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Messung der Oberflächenrauhigkeit
Die Oberflächenrauheit ist ein wichtiger Parameter, wenn es darum geht, die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit eines Werkstoffs zu beurteilen. Die Messung der Oberflächenrauheit kann dazu beitragen, festzustellen, ob die Oberflächen die Industrienormen und Sicherheitsanforderungen erfüllen, und hilft Ihnen bei der Verfolgung von Prozessvariablen, die die Oberflächeneigenschaften beeinflussen könnten, z. B. Alterung, chemische Ablagerungen oder mechanische Abnutzung. Wenn Sie in der materialtechnischen Forschung und Entwicklung, in der Kontrolle von Produktionsprozessen oder in der Qualitätssicherung tätig sind, finden Sie auf dieser Seite über die Messung der Oberflächenrauheit ausführliche Informationen über die verschiedenen Techniken, die Vor- und Nachteile der einzelnen Verfahren, Erläuterungen zu den Parametern der Oberflächenrauheit und Hinweise zu den Anwendungen. Wir tauchen tief in die NANOVEA-Geräte ein, die für die Messung der Oberflächenrauheit verwendet werden. Mit diesem umfassenden Leitfaden werden Sie in der Lage sein, Ihre Materialien in allen Phasen ihres Lebenszyklus sicher zu beurteilen!
Inhaltsübersicht
Techniken zur Prüfung der Oberflächenrauheit
Es gibt eine Vielzahl von Verfahren zur Messung der Oberflächenrauheit, wie z. B. die Tasterprofilometrie, die optische Profilometrie (Interferometrie, Laser, Fokusvariation und chromatisches konfokales Weißlicht) und die Rasterkraftmikroskopie. Jede Methode hat ihre Vor- und Nachteile, die von Faktoren wie dem zu messenden Material und dem gewünschten Genauigkeitsgrad abhängen.
Tastschnittgerät Profilometrie
Bei dieser Technik wird ein feiner Stift über die Oberfläche eines Materials geführt, um Daten über die Merkmale der Oberfläche zu sammeln und ein dreidimensionales Modell der Oberfläche zu erstellen. Ein wesentlicher Vorteil der Tasterprofilometrie besteht darin, dass sie Messungen der Oberflächenrauheit zu relativ geringen Kosten ermöglicht. Die größte Einschränkung der Tastschnittgerät-Profilometrie ist jedoch die Schwierigkeit, weiche oder zerbrechliche Oberflächen zu messen, und die Möglichkeit, dass das Tastschnittgerät die Oberfläche während der Messung beschädigt; außerdem können Merkmale, die kleiner als die Spitze des Tastschnittgeräts sind, möglicherweise nicht genau erfasst werden. Ein weiterer großer Nachteil dieser Technik ist, dass sie für 3D-Messungen sehr langsam ist und die Spitze mit der Zeit verschleißt. Bevor man sich für diese Methode zur Messung der Oberflächenrauheit entscheidet, sollte man die Besonderheiten des zu untersuchenden Materials und den erforderlichen Präzisionsgrad berücksichtigen.
Interferometrie
Die Interferometrie bietet präzise Messmöglichkeiten, die u. a. für die Messung der Oberflächenrauheit nützlich sind. Bei dieser Technik werden die Interferenzmuster von Lichtwellen genutzt, um die Form und Beschaffenheit einer Oberfläche direkt zu messen. Die Interferometrie bietet präzise Messmöglichkeiten, die u. a. für die Messung der Oberflächenrauheit nützlich sind. Die Interferometrie bietet die beste laterale Genauigkeit und Höhenauflösung aller optischen Verfahren. Wird die Interferometrie für die Messung der Oberflächenrauheit eingesetzt, kann sie sich aufgrund mehrerer Nachteile als schwierig erweisen. Zum einen ist der Messbereich begrenzt, und die Empfindlichkeit gegenüber Umgebungsbedingungen kann genaue Messungen behindern. Außerdem muss die Einrichtung und Ausrichtung des Geräts sorgfältig durchgeführt werden, was Geschick und Fachwissen erfordert. Außerdem müssen die Anforderungen an das Reflexionsvermögen der Oberfläche erfüllt werden, was nicht bei allen Materialien möglich ist. Schließlich ist die gemessene Oberfläche nur begrenzt zugänglich, was den Prozess weiter erschwert. Trotz dieser Nachteile ist die Interferometrie nach wie vor eine leistungsstarke Technik speziell für die Messung von Stufen in der Mikroelektronik.
