9-1 Potentialausgleich

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Potentialausgleich - Allgemeines 1. Einleitung
Bedingt durch den technischen Fortschritt werden die
Elektroinstallationen in den Gebäuden immer umfangreicher und anspruchsvoller. Neben der Starkstrom-,
Gas- und Wasserinstallation bilden Zentralheizungs-,
Antennen- und informationstechnische Anlagen ein
verzweigtes Netz leitfähiger Systeme.
Die Schäden durch Gewitterüberspannungen in Niederspannungsverbraucheranlagen nehmen in starkem
Maße zu. Diese Schäden entstehen u.a. dadurch, daß
die Näherungsbedingungen nicht eingehalten werden
und / oder durch Blitzteilströme elektromagnetische
Einkopplungen entstehen.
Ein Äußerer Blitzschutz alleine kann nicht verhindern,
daß bei einem Blitzschlag im Inneren des Gebäudes
Schäden an den elektrischen Einrichtungen entstehen.
Um Schäden zu vermeiden, ist der Innere Blitzschutz
erforderlich. Dies sind Maßnahmen des BlitzschutzPotentialausgleichs.
Das Auftreten gefährlicher Funkenbildung innerhalb
der baulichen Anlage ist zu verhindern. Funkenbildung
kann durch den Blitzstrom verursacht werden, der
durch die Leitungen der äußeren Blitzschutzanlage
fließt. Maßnahmen zum Schutz gegen elektromagnetische Störeinkopplungen werden in der DIN EN 623054 (VDE 0185-305-4) behandelt.
Nach DIN VDE 0100-410, Abschn. 411.3.1.2 müssen
in jedem Gebäude der Erdungsleiter und die folgenden leitfähigen Teile über die Haupterdungsschiene zu
einem Schutzpotentialausgleich verbunden
werden:
l
metallene Rohrleitungen von Versorgungssystemen (z.B. Wasser- und Gasinnenleitungen);
l
fremde leitfähige Teile der Gebäudekonstruktion,
sofern im üblichen Gebrauchszustand berührbar;
l
Metallteile von Gebäudekonstruktionen, Zentralheizungs- und Klimasysteme;
l
metallene Verstärkungen von Gebäudekonstruktionen aus bewehrtem Beton, wo die Verstärkungen
berührbar und zuverlässig untereinander verbunden sind (Bild 1).
Werden leitfähige Teile in das Gebäude eingeführt, so
müssen diese so nah wie möglich an ihrer Eintrittsstelle innerhalb des Gebäudes miteinander verbunden
werden. Metallmäntel von Fernmeldekabeln müssen
mit dem Schutzpotentialausgleich verbunden werden
(dabei sind etwaige Anforderungen der Eigner oder
Betreiber zu beachten).
Der Schutzpotentialausgleich wird meistens nur an einer Stelle im Gebäude ausgeführt. Die Haupterdungsschiene (Potentialausgleichsschiene) ist im Hausanschlussraum bzw. in der Nähe der Hausanschlüsse zu
installieren.
2. Zweck des Potentialausgleichs
Zweck des Potentialausgleichs ist es, alle metallenen
Teile miteinander zu verbinden, damit diese
ein annähernd gleiches Potential aufweisen.
3. Arten des Potentialausgleichs
Der Begriff des Potentialausgleichs ist weit gefasst. Es
muß sorgfältig zwischen den folgenden drei - ineinander übergreifenden - Arten unterschieden werden.
Bild 1: Schutzpotentialausgleich
3.1 Schutzpotentialausgleich
Der Schutzpotentialausgleich (vormals Hauptpotentialausgleich) ist die grundlegende elektrotechnische
Schutzmaßnahme.
Bild 2: Schutzpotentialausgleich
Verfasser: Dipl.-Ing. Reyno Thormählen
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Potentialausgleich
Allgemeines- -
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3.2 Zusätzlicher Schutzpotentialausgleich
In der DIN VDE 0100-410, Abs. 415.2 wird darauf
hingewiesen, daß ein zusätzlicher Schutzpotentialausgleich hauptsächlich in Teilen der elektrischen
Anlage zum Einsatz kommt, bei denen auf Grund
der Umgebungsbedingungen eine besondere
Gefährdung vorliegt. Ferner muß der zusätzliche
Schutzpotentialausgleich dann ausgeführt werden,
wenn andere Normen ihn verbindlich fordern.
