DE29913950U1 - Temperature sensor - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Temperaturfühler und bezieht sich insbesondere auf solche Temperaturfühler, die ein eingehäustes Meßelement aufweisen.The invention relates to a temperature sensor and relates in particular to such temperature sensors which have a housed measuring element.
Es ist bekannt, temperaturabhängige Meßelemente wie etwa Widerstände in eine Schutzhülse zu verbringen, um das Meßelement vor mechanischen und chemischen Einflüssen zu schützen. Ferner werden Gehäuse verwendet, um den Temperaturfühler geeignet an denjenigen Teilen zu befestigen, deren Temperatur gemessen werden soll. Die Anwendungsgebiete für solche Temperaturfühler liegen in nahezu allen technischen und chemischen Gebieten einschließlich solcher, die den Haushaltsbereich betreffen (beispielsweise Wärmetrockner, Heizkörper etc.).It is known to place temperature-dependent measuring elements such as resistors in a protective sleeve in order to protect the measuring element from mechanical and chemical influences. Housings are also used to suitably attach the temperature sensor to the parts whose temperature is to be measured. The areas of application for such temperature sensors are in almost all technical and chemical areas, including those relating to the household sector (for example, heat dryers, radiators, etc.).
Die mit der Einhäusung verbundenen Vorteile der mechanischen und chemischen Stabilität bringen den Nachteil mit sich, daß wegen des verschlechterten Wärmeübergangs auf das Meßelement sowie aufgrund der vergrößerten Wärmekapazität die Ansprechzeit erhöht und die Ansprechempfindlichkeit verringert wird. Aus diesem Grunde werden im Stand der Technik Metallgehäuse gegebenenfalls in Verbindung mit Wärmeleitpasten verwendet, um den Wärmeübergang zu verbessern. Solche Ausführungen sind jedoch sowohl in der Herstellung als auch in der Anbringung aufwendig und kostenintensiv.The advantages of mechanical and chemical stability associated with the housing have the disadvantage that the response time is increased and the sensitivity is reduced due to the poorer heat transfer to the measuring element and the increased heat capacity. For this reason, metal housings are used in the state of the art, possibly in conjunction with thermal pastes, to improve the heat transfer. However, such designs are complex and costly both to manufacture and to install.
Die DE 42 43 261 A1 beschreibt einen Oberflächentemperaturfühler, der aus einem Metallschicht-Flachmeßwiderstand besteht, der mittels Klebstoff in einem Gehäuse fixiert ist. Der Flachmeßwiderstand ist einseitig mittels einer unteren Klebeschicht mit einer unteren Gehäusehälfte verbunden und trägt auf seiner oberen Seite eine Platinschicht, eine Passivierungsschicht und ein elastisches Klebeband. Der Flachmeßwiderstand ist im Gehäuseunterteil in einer Sensormulde angeordnet. Die Platinschicht ist mit der Anschlußleitung über einen Anschlußdraht verbunden.DE 42 43 261 A1 describes a surface temperature sensor that consists of a metal layer flat measuring resistor that is fixed in a housing using adhesive. The flat measuring resistor is connected on one side to a lower housing half using a lower adhesive layer and has a platinum layer, a passivation layer and an elastic adhesive tape on its upper side. The flat measuring resistor is arranged in a sensor recess in the lower part of the housing. The platinum layer is connected to the connecting line via a connecting wire.
Aus der DE 30 44 419 C3 ist ebenfalls ein Temperaturfühler bekannt, dessen Widerstandselement in einer Schutzhülse eingehäust ist. Die Schutzhülse weist Durchbrüche auf, damit das Widerstandselement möglichst günstig von einem über die Durchbrüche einströmenden Medium, wie etwa Luft, beaufschlagt werden kann.A temperature sensor is also known from DE 30 44 419 C3, the resistance element of which is housed in a protective sleeve. The protective sleeve has openings so that the resistance element can be exposed as effectively as possible to a medium, such as air, flowing in through the openings.
