Franziska Lorenz Jochen Stuhrmann
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Franziska Lorenz
Jochen Stuhrmann
Illustrationen:Technik
Beschleunigerring PETRA III
für das Deutschen Elektronen Synchrotron (DESY)
Teilchenphysik Technologien am Deutschen Elektronen Synchrotron (DESY)
FLASH Linearbeschleuniger bei DESY
Forschung auf atomarer Ebene
für DESY
Katalysator für DESY
Fusionsreaktor ITER für stern
Windpark und Energiespartechniken für ein Kundenmagazin
Offshore-Windpark
für ein Kundenmagazin
Strömungskraftwerk
für ein Kundenmagazin
Energiespeicherung für ein Kundenmagazin
Effiziente Dämmung Smart Home Cover für ein Kundenmagazin Cover für ein Kundenmagazin
Energiequellen im und am Meer für DIE ZEIT
Nr. 51 DIE ZEIT S. 43 SCHWARZ cyan magenta yellow
1 3 . D E Z E M B E R 2012 D I E Z E I T No 51 Thema: Stromnetz GRAFIK 43
Das Netz von morgen
Die Energiewende stellt neue Herausforderungen an das Stromnetz: Sehr unterschiedliche
Energiequellen müssen eingebunden werden. Zudem muss der Strom aus den Windparks im
183
Norden übers ganze Land verteilt werden. Wir zeigen, wie das Netz funktioniert, welche neuen
Trassen die Betreiber planen und wie die Leitungen aussehen können
No
Die Themen der
letzten Grafiken:
182
Sportförderung
Die Verteilung 181
Die SMS
Unser Stromnetz besteht aus Bereichen mit
unterschiedlicher Spannung. Früher wurde es
auf Höchstspannungsebene von wenigen Verbraucher
Verbraucher 180
Private Waffen
Großkraftwerken gespeist. Jetzt müssen auch
auf den niedrigeren Spannungsebenen immer Lokale Verteilungsnetze Weitere Grafiken
mehr dezentrale Erzeuger integriert werden. < 1 Kilovolt im Internet:
www.zeit.de/grafik
Umspannwerke
Industrie
PRIVATE
SOLARANLAGEN
Großindustrie
EUROPÄISCHER
STROMVERBUND Umspannwerke
Regionale Verteilungsnetze
1–60 Kilovolt
Umspannwerke BIOMASSE-
KRAFTWERK
ATOM- Überregionale Verteilungsnetze
KRAFTWERK 60/110 Kilovolt
Umspannwerke WIND-
KRAFTWERK
Übertragungsnetz
220/380 Kilovolt
KOHLE-
KRAFTWERK SOLAR-
KRAFTWERK
Entwicklungsplan 2020
Die vier Übertragungsnetzbetreiber wollen
ihr 35 000 Kilometer langes Höchstspannungs-
netz bis 2020 um weitere 3800 Kilometer
ausbauen (HGÜ-Neubau). Zudem soll die
Kapazität der Freileitungen auf 2800 Kilome-
tern durch größere Masten erhöht werden.
Wenn Bundesregierung und Bundestag den
Plan beschließen, kann die Trasse in einem
beschleunigten Verfahren genehmigt werden.