Durch den zusätzlichen Schutzpotentialausgleich
werden alle gleichzeitig berührbaren Körper fest
angebrachter Betriebsmittel in unmittelbarer Nähe
des Aufstellungsortes mit allen gleichzeitig berührbaren fremden leitfähigen Teilen verbunden.
Typische Anwendungsfälle des zusätzlichen
Schutzpotentialausgleichs als Ergänzung zum
Schutzpotentialausgleich sind z.B.
 Räume mit Badewanne und Dusche
(DIN VDE 0100-701)
Bild 3:
Potentialausgleich an einem Kabeltragsystem
 Bereiche von Schwimmbädern, Springbrunnen
oder Wasserbecken
(DIN VDE 0100-702)
 landwirtschaftliche und gartenbauliche Betriebsstätten
(DIN VDE 0100-705)
 Krankenhäuser und medizinisch genutzte Bereiche
(DIN VDE 0100-710)
Außerhalb der Normenreihe DIN VDE 0100 sind
beispielsweise zu nennen:
 explosionsgefährdete Bereiche
(DIN VDE 0165)
 Blitzschutzsysteme
(VDE 0185-305 Teile 1 bis 4)
 Anlagen der Fernemeldetechnik
(DIN VDE 0800)
 Antennenanlagen
(VDE 0855 Teil 1)
Der Errichter der elektrischen Anlage ist verpflichtet diesen Potentialausgleich nach der geltenden
DIN VDE 0100 Teil 410 und Teil 540 herzustellen.
Wenn nachträgliche Arbeiten an der Elektroinstallation - z.B. von einer Blitzschutz-Fachkraft durchgeführt werden, besteht eine Hinweispflicht
auf eine etwaige Unvollständigkeit.
Verfasser: Dipl.-Ing. Reyno Thormählen
Verfasser:
Bild 4:
Potentialausgleich an einem Isolierflansch
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Allgemeines- schließen. Bei großen baulichen Anlagen können mehrere Potentialausgleichsschienen installiert sein, vorausgesetzt, sie werden miteinander verbunden.
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3.3 Blitzschutz-Potentialausgleich
Aufgrund der großen Stromstärken und der großen
Stromsteilheit der Blitzströme treten bei Blitzschlag
wesentlich höhere Potentialdifferenzen auf als bei
Fehlerströmen in Drehstromnetzen. Daher sind für
den Schutz gegen Blitzeinwirkungen BlitzschutzPotentialausgleichsmaßnahmen erforderlich, die
über die Mindestanforderungen der DIN VDE
0100-540 hinausgehen.
Um bei einem Blitzeinschlag unkontrollierte Überschläge in die Gebäudeinstallationen auszuschließen, sind im Rahmen des Blitzschutz-Potentialausgleichs die elektrische Anlage, metallene Installationen, Erdungssystem und Blitzschutzanlage
direkt bzw. indirekt mit geeigneten Schutzgeräten
zu verbinden.
Bild 5 zeigt den beispielhaften Aufbau des Blitzschutz-Potentialausgleichs.
Der Blitzschutz-Potentialausgleich muß grundsätzlich an der Eintrittsstelle der Leitungen in das
Gebäude erfolgen und ist an folgenden Stellen auszuführen (vgl. Bild 5):
 Im Kellergeschoss oder etwa in Höhe des Erdniveaus. Potentialausgleichsleitungen sind
mit der Potentialausgleichsschiene zu verbinden, die so konstruiert ist, daß sie für Prüfungszwecke leicht zugänglich ist. Die Haupterdungsschiene ist an die Erdungsanlage anzu-
 Wo Trennungsabstände nicht eingehalten werden können.
 Im Falle von Stahlbetonbauten mit durchverbundenem Bewehrungsstahl, Stahlskelettbauten oder bei getrenntem Äußeren Blitzschutz
ist der Blitzschutz-Potentialausgleich nur in Höhe des Erdniveaus durchzuführen.
