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Dokumentenidentifikation DE102006026961A1 13.12.2007
Titel Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug
Anmelder AUDI AG, 85057 Ingolstadt, DE
Erfinder Hennemann, Rainer, 85049 Ingolstadt, DE
DE-Anmeldedatum 09.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006026961
Offenlegungstag 13.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.12.2007
IPC-Hauptklasse B60G 21/055(2006.01)A, F, I, 20060609, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B60G 3/00(2006.01)A, L, I, 20060609, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Verbundlenkerachse (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen in Fahrzeugquerrichtung (FQ) ausgerichteten, biegesteif und torsionsweich ausgebildeten Achskörper (12), zwei in Fahrzeuglängsrichtung (FL) ausgerichtete, biege- und torsionssteif ausgebildete Längslenker (14, 16), deren in Fahrzeuglängsrichtung (FL) betrachtete vordere Enden (14a, 16a) fest mit dem Achskörper (12) verbunden sind und an deren hinteren Enden (14b, 16b) jeweils ein Rad (18, 20) gelagert ist, sowie zwei in Fahrzeugquerrichtung (FQ) ausgerichtete Querlenker (22, 24), deren jeweils radseitig angeordnete äußere Enden (22a, 24a) an den Längslenkern (14, 16) gelagert und deren inneren Enden (22b, 24b) an einem Fahrzeugaufbau (30) gelagert sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die inneren Enden (22b, 24b) der Querlenker (22, 24) an einem am Fahrzeugaufbau (30) um einen Lagerpunkt (28) drehbar gelagerten Koppellenker (26) gelagert sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.

Allgemein zeigen Achsen dann Verbundwirkung, wenn beim einseitigen Federn das andere Rad nicht unbeeinflusst bleibt bzw. wenn sich der parallele und der wechselseitige Federungszustand unterscheiden. Die Verbundlenkerachse im engeren Sinne, die heute die übliche Hinterachse für Frontantriebs-Pkw darstellt, besteht meistens aus zwei biege- und torsionssteifen Längsarmen, die die Räder tragen und einem torsionsweichen Querprofil, das die beiden Längsarme verbindet. Eine derartige, allgemein bekannte Verbundlenkerachse ist beispielsweise in der DE 195 35 521 A1 offenbart. Ein hinreichend bekannter Nachteil von Verbundlenkerachsen ist die elastokinematische Übersteuerneigung bei Längs- und Seitenkräften.

Eine gattungsgemäße Torsionsachse ist aus der DE 103 57 885 A1 bekannt. Die Torsionsachse umfasst zwei Längslenker, die über ein sich quer zu den Längslenkern erstreckendes Torsionsprofil miteinander verbunden sind und mit ihren vorderen Enden in Hauptlagern schwenkbeweglich gegenüber einem Fahrzeugaufbau gelagert sind. Die Torsionsachse zeichnet sich dadurch aus, dass mit den in Fahrtrichtung hinteren Enden der Längslenker jeweils Seitenkräfte aufnehmende Querlenker gekoppelt sind. Als nachteilig erweist sich bei der vorliegenden Konstruktion der Umstand, dass aufgrund der starren Lagerung der Querlenker beim Ein-/Ausfedern Zwangskräfte auf das Torsionsprofil aufgebracht werden, was einen negativen Einfluss auf die Dauerfestigkeit des Torsionskörpers bedingt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art unter Vermeidung der genannten Nachteile derart weiter zu bilden, dass die Verbundlenkerachse verbesserte fahrdynamische Eigenschaften und verbesserte Komforteigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.

Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer Verbundlenkerachse mit Querlenkern die Lagerung der Querlenker am Fahrzeugaufbau die Eigenschaften der Verbundlenkerachse beim Ein-/Ausfedern entscheidend beeinflussen.

