Structure and Design SS17

D R A G O An ode to the mountains

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Flughafenhalle D R A G O An ode to the mountains _______________________________________________________________________________________________________________________________sose 2017 kogeUE

Hiermit erklären wir, dass wir die vorliegende Hausarbeit selbständig verfasst und keine anderen als die angegebenen Hilfsmittel benutzt haben.

Die Stellen der Hausarbeit, die anderen Quellen im Wortlaut oder dem Sinn nach entnommen wurden, sind durch Angaben der Herkunft kenntlich gemacht. Dies gilt auch für Zeichnungen, Skizzen, bildliche Darstellungen sowie für Quellen aus dem Internet.

Max Lukas Scheidl Anna Katharina Klam

MATERIAL IDENTITY

Max Scheidl und Anna Katharina Klam

1.0.

Vorwort

2.0.

Material Papier, Karton, Pappe 2.1.

Materialeigenschaften 2.2.

Vor- und Nachteile 2.3.

Klassifizierung

3.0

Schalen

4.0.

Falten Origami; Himmel und Hölle

5.0.

Entwurf 5.1.

Konzept 5.2.

Entwicklung und Formfindung 5.2.A. Feldsudien 5.3.

Faltanleitung 5.4.

Funktion und Wirkung 5.5.

Massstabsfindung 5.6.

Materialprozess und -umsetzung 5.7.

Lage

6.0.

Resumee

7.0.

8.0.

9.0.

Referenzprojekte Literaturverzeichnis Bildquellen

_________________________________________________________________________________________________________________________ TERRAIN AND IDENTITY_____ 1.0. Vo rwo r t Das Projekt zeigt deutlich, auf welche Weise Materialexperimente architektonische Konzepte inspirieren, beeinflussen und verstärken können.

Umgekehrt neigen architektonische Konzepte dazu, die Suche nach den ihnen am meisten entspechenden Materialien zu leiten.

In der angeführten Materialstudie und dem daraus resultierenden Entwurf wird veranschaulicht, wie man durch den Einsatz bestimmter Materialien und den dazu am besten passenden Techniken, einen gewünschten Effekt erreichen kann.

Als Material wurde hierbei, wegen seiner leichten Bearbeitbarkeit Papier verwendet.

Wir begannen also unser schematisches Experiment. Körper und Raum. Formen einer ursprünglich planaren zu einer dreidimensionale Fläche durch Falten.

MATERIAL IDENTITY

2. 0. Ma t e r i a l Papier, Karton, Pappe Papier, Karton und Pappe sind vorerst planare Werkstoffe, die aus untereinander gleichen Grundstoffen und im Prinzip gleichen Fertigungsarten hergestellt werden.

Papier

7 g/m²

Pappe

225 g/m²

Papier ist ein aus, mechanisch oder chemisch freigelegten Pflanzenfasern unter Zusatz von Hilfsstoffen, wie Füllstoffen, Farbstoffen und Leim bestehender Werkstoff, der durch Entwässerung auf einem Sieb oder durch Pressen gebildet wird.

Das Herstellungsverfahren beginnt noch heute mit einer hochverdünnten Fasersuspension in Wasser, welcher dann anschließend der Großteil des Wassers durch Verdampfung und Drainage entnommen wird.

Die Unterscheidung, ob Papier, Karton oder Pappe, beruht auf der flächenbezogen unterschiedlichen Masse dieser Materialien je Flächeneinheit (Flächengewicht, g/m² Gewicht), also dem Gewicht in Gramm pro Quadratmeter. Laut Norm spricht man bei Flächengewichten bis 220 g/qm von Papier, bei höheren Gewichten von Pappe. Karton hingegen beschreibt Materialien zwischen rund 180 und 600 g/qm und umfasst sowohl Papiere als auch Pappen.

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Verwendete Papier-größen, Ausgangspapier, (links 70 x 70 mm, rechts 105 x 105 mm)

Einwohner der Industrieländer verbrauchen pro Jahr durchschnittlich circa 200 – 250 kg Papier pro Kopf.

