JP2003156467A - 電気化学的測定センサーのためのセンサー素子 - Google Patents
電気化学的測定センサーのためのセンサー素子Info
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガス混合物の物理的値を測定するための改善
された電気化学的測定センサー。 【解決手段】 第１の電極（１２）およびこの第１の電
極と固体電解質によって隔てられた第２の電極（１３）
を備えた少なくとも１個の電気化学的センサーセル（２
３）、発熱素子（１８）ならびに電気化学的センサーセ
ル（２３）と発熱素子（１８）との間に配置されたフィ
ルム結合体（２０）を有するイオン導電性固体電解質か
らの重なり合ったフィルムからなる複合体を有する、ガ
ス混合物の物理的値を測定するための電気化学的測定セ
ンサー、殊に内燃機関の排ガス中の酸素濃度を測定する
ための平面状λ−プローブのためのセンサー素子の場合
に、フィルム結合体（２０）が電気絶縁されておりかつ
非イオン導電性である。
された電気化学的測定センサー。 【解決手段】 第１の電極（１２）およびこの第１の電
極と固体電解質によって隔てられた第２の電極（１３）
を備えた少なくとも１個の電気化学的センサーセル（２
３）、発熱素子（１８）ならびに電気化学的センサーセ
ル（２３）と発熱素子（１８）との間に配置されたフィ
ルム結合体（２０）を有するイオン導電性固体電解質か
らの重なり合ったフィルムからなる複合体を有する、ガ
ス混合物の物理的値を測定するための電気化学的測定セ
ンサー、殊に内燃機関の排ガス中の酸素濃度を測定する
ための平面状λ−プローブのためのセンサー素子の場合
に、フィルム結合体（２０）が電気絶縁されておりかつ
非イオン導電性である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の上位概
念に記載された、ガス混合物の物理的値を測定するため
の電気化学的測定センサー、殊に内燃機関の排ガス中の
酸素濃度を測定するための平面状λ−プローブのための
センサー素子から出発する。
念に記載された、ガス混合物の物理的値を測定するため
の電気化学的測定センサー、殊に内燃機関の排ガス中の
酸素濃度を測定するための平面状λ−プローブのための
センサー素子から出発する。
【０００２】
【従来の技術】この種の公知の電気化学的測定センサー
の場合（ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８５７４
７０号明細書Ａ１）には、発熱素子と電気化学的センサ
ーセルの電極との間の高い電圧に抗して測定センサーの
僅かな感度を達成するため、ならびに発熱素子による電
気化学的センサーセル中への妨害信号の干渉を減少させ
るために、発熱フィルムと基準通路フィルムとの間に電
子導電性セラミックおよび有利にイオン導電性セラミッ
クからフィルム結合体が製造されている。
の場合（ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８５７４
７０号明細書Ａ１）には、発熱素子と電気化学的センサ
ーセルの電極との間の高い電圧に抗して測定センサーの
僅かな感度を達成するため、ならびに発熱素子による電
気化学的センサーセル中への妨害信号の干渉を減少させ
るために、発熱フィルムと基準通路フィルムとの間に電
子導電性セラミックおよび有利にイオン導電性セラミッ
クからフィルム結合体が製造されている。
【０００３】
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８
５７４７０号明細書Ａ１
５７４７０号明細書Ａ１
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明には、公知技術
水準を改善させるという課題が課された。
水準を改善させるという課題が課された。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題は、請求項１に
記載された、フィルム結合体が電気絶縁されておりかつ
非イオン導電性であることを特徴とする、電気化学的測
定センサーのためのセンサー素子によって解決される。
請求項１に記載されたセンサー素子の好ましい後形成お
よび改善は、他の請求項に記載された手段によって可能
である。
記載された、フィルム結合体が電気絶縁されておりかつ
非イオン導電性であることを特徴とする、電気化学的測
定センサーのためのセンサー素子によって解決される。
請求項１に記載されたセンサー素子の好ましい後形成お
よび改善は、他の請求項に記載された手段によって可能
である。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の１つの好ましい実施態様
によれば、フィルム結合体は、酸化イットリウム（Ｙ２
Ｏ３）と酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）とからなる混合
酸化物の高い含量を有するペーストからなり、５価金属
のイオンに添加されている。このペーストに添加され
た、５価金属のイオンは、境を接する酸化ジルコニウム
基板中に拡散し、そこで酸素イオンの空間位置を形成さ
せる、酸化ジルコニウム中の酸化イットリウム添加剤の
作用を上昇させ、したがって酸化ジルコニウム基板の酸
素イオン導電性は、著しく減少される。これは、組み込
