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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2286639

VERFAHREN ununterbrochener Stromverbraucher STROM-Betriebssystemen auf instabilen Energiequellen

VERFAHREN ununterbrochener Stromverbraucher
Elektrische Energiesysteme auf instabilen Betrieb
Energiequellen

Name des Erfinders: Dmitriev Vladimir S. (RU); Karpov Sergej Iwanowitsch (RU); Kurolesov Vladimir Kirillovich (RU); Savchuk Victor D. (RU); Vladimir Trusov
Der Name des Patentinhabers: AKTIENGESELLSCHAFT "State Engineering Design Bureau" Raduga "MI AY Bereznyak."
Korrespondenzanschrift: 141980, Region Moskau, Dubna, Str .. Schukowski, 2a, JSC "GosMKB" REGENBOGEN "sie. AJ Bereznyak" Patentabteilung
Startdatum des Patents: 2005.05.05

Verwendung: in der Stromenergieversorgung für die Verbraucher. Das technische Ergebnis ist das Spektrum der Energiequellen durch instabile Leistung bei hohen Auslastung ihrer Energie und die Verringerung der Batteriekapazität verwendet zu erhöhen. Das Verfahren umfasst eine unterbrechungsfreie Stromquelle unstabil Energie in elektrische Wechselstromleistung über einen Wechselstromgenerator und Gleichstrom Akkumulation in dem Akkumulator, wobei die Frequenz des Spannungsstabilisierung mittels einer einstellbaren kapazitiven Matrices mit den bidirektionalen Schaltern, Kondensatoren Nennwerte durchgeführt wird, die sich von Verhältnissen ausgewählt sind 8- 4-2-1, ein gesteuerter Analog-Digital-Phasen-Frequenz-Locked-Loop-Schaltungsnetzwerk zu der Frequenz des Referenzoszillator-Leistungsfrequenz und Amplitudenstabilisierung durch Spannungsmodulation PWM-Netzwerk durchgeführt wird, arbeitet die Schaltmatrix und kapazitives Netzwerk zur Gleichstromquelle zwei Thyristor Schlüssel Brücken diagonal DC davon zu der Batterie durch den Transistor gesteuert Pulsbreitenmodulator und der diagonalen AC Brücke an Netzstrom angeschlossen und an eine kapazitive Matrix verbunden sind, respectively.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf die Energiewirtschaft, insbesondere auf dem Gebiet der Stromversorgung für die Verbraucher an das Stromnetz angeschlossen zu instabil, vor allem erneuerbare Energiequellen wie Windkraft Betrieb oder Stand-alone in sich geschlossene Einheiten von Wasserkraftwerks.

Bekannt als der Prototyp angenommen, das Verfahren zur unterbrechungsfreien Stromversorgung für die Verbraucher des elektrischen Energiesystems auf erneuerbare Energiequellen laufen - RF Patent №2153752 H 02 J 3/28, 3/32, einschließlich der Umwandlung von erneuerbarer Energie in elektrische Energie mit Hilfe von Wechselstromgeneratoren AC, Umwandlung von Gleichrichter der Stromzufuhr in Gleichstrom, wobei die Gleichspannungsstabilisierung, Anhäufung von Energie in DC-Batterieladung DC-Wandlung mit einem Wechselrichter über einen Gleichstromenergie in Wechselstromenergie und gibt es an die Verbraucherlast. In diesem Betriebsmodus wird der Generatorsteuerung durch Ändern des Widerstands des kapazitiven Akkumulator während der Aufladung durchgeführt, während die Ladespannungswert aufrechterhalten wird, ein vorbestimmter Bereich zwischen minimalen und maximalen Werten der Lastspannung Verbraucher. Darüber hinaus ist die Batteriekapazität auf dem Wert des täglichen Energieverbrauchs des Verbraucherlast berechnet. Bei Verwendung dieser Methode kann von mehreren Energiequellen verwendet werden, erfährt von denen jeder Umwandlung Wechselstrom in Gleichstrom und die Summe in der allgemeinen Energiespeicher mit einer Speicherkapazität, für den täglichen Verbrauch ausgelegt. Steueroszillator Betriebsart, indem die Kapazität der Batterie zu ändern, während die Ladespannung führt in Ladestrom zu einer Änderung beibehalten wird. Auf diese Weise können die Batterie als ausführendes Steuersystemeinrichtung zu handeln, die Schwingung der Energieerzeugung stabilisiert. Hier Ladestrom bei einer konstanten Spannung gleich der Differenz zwischen dem aktuellen Ladequelle und dem Laststrom.