Bestehendes Netz Verstärkender
HGÜ-Neubau Netzausbau und -neubau
OFFSHORE-WINDPARKS
Mögliche Leitungen Alternativen
380-Kilovolt-Freileitung HGÜ-Leitung Erdkabel
Illustration:
Die klassische Stromtrasse benötigt pro Kilo- Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung Für Hochspannungs-Erdkabel müssen bis zu Bürgerinitiativen und Umweltverbände Franziska Lorenz,
meter rund zwei bis zu 80 Meter hohe dient der verlustarmen Verbindung zweier 20 Meter breite und zwei Meter tiefe Gräben wollen statt großer neuer Trassen ein »intel- Jochen Stuhrmann
Masten mit massiven Betonfundamenten. Die Punkte über mehrere Hundert Kilometer. ausgehoben werden. Eine Deckschicht leitet ligentes Netz«, das Erzeugung und Verbrauch
Leiterseile aus Stahl und Aluminium können Damit sollen vor allem die Windparks in die Wärme der Kupferkabel ab. Darüber mit technischen Mitteln schon vor Ort besser Recherche:
Täler und niedrige Bäume überspannen, Nord- mit der Großindustrie in Süddeutsch- kann Landwirtschaft betrieben werden, in Einklang bringt. Zusätzlich könnten die Dirk Asendorpf
durchqueren Wälder in der Regel aber auf land verbunden werden. Masten und Leiter- Bäume dürfen dort jedoch nicht wachsen. Es norddeutschen Windparks abgeregelt wer-
einer rund 80 Meter breiten Schneise. Unter seile unterscheiden sich dabei kaum von gibt nur wenig Erfahrung mit dieser Technik; den, wenn sie zu viel produzieren. So ließen Quellen:
der Freileitung ist eine landwirtschaftliche Wechselstrom-Freileitungen, Abzweigungen Bau- und Betriebskosten sind drei- bis sich Netzüberlastungen vermeiden, und ein Netzentwicklungs-
Nutzung uneingeschränkt möglich. sind jedoch nicht vorgesehen. sieben mal höher als bei Freileitungen. Teil der geplanten Trassen würde überflüssig. plan, Deutsche
Umwelthilfe, eigene
Recherche
Nr. 51 DIE ZEIT S.43 SCHWARZ cyan magenta yellow
Netzausbau Stormspeicher
für DIE ZEIT für DIE ZEITNr. 51 DIE ZEIT S. 43 SCHWARZ cyan magenta yellow
43 GRAFIK 16. Dezember 2010
DIE ZEIT No 51
No
Schwester, Tupfer bitte! 79
Normalerweise bleibt das Operationsbesteck dem Blick des Patienten verborgen. Wir zeigen Ihnen die Instrumente
»Sieb« heißt die Zusammenstellung von Instrumenten für eine Operation, Freie Sicht für den Operateur Fassen und freilegen
weil Skalpelle, Zangen und Scheren in Metallsieben sterilisiert werden. Scharfe Haken: Halten die Wunde fürs Erste
5 12 Pinzetten: Zum Hochheben von Geweben und als
Unterer Tisch: Das »Grundsieb« für alle Eingriffe. Oberer Tisch: Das offen (häufigster Auslöser für Selbstverletzungen Fasszange für Blutgefäße
Magen-Darm-Zusatzsieb, zum Beispiel für eine Gallenoperation. Gallen- der Chirurgen)
blasen entfernen Chirurgen heute allerdings meist minimalinvasiv. 13 Organfasszange: Um die Gallenblase einzuklemmen
6 Zweizinker-Haken
14 Atraumatische Darmklemme: Gewebeschonend für den Darm
7 Sattelförmiger Wundhaken
Vorbereitung Halten die Wundränder zurück 15 Allis-Klemme: Wenn Strukturen sicher gefasst und
8 Langenbeck-Haken THEMA:
längerfristig festgehalten werden müssen
1 Backhaus-Klemmen: Halten die Abdecktücher zusammen 16 Kocher-Klemme: OP-BESTECK
9 Roux-Wundhaken
2 Nierenschale und Schälchen für Flüssigkeiten, z. B. Desinfektionsmittel 17 Arterienklemme
10 Fritsch-Haken: Drängt die Bauchdecke während der OP zurück Die Themen der
3 Chirurgische Schere: Universell einsetzbar 18 Nelaton-Hohlsonde: Als Sonde für röhrenartige Verbindungsgänge
11 Mikulicz-Leberhaken: Hebt den Leberrand vorsichtig an letzten Grafiken:
