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Dokumentenidentifikation DE19647409C2 15.05.2003
Titel Verfahren zum Vermeiden von Fehldetektionen bei der Diagnose einer Tankentlüftungsanlage für ein Kraftfahrzeug
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Angermaier, Anton, 84172 Buch, DE;
Bayerle, Klaus, 93051 Regensburg, DE
DE-Anmeldedatum 15.11.1996
DE-Aktenzeichen 19647409
Offenlegungstag 28.05.1998
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.05.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.05.2003
IPC-Hauptklasse B60K 15/035
IPC-Nebenklasse F02M 25/08   F02D 41/14   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermeiden von Fehldetektionen bei der Diagnose einer Tankentlüftungsanlage für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Der Zweck solcher Tankentlüftungsanlagen besteht darin, das Ausdampfen von Kohlenwasserstoffen aus dem Kraftstofftank in die Atmosphäre zu vermeiden.

Hierzu weist die Tankentlüftungsanlage generell einen Kraftstofftank und ein Tankentlüftungsventil auf, das mit dem Ansaugtrakt einer, das Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine verbunden ist. Dadurch können mit Hilfe des Unterdrucks im Saugrohr Kraftstoffdämpfe abgesaugt und der Verbrennung in den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführt werden. Üblicherweise wird nicht unmittelbar das über dem Kraftstoff befindliche Volumen im Kraftstofftank abgesaugt, sondern der Kraftstoffdampf wird in einem separaten Behälter, der ein adsorbierendes Material enthält, in der Regel ein Aktivkohlefilter, zwischengespeichert. Dadurch wird ein Austreten des Kraftstoffdampfes in die Umgebung verhindert. Das Aktivkohlefilter adsorbiert Kraftstoffdämpfe in denjenigen Zeiträumen, in denen kein Absaugen vom Saugrohr her erfolgt, z. B. beim Stillstand der Brennkraftmaschine oder dann, wenn auf Grund des aktuellen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine das Tankentlüftungsventil geschlossen gehalten wird.

Da das Aktivkohlefilter nur eine begrenzte Kraftstoffmasse speichern kann, muß es in geeigneten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine gespült werden. Hierbei wird das Tankentlüftungsventil, das in einer Leitung zwischen Aktivkohlefilter und Saugrohr der Brennkraftmaschine angeordnet ist, durch Ansteuerung mittels geeigneter Signale von einer elektronischen Steuerungseinrichtung der Brennkraftmaschine geöffnet. Durch die Variation des Ansteuertastverhältnisses dieses Signals kann der Öffnungsquerschnitt des Tankentlüftungsventils und damit der Spülstrom des Aktivkohlefilters eingestellt werden.

Es besteht die Gefahr, daß eine solche Tankentlüftungsanlage undicht wird oder Komponenten der Anlage nicht ordnungsgemäß arbeiten. Derartige Anlagen sind daher während des Betriebs des Kraftfahrzeugs wiederholt auf Funktionstüchtigkeit zu prüfen. Ein Verfahren zum Überprüfen einer Tankentlüftungsanlage ist beispielsweise in der DE 44 27 688 A1 beschrieben. Nach diesem Verfahren wird die Tankentlüftungsanlage mittels des im Saugrohr der Brennkraftmaschine herrschenden Unterdrucks evakuiert und die Anlage aufgrund von Unterdruckaufbau- und Unterdruckabbaugradienten beurteilt.

Der Ablauf und das Ergebnis der Diagnose der Tankentlüftungsanlage mittels Vakuumverfahren, sei es mit Hilfe des Saugrohrunterdrucks oder mittels einer externen Vakuumpumpe wird stark beeinflußt durch den Füllstand des Kraftstofftankes. Im Falle eines vollen Kraftstofftankes werden in der Regel Leckagen mit kleineren Querschnitten leichter erkannt als zum Beispiel bei einem Kraftstofftank, der nur halb gefüllt ist und dieser Füllzustand eine Prüfbedingung für den FTP-Test darstellt. Dies bewirkt ungewünschte Diagnoseeinträge (nur Leckagen mit Querschnitten ab 1 mm müssen detektiert werden) sowie nachfolgende Gewährleistungsansprüche, die nicht erforderlich sind.

