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Dokumentenidentifikation DE3545006C2 05.11.1987
Titel Frequenzumsetzer
Anmelder Philips Patentverwaltung GmbH, 2000 Hamburg, DE
Erfinder Matthies, Karl-Heinz, 2000 Hamburg, DE;
Bierkarre, Gert, 2050 Escheburg, DE
DE-Anmeldedatum 19.12.1985
DE-Aktenzeichen 3545006
Offenlegungstag 02.07.1987
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 05.11.1987
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.11.1987
IPC-Hauptklasse H03C 1/54
IPC-Nebenklasse H04N 9/65   H04N 9/80   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Modulator, der einen ersten Differenzverstärker (6) enthält, dem ein Eingangssignal und ein Abgleichsignal zur Einstellung des Ruhestroms am ersten und zweiten Ausgang zugeführt wird. Der erste Differenzverstärker (6) ist mit einem zweiten (19) und dritten Differenzverstärker (22) gekoppelt, die das Trägersignal empfangen und die das modulierte Signal abgeben. Einem Tiefpaß (25) wird ein dem Strom des ersten und ein dem des zweiten Ausgangs des ersten Differenzverstärkers (6) proportionales Differenzsignal zugeführt, dessen Ausgangssignal ein Regelverstärker (40) empfängt. Der Regelverstärker (40) gibt das Abgleichsignal über einen Speicher (50) an den zweiten Eingang des ersten Differenzverstärkers (6) ab.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf einen Frequenzumsetzer mit einem ersten Differenzverstärker, dessen erster Eingang ein Eingangssignal und dessen zweiter Eingang ein Abgleichsignal zur Einstellung des Ruhestroms am ersten und zweiten Ausgang des ersten Differenzverstärkers empfängt, mit einem zweiten Differenzverstärker und einem dritten Differenzverstärker, deren jeweiliger Steuereingang mit einem der beiden Ausgänge des ersten Differenzverstärkers gekoppelt ist, deren gekoppelte Differenzeingänge ein Trägersignal empfangen und deren gekoppelte Differenzausgänge das frequenzumgesetzte Signal abgeben, und mit einem Regelverstärker, dem wenigstens zeitweilig ein der Differenz aus den Strömen am ersten und zweiten Ausgang des ersten Differenzverstärkers proportionales Differenzsignal zugeführt ist und dessen Ausgang über einen Speicherkondensator mit dem zweiten Eingang des ersten Differenzverstärkers gekoppelt ist.

Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der EP 00 40 274 A1 bekannt und kann z. B. in einem Videorecorder dazu verwendet werden, ein Farbartsignal bei der Aufzeichnung von einem höheren in ein niedrigeres Frequenzband oder bei der Wiedergabe von einem niedrigeren in ein höheres Frequenzband umzusetzen. Das Farbartsignal enthält zwei Signalanteile, das Farbsignal und das Farbsynchronsignal, die sich periodisch wiederholen und zwischen denen jeweils eine Signallücke auftritt.

Der erste Differenzverstärker enthält zwei Transistoren, deren Emitter mit einer Stromquelle gekoppelt sind. Der Basis des ersten Transistors wird das Eingangssignal und der Basis des zweiten Transistors ein Abgleichsignal zugeführt. Der Kollektor des ersten Transistors ist mit dem Emitter eines dritten und dem Emitter eines vierten Transistors, dem Steuereingang des zweiten Differenzverstärkers, und der Kollektor des zweiten Transistors ist mit dem Emitter eines fünften und dem Emitter eines sechsten Transistors, dem Steuereingang des dritten Differenzverstärkers, verbunden. Das Trägersignal wird zwischen der Basis des dritten und der Basis des vierten Transistors eingespeist (Differenzeingang des dritten Transistors). Die Basis des dritten und die des sechsten Transistors und die Basis des vierten und die des fünften sind miteinander verbunden. Das frequenzumgesetzte Signal wird den gekoppelten Differenzausgängen des zweiten und dritten Differenzverstärkers abgenommen, d. h. der Kollektor des dritten und der des fünften Transistors und der Kollektor des vierten und der des sechsten sind miteinander verbunden.