Rund 20% des weltweit geschlagenen Holzes werden für die Herstellung von Papier und Zellstoff verwendet, wobei mittlerweile Altpapier 40% des Faserrohstoffes liefert.

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Flughafenhalle D R A G O An ode to the mountains _______________________________________________________________________________________________________________________________sose 2017 kogeUE 2.1. M at erialeig enscha f t e n Falten, Stauchen, Rillen, Bohren, Stanzen… die Liste der möglichen Verarbeitungstechniken von und mit Papier/Karton ist endlos.

Bekannt ist die hohe Belastbarkeit auf Zug und dass bei den meisten Papierarten kaum eine Druckaufnahme möglich ist. Bei Karton hingegen gibt es Fertigungstechniken, die einen auf Druck beanspruchbaren Karton hervorbringen können.

Die Biegbarkeit des Materials ist teilweise gegeben, dies hängt allerdings von der Art ab - je dünner, desto besser biegbar. Das Material behält die Form aber nicht bei, sondern fällt wieder zurück in seine planare Grundform. Dem kann man entgegentreten, wenn man die gebogene Fläche am Boden befestigt.

Karton ist ähnlich wie Papier und sucht so immer eine ebene Form. Durch Faltungen und Knicke sind auch dreidimensionale Ergebnisse möglich.

Bei uns bleiben die einzelnen Flächen jedoch immer planar und können eine Wölbung nicht ohne zusätzlich einwirkende Kräfte aufnehmen.

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2.3. Klassifizierung

2. 2. Vo r - u n d Na ch t e ile vo n K a r t o n + + + + + + + +

anfällig für Feuchtigkeit leicht brennbar breites Sortiment, Vielfalt leicht zu bearbeiten kann beschichtet werden geringes Gewicht recyclebar kostengünstig gute, schnelle Verfügbarkeit faltbar

Die Lagertemperatur von Karton sollte zwischen +10° C und +25° C liegen und die relative Luftfeuchtigkeit bei ungefähr 50 bis 60%.

Die Mehrzahl aller Papiersorten ist hygroskopisch, das heißt sie neigen dazu, Feuchtigkeit aus der Luft aufzunehmen und aufzuweichen.

Direkte Sonneneinstahlung oder die Nähe von Heizkörpern ist zu vermeiden, da das Material seine natüliche Feuchtigkeit veliert, spröde und brüchig und somit unbrauchbar wird.

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Durchschlagpapiere Dünndruckpaiere Zeitungspapier Plakatpapier, Schreibpapier maschinengestrichene Papiere Kunstdruckpapiere Postkarten-/Karteikartenkarton Visitenkartenkarton leichter Karton schwerer Karton

25–30 g/m² 40 g/m² 50 g/m² 60 – 90 g/m² 80 – 100 g/m² 90 – 150 g/m² 170 – 190 g/m² 200 – 300 g/m² ab 250 g/m² bis 600 g/m²

Es gibt Hilfsstoffe, die als optische Aufheller funktionieren können. Sie verwandeln die unsichtbare Ultraviolettstrahlung in sichtbares blaues Licht, wodurch das Papier heller und weißer erscheint. Andere Hilfsstoffe können das Papier sogar flammsicher machen oder es vor Feuchtigkeit schützen.

Eine Form der Veredelung oder Oberflächenart ist das Beschichten mit beispielsweise Kunststoffen oder Lacken, dadurch wird das Papier oder der Karton wisch- und wasserfest.

Des Weiteren gibt es das Kaschieren, wie das Zusammenfügen von Papier und Karton, Papier/ Papier/Kunststoff- bzw. Metallfolien mit Papier, Karton oder Pappe.

