Wie genau die Zusammenarbeit deutscher Werkzeugbaubetriebe mit ihren Gegenübern in der Serienproduktion in Zukunft gestaltet sein wird, ist nur schwierig zu prognostizieren. Dass digitale Vernetzung und Nachhaltigkeit dabei eine wesentliche Rolle einnehmen und eng miteinander verbunden sein werden, darf man allerdings voraussetzen.

Was die beiden Trendthemen für Werkzeugbau und Serienproduktion bedeuten

Digitale Transformation

Wirtschaft

Innovationen und neue Technologie

Spritzgießwerkzeuge

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Werkzeug- und Formenbau

Dienstleistungen

Werkzeug-, Formen- und Modellbau

Nachhaltigkeit

Umweltmanagement

Energieeffizienz

Vorbeugende Instandhaltung für die Qualitätssicherung

Industrie 4.0

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Datenanalyse

Ressourcenmanagement

Produktion

Der Werkzeugbau der Zukunft – digital vernetzt und nachhaltig

Wie kann Digitalisierung konkret zur Ressourcenschonung und Steigerung der Produktionseffizienz beitragen? Die Antwort gibt Arburg auf der K 2022 mit Beispielen für eine hoch vernetzte, digitalisierte Fertigung.

Im arburgGreenworld-Pavillon des VDMA Circular Economy Forums fertigt ein Allrounder 370 A mit Rezyklat-Paket „Greenline“-Dübel von Fischer.

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Messe K-Kunststoffmesse

kunststoffe-international.com

kunststoffe.de

Mehrkomponenten-Spritzgießen

Spritzgießsimulation

Software

Simulation

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Kreislaufwirtschaft

Nachhaltigkeit dank Digitalisierung

ALKAZ Sp. z o.o. Sp. K.  

https://www.plastics.alkaz.pl/de

Extrusion

Lohnfertigung

Teile nach Muster

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Gehäuse aus Kunststoff

Elektromechanik

Kühlkörper

Produkt- / Formteildesign

Kunststoffverarbeitung

Spritzgießmaschinen

Lager

Maschinenelemente

Einpressverbindungen, Gewinde, Bolzen

Normteile

CAD Werkzeug-, Formenbau

Hochleistungskunststoffe

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Das Reichle Technologiezentrum hat in Kooperation mit dem Start-up Sieve Surffinnen aus recyceltem Kunststoff entwickelt, designt und produziert.

Die Finnen für Surfbretter werden aus recycelten Kunststoffen gefertigt.

16:9

Recycling

Laserbearbeitungen

Oberflächentechnik

Kunststoff-Recycling

Kunststoff-Aufbereitung

Kunststoff-Rezyklat

Surffinnen aus Altkunststoffen umgesetzt

Seit der Zertifizierung nach DIN ISO 9001 im Juli 2020 werden am Gerresheimer-Standort Dongguan (China) Spritzgießwerkzeuge nicht nur gewartet und optimiert, sondern auch komplett gebaut.

Seit der Zertifizierung nach DIN ISO 9001 baut der Gerresheimer-Standort Dongguan (China) dort nun auch komplette Werkzeuge.

Leistungsspektrum in Asien erweitert

Zertifizierung

Gerresheimer Werkzeugbau in China zertifiziert

Am Beispiel des Reverse Cubes, eines Würfelwerkzeugs mit 2 thermisch getrennt voneinander gegenläufig rotierender Würfel Zeigt die Barnes Molding Solutions Group Werkzeug- und Heißkanaltechnik, Temperatur- und Prozesssteuerung in einer maßgeschneiderten Gesamtlösung.

FOBOHA, Gammaflux, männer, Priamus, Synventive und Thermoplay

Normalien und Heißkanaltechnik

Komponenten für die Kunststoffverarbeitung

Heißkanaltechnik

Messtechnik

Messung von Umgebung (Klima)

Barnes Molding Solutions auf der K Messe

Jessica Poliner übernimmt zum 1. Januar 2021 die Position als President Molding Solutions bei der Barnes Group. Der bisherige Präsident Norbert Scheid zog sich im Dezember 2020 aus dem operativen Geschäft zurück.