Auch diese Anordnungen sind in ihrem Aufbau kompliziert und aufwendig.These arrangements are also complicated and complex in their construction.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Temperaturfühler mit gehäustem Meßelement anzugeben, das über eine geringe Ansprechzeit verfügt und einen einfachen Aufbau aufweist.The invention is therefore based on the object of specifying a temperature sensor with a housed measuring element which has a short response time and a simple structure.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Schutzanspruchs 1 gelöst.This problem is solved by the subject matter of claim 1.
Wird die erfindungsgemäße Anordnung mit einem Fenster im Gehäuse ausgeführt, so hat dies insbesondere den Vorteil, daß das Substrat eine doppelte Funktionalität aufweist, nämlich einerseits das Fenster des Gehäuses zu verschließen und andererseits den wärmeleitenden Kontakt zum Meßelement herzustellen.If the arrangement according to the invention is designed with a window in the housing, this has the particular advantage that the substrate has a double functionality, namely on the one hand to close the window of the housing and on the other hand to establish the heat-conducting contact with the measuring element.
Darüber hinaus wird in vorteilhafter Weise das Meßelement von der Außenumgebung lediglich durch die Dicke des Substrats beabstandet.Furthermore, the measuring element is advantageously spaced from the external environment only by the thickness of the substrate.
Ferner läßt sich eine solche Anordnung einfach und kostengünstig herstellen, da im wesentlichen lediglich das Einbringen einer aus dem Substrat und dem Meßelement bestehenden, vorgefertigten Meßanordnung in das Gehäuse notwendig ist. Darüber hinaus läßt sich auf diese Weise ein Temperaturfühler sehr toleranzarm fertigen.Furthermore, such an arrangement can be manufactured easily and inexpensively, since essentially only a prefabricated measuring arrangement consisting of the substrate and the measuring element needs to be inserted into the housing. In addition, a temperature sensor can be manufactured with very low tolerances in this way.
Ausführungen mit Gehäusefenster sind insbesondere zur Messung der Temperatur gasförmiger Medien vorteilhaft, wobei zudem die Ansprechzeit merklich verringert wird.Versions with a housing window are particularly advantageous for measuring the temperature of gaseous media, whereby the response time is also noticeably reduced.
Die Verwendung eines Thermistors, insbesondere eines Heißleiters, ist aufgrund der geringen damit verbundenen Kosten und des weiten Anwendungsgebietes vorteilhaft.The use of a thermistor, especially a thermistor, is advantageous due to the low associated costs and the wide range of applications.
Wird das Meßelement als SMD-Bauelement dem Substrat aufgelötet, können auch besonders kleine Meßelemente verwendet werden und der wärmeleitende Kontakt zum " Substrat ist stets sichergestellt.If the measuring element is soldered to the substrate as an SMD component, even particularly small measuring elements can be used and the heat-conducting contact with the substrate is always ensured.
Ist das Meßelement glasummantelt, so wird hierdurch eine besonders hohe mechanische wie chemische Stabilität erreicht.If the measuring element is glass-coated, a particularly high level of mechanical and chemical stability is achieved.
Die Verwendung von AI2O3-Keramiken als Substratmaterial ist wegen der Verbindung eines hohen elektrischen Widerstandes mit günstigen thermischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften vorteilhaft. Die Verwendung eines Aluminiumsubstrats ist insbesondere bei Anwendung der SMD-Technik vorteilhaft.The use of AI 2 O 3 ceramics as a substrate material is advantageous due to the combination of high electrical resistance with favorable thermal, mechanical and chemical properties. The use of an aluminum substrate is particularly advantageous when using SMD technology.