Laser-Triangulation
Die Laser-Triangulations-Profilometrie ist ein leistungsfähiges Instrument zur Untersuchung der Oberflächenrauheit mit hoher Genauigkeit. Das Funktionsprinzip dieser Technik beruht auf der Reflexion von Laserlicht an einer Oberfläche. Das System misst die Verschiebung des reflektierten Laserstrahls, während sich die Laserquelle über die Oberfläche bewegt, und erzeugt eine 3D-Darstellung der Probe. Einer der Hauptvorteile der Lasertriangulation ist die hohe Geschwindigkeit und die Fähigkeit, ein breites Spektrum an Oberflächen zu messen, von glatt bis rau. Die Genauigkeit kann jedoch je nach Oberflächenmaterial und dem Vorhandensein von Verdeckungen variieren. Insgesamt bietet die Lasertriangulationsmethode eine präzise Messung der Oberflächenrauheit, die bei vielen Anwendungen von Nutzen sein kann.
Fokus Variation
Die optische Technik der Fokusvariation wurde für die Messung der Oberflächenrauheit in Industrie und Forschung entwickelt und weithin eingesetzt. Bei dieser optischen Technik wird die Variation der Fokusebenen untersucht, um den Abstand zwischen dem Objekt und der Linse zu bestimmen, der dann zur schnellen Erstellung eines 3D-Bildes der Oberfläche oder zur Berechnung der Oberflächenrauheit verwendet werden kann. Ein großer Vorteil dieser Technik ist die Möglichkeit, Profile mit steilen Flanken in hoher Geschwindigkeit zu messen, was sie ideal für die Messung komplizierter Oberflächen macht. Es hat jedoch einige Nachteile im Vergleich zur chromatischen konfokalen Weißlichttechnik. So ist sie beispielsweise aufgrund ihrer Empfindlichkeit gegenüber Änderungen der Lichtintensität möglicherweise nicht die richtige Technik für die Messung stark reflektierender Oberflächen. Die Software verwendet außerdem Algorithmen, um zu bestimmen, was im Fokus ist und was nicht, was die tatsächliche Genauigkeit stark beeinträchtigen kann, insbesondere bei komplexen Oberflächen. Bei den meisten Anwendungen ist die Genauigkeit schlechter als bei der konfokalen Lasermikroskopie. In jedem Fall kann die Technik der Fokusvariation ein wertvolles Instrument zur Qualitätskontrolle sein, da sie die 3D-Oberfläche sehr schnell und zu relativ geringen Kosten abbilden kann.
Konfokale Lasermikroskopie
Die konfokale Lasermikroskopie ist eine präzise Methode zur Messung der Oberflächenrauhigkeit. Das Funktionsprinzip dieser Technik besteht darin, ein konfokales Lasermikroskop zu verwenden, um das von der Oberfläche der Probe reflektierte Licht zu sammeln und schnell dreidimensionale Bilder zu erstellen. Sie funktioniert bei komplexen, winkligen Oberflächen besser als die Interferometrie, aber wie bei der Interferometrie verwendet die Software einen Algorithmus, um die Oberfläche zu rekonstruieren, was zu Ungenauigkeiten führt. Die Lasertechnologie hat eine geringere Genauigkeit als andere Techniken wie die Interferometrie und die chromatische konfokale Weißlichttechnologie. Wie bei der Interferometrie misst sie eine kleine Fläche schnell, aber die Technik erfordert Stitching, um größere Oberflächen abzubilden, was sehr langsam sein kann und zu Ungenauigkeiten in den Daten führt. Insgesamt bietet die konfokale Lasermikroskopie den Forschern ein schnelles und leistungsfähiges Werkzeug zur Messung und Analyse der Oberflächenrauheit, das in verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen eingesetzt werden kann.