Die wesentlichen Merkmale des Prototyps, die mit wesentlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung zusammenfallen sind - Verfahren unterbrechungsfreie Stromversorgung Stromverbraucher auf instabile Energiequellen umfassen eine instabile Energiequelle Umwandlung in elektrische Energie über ein elektrisches Wechsel AC- und DC-Energiespeicher in einer Batterie betrieben wird.

Methode Prototyp bietet unterbrechungsfreie Stromversorgung für die Verbraucher hat jedoch einen niedrigen Koeffizienten der instabilen Energie (erneuerbare) Quelle für den Fall, dass es weniger als die geschätzte Nennleistung. Dies liegt daran, dass durch die Verwendung von Spannungsstabilisatoren und Stabilisatoren Parallelschaltung der Ausgänge und Stromversorgungsschienen Generatorbatterie mit reduzierter Leistung, wenn es gleichgerichtete Spannung kleiner als die Spannungsstabilisierung ist nicht auf die Batterie übertragen.

Die Energie des Generators und wird nicht bestanden, und die Last, wenn die Last von der Batterie über den Inverter in allen Modi Oszillator gespeist wird. Und letzte Bemerkung weist auf einen anderen Nachteil, nämlich die Leistungssystembatterie und Wechselrichter Berechnung durch die Bedingung der maximalen Leistungsverbraucherlast durchgeführt wird. Genauer gesagt, muss die Kapazität der Batterie so groß sein, dass die Kosten der Batterie und deren Wartung sind vergleichbar mit den Kosten, beispielsweise Pflanzen eine Windkraft. Darüber hinaus reduziert die doppelte Energieumwandlung (von AC zu DC und dann zurück) bei niedrigen Leistungsfaktor und den Energieverbrauch. Somit hat der Prototyp-Verfahren den Nachteil, der in allen Betriebsarten des Generators erneuerbarer Energie manifestiert.

Das vorgeschlagene Verfahren löst das technische Problem der Erweiterung der Palette Einrichtungen instabil, insbesondere erneuerbare Energiequellen eingesetzt werden, mit einer hohen Auslastung von Energiequellen und die Verwendung der Batterie mit einer viel kleineren Kapazität.

Um das zu erreichen, sagte technisches Ergebnis in der Methode der unterbrechungsfreien Stromversorgung für die Verbraucher von elektrischen Energiesystems auf instabile der Energiequelle der Energieumwandlung umfasst instabile Strom in elektrische Wechselspannung mit einem elektrischen Wechselstrom und Akkumulation von DC Energie in der Batterie, Stabilisierung Frequenzspannungsnetz wird mit Hilfe eines verstellbaren durchgeführt kapazitive Matrix bidirektionaler Schalter, die Bewertungen von Kondensatoren, die aus dem Verhältnis 8-4-2-1 ausgewählt sind, laufen durch den Analog-Digital-Phasen-Frequenz-Locked-Loop-Schaltungsnetzwerk zu der Frequenz des Referenzoszillator-Leistungsfrequenz (PLL strip) und Amplitudenstabilisierung wird durch Modulation der Spannung durchgeführt, Netzwerk-Pulsbreitenmodulator, der Schaltkondensatoranordnung und das Netz an die Gleichstromversorgung durch zwei Thyristor Schlüsselbrücken durchgeführt wird, diagonal DC davon zu der Batterie durch den Transistor gesteuert Pulsbreitenmodulator und die AC diagonal Brücken verbunden mit Netzstrom versorgt werden, und eine kapazitive Matrix, respectively.