Bei speziellen Varianten von Tankentlüftungssystemen sind Zweiwegeventile zwischen Kraftstofftank und Aktivkohlefilter installiert, um u. a. einen Druckaufbau bei vollem Kraftstofftank zu erzeugen und somit die Einfüllpistole während des Betankungsvorganges des Kraftfahrzeugs rechtzeitig zum Abschalten zu zwingen. Zu diesem Zeitpunkt schließt bei sogenannten "on bord refueling vapour recovery"-Systemen (ORVR- Systemen), bei denen der beim Betankungsvorgang entstehende Kraftstoffdampf über eine Leitung vom Kraftstofftank in den Aktivkohlebehälter geleitet wird, ein Schwimmerventil diesen zweiten, kein Ventil aufweisenden Verbindungsschlauch zwischen Kraftstofftank und Aktivkohlefilter, um keine Druckverluste zu erzeugen. Hierbei ergeben sich Probleme bei der Diagnose des Tankentlüftungssystems bei randvollem Kraftstofftank, da dann das Zweiwegeventil wirksam wird (Druckverlust bei Unterdruckerzeugung) und dies eine Fehldiagnose zur Folge haben kann. Eine Abhilfe dieses Problems besteht z. B. darin, während der Diagnose des Tankentlüftungssystems das Zweiwegeventil mit einem elektrisch ansteuerbaren Bypassventil zu umgehen.

Aus der DE 41 12 481 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit einer Tankentlüftungsanlage für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor mit Lambdaregelung bekannt, wobei überprüft wird, ob ein Betriebszustand mit niederem Luftdurchsatz durch den Motor vorliegt und wenn dies der Fall ist, eine Magerkorrekturprüfung vorgenommen. Wenn bei dieser Magerkorrekturprüfung eine Lambdareglermagerkorrektur festgestellt wird, die kleiner ist als ein vorgegebener Magerkorrekturschwellwert, wird eine Druckänderungsprüfung betreffend den Druck im Tank vorgenommen, sobald ein Betriebszustand mit hohem Luftdurchsatz durch das Tankentlüftungsventil vorliegt und die Tankentlüftungsanlage als funktionsfähig beurteilt, wenn ein Druckänderungseffekt vorgegebener Qualität festgestellt wird.

In der DE 42 03 099 A1 ist ein Verfahren zum Erkennen des Füllstandes von Kraftstoff im Tank eines Kraftfahrzeugs beschrieben, bei dem beurteilt wird, ob der Tank eine vorgegebene Dichtheit mindestens erreicht und ob der Kraftstoff weniger gast als es einem vorgegebenen Wert entspricht und dann wenn diese Bedingungen erfüllt sind der Füllstand dadurch erkannt wird, daß das Tankvolumen einem Druckänderungsablauf unterzogen wird, aus mindestens einer erzielten Druckänderung und einer zu dieser gehörenden Zeitspanne der dazugehörige Wert einer Druckänderungsgradientengröße bestimmt wird und aus einem bekannten Zusammenhang zwischen Druckänderungsgradientengröße und Füllstand der aktuelle Wert des letzteren abgeschätzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde für eine Tankentlüftungsanlage der eingangs genannten Art ein Verfahren anzugeben, mit dem auf einfache Weise Fehldetektionen bei vollem oder annähernd vollem Kraftstofftank ausgeschlossen werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.