まれた発熱素子と電気化学的センサーセルとの減結合の
前記効果を結果として生じ、この場合には、種々のフィ
ルムの複合体の機械的強度は、不利な影響を及ぼされる
ことがない。
によれば、フィルム結合体は、酸化イットリウム（Ｙ２
Ｏ３）と酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）とからなる混合
酸化物の高い含量を有するペーストからなり、５価金属
のイオンに添加されている。このペーストに添加され
た、５価金属のイオンは、境を接する酸化ジルコニウム
基板中に拡散し、そこで酸素イオンの空間位置を形成さ
せる、酸化ジルコニウム中の酸化イットリウム添加剤の
作用を上昇させ、したがって酸化ジルコニウム基板の酸
素イオン導電性は、著しく減少される。これは、組み込
まれた発熱素子と電気化学的センサーセルとの減結合の
前記効果を結果として生じ、この場合には、種々のフィ
ルムの複合体の機械的強度は、不利な影響を及ぼされる
ことがない。
【０００７】金属イオンは、本発明の好ましい実施態様
によれば、ニオブ（Ｎｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビス
マス（Ｂｉ）またはタンタル（Ｔａ）の元素の化合物の
形で分解されている。添加された金属化合物は、酸化
物、炭酸塩または硝酸塩、例えば酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ
５）である。
によれば、ニオブ（Ｎｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビス
マス（Ｂｉ）またはタンタル（Ｔａ）の元素の化合物の
形で分解されている。添加された金属化合物は、酸化
物、炭酸塩または硝酸塩、例えば酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ
５）である。
【０００８】本発明を図に示された実施例につき以下、
詳細に記載する。
詳細に記載する。
【０００９】
【実施例】例
ガス混合物中の物理的値を測定するための一般的な電気
化学的測定センサーに対する実施例として、内燃機関の
排ガス中の酸素濃度を測定する、図において断面図で略
示された、平面状λ−プローブのためのセンサー素子
は、イオン導電性固体電解質からなる重なり合ったフィ
ルムからなる複合体を有し、このイオン導電性固体電解
質は、本質的に酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）と酸化ジ
ルコニウム（ＺｒＯ２）との混合酸化物からなり、この
場合には、Ｙ２Ｏ３により安定化されたかまたは部分的
に安定化された酸化ジルコニウムであってもよく、この
混合酸化物は、有機結合体相をフィルム注型処理におい
て添加することによってセラミックフィルム基板に加工
されている。複合体中には、固体電解質によって隔てら
れた２個の電極を備えた電気化学的センサーセル２３お
よび発熱素子１８が組み込まれている。図示された実施
例において、電気化学的センサーセル２３は、ネルンス
トセンサーセルとして形成されている。ネルンストセン
サーセル以外に、複合体は、なおポンプセンサーセルを
含んでいてもよく、したがって２個のセンサーセルを備
えた限界電流プローブが実現される。複合体は、スクリ
ーン印刷技術または厚膜技術において電気化学的センサ
ーセル２３の２個の電極が外側電極１２および内側電極
１３として備えられている上側のセンサーセルフィルム
１１と、内側電極１３の範囲内に基準ガス通路１５を有
する中央の基準通路フィルム１４と、酸化アルミニウム
（Ａｌ２Ｏ３）からなる電気絶縁体１７中に組み込まれ
た発熱素子１８が備えられている下側の発熱フィルム１
６とを含む。発熱素子１８は、電気絶縁体１７中で蛇行
形で敷設されており、したがって図中には、単に個々の
蛇行ホースの断面を見ることができる。電気絶縁体１７
は、側面側で固体電解質からなるパッキンフレーム２２
によって包囲されている。
化学的測定センサーに対する実施例として、内燃機関の
排ガス中の酸素濃度を測定する、図において断面図で略
示された、平面状λ−プローブのためのセンサー素子
は、イオン導電性固体電解質からなる重なり合ったフィ
ルムからなる複合体を有し、このイオン導電性固体電解
質は、本質的に酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）と酸化ジ
ルコニウム（ＺｒＯ２）との混合酸化物からなり、この
場合には、Ｙ２Ｏ３により安定化されたかまたは部分的
に安定化された酸化ジルコニウムであってもよく、この
混合酸化物は、有機結合体相をフィルム注型処理におい
て添加することによってセラミックフィルム基板に加工
されている。複合体中には、固体電解質によって隔てら
れた２個の電極を備えた電気化学的センサーセル２３お
よび発熱素子１８が組み込まれている。図示された実施
例において、電気化学的センサーセル２３は、ネルンス
トセンサーセルとして形成されている。ネルンストセン
サーセル以外に、複合体は、なおポンプセンサーセルを
含んでいてもよく、したがって２個のセンサーセルを備
えた限界電流プローブが実現される。複合体は、スクリ
ーン印刷技術または厚膜技術において電気化学的センサ
ーセル２３の２個の電極が外側電極１２および内側電極