Bei baulichen Anlagen mit umfangreichen elektrischen und elektronischen Systemen sind neben
den grundsätzlichen Maßnahmen des BlitzschutzPotentialausgleichs aus der VDE 0185-305-3 zusätzliche Maßnahmen gemäß VDE 0185-305-4
auszuführen.
Um Funkenüberschläge zu vermeiden, können zusätzliche Verbindungen von Fang- und Ableitungen
zum Blitzschutz-Potentialausgleich notwendig werden. Diese Verbindungsleitungen führen Teilblitzströme in das Innere eines Gebäudes. Diese Teilblitzströme können zu unerwünschten elektromagnetischen Störeinkopplungen führen. Vermeiden
kann man diese Verbindungen, wenn der Trennungsabstand zu den blitzstromführenden Leitungen eingehalten werden kann. Der Trennungsabstand kann gemäß VDE 0185-305-3 berechnet werden.
Bild 5:
Blitzschutz-Potentialausgleich für eingeführte Leitungen
Verfasser: Dipl.-Ing. Reyno Thormählen
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4. Blitzschutz-Potentialausgleich
für metallene Installationen
5. Mindestquerschnitte
für den Blitzschutz-Potentialausgleich
Metallene Installationen sind untereinander und mit
dem Blitzschutzsystem zu verbinden. Zu metallenen Installationen zählen beispielsweise:
Die Mindestmaße von Leitern, die verschiedene
Potentialausgleichsschienen miteinander oder mit
der Erdungsanlage verbinden, nennt Tabelle 8 der
VDE 0185-305-3. In Deutschland sind gebräuchliche Querschnitte:
 Wasser-, Gas-, Heizungs- und
Feuerlöschleitungen
 Sprinkleranlagen
 Führungsschienen von Aufzügen
 Krangerüste
 Lüftungs- und Klimakanäle
Die metallenen Systeme sind möglichst an Potentialausgleichsschienen zusammenzuschließen. Als
Verbindungsleitungen sind auch elektrisch leitfähige Rohrverbindungen zulässig (mit Ausnahme von
Gasleitungen). In großen baulichen Anlagen können mehrere Potentialausgleichsschienen installiert werden, die miteinander zu verbinden sind.
Sofern sich in einer Gas- oder Wasserleitung im
Haus ein Isolierstück befindet, muß dieses mit
geeigneten Schutzgeräten überbrückt werden.
Unterirdische metallene Rohrverbindungen, die in
der Nähe der Erdungsanlage verlaufen, brauchen
nicht mit dem Blitzschutzsystem verbunden zu werden. Dies gilt auch für Gleise von Bahnen. Sollen
diese trotzdem angeschlossen werden, so ist
dieses vorher unbedingt mit dem Betreiber des
Fremdsystems abzustimmen.
Kupfer:
Aluminium
Stahl:
16 mm²
25 mm²
50 mm²
Tabelle 9 der VDE 0185-305-3 nennt die Mindestmaße von Leitern, die innere metallene Installationen mit der Potentialausgleichsschiene verbinden.
Hierfür ergeben sich folgende gebräuchliche Mindestquerschnitte:
Kupfer:
Aluminium
Stahl:
6 mm²
10 mm²
16 mm²
Querschnitte, die über die Mindestforderungen für
den Blitzschutz-Potentialausgleich hinausgehen,
ergeben sich u.a. aus der DIN VDE 0100-540 und
DIN VDE 0101.
Bild 6:
Potentialausgleich im Heizungsraum
Verfasser: Dipl.-Ing. Reyno Thormählen
Verfasser:
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6. Blitzschutz-Potentialausgleich für eingeführte energie- und informationstechnische
Leitungen
Erforderliche Verbindungen zum Zwecke des Blitzschutz-Potentialausgleichs sind unter Beachtung
der entsprechenden VDE-Bestimmungen mit Leitungsquerschnitten gemäß Abschnitt 5 durchzuführen.
Zu unterscheiden sind unmittelbare direkte Verbindungen und solche, die nur über Trennfunkenstrecken bzw. Überspannungsschutzgeräten hergestellt werden dürfen.