Jessica Poliner übernimmt zum 1. Januar 2021 die Position als President Molding Solutions bei der Barnes Group

Personen

Heißkanalsysteme

Führungswechsel bei Barnes Molding Solutions

Um neue Wege einschlagen zu können, eröffnet die Zechmayer Kunststofftechnik GmbH ab April 2021 ein Technikum, in dem sämtliche zukunftsweisende Technologien abgebildet werden können.

Ab April 2021 ist das umfangreich ausgestattete Technikum von Zechmayer für Versuche und Abmusterungen geöffnet

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Abrichtwerkzeuge

Präzisionswerkzeuge

Unternehmen

Zechmayer eröffnet Technikum

Die WBA Aachener Werkzeugbau Akademie bietet in den kommenden Wochen zwei verschiedene Online-Weiterbildungsmöglichkeiten für Werkzeugbauer an.

Demonstrationswerkzeugbau der WBA Aachener Werkzeugbau Akademie GmbH

Weiterbildung, allgemeine

Seminare, Schulungen, Kongresse

Karriere

Formen- und Werkzeugbau

Kunststoffverarbeitungsmaschinen

Digitale Weiterbildungen der WBA

Beim ersten Praxisforum Kunststofftechnik am 3. März 2021 verzeichnete der VDWF über 200 Teilnehmer, die direkt der Videokonferenz beiwohnten und weitere rund 50 Gäste, die die Veranstaltung per Livestream auf YouTube verfolgten.

In seiner Keynote ermutigte Zukunftsforscher Matthias Horx die Kunststoffbranche, sich nicht von Billigkonkurrenz irritieren zu lassen

Verbände, Institutionen, Messen

Verbände

Der VDWF etabliert erfolgreich ein neues Online-Event

Der erwartete postpandemische Aufschwung verzögert sich. So sind die deutschen Werkzeug- und Formenbaubetriebe aufgefordert, sich intensiv den potenzialträchtigen Erfolgsfaktoren Digitalisierung, Nachhaltigkeit, Kollaboration und technologische Innovation zu widmen.

Einschätzung Ende 2020: Anteil der Unternehmen nach dem erwarteten Jahr  der Rückkehr des Umsatzes auf das Vorkrisenniveau (2019) in der Branche Präzisionswerkzeuge (N = 28)

Kunststoffverarbeitung allgemein

Quo vadis, Werkzeugbau Deutschland?

Verbrauchsmaterialien für die In-vitro-Diagnostik unterliegen hohen Anforderungen an Qualität und Stückzahl, aber auch an das Herstellumfeld im Reinraum. Das hat Implikationen für die gesamte Anlagentechnik – und besonders für den Werkzeugbau.

64-fach-Werkzeug für Pipettenspitzen. Das Heißkanalsystem ist über alle Kavitäten balanciert 

Strategisches Vorgehen durch Klassifizierung nach Produktgruppen

Medizinprodukte

Medizintechnik

Werkzeug-Plattformen  für IVD-Verbrauchsmaterialien

Seit Anfang Jahr hat die Otto Hofstetter AG das operative Management neu geregelt. Zum 1. Februar 2021 erweiterte das Unternehmen zudem das Angebot um die Herstellung von Werkzeugen für die Pharma- und Medtech-Industrie.

Das neue Verkaufsleiter-Team des Schweizer Werkzeugherstellers Otto Hofstetter AG (v.l.): Fabio Crestani (PAC), Markus Feldmann (PET) und Urs Harder (MED)

Otto Hofstetter AG mit neuem Kompetenzfeld und operativen Management

Das 25. Jubiläum der Hein-Technologietage wollte das Unternehmen trotz Corona-Pandemie nicht ausfallen lassen. Der virtuelle Ersatz Ende Februar war gleichzeitig ein Ausblick auf weitere digitale Fachveranstaltungen.