19 Gallengangsonde: Um verstopfte Gallengänge zu durchstoßen
4
Der erste Schnitt
Skalpelle zur Auswahl: Für den ersten 20 Gallensteinlöffel:
78
Schnitt durch die Haut Zum Fassen und Entfernen von Gallensteinen Antarktis
F Hochfrequenzmesser: Schneidet und stillt
21 Gallensteinzange:
77
gleichzeitig die Blutungen (siehe unten) 21
22 Kornzange für Tupfer Gedenktage
20
23
In der Tiefe des Bauchraums arbeiten
Overholt: Eine Klemme rechts, eine links
76
19 Ski-Evolution
und dann dazwischen durchschneiden
12 24 Schere fürs Schneiden und Präparieren: Neben Weitere Grafiken
im Internet:
10
der Pinzette das wichtigste Instrument
23 www.zeit.de/grafik
11 Für die Hautnaht
25 Nadelhalter: Zum Festhalten der Nadel
14
15 26 Nadel und Faden: Päckchen mit fertigen
Nadel-Faden-Kombinationen
13
27 Nadeldose: Einzelne Nadeln zum Einfädeln mit der Hand
25
17
24
26
2
27
16
18 5
12
8
4 6
1
7
3 9
24
23
25
22
Vom Flintstein zum Elektromesser
Hausarzt Das klassische Werkzeug der Chirurgie
ist nur wenige Sekunden im Einsatz
Was befindet sich in der Scalprum ca. 3. Jahrhundert Einteiliges Skalpell 1875 Elektrisches Hochfrequenzmesser Einweg-Sicherheitsskalpell 2010
Tasche des Hausarztes Die Römer entwickelten Messer aus
Metall. Damals hieß es Scalprum. Es
hatte einen bronzenen Griff mit einer
Skalpell mit massivem Heft, voll ver-
nickelt und verchromt. Weil die Klin-
gen schnell stumpf wurden, mussten
erfunden um 1920, noch heute genutzt
Manche Chirurgen benutzen nur
Elektromesser. Diese schneiden mit
Die Klinge lässt sich nach dem
Gebrauch wie bei einem Teppich-
messer zurückziehen. Dabei geht es
für stern einfachen stählernen Klinge – die im
Laufe der Jahrtausende verrostete.
sie noch im Operationssaal geschlif-
fen und neu sterilisiert werden.
Strom, Hitze versiegelt die Blutgefäße.
Es riecht nach verbranntem Fleisch.
nicht darum, den Patienten zu
schützen, sondern das Personal.
Flintsteinmesser und Palmblatt Aderlasslanzette 18. Jahrhundert Einwegmesser 1905 und 1969 Sägeskalpell 1980
um 2000 v. Chr. Ärzte ließen ihre Patienten bluten, Erst mit der auswechselbaren Ein- Es gab auch Irrwege: Das Wasser-
Mit geschärftem Flintstein schnitten um »schlechtes Blut« zu entfernen. wegklinge (links) hatte der Chirurg skalpell setzte sich ebenso wenig
Steinzeitmenschen in die Kopfhaut. Der Korallengriff des Messers war immer ein scharfes Instrument zur durch wie dieses Kettensägen-
Afrikanische Loanga durchtrennten rot wie der Lebenssaft. Das sollte Hand. Jahrzehnte später folgte das monstrum, welches das Gewebe
Nabelschnüre mit Palmblattkanten. die heilende Wirkung erhöhen. Einmal skalpell. eher zerfetzte.
Illustration:
Franziska Lorenz,
Jochen Stuhrmann
Quellen:
Aesculap AG,
Tuttlingen;
A B C D E F G H John Kirkup: »The
evolution of surgical
instruments«
Deutsches Medizin-
historisches Mu-
seum, Ingolstadt;
Prof. Dr. med.
Wolfgang Schwenk,
Asklepios Klinik
Altona
Recherche:
Harro Albrecht
Foto:
Operationsbesteck Deutsches
Medizinhistorisches
Museum, Ingolstadt
für DIE ZEIT
Nr. 51 DIE ZEIT S.43 SCHWARZ cyan magenta yellow1 000
10 00
1 00 0
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1 00 1
34 GRAFIK 5. Juli 2012
DIE ZEIT No 28
10 01
Turingmaschine
1 000
No
STOP
10 10
160
8
4
2
1
1 01 0 0
Die Universalmaschine Illustration über das grundlegende Konzept für Computer von Alan
10 10 1 1
1 01 1 10 2
10 11 11 2+1=3
1 010
1000
1 100
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110
4
4+1=5
4+2=6
Turing
11 00 111 4+2+1=7
Am 23. Juni wäre Alan Turing 100 Jahre alt geworden.