Das Auffüllen des Gehäuses mit einem schlecht wärmeleitenden Dichtungsmaterial erlaubt zum einen die wärmetechnische Isolation des Meßelementes, wodurch die Ansprechzeit des Temperaturfühlers weiter verringert wird. Vorteilhaft ist zudem, daß die Meßanordnung feuchtigkeitsdicht verschlossen wird. Darüber hinaus wird die Meßanordnung in dem Gehäuse mechanisch fixiert, wodurch weiterhin die Meßtoleranzen verringert werden. Einen besonders guten Kompromiß zwischen mechanischer Stabilität und Ansprechempfindlichkeit wird durch die Verwendung des wärmevemetzenden Materials Silikon erreicht, das der Verwendung eines Epoxidharzes vorzuziehen ist, um mechanische Spannungen zu vermeiden.Filling the housing with a sealing material that is poorly heat-conducting allows the measuring element to be thermally insulated, which further reduces the response time of the temperature sensor. Another advantage is that the measuring arrangement is sealed against moisture. In addition, the measuring arrangement is mechanically fixed in the housing, which further reduces the measurement tolerances. A particularly good compromise between mechanical stability and response sensitivity is achieved by using the heat-curing material silicone, which is preferable to using an epoxy resin in order to avoid mechanical stress.
Die Verwendung von Silikon hat zudem den Vorteil, daß der Temperaturfühler in einem weiten Temperaturbereich zum Einsatz gelangen kann.The use of silicone also has the advantage that the temperature sensor can be used over a wide temperature range.
Wird das Gehäuse aus PPS oder einer Keramik gefertigt, so werden die Vorteile einer großen thermischen Stabilität mit der Fähigkeit, geringe Meßtoleranzen zu halten, sowie mit den elektrisch isolierenden Eigenschaften des Materials verbunden. Die Verwendung von Keramikmaterial ist besonders zur Messung chemisch aggressiver Medien vorteilhaft.If the housing is made of PPS or a ceramic, the advantages of high thermal stability are combined with the ability to maintain small measurement tolerances and the electrically insulating properties of the material. The use of ceramic material is particularly advantageous for measuring chemically aggressive media.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Temperaturfühlers werden vorzugsweise Materialien mit gleichen oder ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet, da hierdurch das Auftreten mechanischer Spannungen beim Temperaturwechsel verringert wird.To manufacture the temperature sensor according to the invention, materials with the same or similar thermal expansion coefficients are preferably used, since this reduces the occurrence of mechanical stresses during temperature changes.
" Verfügt das Gehäuse über einen Kragen, so läßt es sich in vorteilhafter Weise in einer Vielzahl von Anordnungen flexibel einsetzen. " If the housing has a collar, it can be used flexibly in a variety of arrangements.
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Sind Fenster und Substrat im wesentlichen rechteckig, so lassen sich die Substrate kostengünstig und verlustarm beispielsweise mittels Sägevorgängen aus größeren Substraten schneiden.If the window and substrate are essentially rectangular, the substrates can be cut from larger substrates cost-effectively and with little loss, for example by sawing.
Weitere Vorteile entstehen durch die Verwendung von AgPd für Leiterbahnen auf dem Substrat, da bei einfacher Herstellbarkeit eine hohe elektrische Leitfähigkeit und mechanische Haftung auf dem Substrat mit guten Löteigenschaften verbunden werden.Further advantages arise from the use of AgPd for conductor tracks on the substrate, as it is easy to manufacture and combines high electrical conductivity and mechanical adhesion to the substrate with good soldering properties.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert werden, in denen:The invention will be explained below with reference to the figures in which:
die Figuren 1a und 1b eine erste Ausgestaltung der Erfindung in perspektivischer Ansicht vor und nach der Endmontage zeigen;Figures 1a and 1b show a first embodiment of the invention in perspective view before and after final assembly;
die Figur 2 das Gehäuse in Front- und Seitenansicht zeigt;Figure 2 shows the housing in front and side view;
die Figur 3 die aus Substrat und Meßelement bestehende Meßanordnung in Frontansicht und Seitenansicht zeigt;Figure 3 shows the measuring arrangement consisting of substrate and measuring element in front view and side view;
die Figur 4 einen Seitenquerschnitt des fertig montierten Temperaturfühlers der ersten Ausgestaltung zeigt;Figure 4 shows a side cross-section of the fully assembled temperature sensor of the first embodiment;
die Figuren 5a und 5b den Temperaturfühler der ersten Ausgestaltung mit Zuführungsleitungen sowie in Draufsicht zeigen; und
25Figures 5a and 5b show the temperature sensor of the first embodiment with supply lines and in plan view; and
25
die Figur 6 eine zweite Ausgestaltung der Erfindung im Seitenquerschnitt zeigt.Figure 6 shows a second embodiment of the invention in side cross section.