Besondere Merkmale des Verfahrens sind - Frequenzspannungsstabilisierung wird mittels einer einstellbaren kapazitiven Matrix bidirektionalen Schalter durchgeführt, Bewertungen von Kondensatoren, die aus dem Verhältnis 8-4-2-1 ausgewählt sind, betrieben von Analog-zu-Digital-Schaltung Phasen-Frequenz-Locked auf die Netzfrequenz des Referenzoszillatorfrequenz Netzfrequenz und die Stabilisierung der Amplitude wird durch Modulieren des Spannungsnetz Pulsbreitenmodulator, der Schaltkondensator-Array und das Netzwerk an die Gleichstromversorgung durchgeführt wird durch zwei Thyristor Schlüsselbrücken ausgeführt, diagonal DC davon zu der Batterie durch den Transistor angeschlossen sind, gesteuerte Pulsbreitenmodulator und diagonal AC Brücken verbunden sind, an das Stromnetz und an eine kapazitive Matrix sind.

Dank dieser Besonderheiten in elektroenergetichekoy System mit Generator, dessen Drehung (zusammen aus dem Stand der Technik bekannt) wird von einem instabilen Energiequelle, die durch die folgende technische Ergebnis erzielt wird:

- Um die Netzspannung benötigt weniger Batteriekapazität, stabilisieren, die nur in Fällen von erheblichen Ausfall von instabilen Strom (erneuerbare) Quelle angeschlossen ist. Darüber hinaus kann in diesen Modi erneuerbarer Energie und geht zu dem Netzwerk, im Gegensatz zum Prototyp, wodurch die Energiequelle an die Batterie Energie zugeführt wird;

- Im Falle der Anwendung dieses Verfahrens auf die Windkraftenergiesystems Spannungsstabilisierung Wende Netzwerk Klingen nicht erforderlich ist, gibt es nur eine niederfrequente Drehung der Klingen zum Zweck der Belastungsbeschränkungen der Anlage;

- Koeffizient Energie erneuerbar wird ermittelt, indem die Doppelwandler Leistung, AC-DC-AC verstärkt und durch die Energie aus der Batterie mit erneuerbaren Energien in seiner Low-Power-Modi Summieren;

- Es ist möglich, Windkraftanlagen in den Bedingungen der instabilen Wind- oder Wasserkraftwerk in den Bedingungen der instabilen Strömungen oder Wasserstände zu verwenden, da selbst ein kleiner ihre Energie.

Als Ergebnis wurde die Suche nach Quellen von Patent- und wissenschaftlichen und technologischen Informationen, eine Reihe von Attributen, die vorgeschlagene Methode der ununterbrochenen Stromversorgung für die Verbraucher des elektrischen Energiesystems, betrieben auf erneuerbare Energiequellen, die Charakterisierung nicht erkannt. Damit erfüllt das vorgeschlagene Verfahren, das Kriterium der Patentierbarkeit "neu".

Auf der Grundlage einer vergleichenden Analyse des vorgeschlagenen Verfahrens zum Stand der Technik auf die Quellen des wissenschaftlich-technischen und Patentinformation, kann argumentiert werden, dass zwischen dem Satz von Eigenschaften, einschließlich unterscheidend, und die Funktionen, die sie ausführen und Ziele zu erreichen es nicht offensichtlich ist kausalen Zusammenhang. Basierend auf den oben kann man argumentieren, dass das vorgeschlagene Verfahren folgt nicht explizit aus dem Stand der Technik und erfüllt somit das Kriterium der Patentierbarkeit "erfinderischen Tätigkeit".

VERFAHREN ununterbrochener Stromverbraucher STROM-Betriebssystemen auf instabilen Energiequellen

Die vorgeschlagene Lösung kann in der Energiewirtschaft für die ununterbrochene Stromversorgung der Verbraucher verantwortlich, die mit einer autonomen Stromsystemen verwendet werden, auf eine instabile, insbesondere erneuerbare Energien betrieben, vor allem der Windkraft. Daher erfüllt diese Lösung das Kriterium der "industrielle Anwendbarkeit".

Das vorgeschlagene Verfahren wird durch das obige Schema realisiert. Und zeigt eine Phase des Netzes. Drei-Phasen-Netzlauf 3 unabhängige Schaltungen.

Im Diagramm: 1 - Generator AC promchastoty (erneuerbare Energien), 2 - kapazitive Matrix mit den Tasten 3 und 4 - Thyristorbrücken №1 und №2, 5 - Transistorschalter, 6 - Gleichstrom - Batterie, 7 - DC-Stromversorgung - Diesel-Generator, 8 - PWM-Modulator 9 - eine Phase-Locked-Loop (PLL), 10 - das Netzwerk Geschwindigkeitssensor.

