Arbeitskreis Punkthalterung

Arbeitskreisleiter

Dr. Mascha Baitinger (Verrotec GmbH), Dr. Jörg Beyer (TU Darmstadt)

Ziele

Der Arbeitskreis Punkthalterung war aktiv tätig seit Gründung des FKG (1998) und lässt seine Aktivität seit 2014 zu Gunsten neuer Fragestellungen im konstruktiven Glasbau, die zur Gründung weiterer Arbeitskreise führte, ruhen. 

Der Arbeitskreis Punkthalter hat die lokale Beanspruchung von Glas bei punktförmiger Stützung untersucht. Glas kann Spannungsspitzen nicht abbauen und bricht bei Überbeanspruchung kleinster Bereiche. Deshalb ist die genaue Kenntnis lokaler Spannungen entscheidend für eine sichere und wirtschaftliche Glasbemessung.

Folgende zwei Themen wurden über einen Zeitraum von mehr als 15 Jahren bearbeitet und halfen dabei, die Bemessung punktgehaltener Verglasungen in neuartigen Glasfassaden zu vereinfachen:

 

 

Derzeit liegen die Schwerpunkte im Arbeitskreis bei folgenden zwei Themen:

Punktgestützte Gläser bei Scheibenbeanspruchung
(überwiegend Belastung parallel zur Glasmittelfläche)

Bei Scher-Lochleibungsverbindungen werden Bolzenlasten über den Bohrungsrand in das Glas eingeleitet. Zum gleichmäßigen Lasteintrag und zur Schaffung von Quasi-Duktilitäten bietet sich das Anordnen von weicheren Zwischenschichten zwischen Stahlbolzen und Glasbohrung an. Bewährt hat sich hierfür das Vorsehen von Vergussmörtel. Aber auch andere Hülsenmaterialien wie POM oder Aluminium werden eingesetzt.

Im Rahmen der AK-Arbeit wurden zahlreiche Bruchversuche mit verschiedenen Hülsen durchgeführt und ausgewertet. Dabei hat sich gezeigt, dass die Bruchlasten je nach Hülsenart um bis zu 300% voneinander abweichen.

Die im Rahmen von Forschungsarbeiten entwickelten analytischen Verfahren zur Ermittlung der Beanspruchung im Bohrungsbereich bei Lochleibungsverbindungen ermöglichen den Verzicht auf komplexe Berechnungsverfahren (FEM). Die Analytik konnte in eine einfache Handrechenformel überführt werden, die den Nachweis SL-belasteter Anschlüsse erheblich vereinfacht. Einflussparameter aus Entwurfs-, sowie Montage- und Herstelltoleranzen auf die Beanspruchung der Scheibe konnten zahlenmäßig erfasst und in Form von Tabellen bereitgestellt werden. Die Ergebnisse können direkt in die Erarbeitung technischer Regelungen einfließen.

Zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit wurden im Rahmen des FKG Bruchversuche durchgeführt, durch die vorliegende Forschungsergebnisse hinsichtlich der Festigkeit im Bohrungsbereich bei Scheibenbeanspruchung präzisiert werden konnten.

Punktgestützte Gläser bei Plattenbeanspruchung
(überwiegend Belastung senkrecht zur Glasmittelfläche)

Über Bohrungen gehaltene Gläser in Fassaden und Dächern sind inzwischen zum Stand der Technik geworden. Eine normative Regelung für Gläser mit zylindrischer Bohrung und Tellerhaltern wird durch Teil 3 der DIN 18008 umgesetzt.

Der FKG hat in der Vergangenheit grundlegende Untersuchungen in Zusammenarbeit mit Forschungsstellen unterstützt und zur Erarbeitung von Bemessungskonzepten beigetragen. Das umfangreiche Datenmaterial wurde intensiv diskutiert und durch Vergleichsrechnungen und praxisgerechte Testaufgaben konnten unterschiedliche Bemessungsansätze bewertet werden.