Für die Umsetzung eines Farbartsignals von einem niedrigeren in ein höheres Frequenzband ist es notwendig, daß der Ruhestrom des Kollektors des ersten und der des zweiten Transistors ungefähr gleich ist, um zu vermeiden, daß der Hilfsträger das Signal beeinflußt. Der Kollektorruhestrom des ersten oder zweiten Transistors ist der Strom, der fließt, wenn kein Eingangssignal anliegt.

Bei der bekannten Schaltungsanordnung werden die Ruheströme auf folgende Art abgeglichen. Der Steuereingang des zweiten Differenzverstärkers ist mit einem ersten Schalttransistor und der Steuereingang des dritten Differenzverstärkers mit einem zweiten Schalttransistor verbunden. Die beiden Schalttransistoren sind andererseits mit einem Regelverstärker verbunden, der über einen an Masse angeschlossenen Kondensator mit der Basis des zweiten Transistors gekoppelt ist. Der Differenzverstärker liefert ein Abgleichsignal zur Einstellung der Ruheströme. Die Schalttransistoren sind während des Auftretens der Horizontalimpulse geschlossen, da während dieser Zeit eine Signallücke beim Farbartsignal vorliegt. Um zu gewährleisten, daß die Schalttransistoren nur während des Auftretens der Horizontalimpulse leitend sind, ist zur Steuerung der Schalttransistoren eine Steuerschaltung notwendig.

Der Regelverstärker erzeugt nur während der Zeit in der die Horizontalimpulse auftreten ein Abgleichsignal, das im Kondensator gespeichert wird. Der Kondensator ist deshalb in der Regel so groß, daß er bei einer Realisierung des Frequenzumsetzers in einer integrierten Schaltung nicht mitintegriert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Frequenzumsetzer der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine Regelverstärkung ohne Steuerschaltung ständig durchgeführt wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Differenzsignal ständig über einen das Eingangssignal unterdrückenden Tiefpaß dem Regelverstärker zugeführt ist.

In dem erfindungsgemäßen Frequenzumsetzer unterdrückt der Tiefpaß die hochfrequenten Anteile des Differenzsignals, so daß dem Regelverstärker ein Gleichsignal zugeführt wird, das der Unsymmetrie der Ruheströme entspricht. Ist das Eingangssignal beispielsweise ein Farbartsignal, unterdrückt der Tiefpaß das hochfrequente Farbsynchronsignal und das hochfrequente Farbsignal. Dem Regelverstärker wird in diesem Fall ständig ein Gleichsignal zugeführt, das gleich dem Signal in der Signallücke des Farbartsignals ist. Der Regelverstärker erzeugt im Gegensatz zum Stand der Technik ständig ein Abgleichsignal, wodurch die Unsymmetrie der Ruheströme schneller ausgeglichen wird. Auch kann der Speicherkondensator durch die ständige Zuführung eines Abgleichsignals kleiner sein. Es ist auch möglich, diesen Kondensator auf einer integrierten Schaltung mit zu integrieren, wenn die Regelverstärkung entsprechend gewählt wird.

