 zugeord¬ net. Diese bestehen jeweils aus einem mit dem Massering 5A verbundenen Träger aus unedlem Metall oder Halbedel¬ metall, wobei jeder Träger aus einem vom Massering 5A aufragenden Steg 8A,9A,10A und einem Arm 8B,9B,10B be- steht. Die Arme liegen parallel zu den drei Seiten des AufSatzteiles 7 und tragen, dem Aufsatzteil 7 zuge¬ wandt, je eine dünne Schicht 8C,9C,10C aus Platin oder einer Platinlegierung.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Zündkerze mit einer gegenüber dem Kerzengewinde isolierten Mittelelektrode und mit elektrisch mit dem Kerzengewinde verbundenen Massenelektroden, wobei am brennraumseitigen Ende der Mittelelek¬ trode ein zumindest teilweise vorzugsweise aus Platin oder einer Platinlegierung bestehender Auf¬ satzteil angebracht ist, zwischen dem und den von der Seite an ihn herangeführten Massenelektroden die Funkenstrecken liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsatzteil (7) im wesentlichen die Form eines mit der Deckfläche zum Brennraum weisenden Prismas aufweist und die Massenelektroden (8,9,10) seitlich neben den Seitenflächen des im wesentli¬ chen prismenförmigen AufSatzteiles im wesentlichen parallel zu den Prismenkanten der Deckfläche bzw. der Grundfläche verlaufen, und daß die Massenelek¬ troden (8,9,10) aus mindestens einem Träger (8A,8B;9A,9B;10A,10B) ) aus unedlem Metall oder
Halbedelmetall, vorzugsweise aus Nickel bestehen, auf dem dem Aufsatzteil (7) der Mittelelektrode (2) zugewandt eine dünne Elektrodenschicht (8C,9C,10C) aus Platin oder einer Platinlegierung angeordnet ist.
2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Elektrodenschicht (8C,9C,10C) auf dem Träger (8A,8B;9A,9B) aufgeschweißt oder auf- gelötet ist.
3. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Elektrodenschicht (8C,9C,10C) auf dem Träger (8A,8B;9A,9B;10A,10B) aufgedampft ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Träger in Draufsicht eine Y- oder V-Form aufweist, wobei an den einan¬ der zugewandten Innenseiten der beiden Y- bzw. V- Elektrodenarme (8B,9B) die dünne Elektrodenschicht (8C,9C) angeordnet ist.
5. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da¬ durch gekennzeichnet, daß die dünne Elektroden¬ schicht (8C,9C,10C) eine Schichtdicke von weniger als 1 mm, vorzugsweise in der Größenordnung von etwa 0,1 mm bis etwa 0,5 mm, aufweist.
6. Zündkerze mit einer gegenüber dem Kerzengewinde isolierten Mittelelektrode und mit elektrisch mit dem Kerzengewinde verbundenen Massenelektroden, wobei am brennraumseitigen Ende der Mittelelek¬ trode ein zumindest teilweise aus Platin oder ei¬ ner Platinlegierung- bestehender Aufsatzteil ange¬ bracht ist, zwischen dem und den von der Seite an ihn herangeführten Massenelektroden die Funken- strecken liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der
Aufsatzteil (7) im wesentlichen die Form eines mit der Deckfläche zum Brennraum weisenden Prismas aufweist und die Massenelektroden seitlich neben den Seitenflächen des im wesentlichen prismenför- igen AufSatzteiles im wesentlichen parallel zu den Prismenkanten der Deckfläche bzw. der Grund¬ fläche verlaufen, und daß je zwei Massenelektroden (8,9) zu einem in Draufsicht V- oder Y-förmigen Bauteil zusammengefaßt sind, wobei die beiden V- oder Y-Elektrodenarme (8B,9B) wenigstens annähernd parallel zu je zwei Seitenflächen des AufSatztei¬ les (7) der Mittelelektrode (2) verlaufen und vom Scheitel der Elektrodenarme (8B,9B) ein gemeinsa¬ mer Steg (8A,9A) zum Massekörper (5A) der Zünd- kerze führt.
EP91912246A 1990-07-02 1991-06-28 Zündkerze Expired - Lifetime EP0537231B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
AT1402/90 1990-07-02
AT140290A AT395788B (de) 1989-02-21 1990-07-02 Zuendkerze
PCT/AT1991/000075 WO1992000620A1 (de) 1990-07-02 1991-06-28 Zündkerze

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Publication Number Publication Date
EP0537231A1 true EP0537231A1 (de) 1993-04-21
EP0537231B1 EP0537231B1 (de) 1995-09-06

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US (1) US5369328A (de)
EP (1) EP0537231B1 (de)
AT (1) ATE127630T1 (de)
AU (1) AU8059191A (de)
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