_________________________________________________________________________________________________________________________ TERRAIN AND IDENTITY_____ 3.0. S chale n »Unter Schalen versteht man Gebilde, die nach einfach oder doppelt gekrümmten Flächen geformt sind und deren Wanddicke im Verhältnis zur Flächenausdehnung gering ist.« Franz Dischinger; Schalen und Rippenkuppeln, 1928

Als Schale wird ein flächenhaftes Bauteil bezeichnet, das eine merkliche Kümmung besitzt. Diese kann nur einfach oder sogar doppelt und damit räumlich gekrümmt sein. Schalen zeichen sich durch geringen Materialaufwand und ein dadurch verbundenes, geringes Gewicht aus. Mit ihnen können sehr große Flächen ohne zusätzliche Stützung überdacht werden. Für das Abtragen der Lasten nutzen die Schalen die Tragfähigkeit ihres Materials. Schalenkonstruktionen bleiben beispielsweise bei Erdbeben standhaft.

Schalen kommen neben der Architektur auch in anderen Bereichen wie im Flugzeugbau oder im Autobau vor.

Schalen als Flächentragwerke sollten die folgenden vier charakteristischen Merkmale aufweisen: -

einfach oder doppelt gekrümmte Form geringe Wanddicke im Verhältnis zur Flächenausdehnung druck- und zugfestes Material. große Spannweiten sind möglich

Schalen gibt es schon lange, sie kommen in der Natur zum Beispiel in den Halmen von Süßgräsern, den Außenskeletten von Gliederfüßern oder Schalenweichtieren vor. Zudem findet man sie bei Vogeleierschalen oder Knochen.

Die doppelt gekrümmte Fläche fand in der Architektur lange Zeit nur als Kuppel Verwendung. Allerdings spielt die Schale heute in der mordernen Architektur eine wichtige Rolle.

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Flughafenhalle D R A G O An ode to the mountains _______________________________________________________________________________________________________________________________sose 2017 kogeUE 4 .0 . Fal ten

5. 0. E n t w u r f

In der Natur - wie auch bei Blättern vieler Pflanzen sind gefaltete Strukturen verbreitet: Sie ermöglichen es, große Oberflächen mit einem minimalen Materialaufwand zu stabilisien. Von der japanischen Papierfaltkunst inspirierte Faltwerke sind hier deshalb Schwerpunkt.

Für die Entwurfsstudie wurde normales Schreibpapier mit einem Gewicht von 90 g/m² verwendet.

Falten erhöht die Steifigkeit von dünnem Material, welches dadurch nicht nur Raum überdeckend, sondern auch tragend wird.

Zu Beginn der Studie hatten die Quadrate noch eine Kantenlänge von 105 mal 105 mm. Später, etwas angepasster an den Maßstab 1:50 (s. Pkt. 5.5.), betrug die Kantenlänge der einzelnen Ausgangselemente dann 70 mm.

Falten ist das Schaffen eines begehbaren Raumkörpers, der nur mit speziellen Materialien und Verfahren realisierbar ist.

Ziel war es hier, eine effiziente Verkettung von Material, Entwurf und Konstruktion, welche architektonische, tragwerksplanerische und produktionsbedingte Auflagen integriert - und uns so zu zukunftsorientierten Lösungen geführt hat.

Die Maße des Ausgangsblattes betrugen zumeist 210 x 297 mm (DIN A4). Dieses Blatt konnte dann in 12 70x70 mm Quadrate geteilt werden.

Papier wird in der Industrie und im Handel oft liegend und flach geklebt verwendet. Eine Seitenkante verliert dabei meist ihen Ausdruck. Die Kanten werden selten benutzt. Das brachte uns dazu, Papier uneben, bewegt, beidseitig und kantenbetont auszunutzen. Wir werden es hauptsächlich stecken.

Zur Sicherheit im Entwurfsmodell auch kleben.

Dieser Raumkörper erlaubt den Besucherinnen und Besuchern dann eine ganz aussergewöhnliche Raumerfahrung.

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Im realen Projekt können die Verbindungen dann durch nieten, binden, nähen, knöpfen, löten, schweißen,... - also auch anders befestigt werden.