Ausgangsstromgenerator 1 und die kapazitive Matrix mit 2 Schlüsseln Wicklung, die in der Ausgangsdiagonale (AC diagonal) Thyristor-Brückenschaltungen 3 und 4. Thyristorbrücken 3 und 4 durch den Transistorschalter 5 diagonal DC (Eingang) sind mit einer Gleichstromversorgung 6 oder 7. Der Transistorschalter 5 durch den PWM-Modulator 8 gesteuert wird.

Management kapazitive Matrix 2 und PWM-Modulator 8 führt phasenverriegelten Frequenzschaltung 9 die gleiche Schaltung 9 erzeugt ein Schaltsignal für Thyristorbrücken 3 und 4. 9 PLL arbeitet auf Signale von der Netzwerkgeschwindigkeitssensor 10.

Stabilisierung der Netzfrequenz der PLL-Schaltung 9 durchgeführt, die das Betätigungselement 2. Kapazitiver Kapazitive Matrix aus einer Matrix von 2 n parallel geschaltete Schaltungen, von denen jede eine Serienschaltung des bidirektionalen MOSFET und einem Kondensator gebildet ist. Die Werte jedes i-ten Kondensator in Binärcode ausgewählt, dh Da i = 2 Ci-1. Thyristorenbrücken 3 und 4 sind parallel Kondensator Matrix 2 Netzmodi überschüssige Energie erneuerbare Energiequelle 1 (Stromgenerator 1 größer ist als der Laststrom) verbunden ist. Für diese Modi wird durch eine Erhöhung der Drehzahl des Generators gekennzeichnet 1. Wenn parallel zur Wicklung des Generators 1 verbunden ist, gesteuert Behälter 2 die Phase zwischen dem Stromvektor ändert und die Spannung (Blindleistungsnetzverluste ausgegeben am Kondensator eine Überladung zu verändern). 9 PLL-Rückkopplungsschaltung (Sensor 10) bestimmt die Phasenfehlanpassung zwischen dem Netzwerk und seine eigenen kommerziellen Frequenzreferenzoszillator 1 durch eine eigene Phase Gleichrichterschaltung oder einem exklusiven OR. Das Ausgangssignal des Phasengleichrichter ist, gefiltert, um einen digitalen Code umgewandelt, und dieser Code kapazitive Matrix 2 gesteuert (verbunden mit dem Netzwerk über eine spezielle Kombination von Kondensatoren, Thyristorbrücken 3 und 4). Der Stromgenerator Erhöhen 1 die Kapazität an den Netzwerkkondensatorbänke verbunden ist erhöht, was den Verlust von Blindleistung erhöht, was wiederum ein höheres Drehmoment 1 auf der Welle des Generators auferlegt, die die Umdrehungen sie (die Welle verringert und die Frequenz des Spannungsnetz zu reduzieren. Es ist anti negative Rückkopplung, diese Beziehungen in PLL-Schaltungen. die Rolle des Generators, einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO), spielt hier eine einstellbare kapazitive Matrix 2 zusammen mit dem Generator 1.

Für die Modi, wenn 1 der Stromgenerator kleiner als die aktuelle Lastschalter 5 verbindet die Thyristorbrücken 4 und 3 mit der Matrix 2 und den elektrischen Generator 1 an die Gleichstromversorgung 6 oder 7 und bis die Spannungsquelle 6 (Batterie) innerhalb des nominal, Dieselgenerator 7 nicht. Im Fall dieser Spannung unter die Toleranz, die dieser beginnt und schließt seine Ausgangsspannungsquelle 6.

Der Kondensator Matrix 2 unter diesen Bedingungen wirkt als zusätzlicher Schalter Thyristoren Arbeitsbrücke 3 und die Schaltungsleistung übernimmt die Funktion des Wechselrichters Thyristorbrücke, die 3 an den Transistor 5, der eine Last ist, - die Wicklung des Generators 1. Der Transistorschalter 5 ist mit dem PWM-Impuls-Modus mit einer Frequenz des Referenzschalt Feldgenerator PLL 9. die kapazitive Matrix 2 in diesem Modus die minimale Kapazität. Der Transistorschalter 1 liefert eine PWM-Wellensinusspannungsnetz, auch mit vollständigen Verschwinden der erneuerbaren Energien 1. Hier, übermittelt das Netzwerk Energie DC - Batterie 6.