Hierzu umfasst die Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug einen in Fahrzeugquerrichtung ausgerichteten, biegesteif und torsionsweich ausgebildeten Achskörper und zwei in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtete, biege- und torsionssteif ausgebildete Längslenker, deren in Fahrzeuglängsrichtung betrachtete vordere Enden fest mit dem Achskörper verbunden sind und an deren hinteren Enden jeweils ein Rad gelagert ist. Zudem umfasst die Verbundlenkerachse zwei in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtete Querlenker, deren jeweils radseitig ausgerichtete äußere Enden an den Längslenkern und deren innere Enden an einem Fahrzeugaufbau gelagert sind. Erfindungsgemäß sind die inneren Enden der Querlenker an einem am Fahrzeugaufbau um einen Lagerpunkt drehbar gelagerten Koppellenker gelagert. Durch die erfindungsgemäße Lagerung der inneren Enden der Querlenker ist nunmehr beim Ein-/Ausfedern der Räder des Kraftfahrzeugs lediglich eine in vertikale Richtung geführte Ausgleichsbewegung der Querlenker ermöglicht, d.h. dass der Koppellenker die durch die Ein- bzw. Ausfederbewegung bedingte Querbewegung der inneren Enden der Querlenker ausgleicht. Die Folge davon ist eine Reduktion der beim Ein- und Ausfedern auf den Achskörper wirkenden Zwangskräfte. Aufgrund der nunmehr geringeren auf den Achskörper wirkenden Kräfte kann dieser in vorteilhafter Weise kleiner dimensioniert werden, wodurch Kosten und Gewicht eingespart werden.

In vorteilhafter Weise ist dabei die Lagerung der äußeren Enden der Querlenker an den Längslenkern, die Lagerung der inneren Enden der Querlenker am Koppellenker, sowie die Lagerung des Koppellenkers am Fahrzeugaufbau (28) jeweils derart ausgebildet, dass die Lagerungen jeweils eine hohe radiale Steifigkeit und eine geringe Torsionssteifigkeit aufweisen. Hierdurch ist eine exakte seitlichen Führung der Achse und ein hoher Komfort aufgrund der geringen Nebenfederrate gewährleistet.

Vorzugsweise ist der Lagerpunkt des Koppellenkers am Fahrzeugaufbau in Fahrzeuglängsrichtung betrachtet hinter der Radmitte und in Fahrzeugquerrichtung betrachtet auf einer gedachten Fahrzeuglängsmittelachse angeordnet. Das Vorsehen der Querlenker und die spezielle Anordnung der Querlenker hat den Effekt, dass ein untersteuerndes Lenkverhalten der Verbundlenkerachse unter Seitenkraft sichergestellt ist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Lagerpunkt des Koppellenkers in vertikale Richtung betrachtet zwischen den inneren Enden der Querlenker und seitlich versetzt zu einer gedachten Verbindungslinie zwischen den inneren Enden der Querlenker angeordnet. Auf eine einfache Art und Weise ist somit eine Lagerung der Querlenker zur Verfügung gestellt, bei der beim Ein-/Ausfedern die dadurch bedingte Querbewegung der inneren Enden der Querlenker durch eine Drehbewegung des Koppellenkers ausgeglichen wird.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Lagerpunkt des Koppellenkers in vertikale Richtung betrachtet zwischen den inneren Enden der Querlenker und auf einer gedachten Verbindungslinie zwischen den inneren Enden der Querlenker angeordnet. Diese Konstruktion erweist sich als vorteilhaft, da hierdurch eine platzsparende Bauweise des Koppellenkers gewährleistet ist.

In vorteilhafter Weise ist bei beiden Ausführungsformen der Lagerpunkt des Koppellenkers in vertikale Richtung betrachtet oberhalb des Achskörpers angeordnet.

Vorzugsweise ist die Verbundlenkerachse durch ein erstes und zweites Lager schwenkbeweglich um eine jeweilige Lagerdrehachse am Fahrzeugaufbau gelagert. Diese zweifache Lagerung der Verbundlenkerachse erweist sich als vorteilhaft, da hierdurch ein verlenken unter unsymmetrischen Längskräften verhindert wird (z.B. &mgr;-Split-Bremsung). Außerdem vergrößert sich hierdurch der Spielraum bei der Lagerabstimmung.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Lagerdrehachsen des ersten und zweiten Lagers jeweils in einem Winkel zur Fahrzeugquerrichtung angestellt. Durch diese Anstellung der Lager wird eine Drehbewegung des Achskörpers unter Seitenkraft um einen virtuellen Drehpunkt hinter der Radmitte bewirkt. Dies unterstützt in vorteilhafter Weise zusätzlich das untersteuernde Eigenlenkverhalten der Verbundlenkerachse.

Vorzugsweise beträgt hierbei der Ansstellwinkel der Lager 45°.