Die Technologietage des Konstruktionsbüro Hein waren auch als virtuelle Veranstaltung gut besucht und erfolgreich

Produktentwicklung (F+E)

Virtuelle Jubiläumsveranstaltung des Konstruktionsbüros Hein

Im Kompaktkurs „Industrieller Werkzeugbau„ am 22. und 23. Juni 2021 erfahren Fach- und Führungskräfte, welche Handlungsfelder adressiert werden müssen, um den Weg vom traditionell geprägten, werkstattorientierten Werkzeugbau zum industriellen Werkzeugbau zu beschreiten.

form-werkzeug.de

Digitaler Kompaktkurs „Industrieller Werkzeugbau“

Ökologische Lebenszyklusbetrachtung von Kunststofferzeugnissen

Ein Nachweis, der bald von jedem verlangt wird

Produzierende Unternehmen werden vermehrt in die Pflicht genommen, ihre Nachhaltigkeitsaktivitäten auszuweisen und zu kommunizieren. Eine Ökologiebewertung kann hierfür die geforderte Transparenz herstellen. Durch eine Betrachtung des gesamten Lebenszyklus lässt sich ein ökologischer Fußabdruck der Erzeugnisse generieren, um den Kunden die Vorteile und Einsparpotenziale von Kunststoffprodukten in der Nutzungsphase zu vermitteln.

Mit einer Ökobilanzierung können Kunststoffverarbeiter der Pflicht genügen, ihre Nachhaltigkeitsaktivitäten auszuweisen.

Seit einigen Jahren rückt die Nachhaltigkeit vermehrt in den Fokus der öffentlichen Wahrnehmung und bewirkt, dass Unternehmen zunehmend die ökologischen Folgen ihrer Entscheidungen bewerten [1]. Besonders im produzierenden Gewerbe wird durch die verschiedenen Stakeholder, wie den Endverbraucher, Kapitalgeber, aber auch durch staatliche Regulierungen, die Herstellung und Entwicklung von Produkten beeinflusst [2]. Der aus der Fertigung resultierende Kunststoffverbrauch wird aufmerksam begutachtet. Die Kunststoffabfälle, die in der Produktion und beim Konsumenten anfallen, können bei falscher Entsorgung ganze Ökosysteme sowie die damit verbundenen Nahrungskreisläufe beeinträchtigen [3].

Die richtige Entsorgung und Verwertung von Kunststoffen sind essenziell für einen nachhaltigen Lebenszyklus. Richtig entsorgt, lassen sich Kunststoffe auf unterschiedliche Weise – sowohl stofflich als auch thermisch – verwerten [4]. Die stoffliche Verwertung stellt die Industrie aktuell noch vor Herausforderungen, da besonders die Integration von recyceltem Kunststoff in vorhandene Produktsysteme Probleme aufwirft [5]. Die Integration neuer Technologien bedarf zudem einer quantifizierten Ökologiebewertung als Entscheidungsgrundlage für die Unternehmen. Die Fertigungsphase weist dabei Potenzial für Verbesserungen auf, da sie einen großen Anteil an den Umweltauswirkungen hat und von der Industrie direkt beeinflusst werden kann [6].

Nachhaltigkeitsbewertung mithilfe der Ökobilanzierung

Die Ökologiebewertung durch Unternehmen wird in Zukunft immer wichtiger, da sich die Anforderungen an die Nachhaltigkeit eines Betriebs erhöhen. Auch für kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) wird es daher immer wichtiger, ihren ökologischen Fußabdruck zu minimieren und ihren Beitrag zum Umweltschutz zu leisten.

Es gibt verschiedene Methoden, um die ökologischen Auswirkungen von Unternehmen und Fertigungsprozessen zu bewerten. Eine Möglichkeit ist die sogenannte Ökobilanzierung, bei der alle Auswirkungen eines Produkts oder einer Dienstleistung auf die Umwelt von der Rohstoffgewinnung bis hin zur Entsorgung betrachtet werden. Sie kann entweder für ein einzelnes Produkt, für Fertigungsprozesse oder für das gesamte Unternehmen durchgeführt werden.