Von der Fläche ausgehend wurde der Raum erkundet. Die dreidimensionalen Objekte, die durch Faltungen entstanden, waren charakteristisch durch “Positiv- und Negativform”, Nachvollziehbarkeit der Entstehung, Fortsetzbarkeit zu allen Seiten hin, serielle Reihung der Elemente und die Verräumlichungstendenz der Faltungen. Bei der Erfüllung unseres Plans entstand eine Vielzahl an (gleichwertigen) Arbeiten. Wir erkannten dadurch, dass es nicht nur eine einzige Lösung für ein ästhetisches Problem gibt. Somit entstanden viele Serien.

_________________________________________________________________________________________________________________________ TERRAIN AND IDENTITY_____ 5.1. Ko nz ept

5. 2. E n t w icklu n g u n d Fo r m f in du n g

Zweidimensionales Papier lässt sich auf die unterschiedlichsten Arten zu einem dreidiemensionalen Objekt formen.

Durch das Falten entwickelt man ein intuitives Verständnis für Geometrie und Festigkeit. Denoch benötigt es Fingerspitzengefühl und geometrisches Vorstellungsvermögen. Wir unterteilen zweidimensionale Blätter präzise von Hand zu einer räumlichen Struktur. Gefalzt erhält das Papier eine neue Gestalt und Steifigkeit. Je steiler die Falte, desto stabiler das Gebilde, je flacher umso wackliger.

Zu Beginn des Projektes konnte nur schwer eine Falttechnik und somit Module in der erforderliche Form und Dimension gefunden werden, die den gewünschten Effekt - zusammengefügt eine dreidimensionale gewölbte Fläche zu erzeugen - erzielen konnten.

Aufgabe war es also aus einer zweidimensionalen Fläche, ein dreidimensionales Objekt anzufertigen, das freie Formen haben kann und nicht wieder zurück in seinen planaren Status, einem 2D Objekt fällt.

Nach vielen scheiternden Versuchen stellte sich heraus, dass die Lösung die ganze Zeit direkt vor uns lag. Eine kleine finale Abänderung des herkömmlichen Moduls A durch herausschneiden einer Spitze brachte Modul B hervor.

Modul B wiederrum erreichte im Zusammenspiel mit Modul A die gewünschte dreidimensionale Form der Geometrie des Entwurfs.

Der Gesamteffekt des Endresultats, ist der eines komplett kontrollierten Systems.

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Wir mussten daher erreichen, ein einzelnes Element so zu verändern, dass sich die Veränderung beim Zusammenstecken mit den anderen Elementen auf das Gesamtbauwerk auswirkt.

Zu Beginn versuchten wir eine einzelne Ecke so zu manipulieren, dass sie einen anderen Winkel einnimmt. Doch das war aufgrund des Quadrates, aus dem alle Teile bestehen nicht möglich. Würde sich eine Ecke beispielsweise verkürzen oder verlängern, so hat dies immer eine Änderung der ursprünglichen Faltobjekts zur Folge.

Nach dieser Erkenntnis, haben wir beschlossen, nicht die Geometrie unseres Elements zu verändern sonder das Element selbst durch Wegschneiden oder Hinzufügen von Ecken zu verändern.

So kamen wir auf ein Fünf- und ein Drei-spitz-Element, das, wenn es im Gesamtsystem eingebaut wird deutlich eine Veränderung der Fläche in Form einer Wölbung erzeugt, da es einen anderen Winkel als die anderen, normalen Vierspitzer hat.

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5er Element, einelne Spitze und Spitze “unroll”

Wölbung um ein 3er Element

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Flughafenhalle D R A G O An ode to the mountains _______________________________________________________________________________________________________________________________sose 2017 kogeUE Allerdings kam das Element mit den fünf Spitzen im Entwurf nicht zur Verwendung, da diese Konfiguration nicht auf dem planaren Ausgangsquadrat beruht. Dem Fünfspitzer konnte lediglich durch ankleben eine weitere Spitze hinzugefügt werden, was aber nicht unserem System, dem Falten entspricht, denn dabei geht es um, Zusammenhalt ohne Verbindung, nur durch das Falten an sich.