6.1 Unmittelbare Verbindungen
Diese Verbindungen sind z.B. zulässig mit:
 Schutzleitern bei Anwendung der Schutzmaßnahmen im TN-System, im TT- und im ITSystem zum Schutz gegen elektrischen Schlag
unter Fehlerbedingungen (Schutz bei indirektem Berühren),
 Erdungsanlagen von Starkstromanlagen über
1kV nach DIN VDE 0101 unter der Bedingung,
daß keine unzulässig hohe Erderspannung
verschleppt werden kann,
 Erdungsleitungen von Überspannungsschutzgeräten,
 Erdungen in Fernmeldeanlagen nach
DIN VDE 0800-2,
 Antennenanlagen nach VDE 0855 Teil 1,
 Erdungen von Überspannungsschutzeinrichtungen von Elektro-Zaunanlagen nach
DIN VDE 0131.
Wenn Leitungen für Einrichtungen der elektrischen
Energie- und Informationstechnik geschirmt oder in
einem Metallrohr verlegt sind, reicht es die Kabelschirme anzuschließen.
6.2 Verbindungen über Trennfunkenstrecken
Nur über Trennfunkenstrecken dürfen verbunden
werden:
 Erdungsanlagen von Starkstromanlagen über
1kV nach DIN VDE 0101, wenn unzulässig
hohe Erderspannungen verschleppt werden
können,
 Hilfserder von Fehlerspannungs-Schutzschaltern bei Einsatz gemäß DIN VDE 0100-410
 Bahnerde von Gleichstrombahnen nach
1
DIN VDE 0115 ,
 Bahnerde von Wechselstrombahnen, wenn die
Bestimmungen der DIN VDE 0115 oder signaltechnische Gründe einem unmittelbaren Zusammenschluß entgegenstehen1,
 Anlagen mit kathodischem Korrosionsschutz
und Streustromschutzmaßnahmen nach
DIN VDE 0150,
 Meßerde für Laboratorien, sofern sie von
Schutzleitern getrennt ausgeführt werden.
Freileitungs-Dachständer müssen in Abstimmung
mit dem Energieversorgungsunternehmen über
eine Funkenstrecke mit der Fangeinrichtung verbunden werden.
Aus Gründen der Prüfbarkeit sind Trennfunkenstrecken zugänglich einzubauen.
6.3 Verbindungen durch Blitzstromableiter
Gemäß VDE 0185-305-3, Abs. 6.2.5 müssen aktive Leiter der elektrischen Energie- und Informationstechnik in den Blitzschutz-Potentialausgleich
einbezogen werden. Diese Verbindungen sind
durch Blitzstromableiter (Überspannungsschutzgeräte Typ 1, ehemals Anforderungsklasse B) herzustellen.
Zu beachten ist, dass es erforderlich werden kann,
zusätzlich zu den Blitzstromableitern Überspannungsschutzgeräte Typ 2 bzw. 3 (ehemals Anforderungsklassen C bzw. D) zum Schutz der elektrischen und elektronischen Betriebsmittel zu installieren.
Wenn ein flächenhaft eng vermaschtes System
von Erdern oder gut geerdeten Bau-, Konstruktions- oder Anlagenteilen vorliegt, sind die Anlagen
der Energie- und Informationstechnik weniger gefährdet.
Bild 7:
Blitzschutz-Potentialausgleich eingeführter
Kabelschirme
Verfasser: Dipl.-Ing. Reyno Thormählen
Verfasser:
Aus Gründen der Prüfbarkeit sind Überspannungsschutzgeräte zugänglich einzubauen.
1 Gleise der Deutschen Bahn AG dürfen nur mit schriftlicher
Genehmigung der Eigentümerin angeschlossen werden.
Stand04/09
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7. Installation der Blitzstromableiter
In diesem Abschnitt werden Überspannungsschutzgeräte vom Typ 1 (Blitzstromableiter) behandelt, die
bei allen Gebäuden mit einer Äußeren Blitzschutzanlage den Blitzschutz-Potentialausgleich zu den
aktiven Leitern der Niederspannungsverbraucheranlage sicherstellen.