Im Falle eines vollgefüllten Kraftstofftankes ist vom Gesetzgeber keine Diagnose der Tankentlüftungsanlage gefordert. Durch Auswerten des Signals des für die Diagnose der Tankentlüftungsanlage ohnehin nötigen Drucksensors wird deshalb eine Aussage abgeleitet, ob ein vollgefüllter Kraftstofftank vorliegt oder nicht. Im Falle des vollgefüllten Kraftstofftankes wird dann die Diagnose der Tankentlüftungsanlage nicht freigegeben. Dabei wird das Tankdrucksignal in der Weise ausgewertet, daß vor Beginn der Diagnose die Druckschwankungen bei Leerlauf der Brennkraftmaschine und bei stillstehendem Fahrzeug ermittelt werden. Ist der Kraftstofftank voll gefüllt, so befindet sich eine große Kraftstoffmasse im Tank und das verbleibende Luftvolumen im Kraftstofftank ist nur sehr gering. Da die Brennkraftmaschine über die Karosserie Schwingungen auch in das Tankentlüftungssystem einbringt, entstehen Druckschwankungen im Kraftstofftank. Bei abnehmenden Kraftstoff sinkt die Masse, das Restvolumen an Luft steigt und die Druckschwankungen nehmen ab. Durch Vergleich dieser Druckschwankungen mit einem vorgegebenen Schwellwert kann zwischen einem vollen und z. B. einem halbleeren Kraftstofftank unterschieden werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Tanklentlüftungsanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer elektronischen Steuerungseinrichtung,

Fig. 2 ein Flußdiagramm für einen Verfahrensablauf zum Bestimmen, ob eine Diagnose der Tankentlüftungsanlage durchgeführt werden soll,

Fig. 3 ein Meßdiagramm zur Verdeutlichung der Druckschwankungen bei einem vollen Kraftstofftank und

Fig. 4 ein Meßdiagramm zur Verdeutlichung der Druckschwankungen bei einem halbvollen Kraftstofftank.

Die in Fig. 1 in vereinfachter Weise dargestellte Tankentlüftungsanlage eines mittels einer Brennkraftmaschine 10 angetriebenen Kraftfahrzeuges weist einen Kraftstofftank 11 auf, dessen nicht näher bezeichneter Einfüllstutzen mit einem Tankdeckel 12 hermetisch verschließbar ist.

Der Kraftstoffbehälter 11 ist über eine Entlüftungsleitung 13 mit einem Aktivkohlebehälter 14 verbunden, in dem die aus dem Kraftstofftank 11 ausgasenden Kohlenwasserstoffdämpfe adsorbiert werden. Zum Erfassen des Druckes im Kraftstofftank 11 ist in der Entlüftungsleitung 13 ein Drucksensor 15 vorgesehen. Als Drucksensor 15 kann beispielsweise ein Differenzdrucksensor verwendet werden, dessen erster Anschluß mit der Entlüftungsleitung 13 und dessen zweiter Anschluß mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Außerdem ist in die Entlüftungsleitung 13 ein Zweiwege-Ventil 16 eingefügt, das einen reduzierten Durchfluß von Kraftstoffdämpfen in der mit einem Pfeilsymbol eingezeichneten Richtung erlaubt. Dadurch wird es ermöglicht, bei vollem Kraftstofftank durch das Restgas im Kraftstofftank (Volumen X) einen Druckaufbau zu erzeugen und somit die Einfüllpistole während des Betankungsvorganges des Kraftfahrzeugs rechtzeitig zum Abschalten zu zwingen.

Zusätzlich zur Entlüftungsleitung 13 ist der Kraftstofftank 11 auch über eine, bezogen auf die Entlüftungsleitung 13 einen größeren Querschnitt aufweisende Betankungsentlüftungsleitung 18 mit dem Aktivkohlebehälter 14 verbunden. Diese Leitung 18 ermöglicht es bei sogenannten "on board refueling vapour recovery" (ORVR)-Tankentlüftungsystemen, daß der zu Beginn des Betankungsvorganges auftretende Kraftstoffdampf direkt in den Aktivkohlebehälter strömt. Mit zunehmendem Füllstand des Kraftstofftankes, insbesondere bei annähernd vollem Kraftstofftank muß aber zur Vermeidung eines Druckverlustes diese Leitung 18 wieder verschlossen werden. Nur dann kann die Einfüllpistole durch den erzeugten Druck im Kraftstofftank automatisch abgeschaltet werden. Hierzu dient ein kombiniertes Schwimmer-/roll-over Ventil 19, das an der Einmündungsstelle der Leitung 18 angeordnet ist.

