Industrielle Druckluftsysteme · Technischer Leitfaden für B2B-Unternehmen in Großbritannien
Luftkompressoren für industrielle Anwendungen: Technische Grundlagen, Leistungsdaten und Einblicke in den britischen Markt
Ein umfassendes technisches Nachschlagewerk für Beschaffungsingenieure, Werksleiter und Produktionsdirektoren in ganz Großbritannien – mit Informationen zu Auswahlkriterien, Leistungsparametern, Anwendungsszenarien und Lieferantenbewertung für moderne industrielle Luftkompressorsysteme.
In den Fertigungsbetrieben Birminghams, den Stahlwerken Sheffields und den Hightech-Industrieparks Manchesters ist der Industrieluftkompressor die am weitesten verbreitete Komponente der Energieinfrastruktur in der Schwerindustrie. Anders als elektrische Antriebe oder Hydrauliksysteme, die anwendungsspezifisch sind, transportiert Druckluft Energie flexibel, speicherbar und sofort verfügbar. Sie versorgt pneumatische Aktuatoren mit Energie, treibt Schneidwerkzeuge an, liefert Atemluft in Reinräumen, speist Spritzlackieranlagen und – ganz entscheidend – stellt die sauberen, trockenen Hochdruckgasströme bereit, die moderne Laserschneid- und Plasmabearbeitungsanlagen benötigen. Die heute verfügbaren Luftkompressortypen spiegeln über ein Jahrhundert iterativer technischer Weiterentwicklung wider, von frühen Kolbenkompressoren aus der viktorianischen Eisenindustrie bis hin zu den hochentwickelten, frequenzumrichtergesteuerten Schraubenkompressoren, die in modernen britischen Produktionsstätten dominieren.Wie industrielle Luftkompressoren funktionieren: Technische Grundlagen erklärt
Prinzip der Drehschraube
Zwei gegenläufige Schraubenrotoren – ein männlicher Rotor mit konvexen Nocken und ein weiblicher Rotor mit konkaven Nuten – greifen in einem präzisionsgefertigten Gehäuse ineinander. Umgebungsluft strömt durch das Einlassventil ein, wird im sich verjüngenden Volumen zwischen den Rotorprofilen eingeschlossen und während der Rotation der Rotoren zunehmend komprimiert. Die komprimierte Luft tritt durch eine Auslassöffnung aus, deren Größe dem gewünschten Förderdruck entspricht. Da die Kompression kontinuierlich und nicht zyklisch erfolgt, liefern Schraubenschneidmaschinen einen pulsationsfreien Luftstrom – eine Eigenschaft, die beim Laserschneiden, wo die Druckstabilität die Schnittqualität und die Schnittfugenkonsistenz direkt beeinflusst, von großem Wert ist. Öleingespritzte Varianten nutzen Schmieröl sowohl zur Abdichtung der Rotorspalte als auch zur Aufnahme der Kompressionswärme; das Öl wird anschließend abgetrennt und über ein mehrstufiges Abscheidesystem in den Kreislauf zurückgeführt.
Prinzip des oszillierenden Kolbens
Ein kurbelwellengetriebener Kolben bewegt sich in einem Zylinder. Beim Abwärtshub saugt er Luft an, sobald sich die Einlassventile öffnen, und verdichtet sie beim Aufwärtshub, sobald sich beide Ventile schließen. Einstufige Kompressoren verdichten die Luft einmalig auf den Förderdruck; zweistufige Kompressoren kühlen die Luft zwischen den Verdichtungsstufen zwischen, wodurch der thermodynamische Wirkungsgrad verbessert und Förderdrücke von bis zu 15–20 bar ermöglicht werden. Die zyklische Arbeitsweise von Kolbenkompressoren führt zu Druckpulsationen in der Druckleitung, weshalb ausreichend dimensionierte Druckbehälter als Pulsationsdämpfer erforderlich sind. Trotz dieser Einschränkung werden Hubkolbenkompressoren in Werkstätten in Yorkshire und den West Midlands weiterhin bevorzugt für intermittierende Anwendungen eingesetzt, da ihre einfache Wartung und die geringeren Anschaffungskosten entscheidende Vorteile darstellen.