Der Übergang von einem Modus zum anderen durch dieses Verfahren erfolgt automatisch. kurzfristigen Dips und Überstromgenerator 1 werden durch dieses Verfahren mit einer Bandbreite stabilisiert Verringerung der Häufigkeit von Übertragungen Leistungsschaltung in den Wechselrichterbetrieb die gleiche PLL 9. Aufgrund der angegebenen, n ist nicht weniger als die Hälfte der Netzfrequenz s, d.h. n = 0,5 Seite Diese Geschwindigkeit erlaubt eine nicht sehr große Batteriekapazität 6. Grundsätzlich wird die Batteriekapazität von 6 durch die Zeit, um den Diesel-Generator-Modus 7 einzugeben, die erforderlich bestimmt werden.

Betrachten wir die Arbeit des Energiesystems in drei Modi:

1. Hochleistungsmodus.

2. Nennleistung Modus und niedriger.

3. Die verlängerte Abwesenheit von Strom erneuerbare Quelle-Modus.

1. Hochleistungsmodus.

In diesem Modus wird die Batterie 6 von der Kondensatormatrix getrennt 2. Die Batterie 6 an ein Ladegerät angeschlossen ist (in dem Diagramm nicht gezeigt) mit geringer Kapazität, die aus dem Stromnetz gespeist wird. Die Ladung des Kondensators Matrix 2 wird ausschließlich aus dem Stromnetz durchgeführt. Biß es und trägt das Netz, wodurch eine übermäßige Energienetz über die Lade-Entlade-Kondensatorbänke der Matrix 2 ist, desto größer die überschüssige Kapazität des Netzes, desto größer die Frequenz des Netzes wäre, sich von einem gegebenen Referenzoszillator PLL 9, desto höher ist die Ausgangsspannung, die gefilterte Ausgabe des Phasen ausgegeben Gleichrichter PLL 9.

Spannung Phasen-Gleichrichter 9 PLL digitalisiert werden und der resultierende Code wird Kondensatorfeld 2 große Spannungsgleichrichter erfüllt hohe Kapazität Netzwerk an den Lade-Entlade angebracht gesteuert. Ausgangsspannung Zeichen PLL Phasengleichrichter 9 zeigt eine Verbindungsmatrix Kondensator mit dem Netzwerk 2 in Phase oder gegenphasig Wechselspannung aufgeladen.

In diesem Modus wird eine geladene Kondensatoranordnung 2 wird in Opposition geschaltet werden. In diesem Modus wirken die Kondensatoren als Ballast. Blindleistung um die Kondensatoren aufzuladen ist umso größer, je mehr Energie eine erneuerbare Quelle 1 durch den Wert des wiederaufladbaren Batteriekapazität 1. In diesem Sinne zunimmt, können wir die Schaltung LC, durch die Induktivität des Generators 1 und die einstellbare variable Kapazität 2 als Sperrfilter gebildet betrachten auf die Frequenz des Oszillators abgestimmt ( Industrienetzfrequenz). In diesem Modus wird das gesamte überschüssige Energie ist erneuerbare Energiequelle 1 2 auf Blindleistung in dem abstimmbaren Kondensatorfeld ausgegeben.

Kondensatorbatterie Matrix durch Parallelschaltung von zwei Schaltkreisen zusammengesetzt ist, bestehend aus Reihenschaltung des Kondensators und eines bidirektionalen Schlüssel (Triac) mit, beispielsweise aus vier Ketten 15 8-4-2-1-Verhältnis-Steuerschritte Kapazitätskondensatorbank 2. In diesem Sinne Dieser Steuermodus kann als Amplitudenmodulations fazokodovoy bezeichnet.

2. Die Nennleistung Modus.

In diesem Modus kann die Ladungskondensatorbänke Matrix 2 als erneuerbare Quelle eines Netzwerks implementiert werden und eine Batterie 6 als erneuerbare Quelle eines instabil in diesem Modus eine Leistungseinbrüche oder Über hat.