Im folgenden werden bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung näher erläutert werden.In the following, preferred embodiments of the invention will be explained in more detail.
30" Die.. Figur 1a zeigt ein Gehäuse 100, eine Meßanordnung 110 und elektrische Zuführungen 120 gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung. Das Gehäuse 100 weist insbesondere zur Temperaturmessung an gasförmigen Medien, wie Luft, ein rechteckiges Fenster 130 auf. Ausführungen ohne Fenster werden dagegen zur Messung flüssiger Medien bevorzugt. Auf der Seite des Fensters 130 weist der30" Figure 1a shows a housing 100, a measuring arrangement 110 and electrical leads 120 according to the first embodiment of the invention. The housing 100 has a rectangular window 130, in particular for measuring the temperature of gaseous media, such as air. Designs without a window, on the other hand, are preferred for measuring liquid media. On the side of the window 130, the
Innenraum des Gehäuses 100 Seitennuten 140 auf, in die das Meßelement 110 von oben eingeschoben werden kann. Wie aus Figur 1b ersichtlich, dichtet die solchermaßen in das Gehäuse 100 eingebrachte Meßanordnung 110 das Fenster 130 ab. Der Innenraum des Gehäuses 100 ist auf der dem Fenster abgewandten Längsseite mit einem Zusatzhohlraum versehen.The interior of the housing 100 has side grooves 140 into which the measuring element 110 can be inserted from above. As can be seen from Figure 1b, the measuring arrangement 110 introduced into the housing 100 in this way seals the window 130. The interior of the housing 100 is provided with an additional cavity on the long side facing away from the window.
Das Gehäuse 100 ist in Figur 2 in Front- und Seitenansicht zu sehen. Es weist an seiner Oberseite einen Kragen 200 auf, so daß der Temperaturfühler beispielsweise in eine Bohrung leicht eingebracht werden kann und dann den Rändern dieser Bohrung aufsitzt. Ferner verfügt das Gehäuse über eine das Fenster 130 einschließende, im wesentlichen ebene Wandung 210, die das planare Aufbringen des Temperaturfühlers auf eine zu messende Unterlage ermöglicht.The housing 100 can be seen in Figure 2 in front and side views. It has a collar 200 on its top side so that the temperature sensor can be easily inserted into a hole, for example, and then sits on the edges of this hole. The housing also has a substantially flat wall 210 enclosing the window 130, which enables the temperature sensor to be placed flat on a base to be measured.
Das Gehäuse der Figur 2 besitzt vorzugsweise eine Länge von etwa 20 mm und einen Kragendurchmesser von etwa 18 mm. Als bevorzugtes Gehäusematerial wird PPS (Polyphenylensulfid) verwendet, das glasfaserverstärkt ausgeführt ist. Alternativ hierzu kann auch eine Keramik verwendet werden.The housing in Figure 2 preferably has a length of about 20 mm and a collar diameter of about 18 mm. The preferred housing material is PPS (polyphenylene sulfide), which is reinforced with glass fiber. Alternatively, a ceramic can also be used.
In Figur 3 ist die Meßanordnung gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. Auf dem Substrat 300 sind Leiterbahnen 320 aufgebracht, die zum einen mit den Enden 330 der elektrischen Zuführungen 120 verbunden sind und andererseits das Meßelement 310 kontaktieren.Figure 3 shows the measuring arrangement according to the first embodiment of the invention. Conductor tracks 320 are applied to the substrate 300, which are connected on the one hand to the ends 330 of the electrical leads 120 and on the other hand contact the measuring element 310.
