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Dokumentenidentifikation DE3826400C2 09.09.1993
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Auswechseln von Bolzen an Kerneinbauteilen von Kernreaktoren
Anmelder Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München, DE
Erfinder Gerstenhöfer, Alfred, 8500 Nürnberg, DE;
Käufl, Theo, 8520 Erlangen, DE;
Kautetzky, Anton, 8550 Forchheim, DE;
Krippner, Ulrich, 8501 Vincenzenbronn, DE;
Reimer, Gerd, 8552 Höchstadt, DE;
Strobel, Reinhardt, 8500 Nürnberg, DE;
Werres, Lothar, 8521 Langensendelbach, DE
DE-Anmeldedatum 03.08.1988
DE-Aktenzeichen 3826400
Offenlegungstag 08.02.1990
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 09.09.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.09.1993
IPC-Hauptklasse G21C 19/02
IPC-Nebenklasse B23H 1/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswechseln von Bolzen an Kerneinbauteilen von Kernreaktoren, insbesondere von Zentrierbolzen in der oberen Gitterplatte des Kerngerüstes eines Druckwasserreaktors, wobei die Bolzen durch eine Elektroerosionsmaschine abgearbeitet und abgearbeitetes Bolzenmaterial mit einem Filter entfernt wird.

Gegenstand der Erfindung sind ferner verschiedene Vorrichtungen, die zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders gut eingesetzt werden können.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist z.B. aus der Zeitschrift "Kerntechnik" 1988, Nr.1, Seiten 53 bis 56 bekannt. Dabei geht es um den Austausch von Schrauben an Reaktordruckbehältereinbauten, die mit einer Elektroerosionsmaschine behandelt werden, um eine zur Sicherung dienende Schweißnaht abzutragen. Alternativ ist auf eine spanabhebende Bearbeitung anstelle der Bearbeitung mit einer Elektroerosionsmaschine hingewiesen, ohne daß Einzelheiten der Bearbeitung nicht zu entnehmen sind.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, den Aufwand für die zum Auswechseln von Bolzen notwendige Bearbeitung möglichst gering zu halten und dennoch dafür zu sorgen, daß die als Ersatz eingesetzten Bolzen allen Anforderungen in bezug auf Maßgenauigkeit und die Festigkeit der Einbaustelle genügen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Bolzen durch ein geschlossenes Kraftsystem, gebildet aus dem Bolzen sowie einem Ausdrückstift, der sich auf dem Arm (74) eines mit einem Hydraulikzylinder verstellbaren Hubglieds befindet und gegen ein Gestell arbeitet, ausgedrückt wird.

Bei der Erfindung erfordert das Auswechseln des Bolzens nur eine geringe Krafteinwirkung auf die Kerneinbauteile, so daß diese nicht beschädigt werden können. Diese geringen Kräfte können mit Fernbedienung genau gezielt aufgebracht werden. Dies ist besonders wichtig für Zentrierbolzen, die bekanntlich die Aufgabe haben, die Kerneinbauteile von Kernreaktoren einschließlich der Brennelemente in der gewünschten Lage zueinander festzulegen. Dabei kommt es auf Bruchteile von Millimetern an, obwohl die Kerneinbauteile, z.B. das Kerngerüst eines Druckwasserreaktors, Körper mit mehreren Meter Abmessungen und einem Gewicht von vielen Tonnen sind, wie z.B. aus dem Buch VGB- Kernkraftwerksseminar 1970, insbesondere Seite 33 und 35 zu entnehmen ist.

Vorteilhafterweise werden bei dem Verfahren nach der Erfindung an dem Einbauteil mehrere Zehntel Millimeter abgearbeitet. Damit werden Oxydationsschichten beseitigt, die den einwandfreien Sitz des eingewechselten Bolzens behindern könnten. Der neue Bolzen wird vorteilhaft mit einer Preßpassung eingesetzt, die durch eine Kontrolle der Einpreßkraft überwacht werden kann.

Für das Auswechseln von Zentrierbolzen in der oberen Gitterplatte eines Kerngerüsts kann die Gitterplatte mit den anderen Kerngerüstteilen aus einem sie umgebenden Reaktordruckbehälter ausgebaut und dann auf diesem abgestellt werden. Vorteilhaft sind die oberen Kerngerüstteile mit der Gitterplatte über ein Zwischengestell auf dem Reaktordruckbehälter abgestützt, so daß die richtige Höhe in bezug auf die zum Arbeiten dienenden weiteren Vorrichtungen gegeben ist. Die Gitterplatte sollte vor dem Abstellen auf dem Reaktordruckbehälter um eine horizontale Achse um etwa 180° geschwenkt werden, damit die auszuwechselnden Zentrierbolzen besser zugänglich sind.