In vorteilhafter Weise sind das erste und zweite Lager derart ausgebildet, dass die Lager eine hohe radiale Steifigkeit, sowie eine geringe axiale Steifigkeit und eine geringe Torsionssteifigkeit aufweisen. während durch die hohe radiale Steifigkeit und die geringe axiale Steifigkeit ein positiver Effekt auf die Lenkeigenschaft unter Seitenkraft sichergestellt ist, bewirkt die geringe Torsionssteifigkeit aufgrund der geringen Nebenfederrate einen Komfortzuwachs.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten angefügten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordnete Bezugszeichen verwendet.

In der Zeichnung bedeuten:

1a eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse;

1b eine Rückansicht der Verbundlenkerachse aus 1a;

2a eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse und

2b eine Rückansicht der Verbundlenkerachse aus 2a.

1a zeigt mehr oder minder schematisch eine Draufsicht auf eine insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete Verbundlenkerachse eines Kraftfahrzeugs. Die Fahrzeuglängsrichtung des Kraftfahrzeugs ist durch einen Pfeil FL, und die Fahrzeugquerrichtung durch ein Pfeil FQ symbolisiert.

Die Verbundlenkerachse 10 umfasst im Wesentlichen einen in Fahrzeugquerrichtung FQ ausgerichteten Achskörper 12 sowie einen ersten und einen zweiten jeweils in Fahrzeuglängsrichtung FL ausgerichteten Längslenker 14, 16. Der Achskörper 12 ist hierbei biegesteif und torsionsweich ausgebildet, während der erste Längslenker 14 und der zweite Längslenker 16 biege- und torsionssteif ausgebildet sind.

Der erste und zweite Längslenker 14, 16 weisen jeweils ein vorderes Ende 14a, 16a und ein hinteres Ende 14b, 16b auf. Die vorderen Enden 14a, 16a der Längslenker 14, 16 sind fest mit dem Achskörper 12 verbunden. An den hinteren Enden 14b, 16b der Längslenker 14, 16 ist jeweils ein Rad 18, 20 gelagert.

Die Verbundlenkerachse 10 umfasst weiterhin einen ersten und einen zweiten jeweils in Fahrzeugquerrichtung FQ ausgerichteten Querlenker 22, 24. Der erste Querlenker 22 und der zweite Querlenker 24 weisen jeweils ein zu den Rädern 18, 20 weisendes äußeres Ende 22a, 24a und jeweils ein zu einer gedachten Fahrzeuglängsmittelachse LM ausgerichtetes inneres Ende 22b, 24b auf.

Die äußeren Enden 22a, 24a des ersten und zweiten Querlenkers 22, 24 sind an dem ersten bzw. zweiten Längslenker 14, 16 gelagert. Die inneren Enden 22b, 24b des ersten und zweiten Querlenkers 22, 24 sind über einen Koppellenker 26 drehbar um einen Lagerpunkt 28 an einem, vorliegend aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich schematisch dargestellten Fahrzeugaufbau 30 gelagert.

In Fahrzeuglängsrichtung FL betrachtet ist dabei der Koppellenker 26 und damit die Lagerung der inneren Enden 22b und 24b des ersten und zweiten Querlenkers 22, 24 hinter der Radmitte angeordnet. Zudem liegen die entsprechenden Lagerpunkte der inneren Enden 22b und 24b der beiden Querlenker 22, 24 auf der gedachten Fahrzeuglängsmittelachse LM.

Die Lagerungen der Querlenker 22, 24, nämlich die Lagerung der äußeren Enden 22a, 24a an den Längslenkern 14, 16 und die Lagerung der inneren Enden 22b, 24b am Koppellenker 26, sowie die Lagerung des Koppellenkers 26 am Fahrzeugaufbau 30 sind jeweils radial steif und torsionsweich ausgebildet. Die hohe radiale Steifigkeit und die geringe Torsionssteifigkeit der Lagerungen bewirkt eine exakte seitliche Führung und einen hohen Komfort durch die geringe Nebenfederrate.

Über eine zweifache Lagerung, nämlich ein erstes Lager 32 und ein zweites Lager 34 ist die Verbundlenkerachse 10 schwenkbeweglich um eine jeweilige Lagerdrehachse 32a, 34a an dem Fahrzeugaufbau 30 gelagert.

Die spezielle Ausgestaltung sowie die räumliche Anordnung des Koppellenkers 26 sind in 1b dargestellt.