Weißes Licht Chromatisch Konfokal
Weißes Licht Chromatisch Konfokal hat die Messung der Oberflächenrauhigkeit in vielen Branchen revolutioniert. Diese vielseitige Messtechnik ermöglicht eine hohe Präzision und Genauigkeit, ohne dass ein physischer Kontakt erforderlich ist, wodurch mögliche Schäden an empfindlichen Oberflächen vermieden werden. Die Messmöglichkeiten dieser optischen Profilometrietechnik sind beeindruckend vielfältig und eignen sich für verschiedene Arten von Oberflächen, darunter glatte, raue, gekrümmte und strukturierte. Die Interferometrie hingegen stößt bei der Bewertung bestimmter Oberflächentypen oder -geometrien unter Umständen auf Einschränkungen. Das chromatische Weißlicht-Konfokalverfahren erhält seine Daten direkt von einem Spektrometer, das die im Fokus reflektierte Wellenlänge misst. Im Gegensatz zur Fokusvariation oder Interferometrie verwendet die Software also keine Algorithmen, um die Oberfläche zu rekonstruieren. Die chromatische Weißlicht-Konfokaltechnologie ermöglicht eine schnelle Datenerfassung von großen Flächen, ohne dass ein Stitching erforderlich ist, und ermöglicht so nahtlose und effiziente Oberflächenmessungen. Im Gegensatz dazu sind bei allen auf Mikroskopie basierenden Verfahren großflächige Messungen durch Stitching extrem langwierig. Die Vorteile dieser optischen Profilometrietechnik machen sie zu einem wertvollen Werkzeug für die Messung der Oberflächenrauheit, und ihre vielseitigen Möglichkeiten machen sie zu einem beliebten Werkzeug für Ingenieure und Wissenschaftler gleichermaßen.
Rasterkraftmikroskopie
Die Rasterkraftmikroskopie (AFM) ist ein beliebtes Verfahren zur detaillierten Analyse von Oberflächen im Nanomaßstab und damit ein unverzichtbares Werkzeug in vielen Bereichen der wissenschaftlichen Forschung und Entwicklung. Sie hat viele Vorteile, denn sie ermöglicht die präzise Messung der Oberflächenrauheit, die Visualisierung kleinräumiger Merkmale und die Verfolgung von Veränderungen im Zeitverlauf. Sie ist auch das beste Werkzeug zur Messung der Rauheit von spiegelpolierten Oberflächen, da sie die beste seitliche Genauigkeit aller Profilometrietechniken aufweist. Trotz ihrer Vorteile gibt es jedoch auch einige Nachteile zu beachten. So ist das Verfahren beispielsweise sehr empfindlich gegenüber Umweltfaktoren wie Temperatur und Feuchtigkeit. Außerdem konzentriert sich die Technik auf sehr kleine Bereiche im Mikrometerbereich, die für reale Anwendungen oft zu klein sind. Nichtsdestotrotz kann die Rasterkraftmikroskopie unschätzbare Einblicke in die Beschaffenheit verschiedener Oberflächen und das Verhalten von Materialien auf der Nanoskala liefern.
Die Kenntnis der Verfahren zur Messung der Oberflächenrauheit ist für jeden, der in der Fertigung, Forschung oder Entwicklung tätig ist, von entscheidender Bedeutung, da die Auswahl des optimalen Verfahrens für Ihre Anwendung dazu beitragen kann, hochwertige Produkte und innovative neue Materialien zu gewährleisten.
OBERFLÄCHENRAUHIGKEITSPRÜFUNG ENTDECKEN
mit NANOVEA-Weißlicht-Konfokalprofilometern
Tragbar
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Hohe Geschwindigkeit
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Große Fläche
Optische 3D-Profilometer von NANOVEA
NANOVEA 3D Optisch Profilometer sind fortschrittliche, hochpräzise Instrumente, die genaue und zuverlässige Messungen der Oberflächenrauhigkeit ermöglichen. Diese Profilometer arbeiten mit modernster chromatischer konfokaler Weißlichttechnologie, die eine unvergleichliche Detailgenauigkeit und Auflösung bei der Oberflächencharakterisierung gewährleistet. Sie bieten zahlreiche Vorteile, wie z. B. die Möglichkeit, schnelle, zerstörungsfreie Bewertungen an einer Vielzahl von Oberflächentypen und -geometrien vorzunehmen, was sie ideal für zahlreiche Anwendungen in verschiedenen Branchen macht. Darüber hinaus verfügen die NANOVEA-Profilometer über eine benutzerfreundliche Software, die es Forschern und Fachleuten ermöglicht, Daten schnell und effizient zu analysieren, wichtige Informationen zu extrahieren und fundierte Entscheidungen auf der Grundlage ihrer Ergebnisse zu treffen.