Eine besondere ökonomische Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die oberen Kerngerüstteile mit der Gitterplatte gemeinsam mit betriebsmäßig darunterliegenden Kerneinbauteilen aus dem Reaktordruckbehälter ausgebaut und neben diesem abgestellt wird, daß dann die oberen Kerngerüstteile von den anderen Kerneinbauteilen gelöst und über ein Zwischengestell auf dem Reaktordruckbehälter abgestellt wird und daß danach an der oberen Gitterplatte und an den anderen Kerneinbauteilen gleichzeitig gearbeitet wird. Mit dieser gleichzeitigen Bearbeitung kann die Stillstandszeit des Kernreaktors wesentlich reduziert werden.

Die oberen Kerngerüstteile mit der Gitterplatte können zum Schwenken mit einer Wendevorrichtung großflächig gefaßt und zusammen mit der Wendevorrichtung auf dem Reaktordruckbehälter abgestellt werden. Dadurch lassen sich unerwünschte Verformungen durch Transportkräfte vermeiden.

Das geschlossene Kraftsystem, mit dem bei der Erfindung der Bolzen aus dem Kerneinbauteil ausgedrückt wird, um geringe Beanspruchungen zu erreichen, ist vorzugsweise für eine durchschnittliche Festigkeit der Bolzen ausgelegt. Bei einem Bolzen, bei dem die zum Ausdrücken vorhandene Kraft überschritten wird, kann man dann so vorgehen, daß der Bolzen mit einem Schlagwerkzeug ausgetrieben wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Bolzen vor dem Ansetzen des Schlagwerkzeuges aufgebohrt wird, um die Haltekraft zu verringern.

Eine zur Ausübung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung ist so ausgebildet, daß eine Hilfsbühne an beiden Seiten des Reaktordruckbehälters auf Laufschienen abgestützt ist, daß auf der Hilfsbühne ein Hilfskran quer zu den Laufschienen verstellbar ist und daß an dem Hilfskran ein Werkzeugträger angehängt ist, der an der Hilfsbühne geführt ist. Mit dieser Vorrichtung ist ein genaues Positionieren der Werkzeuge im Bezug auf die Kerneinbauteile möglich. Dabei ist vorteilhafterweise der Werkzeugträger und/oder das von diesem getragene Werkzeug an eine an dem Kerneinbauteil befestigten Zentrierplatte abgestützt.

Der Werkzeugträger umfaßt zweckmäßigerweise eine Aufhängung, eine Betätigungseinheit und eine Verriegelungseinheit, mit der Werkzeuge befestigt und zentriert werden. Er sollte für mehrere der folgenden Werkzeuge nacheinander benutzbar sein: 1. Erodierwerkzeug; 2. Ausdrückwerkzeug; 3. Senkwerkzeug; 4. Reibwerkzeug; 5. Eindrückwerkzeug; 6. Schraubwerkzeug; 7. Sicherungswerkzeug.

Die Hilfsbühne kann eine Konsole zur Aufhängung der Werkzeuge aufweisen. Neben dieser kann eine dem Werkzeugträger zugeordnete Arbeitskonsole vorgesehen sein. Die beiden Konsolen sollten mit dem Hilfskran erreichbar sein, so daß die Werkzeuge zwischen den beiden Konsolen mit Hilfe des Hilfskranes ausgewechselt werden können.

Im Gegensatz zu dem in dem Aufsatz der Zeitschrift "Kerntechnik" beschriebenen Vorgehen ist eine Vorrichtung vorteilhaft so ausgebildet, daß die Hilfsbühne auf den Laufschienen einer dem Kernreaktor zugeordneten Lademaschine fahrbar ist und daß außerhalb des Schienenbereichs die Versorgungsaggregate der Werkzeuge ortsfest aufgestellt und durch bewegliche Leitungen mit dem Werkzeugträger verbunden sind. Die Hilfsbühne fällt dann besonders klein und leicht aus und kann entsprechend einfach montiert und demontiert werden. Dies ist deswegen wichtig, weil die für das Auswechseln der Bolzen verwendeten Vorrichtungen im Normalbetrieb nicht am Reaktor verbleiben können.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer perspektivischen Darstellung,

Fig. 2 das Arbeiten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Vertikalschnitt,

Fig. 3 ein Erodierwerkzeug in einer Seitenansicht,

Fig. 4 ein Ausdrückwerkzeug in einer Seitenansicht,

Fig. 5 ein Senkwerkzeug in einer Seitenansicht,

Fig. 6 ein Reibwerkzeug in einer Seitenansicht,

Fig. 7 ein Eindrückwerkzeug in einer Seitenansicht,

Fig. 8 ein Schraubwerkzeug in einer Seitenansicht und

Fig. 9 ein Sicherungswerkzeug in einer Seitenansicht.