Es sei noch erwähnt, daß aus der DE-PS 32 13 506 eine Schaltungsanordnung bekannt ist, bei der ein Wechselspannungssignal mit Hilfe zweier parallel geschalteter Differenzverstärker verstärkt wird. Die Ausgänge der beiden Differenzverstärker sind mit zwei Transistoren verbunden, die ein verstärktes Wechselspannungssignal liefern. Dieses Ausgangssignal wird noch einer Regelschaltung zugeführt, die einen ersten und zweiten Tiefpaß enthält und die ein Regelsignal erzeugt, das dem Ausgang eines der parallel geschalteten Differenzverstärker zugeführt wird. Mit dieser Regelschaltung werden Gleichspannungswerte (Offset) im Ausgangssignal kompensiert. Bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen Frequenzumsetzer ist es notwendig, die Kollektorruheströme am Ausgang des ersten Differenzverstärkers anzugleichen. Ein Gleichspannungswert (Offset) im Ausgangssignal des ersten Differenzverstärkers und im frequenzumgesetzten Signal muß nicht kompensiert werden. Außerdem wird dem Tiefpaß im erfindungsgemäßen Frequenzumsetzer das Ausgangssignal des ersten Differenzverstärkers zugeführt und nicht das Ausgangssignal des zweiten und dritten Differenzverstärkers, d. h. den beiden parallel geschalteten Differenzverstärkern. An den Ausgangssignalen des zweiten und dritten Differenzverstärkers kann kein Abgleichsignal zur Einstellung der Kollektorströme für den ersten Differenzverstärker abgeleitet werden.

Ein dem Strom des ersten Ausgangs und dem Strom des zweiten Ausgangs des ersten Differenzverstärkers proportionales Differenzsignal wird erzeugt, indem der Steuereingang des zweiten Differenzverstärkers und der Steuereingang des dritten Differenzverstärkers über jeweils einen Meßwiderstand mit einem der beiden an den Tiefpaß angeschlossenen Ausgänge des ersten Differenzverstärkers gekoppelt sind. Es ist auch möglich, ein proportionales Differenzsignal mit Hilfe zweier Stromspiegel zu gewinnen.

In einer Ausführungsform für den Tiefpaß ist vorgesehen, daß dieser einen vierten Differenzverstärker mit zwei Transistoren enthält, deren Basen über jeweis einen Widerstand mit dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers verbunden sind, deren Basis-Kollektorstrecke jeweils ein Kondensator parallelgeschaltet ist und deren Kollektoren den Ausgang des Tiefpasses bilden. Bei entsprechender Dimensionierung des Verstärkungsfaktors des vierten Differenzverstärkers und der Widerstände, können die Kondensatoren bei Realisierung des Frequenzumsetzers in einer integrierten Schaltungsanordnung mitintegriert werden. In einer Ausführungsform für den Regelverstärker ist vorgesehen, daß dieser einen fünften Differenzverstärker umfaßt, dessen Eingänge mit den Ausgängen des Tiefpasses und dessen Ausgänge mit einem Stromspiegel gekoppelt sind.

Um einen Vorabgleich der Ruheströme zu ermöglichen, ist vorgesehen, daß der erste Eingang und der zweite Eingang des ersten Differenzverstärkers über einen Spannungsteiler mit einer Referenzspannungsquelle gekoppelt ist. Der Spannungsteiler bewirkt eine Voreinstellung der Spannungen an den Eingängen des ersten Differenzverstärkers.

Um den Steuereingang des zweiten und den des dritten Differenzverstärkers vom Eingang des Tiefpasses zu entkoppeln, ist vorgesehen, daß der Steuereingang des zweiten Differenzverstärkers und der Steuereingang des dritten Differenzverstärkers jeweils mit dem Kollektor eines Transistors verbunden sind, deren jeweiliger Emitter mit einem der Ausgänge des ersten Differenzverstärkers gekoppelt ist und dessen Basis an einem Bezugspotential liegt.

In einer Ausführungsform für den ersten Differenzverstärker enthält dieser einen Transistor, dessen Basis den ersten Eingang und dessen Kollektor den ersten Ausgang bildet und dessen Emitter mit dem Emitter eines weiteren im ersten Differenzverstärker enthaltenen Transistors gekoppelt ist, dessen Basis den zweiten Eingang und dessen Kollektor den zweiten Ausgang bildet.

In einer Ausführungsform für den zweiten und dritten Differenzverstärker umfassen diese jeweils zwei Transistoren, deren gekoppelte Emitter den Steuereingang, deren Basen den Differenzeingang und deren Kollektoren den Differenzausgang bilden.