Dadurch wird einerseits sichergestellt, daß auch dann kein flüssiger Kraftstoff direkt in den Aktivkohlebehälter 14 gelangen kann, wenn z. B. der Kraftstoffbehälter 11 vollständig gefüllt ist oder das Kraftfahrzeug infolge eines Unfalles auf dem Dach zu liegen kommt (roll-over). An der Einmündung der Entlüftungsleitung 13 in den Kraftstofftank 11 ist ebenfalls ein roll-over-Ventil 20 angeordnet.

In der Nähe der Einfüllöffnung des Einfüllstutzens des Kraftstofftanks 11 zweigt eine Diagnoseleitung 17 ab, die an einer Stelle zwischen dem Zweiwege-Ventil 16 und dem Drucksensor 15in die Entlüftungsleitung 13 mündet. Mit Hilfe dieser Diagnoseleitung 17 kann im Rahmen der Überprüfung auf Dichtheit der Tankentlüftungsanlage auch ein fehlender Tankdeckel 12 detektiert werden.

Vom Aktivkohlebehälter 14 geht eine Regenerierungsleitung 21 ab, die stromabwärts einer Drosselklappe 22 in einen Ansaugkanal 23 der Brennkraftmaschine 10 mündet. In der Regenerierungsleitung 21 ist ein elektrisches Durchflußsteuerventil 24, im folgenden als Tankentlüftungsventil (TEV) bezeichnet, angeordnet. An der Unterseite des Aktivkohlebehälters 14 ist eine Belüftungsleitung 25 vorgesehen, die mit der Umgebungsluft in Verbindung steht und mittels eines elektromagnetischen Aktivkohlefilterabsperrventils (AAV), im folgenden vereinfacht als Absperrventil 26 bezeichnet, absperrbar ist.

Die Ansteuerung der beiden Ventile 24, 26 erfolgt über nicht näher bezeichnete Ansteuerleitungen mittels Signalen einer elektronischen Steuerungseinrichtung 27. Dieser Steuerungseinrichtung 27 wird auch das Ausgangssignal DTP des Drucksensors zugeführt. Weitere Steuerparameter, die zum Betrieb der Brennkraftmaschine 10 benötigt werden, wie beispielsweise die Drehzahl N, die Temperatur des Kühlmittels TKW, der Restsauerstoffgehalt im Abgas und die angesaugte Luftmasse LM werden von geeigneten Sensoren erfaßt und ebenfalls der Steuerungseinrichtung 27 zugeführt.

Diese Parameter werden dann innerhalb fest vorgegebener Programmroutinen derart weiterverarbeitet, daß u. a. der Lastzustand der Brennkraftmaschine 10 bestimmt wird und bei Bedarf eine Spülung des Aktivkohlebehälters 14 oder eine Überprüfungsroutine für die Tankentlüftungsanlage eingeleitet werden kann, wie sie beispielsweise in der DE 44 27 688 A1 beschrieben ist.

Anhand der Fig. 2-4 wird nun erläutert, wie bei vollem Kraftstofftank durch Auswerten des Drucksignals Fehldetektionen bei der Tankentlüftungsdiagnose vermieden werden können.

Gemäß dem Flußdiagramm nach Fig. 2 wird in einem Verfahrensschritt S2.1 ständig abgefragt, ob gewisse Bedingungen für die Freigabe der Tankentlüftungsdiagnose erfüllt sind. Neben der allgemeinen Bedingung, z. B. daß keine Adaption der Einspritzzeit erfolgen darf, wird insbesondere überprüft, ob sich die Brennkraftmaschine im Leerlaufbetrieb befindet und die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs gleich Null ist. Da Geschwindigkeiten v = 0 nur mit relativ großem Aufwand erfaßt werden können, werden Fahrgeschwindigkeiten die zwar größer als Null sind, aber noch unterhalb eines bestimmten Grenzwertes liegen (z. B. 1.8 km/h), als Signal für v = 0 behandelt und sind deshalb keine Garantie für absoluten Stillstand des Fahrzeugs.