Die korrekte Installation der Blitzstromableiter ist
von erheblicher Bedeutung. Neben dem richtigen
Einbauort und der richtigen Auswahl des Schutzgeräts müssen u.a. folgende Punkte beachtet werden:
Blitzstromableiter müssen für den Fall der Überlastung durch Blitzströme oder Netzfolgeströme
mit einer geeigneten Vorsicherung abgesichert
werden. Deren Auswahl muß sorgfältig getroffen
werden, um die Selektivität zu vorgeschalteten
Sicherungen sicherzustellen. Hinweise hierzu
werden in den Einbauvorschriften der Hersteller
aufgeführt.
Nichtgekapselte Blitzstromableiter auf der Basis
von Funkenstrecken blasen im Ansprechfall aus.
Da das Ausblasen z.B. auf brennbares Material
oder spannungführende Teile Gefahren hervorrufen kann, müssen Mindestabstände eingehalten werden. Näheres ist den Einbauvorschriften
der Hersteller zu entnehmen.
Bild 8:
Anwendungsbeispiel eines Blitzstromableiters
Nichtgekapselte Blitzstromableiter werden heute
von den großen Herstellern nicht mehr vertrieben. In den Katalogen findet man nur noch
nichtausblasende Blitzstromableiter, bei denen
die o.g. Mindestabstände nicht mehr eingehalten werden müssen.
Blitzstromableiter sind auf kürzestem Wege zu
erden.
Die Erdungsleitungen von Blitzstromableitern
müssen so verlegt werden, daß benachbarte
Leitungen und Geräte nicht beeinflusst werden.
Bild 9:
Anwendungsbeispiel eines Blitzstromableiters
Aus technischer Sicht ist der Blitzstromableiter
am Gebäudeeintritt einzubauen. Die ,,Technischen Anschlussbedingungen für den Anschluss
an das Niederspannungsnetz (TAB 2007:200801-01) regeln im Abschn. 12, Satz 4 + 5 die Bedingungen, in denen der Einbau im ungezählten
Bereich zulässig ist. Im Zweifelsfall ist mit dem
örtlichen Energieversorger Rücksprache zu halten.
Wenn der Einbau im Vorzählerbereich nicht zulässig ist, muß der Blitzstromableiter direkt hinter dem Zähler installiert werden.
Bei Anlagen mit mehreren Zählern sollte der
Einbau hinter dem Zähler erfolgen, der dem
Hausanschluss am nächsten gelegen ist.
Verfasser: Dipl.-Ing. Reyno Thormählen
Verfasser:
Bild 10:
Blitzstromableiter ohne gekapselte Funkenstrecke
Stand04/09
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7.1 Installation von Blitzstromableitern im
TN-C-System
7.2 Installation von Blitzstromableitern im
TN-S-System
Jeder Außenleiter (L1, L2, L3) ist für den Längsspannungsschutz mit einem Überspannungsschutzgerät Typ 1 (Blitzstromableiter) gemäß
Bild 11 zu beschalten.
Jeder Außenleiter (L1, L2, L3) und der Neutralleiter
(N) sind für den Längsspannungsschutz mit einem
Überspannungsschutzgerät Typ 1 (Blitzstromableiter) gemäß Bild 12 zu beschalten. Erforderlich sind
vier Blitzstromableiter. Der Schutzleiter (PE) wird
direkt mit der Haupterdungsschiene (Potentialausgleichsschiene) verbunden.
Der PEN-Leiter wird direkt mit der Haupterdungsschiene (Potentialausgleichsschiene) verbunden.
In unmittelbarer Nähe des Installationsorts ist zusätzlich eine direkte Verbindung zwischen dem
PEN-Leiter und den Erdungsanschlüssen der Blitzstromableiter herzustellen.
Der Blitzstromableiter zwischen Neutralleiter und
der Haupterdungsschiene ist erforderlich, da im
TN-S-System Neutral- und Schutzleiter separat
geführt sind. Der Neutralleiter ist wie ein Außenleiter zu behandeln.
In unmittelbarer Nähe des Installationsorts ist
zusätzlich eine direkte Verbindung zwischen dem
PE-Leiter und den Erdungsanschlüssen der
Blitzstromableiter herzustellen.