１３として備えられている上側のセンサーセルフィルム
１１と、内側電極１３の範囲内に基準ガス通路１５を有
する中央の基準通路フィルム１４と、酸化アルミニウム
（Ａｌ２Ｏ３）からなる電気絶縁体１７中に組み込まれ
た発熱素子１８が備えられている下側の発熱フィルム１
６とを含む。発熱素子１８は、電気絶縁体１７中で蛇行
形で敷設されており、したがって図中には、単に個々の
蛇行ホースの断面を見ることができる。電気絶縁体１７
は、側面側で固体電解質からなるパッキンフレーム２２
によって包囲されている。
【００１０】上側のセンサーセルフィルム１１と中央の
基準通路フィルム１４とは、第１のフィルム結合体１９
によってそれぞれ互いに結合されており、中央の基準通
路フィルム１４と発熱フィルム１６とは、第２のフィル
ム結合体２０によってそれぞれ互いに結合されている。
内側電極１３の範囲内に切欠を有する第１のフィルム結
合体１９は、標準のフィルム結合体であり、安定化され
た酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる。第２のフィ
ルム結合体２０は、発熱素子１８に対向した、基準通路
フィルム１４の全表面に亘って延在し、かつ基準通路フ
ィルム１４に対向した、電気絶縁体１７およびパッキン
フレーム２２に対しても延在している。
基準通路フィルム１４とは、第１のフィルム結合体１９
によってそれぞれ互いに結合されており、中央の基準通
路フィルム１４と発熱フィルム１６とは、第２のフィル
ム結合体２０によってそれぞれ互いに結合されている。
内側電極１３の範囲内に切欠を有する第１のフィルム結
合体１９は、標準のフィルム結合体であり、安定化され
た酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる。第２のフィ
ルム結合体２０は、発熱素子１８に対向した、基準通路
フィルム１４の全表面に亘って延在し、かつ基準通路フ
ィルム１４に対向した、電気絶縁体１７およびパッキン
フレーム２２に対しても延在している。
【００１１】電極１２、１３を備えたセンサーセルフィ
ルム１１の電気絶縁を発熱素子１８に対して増大させ、
電極１２、１３の間で減少された測定センサー信号への
妨害信号の拡散を十分に抑制させるために、第２のフィ
ルム結合体２０は、前記絶縁されておりかつ非イオン導
電性に形成されている。このために、第２のフィルム結
合体２０は、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）と酸化ジル
コニウム（ＺｒＯ２）とからなる混合酸化物の高い含量
を有するペーストからなり、この第２のフィルム結合体
には、５価金属のイオンが添加されている。金属イオン
は、ニオブ（Ｎｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス
（Ｂｉ）またはタンタル（Ｔａ）の５価金属の化合物の
形で添加されている。添加された金属化合物は、前記金
属の酸化物、炭酸塩または硝酸塩である。
ルム１１の電気絶縁を発熱素子１８に対して増大させ、
電極１２、１３の間で減少された測定センサー信号への
妨害信号の拡散を十分に抑制させるために、第２のフィ
ルム結合体２０は、前記絶縁されておりかつ非イオン導
電性に形成されている。このために、第２のフィルム結
合体２０は、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）と酸化ジル
コニウム（ＺｒＯ２）とからなる混合酸化物の高い含量
を有するペーストからなり、この第２のフィルム結合体
には、５価金属のイオンが添加されている。金属イオン
は、ニオブ（Ｎｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス
（Ｂｉ）またはタンタル（Ｔａ）の５価金属の化合物の
形で添加されている。添加された金属化合物は、前記金
属の酸化物、炭酸塩または硝酸塩である。
【００１２】１つの好ましい実施態様において、酸化イ
ットリウムと酸化ジルコニウムとからなる混合酸化物に
は、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）が添加されており、この
場合ペースト中の酸化ニオブの含量は、酸化イットリウ
ムと酸化ジルコニウムとからなる混合酸化物の含量に対
して２０質量％までである。好ましくは、この酸化ニオ
ブの含量は、８〜１０質量％で選択される。電気絶縁を
向上させるために、ペーストには、なお酸化アルミニウ
ム（Ａｌ２Ｏ３）が添加されていてもよく、この場合、
添加された酸化アルミニウム含量は、５０質量％までで
あることができる。
ットリウムと酸化ジルコニウムとからなる混合酸化物に
は、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）が添加されており、この
場合ペースト中の酸化ニオブの含量は、酸化イットリウ
ムと酸化ジルコニウムとからなる混合酸化物の含量に対
して２０質量％までである。好ましくは、この酸化ニオ
ブの含量は、８〜１０質量％で選択される。電気絶縁を
向上させるために、ペーストには、なお酸化アルミニウ
ム（Ａｌ２Ｏ３）が添加されていてもよく、この場合、
添加された酸化アルミニウム含量は、５０質量％までで
あることができる。
【００１３】第２のフィルム結合体２０の実施例の場合