Dieses wiederholte Abfragen vollzieht sich in einer Warteschleife. Sind die Bedingungen erfüllt, so wird in den Verfahrensschritten S2.2 und S2.3 mittels des Drucksensors 15 der Druck im Kraftstofftank 11 während einer Zeitspanne T_DIFF_TD erfaßt. Ist die Zeitspanne T_DIFF_TD abgelaufen, so werden in einem Verfahrensschritt S2.4 die Druckschwankungen ΔDTP berechnet, die innerhalb dieser Zeit aufgetreten sind. Hierzu werden die maximal und minimal gemessenen Druckwerte herangezogen. Anschließend werden in einem Verfahrensschritt S2.5 die Druckschwankungen ΔDTP mit einem applizierbaren Schwellenwert PSW verglichen. Dieser Schwellenwert wird experimentell abhängig von Konstruktionsdaten, insbesondere der Geometrie des Kraftstofftanks individuell für jeden Fahrzeugtyp auf dem Prüfstand ermittelt.

Ergibt die Abfrage im Verfahrensschritt S2.5, daß die Druckschwankungen ΔDTP größer sind als dieser Schwellenwert PSW, so wird in einem Verfahrensschritt S2.6 auf einen vollen Kraftstofftank geschlossen und eine Diagnose der Tankentlüftungsanlage wird unterbunden, da es aufgrund der großen Druckschwankungen zu Fehldetektionen kommen kann. Anschließend wird wieder zu dem Verfahrensschritt S2.2 verzweigt und der Druck DTP weiter überwacht.

Erreichen die Druckschwankungen ΔDTP nicht den Schwellenwert PSW, so wird in einem Verfahrensschritt S2.7 auf einen Tankfüllstand geschlossen (z. B. halbvoller Tank), der es erlaubt, eine Diagnose der Tankentlüftungsanlage einzuleiten. Das Ergebnis der dann im Verfahrensschritt S2.8 auszuführenden Tankentlüftungsdiagnose wird nicht durch Druckschwankungen verfälscht und es ist kein störender Einfluß durch das Zweiwege- Ventil 16 gegeben. Als Verfahren zur Diagnose kann beispielsweise das aus der DE 44 27 688 A1 bekannte Verfahren herangezogen werden oder ein beliebiges, bekanntes Unterdruckverfahren.

In der Fig. 3 ist der zeitliche Verlauf des Tankdruckes DTP und der Druckschwankungen ΔDTP in der Tankentlüftungsanlage bei einem Fahrzeug mit vollem Kraftstofftank grafisch dargestellt. Die Unterdruckerzeugung für die Diagnose erfolgt bei geöffnetem Tankentlüftungsventil 24 durch das Saugrohr der Brennkraftmaschine. Zusätzlich zu dem Drucksignal ist der Verlauf des Tastverhältnisses TV des Ansteuersignals für das Tankentlüftungsventil 24 eingezeichnet. Es findet ein Spülbetrieb des Aktivkohlebehälters 14 statt. Hierzu ist sowohl das Tankentlüftungsventil 24, als auch das Aktivkohlefilterabsperrventil 26 geöffnet. Das Tastverhältnis TV ist dabei abhängig vom Beladungsgrad des Aktivkohlebehälters 14 eingestellt. Zum Zeitpunkt t0 sind die Bedingungen für die Diagnose erfüllt (positives Ergebnis der Abfrage in Verfahrensschritt S2.1, Fig. 2). Ergibt die Abfrage in Verfahrensschritt S2.5, daß die Druckschwankungen ΔDTP über dem Schwellenwert PSW liegen, wird keine Diagnose der Tankentlüftungsanlage eingeleitet. Die Überprüfung der Druckschwankungen auf Überschreiten des Schwellenwertes läuft solange, bis alle Bedingungen noch erfüllt sind. Der Spülbetrieb wird dabei nicht unterbrochen.