NANOVEA Standard-Messung Analyse
NANOVEAs Standardmessungsanalyse bietet eine umfassende Lösung für die Auswertung verschiedener Oberflächenparameter und gewährleistet genaue und zuverlässige Ergebnisse. Die Software deckt sowohl den 2D- als auch den 3D-Mittelwert der Rauheit (Ra, Sa), den Quadratwurzelwert der Rauheit (Rq, Sq), die maximale Höhe (Rz, Sz), die maximale Grubenhöhe (Rv, Sv), die Schiefe (Rsk, Ssk), die Kurtosis (Rku, Sku) und vieles mehr ab. Darüber hinaus bietet es Einblicke in die 2D- und 3D-Welligkeit der Oberfläche und die Verteilung der Spitzenwerte.
Die Software bietet auch erweiterte Funktionen für die Kornanalyse, einschließlich Kornzählung, Sortierung und andere damit verbundene Bewertungen. Für die Texturausrichtung und -analyse umfasst die Software verschiedene Parameter wie Seitenverhältnis, Richtung, Autokorrelation, Länge, Fourier-Transformation, Texturrichtung, Texturisotropie, Leistungsspektrum und quadratische Gradienten (Root Mean Square), um nur einige zu nennen.
NANOVEA Erweiterte Messanalyse
NANOVEAAdvanced Measurement Analysis bietet eine Reihe leistungsstarker Techniken, um Materialoberflächen und ihr Verhalten besser zu verstehen. Die Motivanalyse, die signifikante Erhebungen oder Täler identifiziert und die höchsten Spitzen und niedrigsten Täler lokalisiert, ist ein wertvolles Instrument, um die funktionale Rolle einer untersuchten Oberfläche zu verstehen.
Die Spektralanalyse ist eine weitere wichtige Komponente, die es ermöglicht, die Periodizität und Ausrichtung spezifischer Muster jenseits der Rauheit zu bestimmen, indem die im Spektrum vorhandenen Frequenzen aufgedeckt werden. Die Software umfasst auch die Vektorisierung von Mikrotälern und Furchen, was einen weiteren Einblick in die Oberflächeneigenschaften ermöglicht.
Darüber hinaus bietet die erweiterte Messanalyse von NANOVEA eine Analyse der fraktalen Dimension, mit der die Komplexität einer Oberfläche berechnet wird. Eine niedrigere Zahl bedeutet, dass die Oberfläche eher einer 2D-Ebene als einem 3D-Volumen ähnelt. Durch den Einsatz dieser fortschrittlichen Messanalyseverfahren können Forscher ein umfassenderes Verständnis von Materialoberflächen erlangen, wodurch sie Anwendungen optimieren und Innovationen in der Materialentwicklung vorantreiben können.
NANOVEA Spezialisierte Messanalyse
Specialized Measurement Analysis ist auf die besonderen Bedürfnisse verschiedener Branchen ausgerichtet und bietet maßgeschneiderte Lösungen für spezifische Anwendungen. Im Automobilsektor sind Parameter für das Lagerverhältnis, wie z. B. die Kernrauhigkeitstiefe, die reduzierte Spitzenhöhe und Taltiefe sowie das obere und untere Materialverhältnis, für die Beurteilung der Komponentenleistung von wesentlicher Bedeutung. Die Dichtheit von Kurbelwellendichtungen, die mit dem Ölverbrauch zusammenhängt, wird anhand der Mercedes Benz Entwicklungsnorm (MBN31007-7) bewertet.
Ein weiteres Beispiel ist die Messung der Narbentiefe (PG) und der Oberflächenamplitude (AF) von körnigen Kunststoffen gemäß der Prüfmethode Renault D45-1856. Diese Analyse ist von entscheidender Bedeutung für die Gewährleistung der Qualität und Leistung von Kunststoffkomponenten in der Automobilindustrie.