Der Koppellenker 26 weist eine im Wesentlichen dreieckförmige Grundfläche auf und ist den Lagerpunkt 28 drehbar am Fahrzeugaufbau 30 gelagert. In vertikale Richtung V betrachtet liegt dabei der Lagerpunkt 28 zwischen dem Anlenkpunkt des inneren Endes 22b des ersten Querlenkers 22 am Koppellenker 26 und dem Anlenkpunkt des inneren Endes 24b des zweiten Querlenkers 24 am Koppellenker 26.

Der Koppellenker 26 bewirkt eine Führung der inneren Enden 22b, 24b des ersten und zweiten Querlenkers 22, 24 und gewährleistet, dass die inneren Enden 22b, 24b der ersten und zweiten Querlenker lediglich eine Rotationsbewegung um den Lagerpunkt 28 ausführen können.

Durch die spezielle Ausgestaltung des Koppellenkers 26 ist sichergestellt, dass bei einer Aus-/Einfederbewegung der Räder 18, 20 die Querlenker 22, 24 lediglich eine in vertikale Richtung geführte Ausgleichsbewegung durchführen können, d.h. dass der Koppellenker 26 die durch die Aus- bzw. Einfederbewegung bedingte Querbewegung der inneren Enden 22b, 24b der Querlenker 22, 24 ausgleicht.

Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse ist in 2 dargestellt.

Der Einfachheit halber sind die sich entsprechenden Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Die in 2a dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse 10 weist im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die in 1a dargestellte Verbundlenkerachse auf: Einen in Fahrzeugquerrichtung FQ ausgerichteten, biegesteif und torsionsweich ausgebildeten Achskörper 12, in Fahrzeuglängsrichtung FL ausgerichtete, biege- und torsionssteif ausgebildete Längslenker 14, 16, deren in Fahrzeuglängsrichtung FL betrachtete vordere Enden 14a, 16a fest mit dem Achskörper 12 verbunden sind und an deren hinteren Enden 14b, 16b jeweils ein Rad 18, 20 gelagert ist, sowie zwei in Fahrzeugquerrichtung FQ ausgerichtete Querlenker 22, 24 deren jeweils radseitig angeordnete äußere Enden 22a, 24a an den Längslenkern 14, 16 gelagert und deren innere Enden 22b, 24b über einen Koppellenker 26 drehbar um einen Lagerpunkt 28 am Fahrzeugaufbau 30 gelagert sind.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Lagerdrehachsen 32a, 34a des ersten und zweiten Lagers 32, 34 jeweils um einen Winkel &agr; zur Fahrzeugquerachse FQ angestellt, so dass sich die Lagerdrehachsen 32a, 34a in Fahrzeuglängsrichtung FL betrachtet vor dem Achskörper 12 schneiden. Durch diese Anstellung des ersten und zweiten Lagers 32, 34 wird eine Drehbewegung des Achskörpers 12 unter Seitenkraft um einen virtuellen Drehpunkt 36 hinter der Radmitte bewirkt. Dies unterstützt zusätzlich das gewünschte untersteuernde Eigenlenkverhalten der Verbundlenkerachse 10.

Wie insbesondere 2b zeigt, ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Koppellenker 26 im Wesentlichen stabförmig ausgebildet. Entsprechend zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Lagerpunkt 28 des Koppellenkers 26 in vertikaler Richtung V betrachtet wiederum zwischen den beiden inneren Enden 22b und 24b der beiden Querlenker 22, 24 angeordnet. Im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Lagerpunkt 28 jedoch auf der gedachten Verbindungslinie zwischen den jeweiligen inneren Enden der Querlenker.

Die bereits beschriebene Geradführung der inneren Enden 22b, 24b der beiden Querlenker 22 und 24 und die dadurch ermöglichte Ausgleichsbewegung ist auch bei dieser zweiten Ausführungsform in gleicher Art und Weise ermöglicht.