には、ペーストは、６６．８５質量％の固体含量の際に
次の固体成分： 酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ３） ６．５５％ 酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３） ０．５０％ 二酸化珪素（ＳｉＯ２） ０．８０％ 安定化された酸化ジルコニウム（Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２） ５９．００％ をそれぞれ記載された質量％で含有している。
には、ペーストは、６６．８５質量％の固体含量の際に
次の固体成分： 酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ３） ６．５５％ 酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３） ０．５０％ 二酸化珪素（ＳｉＯ２） ０．８０％ 安定化された酸化ジルコニウム（Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２） ５９．００％ をそれぞれ記載された質量％で含有している。
【００１４】固体成分は、有機結合相の添加によって加
工され、プリント可能なペーストに変わる。
工され、プリント可能なペーストに変わる。
【００１５】
【発明の効果】発明の利点
電気化学的測定センサーのための本発明によるセンサー
素子は、発熱素子と電気化学的センサーセルとの間に配
置された、有利にスクリーン印刷で塗布された、非イオ
ン導電性フィルム結合体および非電子導電性フィルム結
合体によって、組み込まれた発熱素子の付加的な電気絶
縁が達成され、それによって一面で発熱素子の漏洩電
流、他面、発熱素子によるセンサー信号上への妨害信号
の結合が減少されるという利点を持っている。
素子は、発熱素子と電気化学的センサーセルとの間に配
置された、有利にスクリーン印刷で塗布された、非イオ
ン導電性フィルム結合体および非電子導電性フィルム結
合体によって、組み込まれた発熱素子の付加的な電気絶
縁が達成され、それによって一面で発熱素子の漏洩電
流、他面、発熱素子によるセンサー信号上への妨害信号
の結合が減少されるという利点を持っている。
【図１】平面状λ−プローブのためのセンサー素子を示
す略示断面図。
す略示断面図。
１１ 上側のセンサーセルフィルム、 １２ 外側電
極、 １３ 内側電極、１４ 中央の基準通路フィル
ム、 １５ 基準ガス通路、 １６ 下側の発熱フィル
ム、 １７ 電気絶縁体、 １８ 発熱素子、 １９
第１のフィルム結合体、 ２０ 第２のフィルム結合
体、 ２１ パッキンフレーム、 ２２ パッキンフレ
ーム、 ２３ 電気化学的センサーセル
極、 １３ 内側電極、１４ 中央の基準通路フィル
ム、 １５ 基準ガス通路、 １６ 下側の発熱フィル
ム、 １７ 電気絶縁体、 １８ 発熱素子、 １９
第１のフィルム結合体、 ２０ 第２のフィルム結合
体、 ２１ パッキンフレーム、 ２２ パッキンフレ
ーム、 ２３ 電気化学的センサーセル
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 トーマス ヴァール
ドイツ連邦共和国 プフォルツハイム マ
クシミリアンシュトラーセ 40／42
(72)発明者 トルステン ハンドラー
ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト マ
ルクグレーニンガー シュトラーセ 69
Ｆターム(参考） 2G004 BB04 BC02 BM04 BM07 BM10
Claims (15)
- 【請求項１】 第１の電極（１２）およびこの第１の電
極と固体電解質によって隔てられた第２の電極（１３）
を備えた少なくとも１個の電気化学的センサーセル（２
３）、発熱素子（１８）ならびに電気化学的センサーセ
ル（２３）と発熱素子（１８）との間に配置されたフィ
ルム結合体（２０）を有するイオン導電性固体電解質か
らの重なり合ったフィルムからなる複合体を有する、ガ
ス混合物の物理的値を測定するための電気化学的測定セ
ンサー、殊に内燃機関の排ガス中の酸素濃度を測定する
ための平面状λ−プローブのためのセンサー素子におい
て、フィルム結合体（２０）が電気絶縁されておりかつ
非イオン導電性であることを特徴とする、電気化学的測
定センサーのためのセンサー素子。 - 【請求項２】 フィルム結合体（２０）が酸化イットリ
ウム（Ｙ２Ｏ３）と酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）とか
らなる混合酸化物の高い含量を有するペーストからな
り、このフィルム結合体には、５価金属のイオンが添加
されている、請求項１記載のセンサー素子。 - 【請求項３】 金属イオンがニオブ（Ｎｂ）、アンチモ
ン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）またはタンタル（Ｔａ）
の金属化合物の形で添加されている、請求項２記載のセ
ンサー素子。 - 【請求項４】 添加された金属化合物が酸化物、炭酸塩
または硝酸塩である、請求項３記載のセンサー素子。 - 【請求項５】 添加された金属化合物が酸化ニオブ（Ｎ