Funktionsprinzip der drehzahlgeregelten Schraube
Die Frequenzumrichtertechnologie (FU) nutzt einen Wechselrichter zwischen Netzanschluss und Antriebsmotor, der die Motordrehzahl – und damit den Luftstrom – kontinuierlich in Abhängigkeit vom gemessenen Systemdruck moduliert. Ein PID-Regler erfasst den Auslassdruck mehrmals pro Sekunde und passt die Rotordrehzahl an, um den Sollwert innerhalb von ±0,1 bar zu halten. Im Teillastbetrieb, der in den meisten Anlagen den Großteil der Betriebsstunden ausmacht, verbraucht ein FU-Kompressor deutlich weniger Energie als ein Kompressor mit fester Drehzahl, der sich durch ein Einlassventil ein- und ausschaltet. Die Energieeinsparung ist proportional zur dritten Potenz der Drehzahlreduzierung: Eine Halbierung der Rotordrehzahl reduziert den Stromverbrauch um ca. 87,51 TP5T. In Umgebungen mit schwankendem Bedarf – wie beispielsweise in Automobilmontagelinien in Coventry oder Verpackungsanlagen in Wakefield – können FU-Kompressoren den jährlichen Energieverbrauch im Vergleich zu Kompressoren mit fester Drehzahl um 35–50 TP5T senken.
Die Materialauswahl im Bereich der Luftkompressoren ist nicht nebensächlich, sondern ein entscheidender Faktor für Lebensdauer, Zuverlässigkeit, Luftqualität und die Gesamtbetriebskosten, die von den Beschaffungsingenieuren gegenüber der Finanzabteilung begründet werden müssen. Die Rotorprofile eines Schraubenkompressors werden typischerweise aus legiertem Gusseisen oder technischem Stahl gefertigt. Diese Werkstoffe werden aufgrund ihrer Formstabilität unter Temperaturwechselbeanspruchung und ihrer Beständigkeit gegen Riefenbildung bei kurzzeitigem Ölfilmverlust ausgewählt. Die Rotoren werden auf Mikrometergenauigkeit geschliffen und anschließend oberflächenbehandelt – häufig durch Nitrieren oder PVD-Beschichtung (Physical Vapor Deposition) –, um den Härtegradienten zu erzielen, der Verschleiß an der Rotorspitzen-Kontaktzone entgegenwirkt, ohne Sprödigkeit zu verursachen, die zur Ausbreitung von Ermüdungsrissen führen würde.Technische Kernvorteile moderner VFD-Rotationsschraubenkompressoren
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Energieeffizienz
Mit Frequenzumrichtern ausgestattete Anlagen erreichen unter ISO-1217-Bedingungen einen spezifischen Stromverbrauch von nur 5,5 kW/m³/min, im Vergleich zu 7,2–8,0 kW/m³/min bei vergleichbaren Anlagen mit fester Drehzahl. Über einen jährlichen Betriebszyklus von 6.000 Stunden summiert sich diese Differenz zu Einsparungen von mehreren zehntausend Pfund bei den Stromkosten.
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Druckstabilität
Die Druckregelung im geschlossenen Regelkreis hält den Netzdruck unter verschiedenen Lastbedingungen innerhalb von ±0,1 bar des Sollwerts. Diese Stabilität ist unerlässlich für Laserschneiddüsen-Hilfsgaskreisläufe, pneumatische Servoventile und automatisierte Montageanlagen, bei denen Druckschwankungen zu Positionsfehlern führen.
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Reduzierter Geräuschpegel
Moderne, schallgedämmte Gehäuse in Kombination mit einer Drehzahlreduzierung des Frequenzumrichters im Teillastbereich ermöglichen einen Betriebsgeräuschpegel von 62–68 dBA in einem Meter Entfernung. Dies unterstützt die Einhaltung der britischen Lärmschutzverordnung (UK Control of Noise at Work Regulations 2005) ohne zusätzliche akustische Maßnahmen im Kompressorraum.
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Verlängerte Serviceintervalle
Lagersysteme mit einer Lebensdauer von 80.000 Stunden (L10) in Kombination mit einer intelligenten Ölzustandsüberwachung, die Viskosität, Säuregehalt und Verunreinigungen in Echtzeit misst, verlängern die Ölwechselintervalle von den üblichen 2.000 Stunden auf 4.000–6.000 Stunden unter kontrollierten Umgebungsbedingungen – wodurch die Wartungskosten direkt gesenkt werden.