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Flughafenhalle D R A G O An ode to the mountains _______________________________________________________________________________________________________________________________sose 2017 kogeUE 5 .3 . Fal tanl eitu n g

Schritt 1. Horizontal und vertikal falten und wieder entfalten.

Beim Falten ist darauf zu achten, dass alle Kanten genau und gerade aufeinandergefaltet werden, da diese Linien fĂźr alles Weitere zur Orientierung dienen.

Schritt 2. Diagonal falten und wieder entfalten.

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Schritt 3. Alle vier Ecken zur Mitte falten.

Schritt 6. Die untere Hälfte nach oben falten.

Schritt 4. Das Quadrat wenden.

Schritt 7. Von unten mit den Fingern in die vier Taschen greifen und das Modell dabei dreidimensional ausformen.

So entstehen vier rechtwinklige Dreiecke.

Schritt 5. Erneut alle vier Ecken zur Mitte falten.

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_________________________________________________________________________________________________________________________ TERRAIN AND IDENTITY_____ 5.4. Funktion und Wirkung

70 x 70 mm

Das gebaute Objekt soll eine Überdachung darstellen, die an Verschiedenen Orten Einsatz finden kann.

Die Einzelelemente die wir verwenden erzeugen unterschiedliche Wirkungen im Außen- und Innenraum.

So wirken sie von Außen spitz und stachelig, von Innenn bietet sich aber eine Höhle, die besondere Gefühle, wie Neugier und Geborgenheit hervorruft. Diese Gefühle können durch Lichteinflüsse noch einmal verstärkt werden. Zudem kann man die Außenhaut auch als Parklandschaft sehen, auf der man spielen, klettern oder sich ausruhen kann.

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Das Modul A - Element wird um eine Spitze reduziert. Resultat ist ein 3- Spitziges Element, das Modul B - Element.

Prinzip des ZusammenfĂźgens.

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5.5. M aß st ab sfin du n g Die Art der Gestaltung wird bereits im Material festgelegt. Man selbst ist lediglich Ausführender.

Wer an Falten im großen Maßstab denkt , muss entscheiden, ob es bei dem Bauwerk um das Aussehen des Papiers geht oder um eine dauerhafte Stabilität. Lange Kanten und durchgehende Flächen, sind großformatig nicht denkbar. Die Falten würden unter dem Eigengewicht des Bauwerks brechen.

Damit solche überdimensional großen Flächen gar nicht entstehen, muss man Module einbauen.

Die Untersuchung der Eigenschaften eines Materials führt zu der Frage, wie man am sinnvollsten mit ihm umgeht.

Sowohl das Material, als auch der Prozess sind in diesem Falle zuerst einmal maßstabslos und können daher vom Detail bis zum ganzen Gebäude und darüber hinaus angewandt werden.

Je mehr Arbeitsgänge und Werkzeuge zur Verarbeitung benutzt werden, umso mehr verringert sich die Typische Art des Materials sich zu äußern.

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Flughafenhalle D R A G O An ode to the mountains _______________________________________________________________________________________________________________________________sose 2017 kogeUE 5.6. Materialprozess und -umsetzung Das Modell wurde der Einfachheit halber aus Papier gebaut, was in der Realität nur schwer möglich ist, da Papier zu instabil und zu unresistent gegenüber Wind und Wetter ist. Als Material zum Modellbau eignet es sich aber sehr gut, da es das räumliche Gefühl widerspiegelt und da sich auch die Form der späteren Realität gut nachahmen lässt.

uns zwei Materialien in Frage. Das erste wäre beschichteter Karton, welcher sich, maschinell gefaltet, in jede denkbare Form bringen lässt und auch die nötigen Eigenschaften besitzt um Gebäude zu bauen. Industriekarton kann auf beide Seiten gebrochen werden ohne einzureißen.