Mit der Entwicklung eines vereinfachten Nachweisverfahrens im Rahmen von Forschungsarbeiten steht nun erstmals eine Alternative zu einer numerischen Simulation mittels eines detaillierten 3D-Volumenmodells zur Verfügung. Es basiert auf der Idee, zur Ermittlung der Spannungskonzentration im Bohrungsbereich tabellierte Werte zu verwenden und lediglich das globale Tragverhalten durch eine FE-Simulation zu bestimmen. Die Überlagerung von globalen und lokalen Anteilen führt zur resultierenden Gesamtspannung, die im Vergleich zu einer detaillierten FE-Simulation auf der sicheren Seite liegt.

Entsprechende Vergleichsrechnungen wurden vom FKG gefördert. Damit ist es gelungen, die Simulation des komplexen Spannungszustands im Bereich einer Bohrung von der Bemessungsaufgabe zu trennen, so dass die Nachweisführung für den Ingenieur wesentlich vereinfacht wird.

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Arbeitskreis Verbundglas

Arbeitskreisleiter

Jan Wünsch (TU Dresden), Dr. Steffen Feirabend (Seele GmbH)

Ziele

Der Arbeitskreis Verbundglas (AK-VG) hat sich zum Ziel gesetzt, das Trag- und Resttragverhalten von Verbundgläsern zu untersuchen. Diese Betrachtungen beinhalten sowohl die Eigenschaften der einzelnen Komponenten des Laminats als auch deren Zusammenwirken im Verbund. Neben dem Tragverhalten von Verbundgläsern sollen sowohl die Besonderheiten bei der Herstellung als auch neue Anwendungsmöglichkeiten, wie z.B. kalt- und warmgebogene Verbundgläser, näher beleuchtet und diskutiert werden.

 

 

Derzeit sind insbesondere neue Zwischenschichten mit viel versprechenden Eigenschaften im Interesse des Arbeitskreises. Es gilt deren Potentiale für den konstruktiven Glasbau auszuleuchten. In einem ersten Schritt wurde zu diesem Thema das Projekt Zwischenschichten durch das Institut für Baukonstruktion, Universität Dresden als auch vom Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren, Universität Stuttgart im Jahr 2009 bearbeitet. Dabei wurden die zeit- und temperaturabhängigen Materialeigenschaften der Zwischenschichten PVB, SGP, EVA, PU ermittelt. Kleine Bauteilversuche zu lichttechnischen Eigenschaften sowie Kugelfallversuche nach der Bauregelliste wurden durchgeführt. Weitere Bauteilversuche zum Trag- und Resttragverhalten sollen folgen. Die bisher gesammelten Daten wurden ausgewertet und in einem Bericht zusammengefasst. Dieser findet sich neben einer Vielzahl von relevanter Literatur zum Thema Verbundglas in einer neu aufgebauten Literaturdatenbank des FKG wieder.

Mit einem neuen Projekt sollen nun die Haftungseigenschaften der Zwischenschicht auf unterschiedlichen Oberflächen untersucht werden. Dabei stehen E-Maillierte Glasoberflächen im Mittelpunkt des Interesses, da diese laut Bauregelliste bei einem Verbundsicherheitsglas nicht im Verbund mit PVB stehen dürfen.
Neben diesen neuen Projekten hat sich der Arbeitskreis unter anderem auch mit dem in einem Verbundglas auftretenden Temperaturprofil beschäftigt. Hierfür wurden Freilandversuche zur Ermittlung der Temperaturverläufe im Verbundglas mit Zwischenschichten aus PVB in Abhängigkeit von Glasart, E-Maillierung, Belüftung und Ausrichtung der Versuchskörper am Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren, Universität Stuttgart durchgeführt.

 

 

Basierend auf diesen und weiteren Untersuchungen von verschiedenen Instituten (z.B. RWTH Aachen) wurde ein Anwendungsvorschlag zur Bemessung von Verbundsicherheitsglas erarbeitet. Dieses Bemessungskonzept erlaubt den Ansatz eines günstig wirkenden Schubverbunds durch die PVB Zwischenschicht bei kurzzeitigen Lasten. Leider führten die nicht ausreichenden Vorgaben in den Produktnormen zur Gewährleistung der PVB-Eigenschaften dazu, dass dieser Vorschlag nicht Eingang in den jetzigen Normenentwurf der E DIN 18008 gefunden hat.