Das Substrat 300 besitzt vorzugsweise die Abmessungen 10 mm &khgr; 8 mm und ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 0,635 mm dick. Es ist bevorzugt aus AI2O3-Keramik (Aluminiumoxid) gefertigt.The substrate 300 preferably has the dimensions 10 mm x 8 mm and is 0.635 mm thick in the present embodiment. It is preferably made of Al 2 O 3 ceramic (aluminum oxide).
Die Leiterbahnen 320 sind durch Aufdampfprozesse, galvanische oder andere Dünnschichttechnologien hergestellt. Vorzugsweise wird das Material AgPd verwendet, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines zusätzlichen Haftvermittlers.The conductor tracks 320 are produced by vapor deposition processes, galvanic or other thin-film technologies. The material AgPd is preferably used, if necessary with the aid of an additional adhesion promoter.
Das Meßelement 310 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als heißleitender Thermistor ausgestaltet. Ein solcher heißleitender Temperaturwiderstand weist einen negativen Temperaturkoeffizienten auf (NTC, Negative Temperature Coefficient).In the present embodiment, the measuring element 310 is designed as a hot-conducting thermistor. Such a hot-conducting temperature resistor has a negative temperature coefficient (NTC).
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der NTC-Widerstand in SMD-Technik (Surface Mounted Device) den Leiterbahnen aufgelötet, wobei alle Flächen der Leiterbahnen mit Lot bedeckt werden. Weiterhin ist der NTC-Widerstand vorzugsweise glasummantelt.
5According to the present embodiment, the NTC resistor is soldered onto the conductor tracks using SMD technology (Surface Mounted Device), with all surfaces of the conductor tracks being covered with solder. Furthermore, the NTC resistor is preferably glass-coated.
5
Die elektrischen Zuführungen 120 sind vorzugsweise mit verzinkten Kupferlitzen von 0,5 mm2 versehen, die den Leiterbahnen 320 aufgelötet sind. Wie aus der Seitenansicht der Figur 3 zu sehen ist, werden die elektrischen Zuführungen dem Substrat 300 geradlinig von derjenigen Seite aufverbunden, die das Meßelement 310 trägt. In einer in Figur 3 nicht gezeigten Weiterbildung der Erfindung können die elektrischen Leitungen dem Substrat auch von der Rückseite her zugeführt werden, wobei die Enden der Leitungen durch dann in dem Substrat 300 vorzusehende Öffnungen hindurch auf die Vorderseite des Substrats geführt werden müssen. Die Ummantelung der elektrischen Zuführungen 120 wird vorzugsweise aus FEP (Fluoriertes Ethylen-Propylen-Copolymer) hergestellt, können jedoch in einer Weiterbildung auch aus PTFE (Polytetrafluorethylen, Teflon) gefertigt sein.The electrical leads 120 are preferably provided with galvanized copper strands of 0.5 mm 2 that are soldered to the conductor tracks 320. As can be seen from the side view of Figure 3, the electrical leads are connected to the substrate 300 in a straight line from the side that carries the measuring element 310. In a further development of the invention not shown in Figure 3, the electrical lines can also be fed to the substrate from the rear, whereby the ends of the lines must be led through openings to be provided in the substrate 300 to the front of the substrate. The sheathing of the electrical leads 120 is preferably made of FEP (fluorinated ethylene-propylene copolymer), but in a further development can also be made of PTFE (polytetrafluoroethylene, Teflon).
Figur 4 zeigt im Seitenquerschnitt den fertig montierten Temperaturfühler. Der Figur kann entnommen werden, daß das Substrat 300 das Fenster 130 abdichtet und auf seiner Innenseite das Meßelement 310 trägt. Ferner kann der Figur ersehen werden, daß nach dem Einbringen der Meßanordnung 110 in die Führungsnute 140 des Gehäuses 100 der verbleibende Hohlraum 400 des Gehäuses mit einem Dichtungsmaterial aufgefüllt ist. In der bevorzugten Ausgestaltung wird als Dichtungsmaterial Silikonpaste verwendet, das eine Wärmebeständigkeit von etwa 2500C aufweist.Figure 4 shows a side cross-section of the fully assembled temperature sensor. It can be seen from the figure that the substrate 300 seals the window 130 and carries the measuring element 310 on its inside. It can also be seen from the figure that after the measuring arrangement 110 has been introduced into the guide groove 140 of the housing 100, the remaining cavity 400 of the housing is filled with a sealing material. In the preferred embodiment, silicone paste is used as the sealing material, which has a heat resistance of approximately 250 ° C.