1 1 0 0 Seine »Turing-Maschine« war ein
100 0 reines8 Gedankenexperiment,
11 00 1001 8+1=9
aber auch das Vorbild für alle digitalen Computer.1 Wir
10 1
zeigen mit einem simplen Programm,
1010
wie sie funktioniert
8+2=10
11 01 1011 8+2+1=11
1 100 1100 8+4=12
Band (theoretisch unendlich lang) 11 10 1101 8+4+1=13
1 11 0 1110 8+4+2=14
Mögliche Zustände
leer Aktuelle Position
1 des Schreib/Lesekopfes
Die Weiterentwicklung 1 94
0 Zuse Z3 Löschwalze
3 946 Eniac 5 95 Univac 7 969 Cray CDC 7600 9 975 Altair 8800 11 982 Commodore C64
THEMA:
Konrad Zuse baute mit der Z3 die Der 27 Tonnen schwere RechnerSchreibkopfMit einem dieser Computer Die Entwicklung von Transistoren Einer der ersten Heimcomputer, Mit mehr als zehn Millionen
Turing lieferte die Theorie, der als Bausatz für Hobbyelektro- COMPUTER
erste programmierbare und wurde vom US-Militär genutzt. wurde die korrekte Prognose für und integrierten Schaltkreisen verkauften Exemplaren eroberte
doch wer baute den ersten Turing-vollständige Maschine auf Anders als in der Z3 wurden im
für 0 die
und 1
US-Wahl im Jahr 1952 brachte eine weitere Steigerung niker auf den Markt kam der »Brotkasten« unter anderem
Computer? Die Ehre gebührt der Basis von elektrischen Relais Eniac Röhren anstelle von Relais berechnet der Rechenleistung als Spielkonsole die Kinderzimmer
wohl Konrad Zuse. Der verwendet. Daher sehen manche 10 98 IBM-PC Die Themen der
Erfinder konstruierte als Erster 2 945 Colossus Informatiker diesen Rechner als 6 952 IBM 70 8 973 Xerox Alto Lange Zeit der Standard im 12 letzten Grafiken:
984 Apple Macintosh
159
ein Gerät, welches das Mit Rechnern dieses Typs ersten echten Computer an IBM bot für diesen Rechner eine Der erste Computer mit einer Personal-Computer-Bereich, mit Apple übernahm viele Ideen des
entscheidende Kriterium der Menge Zubehör an, neben grafischen Benutzeroberfläche dem Betriebssystem MS-DOS Xerox Alto und entwickelte sie
»Turing-Vollständigkeit«
Geheimdienst die Codes der 4 95 Ferranti Mark Lochkartenlesern und -druckern wurde vor allem in Forschungs- betrieben. Der kommerzielle Rennrad
weiter. So gab es beispielsweise
Lorenz-Schlüsselmaschine. Die Erster in Serie hergestellter und etwa auch Magnetbandlaufwerke, einrichtungen
Das Band kann schrittweisegenutzt Erfolg des IBM-PCs begründete erstmals eine Maus
erfüllte: Der Rechner verfügte
über alles, was Turing einst
diente dem deutschen Militär im
-
kommerziell verkäuflicher
Rechner
die Vorläufer der heutigen
Festplatten
vor- und zurückgefahren die Vormachtstellung von
Microsoft 13 2007 I-Phone
158
erdacht hatte – bis auf den rung von Nachrichten werden Fischfang
Die Grenzen zwischen Telefon
unbegrenzten Speicherplatz.
Rasch folgten weitere Modelle 157
und Rechner lösen sich auf.