Blitzstromableiter
im
TN-C-System
Bild11:
Blitzstromableiter im TN-C-System. Der Einbau im
Blitzstromableiter
im
TN-S-System
ungezählten Bereich hat jeweils in Abstimmung mit
dem örtlich zuständigen VNB zu erfolgen.
In vielen Fällen wird der PEN-Leiter in einen PELeiter und in einen N-Leiter aufgeteilt. Der Überspannungsschutz kann wie im TN-C-Netz ausgeführt werden, wenn der Einbau in unmittelbarer
Nähe (bis zu 0,5 m) der Aufteilungsstelle erfolgt.
Andernfalls ist wie in Abschnitt 7.2 zu verfahren.
Verfasser: Dipl.-Ing. Reyno Thormählen
Verfasser:
Bild 12:
Blitzstromableiter im TN-S-System. Der Einbau im
ungezählten Bereich hat jeweils in Abstimmung mit
dem örtlich zuständigen VNB zu erfolgen.
Stand04/09
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7.3 Installation von Blitzstromableitern im
TT-System
7.4 Installation von Blitzstromableitern im
IT-System
Überspannungsschutzgeräte Typ 1 (Blitzstromableiter) sind zwischen den einzelnen Außenleitern
(L1, L2, L3) anzuordnen (siehe Bild 13).
Jeder Außenleiter (L1, L2, L3) und der Neutralleiter
(N) sind für den Längsspannungsschutz mit einem
Überspannungsschutzgerät Typ 1 (Blitzstromableiter) gemäß Bild 14 zu beschalten. Erforderlich sind
vier Blitzstromableiter. Die Erdungsanschlüsse der
Blitzstromableiter werden mit dem Schutzleiter der
Anlage verbunden.
Zwischen den Erdungsanschlüssen der Blitzstromableiter und dem Neutralleiter einerseits und demSchutzpotentialausgleich sowie dem Schutzleiter
(PE) andererseits muß ein Bauelement (z.B. Funkenstrecke) geschaltet werden, die für den Summenstrom ausgelegt sein muß (in Abhängigkeit der
Blitzschutzklassen I-IV: 100kA, 75kA, 50kA, 50kA).
Ein unzulässiger Schluß zwischen Neutralleiter und
Schutzleiter vor der Fehlerstromschutzeinrichtung
(RCD) ist somit ausgeschlossen.
Diese Schaltung wird auch als "3+1-Schaltung"
bezeichnet.
Bild 14:
Blitzstromableiter im IT-System. Der Einbau im
ungezählten Bereich hat in Abstimmung mit dem
örtlich zuständigen VNB zu erfolgen.
Bild 13:
Blitzstromableiter im TT-System. Der Einbau im
ungezählten Bereich hat in Abstimmung mit dem
örtlich zuständigen VNB zu erfolgen.
Verfasser: Dipl.-Ing. Reyno Thormählen
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8. Hinweise für Anlagen
mit besonders gefährdeten Bereichen
Beiblatt 2 zur VDE 0185-305-3 trifft weiterführende
Aussagen über den Blitzschutz-Potentialausgleich
von baulichen Anlagen besonderer Art. Diese Aussagen sind nur mit einem vollständigen Blitzschutzkonzept gültig.
Zu diesen Anlagen gehören z.B.:















Krankenhäuser und Kliniken
Sportanlagen
Feuergefährdete Bereiche
Explosionsgefährdete Bereiche
Explosivstoffgefährdete Bereiche
Frei stehende Schornsteine
Kirchtürme und Kirchen
Fernmeldetürme aus Stahlbeton
Seilbahnen
Brücken
Nicht stationäre Einrichtungen
Windmühlen
Siloobjekte
Biogasanlagen
Photovoltaik- und Solarthermische Anlagen
Andere besonders gefährdete Bereiche sind:





Metallene Abgasrohre von Heizthermen
Metallene Kamineinzüge
Metallschornsteine
Windenergieanlagen
Kläranlagen etc.
Verfasser: Dipl.-Ing. Reyno Thormählen
Verfasser:
Stand04/09
10/2012
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