Neben den erwähnten Forschungsprojekten und den Bemühungen das vorhandene Wissen der Mitglieder bei neuen Normen und Regelwerken einzubringen, fördern die Arbeitskreise den regen Erfahrungsaustausch unter den Mitgliedern. Die konstruktiven und gestalterischen Möglichkeiten im konstruktiven Glasbau sind noch längst nicht ausgeschöpft – es gilt sie weiter zu ergründen!

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Arbeitskreis Kleben

Arbeitskreisleiter

Rainer Becker (Becker Görz Meister GmbH)

Ziele

Motivation zur Gründung der Arbeitsgruppe war, dass Silikonverklebungen - im Bauwesen seit langem bekannt - sich in den vergangenen Jahren einen großen Einsatzbereich auf dem Gebiet der Fassadenverglasung erobert haben. Vorrangiges Einsatzgebiet war lange Zeit fast ausschließlich die Abdichtung von Wetterfugen und der Randverbund von Isolierglaseinheiten. Aufgrund seiner Eigenschaften bietet der Werkstoff Silikon das Potenzial über die Dichtwirkung hinaus, tragende Funktionen bei Fassadenkonstruktionen zu übernehmen. Eine Europäische Richtlinie (ETAG 002) regelt derzeit die konstruktiven Randbedingungen von Silikonen für linienförmige Verklebungen.

 

 

Jedoch ist das Wissen bezüglich der tatsächlichen mechanischen Eigenschaften von Silikon noch begrenzt, so dass beim Einsatz von ingenieurmäßig geplanten Verklebungen in großem Maß auf Versuche zurückgegriffen werden muss.

Der Zugversuch nach ETAG ist zur direkten Bestimmung von Festigkeitswerten von Silikon nur bedingt geeignet, da Randeffekte zur Spannungskonzentration in den Probekörpern und zu damit verbundenen dreidimensionalen Spannungszuständen führen und daher Rückschlüsse auf das Festigkeitsverhalten des eigentlichen Werkstoffs Silikon nur bedingt möglich sind. Das Zusammenspiel von Experiment (Werkstoffversuche) und Theorie (Nachrechnung mit FEM) dient dazu, theoretische Modelle für den Werkstoff Silikon zu entwickeln. Wesentliche Zielsetzung der Arbeitsgruppe ist das Schaffen von Bemessungsgrundlagen für ingenieurmäßig geplante, komplexere Verklebungsgeometrien im Bereich des Structural Glazing.

Durch das erlangte Wissen wird es künftig möglich sein:

  • Verklebungsgeometrien frei zu gestalten
  • sie hinsichtlich eines möglichst günstigen Versagensmechanismus zu optimieren
  • einfache Formeln und Kennwerte für den Entwurf beliebiger Verklebungen heranzuziehen
  • eventuell notwendige Versuchsreihen deutlich zu reduzieren.

Als Erweiterung des bisherigen Arbeitsprogramms wird begonnen, auch Verklebungen mit Duromeren (z. B. Acrylate, Epoxidharze) zu untersuchen. Hierbei wird der Schwerpunkt auf Verklebungsgeometrien gelegt, wie sie in der Praxis wünschenswert sind.

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Arbeitskreis Explosionsschutz

Arbeitskreisleiter

Dr. Albrecht Burmeister (Delta-X GmbH Ingenieurgesellschaft)

Ziele

Ziel des Arbeitskreises Explosionsschutz ist eine Verbesserung der Wettbewerbssituation der FKG-Mitglieder. Dies soll durch einen Kompetenz-Zugewinn auf dem Gebiet des Explosionsschutzes, der Entwicklung von konstruktiven Lösungen und der Bereitstellung von rechnerischen Ansätzen geschehen. Dies sind wichtige Voraussetzungen, um projektabhängig Optimierungspotentiale in den Bereichen Wirtschaftlichkeit und Sicherheit aufzeigen zu können.

 

 

Sowohl Menschen als auch Bauwerke sind durch Detonationen bedroht. Vor diesem Hintergrund hat sich der Fachverband Konstruktiver Glasbau im Arbeitskreis Explosionsschutz das Ziel gesetzt, Möglichkeiten aufzuzeigen, mit denen Menschen auch in Verbindung mit Glasfassaden vor Auswirkungen von Explosionen geschützt werden können.