ｂ２Ｏ５）である、請求項４記載のセンサー素子。 - 【請求項６】 ペースト中の酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ３）
の含量が酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）と酸化ジルコニ
ウム（ＺｒＯ２）とからなる混合酸化物の含量に対して
２０質量％まで、有利に８〜１０質量％である、請求項
５記載のセンサー素子。 - 【請求項７】 ペーストに酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ
３）が添加されている、請求項２から６までのいずれか
１項に記載のセンサー素子。 - 【請求項８】 添加された酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ
３）含量が５０質量％までである、請求項７記載のセン
サー素子。 - 【請求項９】 ペーストが６６．８５質量％の固体含量
の際に次の固体成分： 酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ３） ６．５５％ 酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３） ０．５０％ 二酸化珪素（ＳｉＯ２） ０．８０％ 安定化された酸化ジルコニウム（Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２） ５９．００％ をそれぞれ記載された質量％で含有する、請求項７記載
のセンサー素子。 - 【請求項１０】 固体成分に溶剤ならびに有機成分が混
合されている、請求項９記載のセンサー素子。 - 【請求項１１】 第１の電極が外側電極（１２）として
および第２の電極が内側電極（１３）としてセンサーセ
ルフィルム（１１）上に取り付けられており、発熱素子
（１８）がこの発熱素子を包囲する電気絶縁体（１７）
と一緒に発熱フィルム（１６）によって収容されてお
り、センサーセルフィルム（１１）と発熱フィルム（１
６）との間には、中央の基準通路フィルム（１４）が存
在し、この基準通路フィルム中には、基準ガス通路（１
５）が形成されている、請求項１から１０までのいずれ
か１項に記載のセンサー素子。 - 【請求項１２】 絶縁体（１７）が側面側で固体電解質
からなるパッキンフレーム（２１）によって包囲されて
いる、請求項１１記載のセンサー素子。 - 【請求項１３】 フィルム結合体（２０）が基準通路フ
ィルム（１４）と絶縁体（１７）およびパッキンフレー
ム（２１）との間に延在している、請求項１２記載のセ
ンサー素子。 - 【請求項１４】 センサーセルフィルム（１１）および
基準通路フィルム（１４）が酸化イットリウムにより安
定化された酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなるフィ
ルム結合体（１９）によって互いに結合されており、こ
のフィルム結合体が内側電極（１３）の範囲に切欠を有
している、請求項１から１３までのいずれか１項に記載
のセンサー素子。 - 【請求項１５】 イオン導電性固体電解質が酸化イット
リウム（Ｙ２Ｏ３）と酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）と
の混合酸化物からなる、請求項１から１４までのいずれ
か１項に記載のセンサー素子。
Applications Claiming Priority (2)
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| DE10157736A DE10157736B4 (de) | 2001-11-24 | 2001-11-24 | Sensorelement für einen elektrochemischen Meßfühler |
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| JP2002339947A Pending JP2003156467A (ja) | 2001-11-24 | 2002-11-22 | 電気化学的測定センサーのためのセンサー素子 |
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|---|---|
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| JP (1) | JP2003156467A (ja) |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI575832B (zh) * | 2011-12-19 | 2017-03-21 | Dexerials Corp | A protective element, a manufacturing method of a protective element, and a battery module in which a protective element is incorporated |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10157736A1 (de) | 2003-06-12 |
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