Verwendet werden kann der Frequenzumsetzer in einem Fernsehempfänger oder Bildaufzeichnungs- und -wiedergabegerät (z. B. Videorecorder), wo er z. B. zur Umsetzung eines Farbartsignals in ein anderes Frequenzband dienen kann.

Anhand der Zeichnung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Der in der Zeichnung dargestellte Frequenzumsetzer dient z. B. dazu, ein vom Videorecorder wiedergegebenes Farbartsignal von einem ersten Träger mit einer Frequenz von 627 kHz auf einen zweiten Träger mit einer Frequenz von 4,43 MHz umzusetzen. Das Farbartsignal wird der Basis eines NPN-Transistors 1 zugeführt, dessen Emitter über einen Widerstand 2 einerseits mit einer an Masse geschalteten Stromquelle 3 und andererseits über einen Widerstand 4 mit dem Emitter eines NPN-Transistors 5 verbunden ist. Die Basis des Transistors 1 bildet einen Eingangsanschluß des ersten Eingangs eines die Transistoren 1 und 5 enthaltenden ersten Differenzverstärkers 6.

Der Kollektor des Transistors 1 ist über einen Meßwiderstand 7 an dem Emitter eines NPN-Transistors 8 und der Kollektor des Transistors 5 über einen Meßwiderstand 9 an den Emitter eines NPN-Transistors 10 angeschlossen. Die beiden Meßwiderstände 7 und 9 sind gleich groß. Die Basis des Transistors 8 und die des Transistors 10 sind an eine niederohmige Spannungsquelle Uref angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 8 ist mit dem Emitter eines NPN-Transistors 15 und mit dem Emitter eines NPN-Transistors 16 verbunden. Der Kollektor des Transistors 15 und der des Transistors 16 sind über jeweils einen Widerstand 17 bzw. 18 an eine Spannungsquelle Ub angeschlossen. Die Transistoren 15 und 16 bilden einen zweiten Differenzverstärker 19.

An den Verbindungspunkt zwischen dem Emitter eines NPN- Transistors 20 und dem Emitter eines NPN-Transistors 21 ist der Kollektor des Transistors 10 geschaltet. Die einen dritten Differenzverstärker 22 bildenden Transistoren 20 und 21 sind mit dem zweiten Differenzverstärker 19 auf folgende Weise gekoppelt. Zwischen dem ersten Eingangsanschluß, der durch die Basis des Transistors 15 und die Basis des Transistors 21 gebildet wird und dem zweiten Eingangsanschluß, der am Verbindungspunkt der Basis des Transistors 19 und der Basis des Transistors 20 liegt, wird ein Trägersignal mit einer Frequenz von 5,06 MHz zugeführt. Das frequenzumgesetzte Signal wird zwischen dem Kollektor des Transistors 15, der mit dem Kollektor des Transistors 20 verbunden ist, und dem Kollektor des Transistors 19, der mit dem Kollektor des Transistors 21 verbunden ist, abgenommen. Das frequenzumgesetzte Signal enthält das auf den Träger mit einer Frequenz von 4,43 MHz modulierte Farbartsignal. Durch die drei Differenzverstärker 6, 19 und 22 wird also ein an sich bekannter Vierquadranten- Multiplizierer gebildet. Die Transistoren 8 und 10 dienen zur Entkopplung des Differenzverstärkers 6 von den Differenzverstärkern 19 und 22.

Um Störungen bei der Bildwiedergabe zu verhindern, ist es erforderlich, daß der Kollektorruhestrom des Transistors 1 und der des Transistors 5 gleich sind. Da es nicht möglich ist, die Transistoren 1 und 5 vollkommen symmetrisch auszubilden, wird einem Eingangsanschluß des zweiten Eingangs des ersten Differenzverstärkers 6, das ist die Basis des Transistors 5, ein Abgleichsignal zur Einstellung der Ruheströme zugeführt.