Wesentliche Elemente der Tätigkeit des AK Explosionsschutz:

  • Risikobeurteilung
  • numerische Simulation unter Einbeziehung brechender Glasung
  • Bewertung der erreichbaren Schutzfunktion und Optimierung derselben
  • Gegebenenfalls finale Bestätigung im Versuch
Eine wichtige Rolle in der sicheren Auslegung von explosionsbelasteten Fassaden spielt die numerische Simulation. Damit werden reproduzierbare Ergebnisse und das Studium von unterschiedlichen Einflüssen möglich. Bisher durchgeführte Berechnungen zeigen im Vergleich mit durchgeführten Versuchen eine gute Übereinstimmung, was die Weiterarbeit in dieser Richtung fördert.

Die für die numerische Simulation notwendigen Eingangsgrößen werden mit Hilfe von Stoßrohrversuchen oder in gezielt entwickelten alternativen Versuchen mit folgenden Zielsetzungen ermittelt:

  • Verhalten unterschiedlicher Glasarten
  • Einfluss der Randbefestigung
  • Einfluss des Interlayers
Mit diesen Grundlagen wird es möglich sein, die Auswirkung von Explosionen auf Fassaden zu beurteilen. Dies stellt eine wesentliche Erweiterung der gängigen Praxis dar, welche vielfach nur das einzelne Fenster beurteilt. So werden Möglichkeiten geschaffen, Optimierungspotentiale in den Bereichen Wirtschaftlichkeit und Sicherheit zu nutzen. Damit wird es auch gelingen, Versuche zur Qualifizierung einzelner Konstruktionen zielgerichtet vorzubereiten und in ihrer Aussagefähigkeit zu verbessern.top

Arbeitskreis Isolierglas

Arbeitskreisleiter

Dr. Peter Hof (TU Darmstadt), Dr. Frank Schneider (Okalux GmbH)

Ziele

Der Arbeitskreis Isolierglas beschäftigt sich zunächst mit der freien Isolierglaskante. Einflüsse, die auf den Randverbund bei freien, das heißt nicht ausgesteiften Ganzglasstößen wirken, sollen ermittelt und ein Zusammenhang zwischen Durchbiegung und Lebensdauer bei verschiedenen Isolierglasaufbauten festgestellt werden.

 

 

Gestalterische Ziele sind das Streben nach Planität (Flächenbündigkeit), filigrane Konstruktionen, ein größeres Flächenverhältnis von transparentem Isolierglas zu lichtabschirmendem Rahmen sowie großflächige Verglasungen mit Glas im Vordergrund.

Von der technischen Seite sind eine einfache Montage, der winterliche Wärmegewinn aufgrund lichtdurchlässiger Bauteile, die Minimierung von Schwachstellen, wie Silikon- und Dichtfugen sowie Eckverbindungen- und stöße bei großen Verglasungen und ein minimierter Reinigungsaufwand bei großflächigen Verglasungen anzustreben.

Es muss geklärt werden, ob ein Zusammenhang zwischen der Durchbiegung der freien Isolierglaskante und der Lebensdauer nachweisbar ist, ob erhöhte Durchbiegungen vertretbar und eine Neudefinition der qualitativen Eigenschaften des Randverbundes notwendig sind. Von Interesse ist, ob diese Erkenntnisse in statische Berechnungen umgesetzt werden können, so dass die Glasdickenbemessung beeinflusst werden kann.

Um diese Fragestellungen zu beantworten, müssen in Form einer Recherche Erkenntnisse und Erfahrungen der praktischen Umsetzung gesammelt, bestehende Verglasungen statisch nachgerechnet und Alterserscheinungen bewertet werden.

Prüfkörperversuche sollen helfen, den Einfluss verschiedener Faktoren auf die Lebensdauer von Isoliergläsern bewerten zu können. Zu diesen Faktoren zählen die Qualität der Randentschichtung sowie des Versiegelungsmaterials und der Dichtung, das Material des Abstandhalters, die Dimension des Randverbundes, die Verträglichkeit der verwendeten Materialien, das Randemaille sowie Klima-, Wind- und Holmlasten. Außerdem soll der Einfluss von vorgegebenen Verformungen auf die Dauerhaftigkeit der Mehrscheiben-Isolierverglasungen untersucht werden. Hierzu laufen Langzeitversuche.