In der Kosmetikindustrie spielt die Faltenmessung eine wichtige Rolle bei der Bewertung der Wirksamkeit von Hautpflegeprodukten und -behandlungen. Durch das Angebot spezialisierter Messanalyselösungen können Forscher und Fachleute genaue und zuverlässige Daten erhalten, die auf ihre branchenspezifischen Bedürfnisse zugeschnitten sind, was letztendlich die Produktqualität verbessert und Innovationen fördert.
Normen und Spezifikationen für die Oberflächenrauhigkeit
Es gibt verschiedene Prüfstandards, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Oberflächenrauheitsmessungen bei der Materialcharakterisierung zu gewährleisten. NANOVEA hält sich an mehrere internationale Standards, darunter:
ISO 25178 - Geometrische Produktspezifikationen (GPS) - Oberflächenbeschaffenheit: Flächen - Teil 2: Begriffe, Definitionen und Parameter der Oberflächenbeschaffenheit
ISO 4287 - Geometrische Produktspezifikationen (GPS) - Oberflächenbeschaffenheit: Profilverfahren - Begriffe, Definitionen und Parameter der Oberflächenbeschaffenheit
ISO 13565 - Geometrische Produktspezifikationen (GPS) - Oberflächenbeschaffenheit: Profilverfahren; Oberflächen mit geschichteten funktionellen Eigenschaften - Teil 2: Höhencharakterisierung unter Verwendung der linearen Materialverhältniskurve
ASME B46.1 - Oberflächentextur (Oberflächenrauhigkeit, -welligkeit und -schicht)
NANOVEA erfüllt auch gleichwertige Normen anderer Organisationen wie GB/T, DIN, JIS, NF, BSI, UNI und UNE. Durch die Konformität mit diesen weltweit anerkannten Normen gewährleistet NANOVEA die Qualität und Konsistenz seiner Prüfmethoden und liefert zuverlässige Ergebnisse für zahlreiche Anwendungen und Branchen.
MERKMALE DER NANOVEA-SOFTWARE
NANOVEA Die Software bietet eine umfassende Reihe von Funktionen, die eine nahtlose Oberflächenanalyse erleichtern und genaue Ergebnisse gewährleisten. Mit einfach zu definierenden Linien- oder Flächenscans können die Benutzer ihre Messungen an ihre spezifischen Anforderungen anpassen. Die Software enthält außerdem Rezeptfunktionen für eine optimierte Wiederholbarkeit, eine Kontrolle der seitlichen Auflösung und die Möglichkeit, Rohdaten und Bilder für weitere Analysen zu exportieren.
Die Echtzeitanzeige ermöglicht es dem Benutzer, den Messprozess zu überwachen, während die automatische Berichterstellung die Erstellung einer detaillierten Dokumentation vereinfacht. Die mehrsprachige Unterstützung gewährleistet die Zugänglichkeit für Benutzer auf der ganzen Welt, und die Kartierungsfunktionen ermöglichen ein umfassendes Verständnis der Oberflächentopografie.
Die Analysesoftware verfügt über eine Reihe von Werkzeugen zur Verbesserung der Untersuchung von Oberflächeneigenschaften, wie Filter-, Nivellierungs-, Schwellenwert- und Zoomfunktionen. Werkzeuge zur Flächenauswahl und zum Entfernen von Formen ermöglichen eine präzise Analyse, während Subtraktions- und Vergleichsfunktionen wertvolle Einblicke in Oberflächenunterschiede liefern. Die robusten Funktionen der NANOVEA Software ermöglichen Forschern und Fachleuten die Durchführung tiefgreifender Oberflächenanalysen, die Innovationen vorantreiben und die Produktqualität in verschiedenen Branchen verbessern.