Eine Ökobilanz nach ISO 14040/44 [7, 8] ist eine Methode zur Bewertung der Umweltauswirkungen eines Produkts, Prozesses oder einer Dienstleistung über seinen bzw. ihren gesamten Lebenszyklus. Die Methode besteht aus vier Phasen:

<ul><li>Festlegung des Ziels und Untersuchungsrahmen (engl.: Goal & Scope), in dem das Ziel und die Anforderungen an die Analyse festgelegt werden</li><li>Sachbilanzierung (engl.: Life cycle inventory, LCI), in der die Menge an Ressourcen und Emissionen erfasst wird, die während der Herstellung, Produktion, Nutzung und Entsorgung des Produkts verbraucht bzw. freigesetzt wird</li><li>Wirkungsabschätzung (engl.: Life cycle impact assessment, LCIA), bei der die erfassten Daten auf einheitliche Weise bewertet werden, um die Auswirkungen auf verschiedene Umweltmedien zu quantifizieren</li><li>Auswertung und Interpretation der Ergebnisse.</li></ul>

Es ist wichtig zu beachten, dass die Ergebnisse einer Ökobilanz nicht absolut sind, sondern im Vergleich zu anderen Produkten oder alternativen Optionen interpretiert werden müssen (Bild 1).

Die Ökobilanz stellt für Unternehmen jedoch eine Reihe von Herausforderungen dar. So erfordert die Durchführung Zeit, Ressourcen und Know-how. Unternehmen müssen die notwendigen Daten sammeln und analysieren, um die Auswirkungen ihrer Produkte oder Dienstleistungen auf die Umwelt zu erfassen. Dies kann insbesondere KMU, die über weniger Ressourcen verfügen, stark beanspruchen. Dennoch bietet die Ökobilanz für Unternehmen eine Reihe von Vorteilen:

<ul><li>Transparenz über Umweltwirkungen: Mithilfe der Ökobilanz können Unternehmen ihre ökologischen Auswirkungen erfassen und den Kundenforderungen nach einer Nachhaltigkeitsberichterstattung für die eigenen Erzeugnisse nachkommen.</li><li>Mehr Nachhaltigkeit: Die Ergebnisse einer Ökobilanz geben Unternehmen Anhaltspunkte, wie sie ihre ökologischen Auswirkungen gezielt verbessern können. Dies trägt dazu bei, dass Unternehmen nachhaltiger werden und ihren ökologischen Fußabdruck reduzieren.</li><li>Imageverbesserung: Unternehmen, die sich für den Umweltschutz engagieren und ihre ökologischen Auswirkungen verringern, verbessern ihr Image in der Öffentlichkeit und können ihre Kundenbindung stärken.</li><li>Kosteneinsparungen: Durch nachhaltiges Agieren können Unternehmen Kosten einsparen, beispielsweise durch den Einsatz erneuerbarer Energien und Recyclingmaterialien oder einen geringeren Ressourcenverbrauch.</li><li>Rechtslage: In immer mehr Branchen gibt es rechtliche Vorschriften, die die Durchführung einer ökologischen Bewertung vorschreiben. Mit der Durchführung einer Ökobilanz können Unternehmen sicherstellen, dass sie diesen Vorschriften entsprechen.</li></ul>

Insgesamt bietet die Ökobilanz für Unternehmen also eine Reihe von Vorteilen, die sowohl auf die Nachhaltigkeit als auch auf das Image und die Kosten von Unternehmen einwirken. Die Ökobilanzierung kann beispielsweise dazu beitragen, den CO2 -Fußabdruck eines Unternehmens zu erfassen und zu reduzieren. Diese Informationen können in der nicht finanziellen Berichterstattung dargestellt werden, um das Engagement des Unternehmens für den Klimaschutz zu dokumentieren.

Fallbeispiel: Ökobilanzierung eines Standbodenbeutels

Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung öffentlich geförderte Projekt „PlasticBond“ hat die Kreislaufwirtschaft für Kunststoffverpackungen zum Thema. In dem Forschungsprojekt wird die Recyclingfähigkeit, die Ökologiebewertung der Kunststoffverpackungen und die Vernetzung der Stakeholder entlang der Wertschöpfungskette untersucht. In diesem Rahmen wurde in einer Voruntersuchung eine Ökobilanz für eine Kunststoffverpackung (Standbodenbeutel mit Ausgießer) erstellt, um die anteiligen Umweltwirkungen der einzelnen Wertschöpfungsschritte im Lebenszyklus einer Kunststoffverpackung zu identifizieren.