Figur 5a zeigt den Temperaturfühler zusammen mit elektrischen Zuführungen 500. Vorzugsweise sind diese Zuführungen 510 oder 460 mm lang und mit vercrimpten Flachsteckhülsen 510 versehen, die vorzugsweise aus dem galvanisch verzinkten Material CuZn30 gefertigt sind und geeignete Steck- und Abzugskräfte besitzen. Die elektrischen Zuführungen 500 können in einer bevorzugten Ausgestaltung mit den Zuführungen 120 einstückig verbunden sein, können jedoch in einer anderen bevorzugten Ausgestaltung auch mittels Steck-, Lot- oder anderen elektrischen Verbindungen an die Zuführungen 120 angeschlossen sein.Figure 5a shows the temperature sensor together with electrical leads 500. These leads are preferably 510 or 460 mm long and are provided with crimped flat plug sleeves 510, which are preferably made of the galvanized material CuZn30 and have suitable insertion and removal forces. In a preferred embodiment, the electrical leads 500 can be connected to the leads 120 in one piece, but in another preferred embodiment they can also be connected to the leads 120 by means of plug-in, solder or other electrical connections.
Figur 5b zeigt die Anordnung der Figur 5a in Draufsicht.Figure 5b shows the arrangement of Figure 5a in plan view.
In Figur 6 ist eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Temperaturfühlers in einem Seitenquerschnitt zu sehen. Diese Anordnung unterscheidet sich von der der ersten Ausgestaltung im wesentlichen durch die Verwendung eines Meßelements 310 mit rechteckigem Querschnitt sowie durch elektrische Zuführungen 600, die mit Flachsteckern 610 versehen sind, die wenigstens eine Rastzunge aufweisen.Figure 6 shows a second embodiment of the temperature sensor according to the invention in a side cross-section. This arrangement differs from that of the first embodiment essentially by the use of a measuring element 310 with a rectangular cross-section and by electrical leads 600 which are provided with flat plugs 610 which have at least one locking tongue.
Vorzugsweise läßt sich der in Figur 6 gezeigte Temperaturfühler bei einer dauerhaften Einsatztemperatur von 2000C betreiben, jedoch sind insbesondere kurzzeitig auch Temperaturen weit oberhalb dieses Wertes anwendbar.Preferably, the temperature sensor shown in Figure 6 can be operated at a permanent operating temperature of 200 ° C, but temperatures far above this value can also be used, particularly for short periods.
Claims (21)
ein Gehäuse (100) und
eine Meßanordnung (110) mit einem Meßelement (310) und einem Substrat (300). 1. Temperature sensor, comprising:
a housing ( 100 ) and
a measuring arrangement ( 110 ) with a measuring element ( 310 ) and a substrate ( 300 ).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29913950U DE29913950U1 (en) | 1999-08-10 | 1999-08-10 | Temperature sensor |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE29913950U DE29913950U1 (en) | 1999-08-10 | 1999-08-10 | Temperature sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29913950U1 true DE29913950U1 (en) | 2000-12-21 |
Family
ID=8077318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| DE29913950U Expired - Lifetime DE29913950U1 (en) | 1999-08-10 | 1999-08-10 | Temperature sensor |
Country Status (1)
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Owner name: DBK DAVID + BAADER GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: DAVID & BAADER DBK SPEZIALFABRIK ELEKTRISCHER APPARATE UND HEIZWIDERSTAENDE GMBH, 76870 KANDEL, DE Effective date: 20050425 |
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| R157 | Lapse of ip right after 6 years |
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