In den begleitenden und nachfolgenden statischen Bemessungen werden insbesondere die maximale Glasspannung betrachtet sowie die maximalen Haftungsangaben der Dichtstoffhersteller unter Berücksichtigung der Prüfkörperversuche überprüft. Klimalasten spielen in den Berechnungen eine wichtige Rolle.

Bauteilversuche unter Berücksichtigung realitätsnaher Bedingungen sollen die experimentelle Überprüfung der Berechnungen und der aus den Kleinteilversuchen gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen.

Nach den gewonnenen Erkenntnissen verbunden mit den neuen Fragestellungen hinsichtlich des immer weiter im Markt verbreiteten Dreifach-Isolierglases kommen neue Fragen hinsichtlich des Verhaltens und des möglichen Modellierung eines Randverbundes hinzu.

Hierzu sind derzeit an verschiedenen Stellen öffentlich geförderte Forschungsprojekte in Bearbeitung.

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Arbeitskreis Gebogenes Glas

Arbeitskreisleiter

Michael Elstner (INTERPANE Glasgesellschaft mbH)

Ziele

Der Arbeitskreis Gebogenes Glas setzt sich zum Ziel bisher bestehende Hemmnisse, die der Anwendung gebogener Gläser entgegen stehen, abzubauen. Damit wird ein Beitrag zum Normungsgeschehen geleistet sowie ein intensiver Erfahrungsaustausch aller Beteiligten in fachlichen, technischen und wissenschaftlichen Fragen zu gebogenen Gläsern zu ermöglicht.

Thermisch gebogene Gläser sind ungeregelte Bauprodukte, welche zur Anwendung besondere Verwendungsnachweise erfordern. Inhalt dieser Nachweise (Allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen, Zustimmungen im Einfall und European Technical Approvals) sind Festigkeitsangaben für die Bemessung, welche für den anspruchsvollen Baustoff Glas im Vergleich zu anderen, duktilen Baustoffen unter besonderer Berücksichtigung des spröden Materialverhaltens ermittelt werden müssen. Für gebogenes Glas ist ein normativ erfasstes Prüfverfahren zur Ermittlung der Biegezugfestigkeit nicht vorhanden. Ein solches Prüfverfahren ist Grundlage für einen Produktvergleich unter gleichen Voraussetzungen sowie notwendige Bedingung für eine mögliche Produktnormung. Somit kann derzeit nicht von einem einheitlich hohen Sicherheitsniveau ausgegangen werden.

Vorhandene Forschungsaktivitäten haben gezeigt, dass das grundsätzliche Vorgehen zur Biegezugfestigkeitsprüfung nach dem Vierschneiden-Verfahren (DIN EN 1288-3) auf gebogenes Glas übertragbar ist. Dazu ist der Versuchsstand zu verändern und das vereinfachte Auswerteverfahren, welches sich für Flachglas bewährt hat, unter Berücksichtigung nichtlinearer Effekte für zylindrisch gebogenes Glas anzupassen.

Das Institut für Baukonstruktion der TU Dresden hat beim Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) ein Forschungsvorhaben beantragt, welches darauf abzielt die wissenschaftlichen Grundlagen für die Standardisierung eines Verfahrens zur Bestimmung der Biegezugfestigkeit thermisch gebogener Gläser als Arbeitsgrundlage für eine Normung zu schaffen. Ein Konsortium aus vier Projektpartnern, namentlich polartherm GmbH, HERO Glas-Veredelungs GmbH, Finiglas Veredelungs GmbH und Flintermann Glasveredelungs GmbH sowie dem FKG e.V. beteiligen sich an dem Forschungsvorhaben.

Das Projekt beginnt Anfang 2016 mit umfangreichen experimentellen Biegeversuchen, begleitenden numerischen Studien und weiteren analytischen Betrachtungen. Erste Ergebnisse werden Ende des Jahres erwartet. Des Weiteren wird ein Normungsantrag beim Deutschen Institut für Normung e.V. in Berlin gestellt, um das zu erstellende Prüfverfahren zeitnah normativ zu veröffentlichen.