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IE4/IE5 Motorwirkungsgrad
Permanentmagnet-Synchronmotoren der Nennleistungsklassen IE4 oder IE5 gemäß IEC 60034-30-1 eliminieren die Rotorschlupfverluste vollständig, erhöhen den Wirkungsgrad des Motors gegenüber IE3-Induktionsmotoren um 2 bis 4 Prozentpunkte und qualifizieren industrielle Käufer für britische Energieeffizienz-Förderprogramme und Carbon Trust-Finanzierungsprogramme.
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Integration intelligenter Controller
Integrierte SPS-basierte Steuerungen protokollieren Betriebsstunden, Druckereignisse, Temperaturabweichungen und den Stromverbrauch. RS485- und Modbus/TCP-Schnittstellen ermöglichen die Integration mit werkseitigen SCADA-Systemen und cloudbasierten Energiemanagementplattformen und erfüllen so die Konnektivitätsanforderungen von Industrie-4.0-Implementierungen in ganz Großbritannien.
Tabelle der technischen und Leistungsparameter des Produkts
| Parameter | Kompakte Baureihe (11–22 kW) | Standardreihe (30–75 kW) | Hochleistungsserie (90–160 kW) |
|---|---|---|---|
| Motorleistung | 11 / 15 / 18,5 / 22 kW | 30 / 37 / 45 / 55 / 75 kW | 90 / 110 / 132 / 160 kW |
| Lieferdruckbereich | 7 – 13 Takte | 7 – 13 Takte | 7 – 13 bar (16 bar optional) |
| Kostenlose Luftzustellung (FAD) | 1,1 – 3,6 m³/min | 5,0 – 12,5 m³/min | 15,0 – 28,0 m³/min |
| Spezifische Leistung (ISO 1217) | 5,8 – 6,5 kW/(m³/min) | 5,5 – 6,2 kW/(m³/min) | 5,2 – 5,8 kW/(m³/min) |
| Ablufttemperatur | Umgebungstemperatur + ≤8°C | Umgebungstemperatur + ≤8°C | Umgebungstemperatur + ≤8°C |
| Ölverschleppung (ISO 8573-1) | < 3 mg/m³ (Klasse 3) | < 3 mg/m³ (Klasse 3) | < 1 mg/m³ (Klasse 2 opt.) |
| Geräuschpegel in 1 m Entfernung | 62 – 66 dBA | 65 – 70 dBA | 68 – 74 dBA |
| Rotormaterial | Nitrierbarer legierter Stahl | Nitrierbarer legierter Stahl | Nitrierter legierter Stahl + PVD-Beschichtung |
| Gehäusematerial | Grauguss / Aluminiumlegierung | Grauguss | Grauguss |
| Motoreffizienzklasse | IE3 / IE4 (PM-Option) | IE4 PM-Standard | IE4 / IE5 PM-Standard |
| Drehzahlbereich des Frequenzumrichters | 25 – 60 Hz (einstellbar) | 20 – 60 Hz | 18 – 60 Hz |
| Ölwechselintervall | 4.000 h | 4.000 – 6.000 h | 6.000 h |
| Zertifizierung | CE, UKCA, ISO 1217 | CE, UKCA, ISO 1217 | CE, UKCA, ISO 1217, PED 2014/68/EU |
Industrielle Anwendungsszenarien: Wo Luftkompressoren entscheidende Leistung erbringen
Anwendungsszenario 1: Faserlaserschneiden in der Metallverarbeitung (Birmingham, West Midlands)
Birminghams metallverarbeitende Industrie, eine der höchsten Dichten an Präzisionsfertigern in Europa, stellt die technisch anspruchsvollsten Anforderungen an industrielle Druckluftkompressoren für das Laserschneiden. Das Faserlaserschneiden von Baustahl, Edelstahl und Aluminium erfordert einen kontinuierlichen, ölfreien und trockenen Druckluftstrom mit einem Druck zwischen 6 und 16 bar, abhängig von Materialstärke und Schnittgeschwindigkeit. Druckschwankungen an der Düse – selbst kurzzeitige Schwankungen von Millisekunden Dauer – verursachen Oxidationsstreifen auf der Schnittfläche, erhöhen die Schlackenanhaftung und vergrößern die Schnittfuge über die Toleranzgrenzen hinaus. Ein frequenzgeregelter Schraubenkompressor mit einer Druckregelung von ±0,1 bar, kombiniert mit einem zweistufigen Trockenmitteltrockner, der einen Drucktaupunkt von -40 °C erreicht, und einem Koaleszenzfilter mit einer Porengröße von 0,01 µm, liefert die Druckluftqualität, die Hochleistungs-Faserlasersysteme (6 kW–20 kW) für den Betrieb mit Nennschnittleistung und reproduzierbarer Schnittqualität benötigen.