In Fig. 1 ist ein Teil des Inneren des Sicherheitsbehälters eines Druckwasserreaktors dargestellt. Man erkennt die von Betonwänden 1 gebildete Reaktorgrube 2, die durch eine geöffnete Schleuse 3 mit einem Brennelement-Lagerbecken 4 verbunden ist. Zu beiden Seiten von Reaktorgrube 2 und Brennelement-Lagerbecken 3 sind auf den Betonwänden 1 zwei parallele Laufschienen 5 und 6 verlegt, auf denen eine Hilfsbühne 8 verfahrbar ist. Die Hilfsbühne 8 bildet ihrerseits mit Schienen 9 und 10 die Laufbahn für eine Hilfskrananlage 11, deren Laufkatze 12 an einem Horizontalträger 13 quer zur Hilfsbühne 8 eine etwa doppelt so lange Fahrstrecke aufweist wie die Breite der Hilfsbühne 8.

Der Boden der Hilfsbühne 8 umfaßt im wesentlichen zwei Ebenen. Der Einstiegsbereich 15 liegt oberhalb der Laufschiene 6. An diesen schließt sich ein tieferer Arbeitskorb 16 an, der auf der einen, in der Fig. 1 rechten Seite eine Arbeitskonsole 17 trägt. An der Arbeitskonsole 17 ist ein Werkzeugträger 18 abgestützt, der von der Laufkatze 12 mit einem Seilzug 19gehalten wird. Der Werkzeugträger 18 erstreckt sich nach unten zu einem oberen Kerngerüst 20, das in einem Wendekorb 21 angeordnet ist und mit diesem gedreht wurde, so daß die Unterseite der oberen Gitterplatte 22 zugänglich ist. Auf dieser ist eine Zentrierplatte 23 befestigt, an der das untere Ende des Werkzeugträgers 18 abgefangen ist.

Auf der anderen, in der Fig. 1 linken Seite der Hilfsbühne 8 sind Aufhängekonsolen 24 für verschiedene Werkzeuge angebracht, die später näher beschrieben werden. Die Aufgängekonsolen 24 sind ebenfalls mit der Laufkatze 12 erreichbar.

Die Fig. 1 zeigt deutlich, daß neben den Laufschiene 5, 6, die an sich der nicht dargestellten Lademaschine des Druckwasserreaktors zugeordnet sind, Versorgungsaggregate für die verschiedenen Werkzeuge aufgestellt sind. Zu diesen gehört ein Schrank 25 mit einem Erodiergenerator, der ein nicht weiter dargestelltes Erodierwerkzeug versorgt. Ein weiterer Schrank 26 ist für die Hydraulik und Luftversorgung der Werkzeuge der Hilfsbühne 8 vorgesehen. Er steht auf der den Erodiergenerator 25 abgekehrten Seiten der Hilfsbühne 8. Zwischen dem Schrank 25 und dem Schrank 26 ist ein Arbeitstisch 28 aufgestellt, auf dem Meßgeräte 29 und ein Rechnerplatz 30 angeordnet sind. Ein weiterer Schrank 32 enthält Kleinwerkzeuge, Ersatzteile und dergleichen. Diese sind damit in der Nähe der Hilfsbühne leicht zugänglich abgestellt, ohne die Konstruktion der Hilfsbühne besonders zu belasten. Die Hydraulikversorgung und der Erodiergenerator können mit den Werkzeugen über flexible Leistungen verbunden werden, die hier nicht weiter dargestellt sind.

In Fig. 2 ist zu sehen, daß in der Reaktorgrube 2 der Reaktordruckbehälter 35 mit einem Kastenträger 36 abgehängt ist. Auf dem Reaktordruckbehälter 1 ist ein Zwischengestell 37 abgestellt, auf dem der Wendekorb 21 mit dem oberen Kerngerüst 20 ruht. Man erkennt, daß die Oberkante des Kerngerüstes 20 um die Höhe H1 von z.B. 3 Meter unter den Flüssigkeitsspiegel 40 des Beckenwassers 41 liegt. Auch der neben den Reaktordruckbehälter 35 auf einem Podest 42 abgestellte Kernbehälter 43 ist an seiner Oberseite noch mit einer Wasserschicht von der Höhe H2 von z.B. 2 Metern überdeckt, die eine Abschirmung der strahlenden Kernreaktoreinbauteile bildet. An beiden Einbauteilen 20, 43 kann gleichzeitig gearbeitet werden.