Im Falle des Verfahrens überschüssige Leistung als Modus arbeitet 1. Im Fall von Brücken 4 und 3 Stromausfälle für Ladezeit geschlossen. Unmittelbar offen für die Ladung von bidirektionalen Schaltern und kapazitive Batterie 2 ist mit der Batterie 6 verbunden Je mehr das Versagen der Kraft, desto größer ist die Verringerung der Frequenz Alternator erneuerbare Quelle 1 ist, desto größer der Code an dem Ausgang des PLL 9, desto größer ist die Kapazität der Batterie der Matrix 2 mit der Batterie verbunden ist, 6. die große Kapazität Batterie geladen Kondensatoranordnung 2 mit dem Netzwerk verbunden ist, ein Netzwerk mit einer Induktivität LC-Schaltung bilden, in dem die Energie auf die Frequenz des Oszillators PLL 9. perestroika Kondensatormatrix hinzugefügt wird 2 diese Resonanzschaltung mit einer Frequenz gleich Industry erzielen. In diesem Modus fungiert der LC-Schaltung als Bandpassfilter mit einem Transmissionskoeffizienten größer als 1. In der Tat kann das System in diesem Modus als resonant elektronische aktives Filter klassifiziert werden. Da es auf die Frequenz des Industrienetz, die multiple harmonische Komponenten der Spannung unter den grundlegenden deutlich wird abgestimmt ist.

Wenn wir dieses Schema mit einem Wechselrichter zu vergleichen, ist zu beachten, daß es von der Batterie 6 genommen wird, nur den fehlenden Teil der erneuerbaren Energien 1. Für die vollständige Verschwinden des Spannungsquellenwechselrichters 1 Schaltung eine Funktion ausführt.

Wenn es durch rotierende Messer mit einer Wechselspannungseinstellung verglichen wird, ist zu beachten, dass es viel mehr Geschwindigkeit ist. In diesem Fall wird die Batteriekapazität berechnet sich aus der Bedingung 6 nicht den täglichen Konsum, als Bedingung für die Stromausfälle erneuerbare Quelle 1 ist, die zwei Größenordnungen geringer ist.

3. Die verlängerte Abwesenheit von Strom erneuerbare Quelle-Modus.

In diesem Modus, wie sie für zehn Minuten, kann das System durch die Batterie 6 und damit die Rolle des Inverters spielen betrieben werden, ist es möglich, einen Diesel-Generator 7, herzustellen, ist es für die synchrone Verbindung zum Netzwerk und die Stromversorgung von Diesel-Generator 7 laufen.

Das vorgeschlagene Verfahren zur ununterbrochenen Versorgung mit elektrischer Energie von Systembenutzern auf erneuerbaren Energiequellen mit Strom Wechselstrom betrieben wird, kann zu einer selbstabgleich Netzwerk verglichen werden, die für die Stromerzeugung betrieben werden, in dem die Phase zwischen Strom und Spannung in allen Betriebsarten konstant gehalten wird.

FORDERUNGEN

Verfahren unterbrechungsfreie Stromversorgung für die Verbraucher des elektrischen Energiesystems in der instabilen Stromquelle arbeitet, umfassend flüchtige Quelle von Energieumwandlung in elektrische Energie des Wechselstroms einen elektrischen Wechselstrom verwenden und die DC-Leistung in der Batterie ansammelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzstabilisierungsspannung mittels einer einstellbaren kapazitiven Matrix durchgeführt wird, bidirektionaler Schalter, Kondensatoren, deren Stückelung aus 8-4-2-1-Verhältnis ausgewählt, um einen gesteuerten Analog-Digital-Phasen-Frequenz-Locked-Loop-Schaltungsnetzwerk zu der Frequenz des Referenzoszillator-Leistungsfrequenz und Amplitudenstabilisierung wird durch Spannungsmodulation Netzwerk Pulsbreitenmodulator durchgeführt, und kapazitive Koppelfeld und das Netz zu liefern DC Thyristors führen zwei Schlüssel Brücken diagonal DC davon zu der Batterie durch den Transistor angeschlossen sind, gesteuerte Pulsbreitenmodulator und der diagonalen AC Brücke an Netzstrom angeschlossen und an eine kapazitive Matrix, respectively.

Druckversion
Erscheinungsdatum 16.02.2007gg