Anwendungsszenario 2: Pneumatische Werkzeuge für die Automobilmontagelinie (Coventry & Sunderland)
Automobilmontagewerke – darunter die großen Fahrzeugwerke in Coventry und Sunderland – setzen Hunderte von pneumatischen Schlagschraubern, Schraubzwingen und Nietwerkzeugen gleichzeitig an Montagelinien im Dreischichtbetrieb ein. Der Gesamtbedarf an Druckluft ist durch hohe Durchflussspitzen gekennzeichnet, wenn mehrere Stationen gleichzeitig in Betrieb sind, unterbrochen von relativ ruhigen Phasen zwischen den Montagezyklen. Ein Druckluftsystem mit mehreren frequenzgesteuerten Schraubenkompressoren, die von einer zentralen Steuerung geregelt werden, bewältigt dieses Profil optimal: Die Steuerung schaltet bei hohem Bedarf zusätzliche Kompressorleistung zu und drosselt die Leistung einzelner Einheiten in ruhigeren Phasen, wodurch ein stabiler Druck im gesamten Ringnetz aufrechterhalten wird. Die Anforderungen an die Luftqualität am Verbrauchsort erfordern mindestens ISO 8573-1 Klasse 1.4.2. Dies wird durch Inline-Koaleszenzfilter und Kältemitteltrocknungsanlagen erreicht, die nahe am Hauptverteiler und nicht am Kompressorausgang positioniert sind, um eine erneute Verunreinigung durch Leitungskorrosion zu minimieren.
Anwendungsszenario 4: Stahlkugelstrahlen und Oberflächenvorbereitung (Sheffield & Rotherham)
Sheffields traditionsreiche Stahlverarbeitung, die sich heute weitgehend auf die Herstellung hochwertiger Bauteile für die Luft- und Raumfahrt, die Offshore-Industrie und die Kernenergie konzentriert, ist weiterhin stark auf Druckluft für Strahlverfahren, Kugelstrahlen und Oberflächenvorbereitung angewiesen, die Voraussetzung für die Haftung von Schutzbeschichtungen sind. Diese Anwendungen erfordern einen hohen Luftdurchsatz bei moderatem Druck – typischerweise 7–10 bar und Fördermengen von über 15 m³/min für großflächige Strahlkabinen – wodurch Hochleistungs-Schraubenkompressoren die einzig praktikable Energiequelle darstellen. Die abrasive Partikelumgebung erfordert eine robuste Ansaugfiltration mit selbstreinigenden Impulsstrahlfilterelementen, um einen beschleunigten Rotorverschleiß zu verhindern. Kompressoranlagen in Sheffield und Rotherham nutzen daher häufig externe Ansaugkanäle, um die Luft oberhalb des Strahlkabinendachs anzusaugen und so die partikelbelastete Zone am Boden zu umgehen.