Die Fig. 4 zeigt die Druckverhältnisse, wie sie beispielsweise bei einem halbgefüllten Kraftstofftank auftreten. Zum Zeitpunkt t0 sind die Bedingungen für die Diagnose erfüllt (positives Ergebnis der Abfrage in Verfahrensschritt S2.1, Fig. 2). Sind die Druckschwankungen ΔDTP kleiner als der Schwellenwert PSW, so kann eine Diagnose der Tankentlüftungsanlage eingeleitet werden. Hierzu wird zum Zeitpunkt t1 das Tankentlüftungsventil 24 geschlossen (Tastverhältnis TV = 0) und damit der Spülvorgang beendet. Zum Zeitpunkt t2 wird das Aktivkohlefilterabsperrventil 26 geschlossen und das Tankentlüftungsventil 24 schrittweise durch Erhöhen des Tastverhältnisses TV geöffnet. Der zu diesem Zeitpunkt t2 herrschende Unterdruck ist der Startwert für die Unterdruckaufbauprüfung. Durch die Vakuumwirkung des Saugrohres sinkt der Unterdruck ab. Fällt der Unterdruck DTP innerhalb einer vorgegebenen Zeit nicht um einen vorgegebenen Wert DTPR ab, so wird die Überprüfung der Tankentlüftungsanlage abgebrochen, weil kein zur Prüfung notwendiger Unterdruck aufgebaut werden kann. Wird der Wert DTPR aber erreicht, so beginnt ab dem Zeitpunkt t3 die Diagnosephase der Tankentlüftungsanlage, d. h. es wird in bekannter Weise überprüft, ob sich der Unterdruck innerhalb einer bestimmten Zeit wieder abbaut. In Abhängigkeit des Ergebnisses der Druckabbauprüfung wird entweder auf ein Leck in der Tankentlüftungsanlage oder auf ein intaktes, d. h dichtes System geschlossen.

Zum Zeitpunkt t4 ist die Diagnosephase abgeschlossen und es schließt sich ein Spülvorgang an.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Vermeiden von Fehldetektionen bei der Diagnose einer Tankentlüftungsanlage für ein mittels einer Brennkraftmaschine angetriebenes Kraftfahrzeug,

    mit einem Drucksensor, der ein dem Druck in der Tankentlüftungsanlage entsprechendes Signal an eine Steuerungseinrichtung abgibt und die Tankentlüftungsanlage anhand des zeitlichen Druckverlaufs hinsichtlich ihrer Funktionstüchtigkeit bewertet wird,

    dadurch gekennzeichnet, daß

    überprüft wird, ob sich die Brennkraftmaschine (10) im Betriebszustand Leerlauf befindet,

    überprüft wird, ob die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs annähernd Null ist,

    die Druckschwankungen (ΔTDP) des Drucksignals (DTP) innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne (T_DIFF_TD) erfaßt werden,

    die Druckschwankungen (ΔTDP) mit einem vorgegebenen Schwellenwert (PSW) verglichen werden,

    bei Überschreiten des Schwellenwertes (PSW) auf einen vollen Kraftstofftank (11) geschlossen wird,

    und dann die Diagnose der Tankentlüftungsanlage nicht freigegeben wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert (PSW) in Abhängigkeit von der konstruktiven Ausgestaltung des Kraftstofftanks (11) experimentell ermittelt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Drucksensor (15) ein Differenzdrucksensor eingesetzt wird, dessen erster Anschluß mit einer vom Kraftstofftank (11) zu einem Aktivkohlebehälter (14) führenden Entlüftungsleitung (13) und dessen zweiter Anschluß mit der Atmosphäre in Verbindung steht.






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