Das zweite Material wäre Blech, denn Bleche sind sehr dünn und können, ähnlich wie Papier, gefaltet werden.

Das Material für die Umsetzung sollte, ebenso wie das Papier faltbar sein. Deswegen kommen für

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Wir hatten in unserem Kopf keinen Bauplan, sondern experimentierten mit dem Material. Durch typisches architektonisches Planen und Zeichnen, kämen wir nie auf die Formen, die wir aus dem Blatt Papier gefaltet haben. Man erfährt erst im Prozess des Modellbauens, welche Form am Ende dabei herauskommt.

_________________________________________________________________________________________________________________________ TERRAIN AND IDENTITY_____ 5.7. La ge Ein schwarzsilbrig schimmerndes kantiges Gebilde schmiegt sich an eine Halle und wirkt als würde es schweben.

etwas Besonderes sein. Etwas, das Innsbruck widerspiegel. Die markanten Berge der Nordkette - in Szene gesetzt.

Zudem hoffen wir durch die interessante Konstruktion Menschen in das Gebäude locken zu können.

Standort der Überdachung sehen wir am Flughafen Innsbruck, etwa als Eingangs- beziehungsweise Empfangshalle. Denn es wird eine große Fläche überspannt/ erzeugt und dabei bleibt das Erlebnis für das Auge nicht außen vor.

Für die Ankommenden ist die Halle das Erste was sie sehen und wohl für immer mit Innsbruck in Verbindung bringen und deswegen sollte dies auch

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Flughafenhalle D R A G O An ode to the mountains _______________________________________________________________________________________________________________________________sose 2017 kogeUE 6.0. R esum e e

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Ansicht 4

Ansicht 2

Ansicht 1

Die Aufgabe eine Schale mit einem frei gewählten Material zu erstellen, stellte uns vor einige Aufgaben.

Als Material wählten wir Papier, da wir herausfinden wollten, was es alles kann und welche Formen möglich sind. Papier bietet eine unendliche Bandbreite an Weiterverarbeitungsmöglichkeiten und Anwendungsgebieten, nicht zuletzt weil es schon so eine größe Auswahl an Papierarten gibt.

Wir haben uns dann für das Falten entschieden, was uns schon zu einigen Schwierigkeiten brachte, da die Schale zuerst flach, also eine Fläche war. In den Wochen darauf überlegten wir, wie man das Grundelement verändern kann und fanden eine Lösung die Krümmung der Fläche zu verändern.

Es war ein sehr intensives Semester, das für uns mit Hinfallen und immer wieder Aufstehen verbunden war, am Ende aber doch zum Ziel geführt hat.

Ansicht 3

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Ansicht 7

Ansicht 6

Ansicht 5

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Flughafenhalle D R A G O An ode to the mountains _______________________________________________________________________________________________________________________________sose 2017 kogeUE 7. 0 . I n s p i r a t i o n s - R e f e r e n z p r o j e k t e Cardboard House Exhibition; Tobias Horrocks; Shigeru Ban; Referenzrojekt die Wirkung und Atmosphäre betreffend: „Incidental Space“, Christian Kerez; Paper Building, Monique Verhoef Ron Resch Thomas Diewald, Adaptive Folding Structure Ruedi Fluri 8 . 0 . L i t e r a u r v e r z e i ch n i s Eekhout, Mick: Cardboard in Architecture, Delft: Department of Building Technology at the Faculty of Architecture, 2008 Kainzwaldner, Stafen: Between bending & folding, 2015 Jackson, Paul: Cut & Fold Techniques for Promotional Materials, 2013 Vyzoviti, Sophia: Folding architecture : spatial, structural and organizational diagrams, Amsterdam: BIS; 2003 9.0. Bildquellen Flight Simulator 2004, Approaching Innsbruck MATERIAL IDENTITY

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Projekt “Dragon” Max Scheidl & Anna Katharina Klam

Dr techn. dipl.ing. Rupert Maleczek