In Fig. 2 ist ferner zu sehen, daß von dem Arbeitskorb 16 aus die Aufhängung des Werkzeugträgers 18 gut zugänglich ist. Der in den weiteren Figuren größer dargestellte Werkzeugträger 18 umfaßt eine Anhängung 45, in deren oberen Bügel 46 der Haken 44 der Laufkatze 12 eingreift. In der Anhängung 45 ist eine Betätigungs- und Verriegelungseinheit 47 angebracht. Sie trägt über eine Haltestange 48 ein Gestell 50. Das Gestell 50 besitzt nach unten trichterförmig geöffnete Zentrierhülsen 51, die auf Zentrierbolzen 52 der nur gestrichelt angedeuteten Zentrierplatte 23 aufsitzen. In der Zentrierplatte 23 sitzen Gewindebuchsen 54, in die Befestigungsschrauben 55 eingeschraubt werden können, so daß das Gestell 50 mit der Zentrierplatte 23 fest verbunden ist.

Das in der Fig. 3 dargestellte Erodierwerkzeug 60 umfaßt einen schwenkbaren Elektrodenhalter 61, an dessen unteren Ende eine Erodierelektrode 62 angeordnet ist. Die Elektrode 62 kann auf den gestrichelt dargestellten Zentrierbolzen 63 eingestellt werden, so daß dessen Befestigung in der oberen Gitterplatte 22 durch den Elektroerosionsvorgang vollständig abgetragen werden kann. Dabei wird mit einer Absaugung 66 der beim Erodieren anfallende Abfall in ein nicht dargestelltes Filter abgesaugt, so daß eine Verschmutzung des Beckenwassers 41 vermieden werden kann.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausdrückwerkzeug 70 ist an der gleichen Anhängung 45 mit der Haltestange 48 und dem Gestell 50 ein Hydraulikzylinder 71 befestigt, mit dem der von der Gitterplatte 22 durch Elektroerosion abgearbeitete Zentrierbolzen 63ausgedrückt werden kann. Der Ausdrückstift 73 sitzt dabei an dem Arm 74 eines mit dem Zylinder 71 verstellbaren Hubgliedes 75, so daß ein geschlossenes Kraftsystem 77 entsteht, bei dessen Arbeiten die Gitterplatte 22 nicht belastet ist. Die Hydraulikleitung 76 des Zylinders 71 ist nur bis in dem Bereich der Anhängung 45 gezeichnet. Von dort wird sie mit flexiblen Leitungen zu dem in Fig. 1 dargestellten Schrank 26 weitergeführt.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Senkwerkzeug 80 ist an der Anhängung 45 mit der Haltestange 48 eine pneumatisch betätigte Vorschubeinheit 82 angebracht. An ihrem unteren Ende trägt sie eine Werkzeugaufnahme 83, in die ein Formsenker 84 eingesetzt ist. Mit diesem wird nach dem Austreiben des Zentrierbolzens 63 die Bohrung 85 in der Gitterplatte 22 nachgearbeitet, um eine genaue Passung für den Einbau des für den Ersatz vorgesehenen Bolzens zu erhalten. Die Vorschubeinheit 82 wird teils pneumatisch und teils hydraulisch betätigt. Die flexiblen Leitungen 86 und 87, die zu dem Schrank 30 führen, sind hier im Bereich der Haltestange 48 zu sehen.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Reibwerkzeug 90 ist an der Anhängung 45 mit der Haltestange 48 die Vorschubeinheit 82 mit der Werkzeugaufnahme 83 befestigt. In dieser ist eine Sonderreibahle 92 angeordnet, mit der die Bohrung 85 in der Gitterplatte 22 nachgearbeitet wird.

Bei dem Eindrückwerkzeug 95 nach Fig. 7 wird das geschlossene Kraftsystem 77 des Ausdrückwerkzeuges 70 nach Fig. 4 zum Einsetzen eines neuen Zentrierbolzens 96 verwendet. Hierbei wird von dem Zylinder 71 über ein an den neuen Zentrierbolzen 96 angepaßte Druckstück 97 eine für eine Preßpassung ausreichende Kraft auf den Bolzen ausgeübt. Der Halter 75 mit dem Arm 74 dient hier als Widerlager. Der Gewindefuß 99 des Zentrierbolzens 96 wird dabei in eine Bohrung 98 gedrückt.