An dem Meßwiderstand 7 wird eine dem Kollektorstrom des Transistors 1 und am Meßwiderstand 9 eine dem Kollektorstrom des Transistors 5 proportionale Spannung erzeugt. Die Differenz dieser Spannungen ist die Eingangsspannung für einen Tiefpaß 25. Der Tiefpaß 25 enthält einen vierten Differenzverstärker 26 mit einem NPN-Transistor 27 und einem NPN-Transistor 28. Die Basis des Transistors 27 ist über einen Widerstand 32 an den Kollektor des Transistors 1 und die Basis des Transistors 28 über einen Widerstand 33 an den Kollektor des Transistors 5 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 27 und der Emitter des Transistors 28 sind mit einer an Masse angeschlossenen Stromquelle 29 verbunden. Der Basis-Kollektorstrecke des Transistors 27 ist ein Kondensator 34 und der Basis- Kollektorstrecke des Transistors 28 ist ein Kondensator 35 parallelgeschaltet. Der Kollektor des Transistors 27 und der des Transistors 28 sind noch jeweils über Widerstände 36 bzw. 37 an die Spannungsquelle Ub angeschlossen. Das Ausgangssignal des Tiefpasses 25 ist zwischen dem Kollektor des Transistors 27 und dem des Transistors 28 abnehmbar. Der vierte Differenzverstärker 26 hat einen Verstärkungsfaktor von 6 bis 7 und die Widerstände 32 und 33 jeweils einen Widerstandswert von 10 kOhm. Die beiden Kondensatoren 34 und 35 haben eine Kapazität von 8 pF, so daß sie bei Realisierung des Frequenzumsetzers in einer integrierten Schaltung mitintegriert werden können. Der Tiefpaß 25 mit einer Grenzfrequenz von ungefähr 300 kHz unterdrückt das Farbartsignal und liefert am Ausgang ein der Differenz der Ruheströme entsprechendes proportionales Signal.

Das Ausgangssignal des Tiefpasses wird einem Regelverstärker 40 zugeführt, der einen fünften Differenzverstärker 41 und einen Stromspiegel 42 umfaßt. Der Differenzverstärker 41 enthält einen PNP-Transistor 43, dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors 28 verbunden ist, und einen PNP-Transistor 44, dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors 27 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 43 und der des Transistors 44 sind an eine mit der Spannungsquelle Ub verbundene Stromquelle 45 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 44 ist mit dem Kollektor eines NPN-Transistors 46 und mit dessen Basis und mit der Basis eines NPN-Transistors 47 verbunden. Außer den beiden Transistoren 46 und 47 enthält der Stromspiegel 42 einen Widerstand 48, der zwischen Masse und dem Emitter des Transistors 46 gelegt ist und einem Widerstand 49, der einerseits mit Masse und andererseits mit dem Emitter des Transistors 47 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 43 und der Kollektor des Transistors 47 sind mit der Basis des Transistors 5 und einem an Masse angeschlossenen Kondensator 50 verbunden. Bei entsprechender Wahl des Verstärkungsfaktors des Differenzverstärkers 41 kann der Kondensator 50 mit einer Kapazität von 1 nF ebenfalls mitintegriert werden, da durch die ständige Zuführung eines Abgleichsignals der Kondensator viel kleiner ist als beim Stand der Technik. Am Verbindungspunkt des Kollektors des Transistors 43 und des Kollektors des Transistors 47 ist das Abgleichsignal für den zweiten Eingang des ersten Differenzverstärkers 6 abnehmbar.