Anwendungsszenario 5: Abfüll- und Verpackungslinien für Lebensmittel und Getränke (Leeds & Bristol)
Hersteller von Lebensmitteln und Getränken betreiben Druckluftsysteme in zwei funktional unterschiedlichen Bereichen: kontaktlose Druckluft für pneumatische Förderbänder, Sortieranlagen und Etikettiermaschinen – hier ist in der Regel die Klasse 1.4.2 nach ISO 8573-1 ausreichend – und produktberührende Druckluft für das Flaschenblasen, pneumatische Füllventile und die PET-Behälterformung. Hier ist ölfreie Druckluft der Klasse 0 gemäß den Richtlinien des British Retail Consortium (BRC) und des Food Safety System Certification (FSSC) 22000 vorgeschrieben. Führende Betriebe im wachsenden Lebensmittelverarbeitungssektor von Leeds und im etablierten Getränkeherstellungscluster von Bristol setzen Kompressionswärmetrockner (HOC) ein, die die Abwärme des ölfreien Kompressors zur Regeneration der Trockenmittelbetten ohne externe Heizenergie nutzen. Diese Konfiguration erreicht Drucktaupunkte von -70 °C ohne zusätzlichen Energieaufwand und verbessert so die Energiebilanz des Standorts erheblich.
Kundenerfolgsgeschichte: Sheffield Precision Engineering Group
Hintergrund & Herausforderung
Ein mittelständisches Präzisionsmaschinenbauunternehmen mit Sitz in Sheffield, das Hauptauftragnehmer im britischen Verteidigungs- und Zivilluftfahrtsektor mit Titan- und Inconel-Komponenten in Luft- und Raumfahrtqualität beliefert, identifizierte einen kritischen Engpass in seiner 5-Achs-CNC-Bearbeitungsabteilung. Drei Hochleistungs-Faserlaserschneidzellen – jede mit einem Hilfsgasdruck von bis zu 18 bar für die Titanprofilierung – wiesen inakzeptable Schwankungen in der Schnittkantenqualität auf. Die Verfahrenstechniker führten dies auf Druckschwankungen in der Druckluftleitung zurück, die durch eine alternde Kolbenkompressoranlage verursacht wurden, die sich dem Ende ihrer Nutzungsdauer näherte. Die Ausschussrate bei geschnittenen Titanrohlingen erreichte innerhalb eines dreimonatigen Untersuchungszeitraums 4,21 TP5T, was erhebliche Material- und Nachbearbeitungskosten für eine hochwertige Legierung verursachte.
Der technische Leiter der Gruppe wandte sich an Ever Power mit der Anforderung, eine neue Druckluftanlage zu benötigen, die in der Lage ist, einen stabilen Ausgangsdruck von 16 bar über alle drei Laserzellen gleichzeitig zu liefern, mit einer kombinierten Spitzenlast von 7,2 m³/min, und die gleichzeitig der verfügbaren elektrischen Versorgungskapazität des Standorts von 200 kVA entspricht und in den bestehenden Kompressorraum mit den Abmessungen 6 m × 4 m passt.
Ever Power Lösung & Implementierung
Das Anwendungstechnik-Team von Ever Power führte ein zweitägiges Audit vor Ort durch und installierte Datenlogger an der bestehenden Druckluftverteilungsleitung, um die tatsächlichen Bedarfsprofile über alle drei Produktionsschichten hinweg zu ermitteln. Das Audit ergab, dass der tatsächliche Spitzenbedarf bei 6,8 m³/min lag – niedriger als der Schätzwert – und dass der Bedarf über 801 Betriebsstunden (80%) zwischen 3,0 und 4,5 m³/min schwankte. Basierend auf diesem Profil schlug Ever Power eine Konfiguration mit zwei Kompressoren vor: zwei 90-kW-Drehschraubenkompressoren mit Frequenzumrichter und einer speziell angepassten Hochdruckstufe für einen Lieferdruck von 16 bar. Die Kompressoren werden von einem gemeinsamen Sequenzer gesteuert und platzsparend nebeneinander angeordnet. Die Installation erfolgte an einem geplanten Stillstandswochenende. Inbetriebnahme, Druckprüfung gemäß PED-Anforderungen und die Leistungsverifizierung nach ISO 1217 wurden innerhalb des 60-stündigen Stillstandsfensters durchgeführt. Innerhalb von vier Wochen nach der Inbetriebnahme des neuen Systems verzeichnete das Werk in Sheffield eine Ausschussquote beim Laserschneiden von 0,31 TP5T – eine Reduzierung um mehr als 901 TP5T gegenüber dem Ausgangswert vor der Installation – und die Verfahrenstechniker bestätigten eine gleichbleibende Schnittkantenqualität über alle drei Materialqualitäten hinweg.