Parameter der Oberflächenrauheit erklärt
Oberflächenrauhigkeitsparameter liefern wichtige Informationen über die Beschaffenheit und Qualität von Materialien und spielen in verschiedenen Branchen und Anwendungen eine entscheidende Rolle. Diese Parameter helfen bei der Quantifizierung von Oberflächeneigenschaften und ermöglichen es Forschern und Fachleuten, das Materialverhalten besser zu verstehen und die Produktleistung zu optimieren. Zu den wichtigsten Parametern der Oberflächenrauheit gehören die mittlere Rauheit (Ra), die die durchschnittliche Abweichung von der Mittellinie oder Oberfläche darstellt, und die quadratische Rauheit (Rq), die die Quadratwurzel der durchschnittlichen quadratischen Abweichungen misst. Die maximale Höhe (Rz) gibt die Differenz zwischen der höchsten Spitze und dem tiefsten Tal an, während die maximale Grubenhöhe (Rv) und die Schiefe (Rsk) die Tiefe des tiefsten Tals bzw. die Asymmetrie des Oberflächenprofils beschreiben. Die Kurtosis (Rku) misst die Schärfe und Verteilung der Spitzen und Täler auf einer Oberfläche. Durch die Analyse dieser Oberflächenrauhigkeitsparameter können Experten wertvolle Erkenntnisse über die Materialeigenschaften gewinnen, die optimale Leistung sicherstellen und Innovationen in der Materialentwicklung vorantreiben.
Anwendungen der Oberflächenrauhigkeit
Anwendungen zur Messung der Oberflächenrauheit sind in verschiedenen Industriezweigen von entscheidender Bedeutung, da sie wichtige Einblicke in die Materialeigenschaften und -leistung liefern. Durch die Bewertung der Oberflächentextur können Forscher und Fachleute Fertigungsprozesse optimieren, die Produktqualität verbessern und die Lebensdauer von Komponenten verlängern. Messungen der Oberflächenrauheit sind in Branchen wie der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Elektronik und der Medizintechnik unerlässlich, wo präzise Toleranzen und Zuverlässigkeit entscheidend sind. In diesen Sektoren gewährleistet die genaue Beurteilung der Oberflächenrauheit die korrekte Verbindung von Teilen, reduziert Reibung und Verschleiß und minimiert das Risiko von Bauteilausfällen. Darüber hinaus sind Messungen der Oberflächenrauheit auch bei der Entwicklung moderner Beschichtungen und Werkstoffe von Bedeutung, da sie den Forschern Aufschluss darüber geben, wie sich unterschiedliche Oberflächentexturen auf Eigenschaften wie Haftung, Korrosionsbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit auswirken. Insgesamt spielen Anwendungen zur Messung der Oberflächenrauheit eine wichtige Rolle bei der Förderung von Innovationen und der Aufrechterhaltung hoher Standards in einer Vielzahl von Branchen.
Schlussfolgerung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Messung der Oberflächenrauheit ein wichtiger Prozess im Bereich der Materialwissenschaft ist, der unschätzbare Einblicke in die Eigenschaften und Merkmale von Oberflächen bietet. Durch die Quantifizierung der Oberflächenrauheit können Hersteller Produktionsprozesse optimieren und die Produktqualität verbessern, während Ingenieure diese Daten nutzen können, um das Materialverhalten vorherzusagen und effektive Lösungen zu entwickeln. Unter den verfügbaren Messverfahren zeichnet sich die optische Profilometrie durch ihre hohe Präzision, Berührungslosigkeit und Vielseitigkeit bei der Messung verschiedener Oberflächentypen aus. Trotz einiger Einschränkungen überwiegen die Vorteile der optischen Profilometrie bei weitem die Nachteile und festigen ihre Position als unverzichtbares Werkzeug für die Messung der Oberflächenrauheit.
Mit Fortschritten bei der Softwareanalyse und speziellen Messoptionen haben Forscher und Fachleute Zugang zu umfassenden Werkzeugen, die eine genaue und zuverlässige Oberflächenanalyse ermöglichen. Oberflächenrauheitsparameter helfen dabei, das Materialverhalten zu verstehen. Die Anwendungen erstrecken sich über verschiedene Branchen wie Automobil, Luft- und Raumfahrt, Elektronik und medizinische Geräte. Diese Anwendungen fördern Innovationen und sorgen für hohe Qualitätsstandards in ihren jeweiligen Bereichen. Letztendlich spielt die Messung der Oberflächenrauheit, insbesondere durch optische Profilometrie, eine entscheidende Rolle bei der Sicherstellung effizienter Produktionsprozesse und der Entwicklung von Produkten höchster Qualität in verschiedenen Branchen.