Die Basis des Transistors 1 ist mit einem Widerstand 55 und die Basis des Transistors 5 mit einem Widerstand 56 verbunden, die gemeinsam an einem Spannungsteiler angeschlossen sind, der aus den Widerständen 57 und 58 besteht. Der Widerstand 57 ist noch an die Spannungsquelle Ub und der Widerstand 58 an Masse angeschlossen. Mit Hilfe der Widerstände 55 bis 58 kann ein Vorabgleich der Ruheströme ausgeführt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Frequenzumsetzer mit einem ersten Differenzverstärker (6), dessen erster Eingang ein Eingangssignal und dessen zweiter Eingang ein Abgleichsignal zur Einstellung des Ruhestroms am ersten und zweiten Ausgang des ersten Differenzverstärkers (6) empfängt, mit einem zweiten Differenzverstärker (19) und einem dritten Differenzverstärker (22), deren jeweiliger Steuereingang mit einem der beiden Ausgänge des ersten Differenzverstärkers (6) gekoppelt ist, deren gekoppelte Differenzeingänge ein Trägersignal empfangen und deren gekoppelte Differenzausgänge das frequenzumgesetzte Signal abgeben, und mit einem Regelverstärker (40), dem wenigstens zeitweilig ein der Differenz aus den Strömen am ersten und zweiten Ausgang des ersten Differenzverstärkers (6) proportionales Differenzsignal zugeführt ist und dessen Ausgang über einen Speicherkondensator (50) mit dem zweiten Eingang des ersten Differenzverstärkers gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzsignal ständig über einen das Eingangssignal unterdrückenden Tiefpaß (25) dem Regelverstärker (40) zugeführt ist.
  2. 2. Frequenzumsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereingang des zweiten Differenzverstärkers (19) und der Steuereingang des dritten Differenzverstärkers (22) über jeweils einen Meßwiderstand (7, 9) mit einem der beiden an den Tiefpaß (25) angeschlossenen Ausgänge des ersten Differenzverstärkers (6) gekoppelt sind.
  3. 3. Frequenzumsetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefpaß (25) einen vierten Differenzverstärker (26) mit zwei Transistoren (27, 28) enthält, deren Basen über jeweils einen Widerstand (32, 33) mit dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers (6) verbunden sind, deren Basis-Kollektorstrecke jeweils ein Kondensator (34, 35) parallelgeschaltet ist und deren Kollektoren den Ausgang des Tiefpasses (25) bilden.
  4. 4. Frequenzumsetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelverstärker (40) einen fünften Differenzverstärker (41) umfaßt, dessen Eingänge mit den Ausgängen des Tiefpasses und dessen Ausgänge mit einem Stromspiegel (42) gekoppelt sind.
  5. 5. Frequenzumsetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingang und der zweite Eingang des ersten Differenzverstärkers (6) über einen Spannungsteiler (57, 58) mit einer Referenzspannungsquelle (Ub) gekoppelt ist.
  6. 6. Frequenzumsetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereingang des zweiten Differenzverstärkers (19) und der Steuereingang des dritten Differenzverstärkers (22) jeweils mit dem Kollektor eines Transistors (8, 10) verbunden sind, deren jeweiliger Emitter mit einem der Ausgänge des ersten Differenzverstärkers (6) gekoppelt ist und dessen Basis an einem Bezugspotential (Uref) liegt.
  7. 7. Frequenzumsetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Differenzverstärker (6) einen Transistor (1) enthält, dessen Basis den ersten Eingang und dessen Kollektor den ersten Ausgang bildet und dessen Emitter mit dem Emitter eines weiteren im ersten Differenzverstärker enthaltenen Transistor (5) gekoppelt ist, dessen Basis den zweiten Eingang und dessen Kollektor den zweiten Ausgang bildet.
  8. 8. Frequenzumsetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Differenzverstärker (19) und der dritte Differenzverstärker (22) jeweils zwei Transistoren (15, 16; 20, 21) umfassen, deren gekoppelte Emitter den Steuereingang, deren Basen den Differenzeingang und deren Kollektoren den Differenzausgang bilden.
  9. 9. Verwendung eines Frequenzumsetzers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in einem Fernsehempfänger oder Bildaufzeichnungs- und -wiedergabegerät zur Frequenzumsetzung eines Farbartsignals.






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