Kundenrezensionen
★★★★★
„Wir haben im Laufe der Jahre viele Kompressoren installiert, aber die Druckstabilität, die wir mit diesen Ever Power VFD-Einheiten erreichen, ist wirklich unübertroffen. Unsere Ausschussrate für Titan sank innerhalb des ersten Monats von über 41 TP5T auf unter 0,51 TP5T. Die kundenspezifische 16-bar-Stufenkonfiguration war genau das, was wir brauchten – kein anderer Anbieter war bereit, das zu entwickeln.“
— Technischer Leiter, Präzisionskomponenten für die Luft- und Raumfahrt, Sheffield
★★★★★
„Die von ihnen vor der Investitionszusage bereitgestellten Prüfdaten waren unglaublich detailliert – wir konnten unsere tatsächliche Nachfragekurve stündlich und wochentags einsehen. Dies gab unserem Vorstand die nötige Sicherheit, die Investition zu genehmigen. Das Inbetriebnahmeteam arbeitete durchweg professionell, hielt alle Fristen ein, und die UKCA-Dokumentation war am Übergabetag fertig, ohne dass wir nachhaken mussten.“
— Werksleiter, Metallverarbeitungsgruppe, Birmingham
★★★★★
„Wir arbeiten im Dreischichtbetrieb, und Stillstandszeiten sind absolut inakzeptabel. Die Doppelaggregat-Anlage von Ever Power mit automatischer Umschaltung hat uns absolute Sicherheit gegeben – seit der Installation vor elf Monaten gab es keinen einzigen ungeplanten Produktionsausfall aufgrund der Druckluftversorgung. Die Energiedaten des Controllers haben uns außerdem geholfen, unser Energieaudit nach ISO 50001 zum ersten Mal erfolgreich zu bestehen.“
— Betriebsleiter, Produktionsstätte für fortgeschrittene Fertigungsprozesse, Coventry
Ausgewählte Ever Power Luftkompressorenprodukte
Das aktuelle Produktsortiment von Ever Power umfasst eine Auswahl hocheffizienter, frequenzvariabler Schraubenkompressoren, die speziell für die anspruchsvollen Anforderungen britischer Industrieumgebungen entwickelt wurden. Zwei herausragende Modelle stehen zur sofortigen Anfrage bereit:
CM160PVF Schraubenkompressor mit variabler Frequenz
Die CM160PVF liefert 160 kW Anschlussleistung in einem kompakten, akustisch optimierten Gehäuse mit integriertem IE4-Permanentmagnetmotor und einem Frequenzumrichter mit vollem Frequenzbereich, der die Ausgangsfrequenz zwischen 18 und 60 Hz regelt. Sie wurde für Laserschneidanlagen mit hohem Durchsatz und Mehrstationen-Schweißumgebungen entwickelt und erreicht eine spezifische Leistung von 5,2 kW/(m³/min) bei 7 bar – eine der niedrigsten in ihrer Klasse – und verfügt über einen intelligenten Touchscreen-Controller mit Modbus-TCP-Schnittstelle zur Integration in werkseitige Energiemanagementsysteme.
Schraubenkompressor mit variabler Drehzahl
Die Baureihe der drehzahlgeregelten Schraubenkompressoren deckt den Leistungsbereich von 30 bis 132 kW ab. Dank ihres modularen Designs lassen sich Motor, Verdichterstufe und Steuerung individuell an die jeweiligen Standortanforderungen anpassen. Der Solldruck ist ohne Hardwareänderungen zwischen 7 und 13 bar wählbar, und eine optionale Hochdruckstufe ermöglicht einen Lieferdruck von 16 bar. Diese Baureihe wird von Blechverarbeitern, Lebensmittelverpackungsanlagen und automatisierten Lagerhäusern in ganz Großbritannien eingesetzt und ist für ihre gleichbleibende Teillasteffizienz sowie die einfache Integration in bestehende Druckluftnetze bekannt.
Häufig gestellte Fragen – Industrielle Luftkompressoren (UK)
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Das Ingenieurteam von Ever Power steht britischen Einkaufsleitern, Anlageningenieuren und technischen Direktoren unverbindlich mit Spezifikationen, Angeboten und technischer Beratung zur Seite.
bearbeitet von gzl