Im betrachteten Produktsystem werden alle Wertschöpfungsschritte berücksichtigt: Granulatherstellung, Produktion von Folie und Ausgießer, Zusammenführen der Komponenten und Befüllen, Transport, Nutzung und thermische Verwertung bzw. Entsorgung auf einer Deponie (Bild 2). Die Ökobilanzdaten wurden durch Literaturrecherchen und eine Abfrage in der „Environmental Footprint“-Datenbank der Europäischen Union [9] zusammengetragen (Tabelle 1).

Die aufgelisteten Wirkungskategorien sind Klimaänderung, Versauerung, Eutrophierung, Feinstaub, Ressourcenerschöpfung, Humantoxizität und Wassernutzung. Der größte Anteil an den Klimaänderungen wird zu Beginn der Prozesskette durch die Rohstoffherstellung verursacht (70,8 %). Die folgenden Prozessschritte sind die Folienextrusion (7,3 % der Umweltauswirkungen), Spritzgießen (3,1 %), Nachbearbeitung (4,5 %), Veredelung (4,5 %), Abfüllung (4,5 %), Transport (0,9 %), Verbrennung (2,9 %) und Deponie (0,4 %).

Dies bedeutet, dass der größte Anteil der Treibhausgasemissionen, die durch das Produkt verursacht werden, auf die Gewinnung und Bereitstellung der Rohstoffe zurückzuführen ist. Stellhebel zur Reduzierung der Emissionen sind hierfür zum Beispiel der Einsatz erneuerbarer Energien bei der Gewinnung und Bereitstellung der Rohstoffe oder die Verwendung von Recyclingmaterialien.

Der Werkzeugbau als Befähiger einer nachhaltigen Produktion

Daneben ist das eingesetzte Spritzgießwerkzeug ein wichtiger Faktor in der Wertschöpfungskette von Kunststofferzeugnissen. Zum einen bedingt die Qualität des Werkzeugs entscheidend die produzierte Ausschussmenge, zum anderen können Maßnahmen wie zum Beispiel die Reduktion von Angusskanälen oder eine Wärmeisolierung der Werkzeuge die Material- und Energieeffizienz des Serienprozesses erheblich verbessern. Dabei ist zu berücksichtigen, dass prozessspezifische Verbesserungsmaßnahmen mit einem nur kleinen Einfluss auf das einzelne Produkt über die angestrebte Stückzahl in Summe letztlich doch entscheidend dazu beitragen, den ökologischen Fußabdruck des produzierenden Unternehmens zu verringern.

Aus diesem Grund entwickelt das Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen in Kooperation mit der WBA Aachener Werkzeugbau Akademie ein werkzeugspezifisches Bewertungssystem, um die Umweltwirkungen auf Technologieebene aufzunehmen und eine lebensphasenübergreifende Bewertung des Werkzeugs zu ermöglichen (Bild 3). Ein Ansatzpunkt ist hierfür die Aufnahme und Verarbeitung von Prozessdaten direkt an den Produktionsmaschinen – sowohl im Werkzeugbau als auch in der Spritzgießfertigung. Ermöglicht wird dies durch die Maschinenvernetzung, Datenverarbeitung und -auswertung mithilfe der IOTT-Plattform (Internet of Trusted Things) der WBA. So können westeuropäische Werkzeugbaubetriebe und Kunststoffverarbeiter zukünftig ihre Effizienz und Nachhaltigkeitsbestrebungen im Vergleich zum Wettbewerb aus Osteuropa und Asien für ihre Kunden sichtbar machen.

Wettbewerbsfähigkeitstestat und Vertriebsvorteil

Sowohl Kunststoffverarbeiter als auch Werkzeugbaubetriebe müssen in Zukunft in der Lage sein, ihre Umweltwirkungen zu bewerten. Dafür bedarf es industrieller Standards über Bewertungsmethoden sowie Art und Umfang der Berichterstattung. Weiterhin müssen den Unternehmen anwendbare Lösungen bereitgestellt werden, um die Wettbewerbsfähigkeit der KMU-geprägten Branche aufrechtzuerhalten.