Smartphones werden zu einem
Lifestyle-Produkt Tierpenisse
Weitere Grafiken
1 2 3
4
5 6 7 8 9 10 11 12
im Internet:13
Zwei mögliche Zustände www.zeit.de/grafik
zur Steuerung
1
1
Ein Zählprogramm Rechenwerk
0
10
10
Unser Beispielprogramm vollbringt die 10 Alan Turing hatte eigentlich keine Rechenmaschi- ne bedienen. Sie handeln entsprechend dem »Pro-
einfachste mathematische Leistung: Es 11 ne im Kopf, als er die nach ihm benannte Maschi- gramm«, das nichts weiter ist als ein Satz von Re-
zählt, und zwar im Binärsystem. Dazu 11
ne ersann. Der Mathematiker wollte ein Problem geln: Die Maschine kann eine gewisse Zahl von
hat es die Symbole 0, 1 und »leer« zur 10
lösen, das seine Disziplin seit 36 Jahren umtrieb: »Zuständen« haben, und für jeden dieser Zustände
Verfügung, und es hat zwei mögliche Lassen sich alle mathematischen Fragen entschei- und jedes Symbol aus dem »Alphabet« der Maschi-
00
Zustände, rot und grün. Für jede Kom- den, indem man sie stumpfsinnig ausrechnet? So ne gibt es eine Verhaltensregel. Zum Beispiel: »Ist
100
bination Symbol/Zustand gibt es eine hieß denn auch seine bahnbrechende Arbeit von die Maschine im Zustand A und steht im aktuellen
1 00
Regel, also insgesamt sechs, die in der 1936 On Computable Numbers, with an Applica- Feld das Symbol 1, dann ersetze es durch das Sym-
Tabelle gezeigt werden. 10 0 tion to the Entscheidungsproblem. bol 0, gehe einen Schritt nach rechts und wechsle
Die Kombination unten etwa liest sich 1 00 Die Maschine – inzwischen sind konkrete Exem- in Zustand B.«
so: »Wenn der Zustand der Maschine 10 1 plare gebaut worden – besteht aus wenigen mecha- Eine Turing-Maschine kann beliebig viele Zu-
1 01 nischen Elementen: einem theoretisch endlosen stände haben und ein beliebig großes Alphabet.
100 Papierstreifen und einem Schreib-, Lese- und Wir verwenden eine minimale Maschine mit
1 10 Löschkopf, der auf diesem Streifen Symbole mani- zwei Zuständen und drei Symbolen, die auf den
1
11 0 pulieren kann. Außerdem gibt es einen Transport- Mathematiker Stephen Wolfram zurückgeht. Sie
0 0 1 1 10 mechanismus, der das Band um jeweils einen ist zwar klein, aber universell – das heißt, sie
1 1 0 11 1 Schritt nach links oder rechts bewegen kann. kann im Prinzip alles das, was auch die größten
1 11
In Turings ursprünglicher Arbeit sind es mensch- Computer der Welt können. Sie ist nur ein biss-
110
liche computers, also »Rechner«, die diese Maschi- chen langsamer.
rot ist und auf dem Band ein Leer-
100
Symbol zu sehen ist, dann behalte das
000
Leer-Symbol, gehe einen Schritt nach
1000
links und wechsle in den Zustand
grün.« 1 000
Die Maschine beginnt mit einem lee- 10 00
ren Streifen und im Zustand rot, es 1 00 0
kommt also genau diese Regel zur An- 10 00
wendung. Danach ist der Zustand 1 00 1
grün, also wirkt die Regel rechts dane- 10 01
ben, die Maschine schreibt eine 1, geht 1 000
STOP
nach rechts, der Zustand ist rot. Und 10 10
8
4
2
1
so weiter. 1 01 0 0
Rechts sehen Sie die ersten Schritte, die 10 10 1 1
die Maschine ausführt. Ein sinnvolles 1 01 1 10 2
Muster erkennt man, wenn man nur
10 11 11 2+1=3
dann hinschaut, wenn der Schreib-
1 010 100 4
Lese-Kopf wieder in seiner Ursprungs-
1000 101 4+1=5
position ist (rechte Spalte): Dann er-
scheinen nach und nach die Zahlen 0, 1 100 110 4+2=6
1, 2, 3 und so weiter im Binärsystem. 11 00 111 4+2+1=7
1 10 0 1000 8
11 00 1001 8+1=9
1 10 1 1010 8+2=10
11 01 1011 8+2+1=11
1 100 1100 8+4=12
11 10 1101 8+4+1=13
1 11 0 1110 8+4+2=14
Die Weiterentwicklung 1 94 Zuse Z3 3 946 Eniac 5 95 Univac 7 969 Cray CDC 7600 9 975 Altair 8800 11 982 Commodore C64