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Arbeitskreis Kantenfestigkeit

Arbeitskreisleiter

Dr. Frank Ensslen (Semcoglas Holding GmbH)

Ziele

Der Arbeitskreis Kantenfestigkeit wurde im Oktober 2009 gegründet und setzt sich aus Vertretern von Glasveredlern, Universitäten, Prüfstellen, Zulieferern für glastechnische Produkte und Ingenieurbüros zusammen. Er hat sich zur Aufgabe gesetzt, die Kantenfestigkeit/-qualität in Abhängigkeit der Bearbeitungsarten KG (geschnitten), KGS (gesäumt) und KGN (geschliffen) nach DIN 1249-11 anhand der Glasdicken 4, 6, 8 mm (Floatglas) experimentell zu untersuchen.

 

 

Dazu wurden 1.080 Vier-Punkt-Biegezugversuche um die starke Achse in Anlehnung an EN 1288-3 durchgeführt. Für eine möglichst breite Übertragbarkeit der Versuchsergebnisse wurden Prüfscheiben, hergestellt unter Standard-Produktionsverhältnissen, von sechs verschiedenen Glasveredlern untersucht.

Vor der Durchführung der Versuche wurden stichprobenartig 3 Scheiben pro Hersteller und Kantenbearbeitung ausgewählt und jeweils makros-/mikroskopische Aufnahmen von dem Kantenbereich gemacht, der im Versuch unter einer konstanten Zugspannung stand (Länge: 200 mm). Dies ermöglichte eine bessere Bewertung der Ergebnisse (Streuung).

Zudem wurden für eine bessere Beurteilung/Interpretation der Versuchsergebnisse im Nachhinein wesentliche Einflussfaktoren auf die Kantenqualität während des Zuschnitts, Säumens und Schleifens dokumentiert und in Bezug zu den ermittelten Kantenfestigkeiten gesetzt.

Als wesentliche Erkenntnis kann bis dato festgestellt werden, dass vielfältige Einflüsse auf die Glaskante bestehen. Ein signifikanter Einfluss ergibt sich aus den produktionstechnischen Gegebenheiten jedes Herstellers. Daneben ergibt sich ein wesentlicher Einfluss auf die Festigkeit aus den jeweiligen Prüfbedingungen.

Fundierte Ergebnisse sind im Aufsatz Investigation of edge strength dependent on different types of edge processing von Kleuderlein, J./Ensslen, F./Schneider, J. im Rahmen der engineered transparency, einer internationalen Konferenz auf der Glasstec 2014 in Düsseldorf, veröffentlicht.

Zum besseren Verständnis des Zusammenhangs zwischen Kantenbearbeitung und Festigkeit sind nähere Untersuchungen notwendig. Im Wesentlichen geht es hier u.a. um die Beurteilung der Schädigungsintensität (Tiefenrissanalyse) an der Glaskante infolge des Schneidens, Säumens und Schleifens. Daneben gibt es diverse weitere Fragestellungen von Interesse: Lassen sich mit der Übertragung von bedeutsamen Prozessparametern eines Herstellers auf einen anderen gleiche Ergebnisse erzielen? Welchen Einfluss auf die Festigkeit haben das Alter und die Glaszusammensetzung des Basisglases als auch langzeitliche Effekte wie z.B. die Luftfeuchtigkeit (Stichwort: Langzeitstabilität)? Wie lässt sich der Beitrag von Schneidölen und Kühlflüssigkeiten für die Kantenbearbeitung quantifizieren? Können mit C-Kanten, polierte Kanten (KPO) und lasergeschnittene Kanten hohe Festigkeiten erlangt werden? Wie verhalten sich vorgespannte Kanten und VSG-Kanten? Maßgebende Einflussgrößen auf die thermische Belastbarkeit von Glaskanten sowie thermische Einwirkungen sollen ebenfalls detailliert beleuchtet werden.

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Kontakt

Fachverband
Konstruktiver Glasbau e.V.
Aachener Straße 1019a
50858 Köln

T +49 221 94887-14
F +49 221 94887-15

E-Mail: info@glas-fkg.org

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