Bei dem Schraubwerkzeug 100 nach Fig. 8 ist in der Haltestange 48 eine Schraubstange 101 untergebracht, an deren oberen Ende ein Flachkant 102 für das Ansetzen eines Drehmomentschlüssels vorgesehen ist. Mit diesem kann ein Schraubkopf 103 betätigt werden, der von unten eine Mutter 104 auf den Gewindezapfen 99 des Zentrierbolzens 96 aufschraubt. Der Schraubkopf ist an dem Gestell 50 befestigt, das wiederum an der Zentrierplatte 23 zentriert und befestigt ist.

Das Sicherungswerkzeug 110 nach Fig. 9 benutzt den Hydraulikantrieb 71 des geschlossenen Kraftsystems 77 zu dem Zweck, mit einem an den Arm 74 angebrachten Druckstück 105 den unteren Rand der Mutter 104 zu verquetschen, wie dies in der Patentanmeldung P 37 24 587.2 = VPA 87 P 6063 angegeben ist. Damit wird eine Sicherung der Mutter 104 gegen unbeabsichtigte Lockerungen erreicht.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Auswechseln von Bolzen an Kerneinbauteilen von Kernreaktoren,
    1. a) bei dem die gesamte Befestigungsstelle des Bolzens (63) durch eine Elektroerosionsmaschine (60) abgearbeitet
    2. b) und abgearbeitetes Bolzenmaterial mit einem Filter aufgefangen wird,
  2. dadurch gekennzeichnet,
    1. c) daß der Bolzen (63) durch ein geschlossenes Kraftsystem (77), gebildet aus dem Bolzen (63) sowie einem Ausdrückstift (73), der sich auf dem Arm (74) eines mit einem Hydraulikzylinder (71) verstellbaren Hubglieds (75) befindet und gegen ein Gestell (50) arbeitet, ausgedrückt wird.
  3. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
    1. d) daß es sich bei dem Bolzen um Zentrierbolzen in der oberen Gitterplatte des Kerngerüstes eines Druckwasserreaktors handelt.
  4. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Einbauteil (22) mehrere Zehntel Millimeter abgearbeitet werden.
  5. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der neue Bolzen (96) mit einer Preßpassung eingesetzt wird.
  6. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßpassung durch eine Kontrolle der Einpreßkraft überwacht wird.
  7. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Überschreiten der zum Ausdrücken vorhandenen Kraft des geschlossenen Kraftsystems (77) der Bolzen (63) mit einem Schlagwerkzeug ausgetrieben wird.
  8. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (63) vor dem Ansetzen des Schlagwerkzeuges aufgebohrt wird.
  9. 8. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfsbühne (8) an beiden Seiten des Reaktordruckbehälters (35) auf Laufschienen (5, 6) abgestützt ist, daß auf der Hilfsbühne (8) ein Hilfskran (11) quer zu den Laufschienen (5, 6) verstellbar ist und daß an dem Hilfskran (11) ein Werkzeugträger (18) angehängt ist, der an der Hilfsbühne (8) geführt ist.
  10. 9. Vorrichtung zur Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugträger (18) und/oder von diesem getragene Werkzeug an einer an dem Kerneinbauteil (22) befestigten Zentrierplatte (23) abgestützt ist.
  11. 10. Vorrichtung zur Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugträger (18) eine Aufhängung (45), eine Betätigungseinheit und eine Verriegelungseinheit (47) umfaßt, mit der die Werkzeuge befestigt und zentriert werden.
  12. 11. Vorrichtung zur Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugträger (18) für mehrere der folgenden Werkzeuge nacheinander benutzbar ist: 1. Erodierwerkzeug (60); 2. Ausdrückwerkzeug (70); 3. Senkwerkzeug (80); 4. Reibwerkzeug (90); 5. Eindrückwerkzeug (95); 6. Schraubwerkzeug (100); 7. Sicherungswerkzeug (110).
  13. 12. Vorrichtung zur Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsbühne (8) eine Konsole (24) zur Aufhängung der Werkzeuge aufweist.
  14. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Aufhängekonsole (24) eine dem Werkzeugträger (18) zugeordnete Arbeitskonsole (17) vorgesehen ist und daß die beiden Konsolen (18, 24) mit dem Hilfskran (11) erreichbar sind.
  15. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsbühne (8) auf den Laufschienen (5, 6) einer dem Kernreaktor zugeordneten Lademaschine fahrbar ist und daß außerhalb des Schienenbereichs die Versorgungsaggregate (25, 26) der Werkzeuge ortsfest aufgestellt und durch bewegliche Leitungen (86, 87) mit dem Werkzeugträger (18) verbunden sind.






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