Konrad Zuse baute mit der Z3 die Der 27 Tonnen schwere Rechner Mit einem dieser Computer Die Entwicklung von Transistoren Einer der ersten Heimcomputer, Mit mehr als zehn Millionen
Turing lieferte die Theorie, der als Bausatz für Hobbyelektro-
erste programmierbare und wurde vom US-Militär genutzt. wurde die korrekte Prognose für und integrierten Schaltkreisen verkauften Exemplaren eroberte
doch wer baute den ersten Turing-vollständige Maschine auf Anders als in der Z3 wurden im die US-Wahl im Jahr 1952 brachte eine weitere Steigerung niker auf den Markt kam der »Brotkasten« unter anderem
Computer? Die Ehre gebührt der Basis von elektrischen Relais Eniac Röhren anstelle von Relais berechnet der Rechenleistung als Spielkonsole die Kinderzimmer
wohl Konrad Zuse. Der verwendet. Daher sehen manche 10 98 IBM-PC
Erfinder konstruierte als Erster 2 945 Colossus Informatiker diesen Rechner als 6 952 IBM 70 8 973 Xerox Alto Lange Zeit der Standard im 12 984 Apple Macintosh
ein Gerät, welches das Mit Rechnern dieses Typs ersten echten Computer an IBM bot für diesen Rechner eine Der erste Computer mit einer Personal-Computer-Bereich, mit Apple übernahm viele Ideen des
entscheidende Kriterium der Menge Zubehör an, neben grafischen Benutzeroberfläche dem Betriebssystem MS-DOS Xerox Alto und entwickelte sie
Geheimdienst die Codes der 4 95 Ferranti Mark Lochkartenlesern und -druckern wurde vor allem in Forschungs- betrieben. Der kommerzielle weiter. So gab es beispielsweise Illustration:
»Turing-Vollständigkeit«
Lorenz-Schlüsselmaschine. Die Erster in Serie hergestellter und etwa auch Magnetbandlaufwerke, einrichtungen genutzt Erfolg des IBM-PCs begründete erstmals eine Maus Franziska Lorenz,
erfüllte: Der Rechner verfügte diente dem deutschen Militär im die Vorläufer der heutigen die Vormachtstellung von
kommerziell verkäuflicher Jochen Stuhrmann
über alles, was Turing einst - Rechner Festplatten Microsoft 13 2007 I-Phone
erdacht hatte – bis auf den rung von Nachrichten Die Grenzen zwischen Telefon
unbegrenzten Speicherplatz. und Rechner lösen sich auf.
Recherche:
Christoph Drösser
Rasch folgten weitere Modelle Smartphones werden zu einem
Lifestyle-Produkt
Quellen:
Wolfram Alpha,
4 Wikipedia
1 2 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Unsere Maschine
wurde inspiriert
durch das tatsäch-
lich funktionierende
Exemplar, das der
Tüftler Mike Davey
gebaut hat:
aturingmachine.com
Nr. 28 DIE ZEIT S.34 SCHWARZ cyan magenta yellowEnergie Illustrationen / Animation für Buchprojekt
Energieverbrauch Bilder für ein Poster über den ungleichen Energieverbrauch auf der Erde für stern yuno
Energie der Zukunft
Mögliches Szenario
Sand, Steine, Erden
Darstellung der Einsatzmög-
lichkeiten von Rohstoffen
aus der ErdeRetter im Einsatz für Ravensburger -wieso weshalb warum? Profiwissen-
Retter im Einsatz für Ravensburger -wieso weshalb warum? Profiwissen-
Retter im Einsatz für Ravensburger -wieso weshalb warum? Profiwissen-
Hypokaust-Heizung
Die Fussbodenheizung
der Römer
Größenvergleich
Illustration über die
Größe einer BohrplattformLithiumionenakkumulator
Solarzelle, LED, Spezialglas
technische Illustrationen für Website
Elektronenlücke
Anode
Kunststofflinse
n-Schicht
Reflektor
Licht
p-Schicht
Chip
Elektronen
Kathode
Anode
KathodeDie Adern der Stadt Ein Schnitt durch Hamburg Die Adern der Stadt Der Elbdüker Nord unter der Elbe
Wie funktioniert ...? Illustrationen für eine Rubrik in einem Kundenmagazin
Drachen Historische und aktuelle Drachen
Jochen Stuhrmann u Franziska Lorenz
Im Berge 49a
D-22359 Hamburg
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stuhrmann@illustrato.de u f.lorenz@bilderei.com
040 60442894 u 0177 2304997 u 0177 4803873
UStId: DE 234025299 u DE 234021099Sie können auch lesen