[1] Ribeiro, I.; Kaufmann, J.; Schmidt, A. et al.: Fostering selection of sustainable manufacturing technologies – a case study involving product design, supply chain and life cycle performance. Journal of Cleaner Production 112 (2016), S. 3306 – 3319

[2] Dér, A.; Gabrisch, C.; Kaluza, A. et al.: Integrating environmental impact targets in early phases of production planning for lightweight structures. Procedia CIRP 80 (2019), S. 168 – 173

[3] Deloitte Deutschland. Sustainability: Warum Nachhaltigkeit heute für Unternehmen so wichtig ist (21.01.2022). URL: <a href="http://www2.deloitte.com/de/de/pages/risk/articles/sustainability-transformation.html.html" target="_blank">www2.deloitte.com/de/de/pages/risk/articles/sustainability-transformation.html.html</a>; Stand: 21.01.2022

[4] Bergmair, J.; Washüttl, M.; Wepner B.: Prüfpraxis für Kunststoffverpackungen. Lebensmittel-, Pharma- und Kosmetikverpackungen. 2. Aufl.; Behr, Hamburg 2012

[5] Gehde, M.; Wagenkencht, U.; Bloß, P. (Hrsg.): Technomer 2021. 27. Fachtagung über Verarbeitung und Anwendung von Polymeren. 4. und 5. November 2021 (online): Vorträge, Posterbeiträge, Kurzfassungen. Chemnitz: Technische Universität Chemnitz, Institut für Fördertechnik und Kunststoffe; 2021

[6] Rödger, J.-M.; Beier, J.; Schönemann, M. et al.: Combining Life Cycle Assessment and Manufacturing System Simulation: Evaluating Dynamic Impacts from Renewable Energy Supply on Product-Specific Environmental Footprints. Int. J. of Precis. Eng. and Manuf.-Green Tech. (2021) 8, S. 1007 – 1026

[7] Deutsches Institut für Normung e. V. Umweltmanagement – Ökobilanz. Grundsätze und Rahmenbedingungen (DIN EN ISO 14040:2006); 11.2009

[8] Deutsches Institut für Normung e. V. Umweltmanagement – Ökobilanz. Anforderungen und Anleitungen (DIN EN ISO 14044:2006 + Amd 1:2017); 05.2018

[9] European Commission. PEFCR Guidance document – Guidance for the 13 development of Product Environmental Footprint Category Rules (PEFCRs); December 2017

[10] Siekmann, M.: Technisches Datenblatt_ DW50–80 13

[11] alpha-pack GmbH. Datenblatt AP-8BT 2022

Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen University 

https://www.wzl.rwth-aachen.de

WBA Aachener Werkzeugbau Akademie GmbH  

https://www.werkzeugbau-akademie.de

Anhang WZL.pdf

Ausgabenartikel KU02-23

Bild 1. Die vier Phasen der Ökobilanzierung. Die Ergebnisse müssen im Vergleich zu Alternativen interpretiert werden. 

Bild 2. Produktsystem zur Herstellung einer Verpackung (Standbodenbeutel mit Ausgießer). In der Ökobilanz werden alle Wertschöpfungsschritte berücksichtigt.

Bild 3. Lebensphasenübergreifende Ökobilanzierung von Kunststofferzeugnissen. Auch das Werkzeug hat großen Einfluss auf die Gesamtbilanz. 

Tabelle 1. Ergebnisse der Ökobilanz einer Verpackung (Standbodenbeutel mit Ausgießer). Die Rohstoffherstellung hat den weitaus größten Einfluss in allen Wirkungskategorien.

Hauptartikel

Der Werkzeugbau als Befähiger einer nachhaltigen Kunststoffverarbeitung

Gonsalves Grünert, M. Sc. und Christian Lürken, M. Sc. sind wissenschaftliche Mitarbeiter Technologiemanagement in der Fertigung am Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen.

Dr.-Ing. Sebastian Barth ist Leiter Industrieberatung – Technologie der WBA Aachener Werkzeugbau Akademie GmbH und Abteilungsleiter Technologiemanagement in der Fertigung am WZL.

Das Vorhaben PlasticBond wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 02J20E540 gefördert. Die Autoren bedanken sich für die Unterstützung.