10
Verbundlenkerachse
12
Achskörper
14
Erster Längslenker
14a
Vorderes Ende des ersten Längslenkers
14b
Hinteres Ende des ersten Längslenkers
16
Zweiter Längslenker
16a
Vorderes Ende des zweiten Längslenkers
16b
Hinteres Ende der zweiten Längslenkers
18
Rad
20
Rad
22
erster Querlenker
22a
Äußeres Ende des ersten Querlenkers
22b
Inneres Ende des ersten Querlenkers
24
Zweiter Querlenker
24a
Äußeres Ende des zweiten Querlenkers
24b
Inneres Ende des zweiten Querlenkers
26
Koppellenker
28
Lagerpunkt Koppellenker
30
Fahrzeugaufbau
32
erstes Lager der Verbundlenkerachse
32a
Drehachse des ersten Lagers
34
zweites Lager der Verbundlenkerachse
34a
Drehachse des zweiten Lagers
36
virtueller Drehpunkt
FL
Fahrzeuglängsrichtung
FQ
Fahrzeugquerrichtung
V
Vertikale Richtung
LM
Fahrzeuglängsmittelachse
&agr; Winkel


Anspruch[de]
Verbundlenkerachse (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen in Fahrzeugquerrichtung (FQ) ausgerichteten, biegesteif und torsionsweich ausgebildeten Achskörper (12), zwei in Fahrzeuglängsrichtung (FL) ausgerichtete, biege- und torsionssteif ausgebildete Längslenker (14, 16), deren in Fahrzeuglängsrichtung (FL) betrachtete vordere Enden (14a, 16a) fest mit dem Achskörper (12) verbunden sind und an deren hinteren Enden (14b, 16b) jeweils ein Rad (18, 20) gelagert ist, sowie zwei in Fahrzeugquerrichtung (FQ) ausgerichtete Querlenker (22, 24), deren jeweils radseitig angeordnete äußere Enden (22a, 24a) an den Längslenkern (14, 16) gelagert und deren innere Enden (22b, 24b) an einem Fahrzeugaufbau (30) gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Enden (22b, 24b) der Querlenker (22, 24) an einem am Fahrzeugaufbau (30) um einen Lagerpunkt (28) drehbar gelagerten Koppellenker (26) gelagert sind. Verbundlenkerachse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung der äußeren Enden (22a, 24a) der Querlenker (22, 24) an den Längslenkern (14, 16), die Lagerung der inneren Enden (22b, 24b) der Querlenker (22, 24) am Koppellenker (26) sowie die Lagerung des Koppellenkers (26) am Fahrzeugaufbau (30) radial steif und torsionsweich ausgebildet sind. Verbundlenkerachse (10) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerpunkt (28) des Koppellenkers (26) am Fahrzeugaufbau (30) in Fahrzeuglängsrichtung (FL) betrachtet hinter der Radmitte und in Fahrzeugquerrichtung (FQ) betrachtet auf einer gedachten Fahrzeuglängsmittelachse (LM) angeordnet ist. Verbundlenkerachse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass der Lagerpunkt (28) des Koppellenkers (26) in vertikale Richtung (V) betrachtet zwischen den inneren Enden (22b, 24b) der Querlenker (22, 24) angeordnet ist und dass der Lagerpunkt (28) des Koppellenkers (26) seitlich versetzt zu einer gedachten Verbindungslinie zwischen den inneren Enden (22b, 24b) der Querlenker (22, 24) angeordnet ist. Verbundlenkerachse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass der Lagerpunkt (28) des Koppellenkers (26) in vertikale Richtung (V) betrachtet zwischen den inneren Enden (22b, 24b) der Querlenker (22, 24) angeordnet ist und dass der Lagerpunkt (28) des Koppellenkers (26) auf einer gedachten Verbindungslinie zwischen den inneren Enden (22b, 24b) der Querlenker (22, 24) angeordnet ist. Verbundlenkerachse (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerpunkt (28) des Koppellenkers (26) in vertikale Richtung (V) betrachtet oberhalb des Achskörpers (12) angeordnet ist. Verbundlenkerachse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundlenkerachse (10) durch ein erstes Lager (32) und ein zweites Lager (34) schwenkbeweglich um eine jeweilige Lagerdrehachse (32a, 34a) am Fahrzeugaufbau (30) gelagert ist. Verbundlenkerachse (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerdrehachsen (32a, 34a) des ersten und zweiten Lagers (32, 34) jeweils in einem Winkel (&agr;) zur Fahrzeugquerrichtung (FQ) angestellt sind. Verbundlenkerachse (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (&agr;) 45° beträgt. Verbundlenkerachse (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Lager (32, 34) radial steif sowie axial- und torsionsweich ausgebildet sind.






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