Industriepraktikumsbericht

von

Paul Müller

Studiengang: Energie- und Verfahrenstechnik

Matrikelnummer: xxxxx

Praktikumsobmann: Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. h.c. Dr. h.c. Günter Wozny

Fachgebiet: Dynamik und Betrieb technischer Anlagen, Technische

Universität Berlin

Inhaltsverzeichnis1 Einleitung........................................................................................................................................32 Ziele und Aufgaben.........................................................................................................................33 Durchgeführte Arbeiten ..................................................................................................................4

3.1 SolidWorks...............................................................................................................................43.1.1 Grundlagen erlangen........................................................................................................43.1.2 Komplexe Bauteile...........................................................................................................53.1.3 Baugruppen......................................................................................................................53.1.4 Bauzeichnungen...............................................................................................................7

3.2 Ford ACX ................................................................................................................................73.2.1 Praxistests.........................................................................................................................83.2.2 Design am PC...................................................................................................................83.2.3 Montage.........................................................................................................................10

3.3 Beltloader...............................................................................................................................113.3.1 Tests................................................................................................................................123.3.2 SolidWorks.....................................................................................................................133.3.3 Montage.........................................................................................................................153.3.4 PID Regler......................................................................................................................16

3.4 ARAS Innovator....................................................................................................................174 Fazit...............................................................................................................................................19

AbbildungsverzeichnisAbbildung 1: Gitterrost, erstellt im Tutorium von SolidWorks............................................................5Abbildung 2: Deckel einer Kontrollbox für ein Elektrofahrzeug.........................................................6Abbildung 3: Zusammenstellung einer Sensorplatte mit einem Sensor...............................................6Abbildung 4: Bauzeichnung eines Batteriepacks mit Teilliste.............................................................7Abbildung 5: Temperatur- und Batterieladungsverlauf von zwei ACX-Testfahrzeugen.....................8Abbildung 6: Beschriftung der einzelnen Kabel..................................................................................9Abbildung 7: Dokumentation der Vorgehensweise zur Längenbestimmung.....................................10Abbildung 8: Montage eines Elektromotors in einem Ford...............................................................11Abbildung 9: Beltloader (Flughafenfahrzeug)...................................................................................12Abbildung 10: Elektromotor und Motorhalterung.............................................................................14Abbildung 11: Sensorplatte mit zwei Magnetsensoren......................................................................14Abbildung 12: Motorhalterung an der Rampe des Beltloaders..........................................................15Abbildung 13: Diagramme zur Auslegung eines PID Reglers...........................................................16Abbildung 14: Bedienoberfläche von ARAS Innovator.....................................................................17

TabellenverzeichnisTabelle 1: Kabellängen vom Motor und den Batterien.........................................................................9

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1 Einleitung

Im Rahmen meines Studiums der Energie- und Verfahrenstechnik an der Technischen Universität

Berlin habe ich das Industriepraktikum für das Hauptstudium bei der Firma REV Technologies Inc.,

1570 Clark Drive, Vancouver BC V5L 3L3 abgehalten. REV Technologies Inc. ist im Bereich

Elektromobilität tätig. Neben dem Umbau und der Weiterentwicklung von PKW und

Flughafenfahrzeugen hat sich REV auf das “Integrated Grid Storage System“ spezialisiert. Der

Hauptsitz der Firma befindet sich in Vancouver (Kanada).

2 Ziele und Aufgaben

Ziele

• eine praxisbezogene Ausbildung

• Kennenlernen der Strukturen eines Industriebetriebes

• Übernahme von Projektverantwortung, eigenständiges Arbeiten

• Verbesserung der englischen Sprache

• Auslandserfahrungen sammeln

Aufgaben

• Einarbeitung in die Arbeitsweise des Unternehmens

• Aneignung von fachspezifischem Wissen

• Unterstützung der Ingenieurabteilung

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3 Durchgeführte Arbeiten

Dieses Kapitel verschafft einen Überblick der im Praktikum durchgeführten Arbeiten. Neben sehr

vielen kleinen Tätigkeiten wie zum Beispiel Inventur, Reinigen, Bestellungen aufgeben usw. wird in

diesem Bericht hauptsächlich auf die größeren Projekte eingegangen.

3.1 SolidWorks

Neben vielen Computerprogrammen wie beispielsweise MATLAB, Office und elektrotechnischen

Programmen wird größten Teils das Ingenieursprogramm SolidWorks verwendet. Diese CAD

Software wird für die konstruktive Darstellung von elektronischen und mechanischen Bauteilen,

sowie komplexen Systemen wie Motoren und sogar kompletten Fahrzeugen, genutzt.

3.1.1 Grundlagen erlangen

Zunächst gilt es die Grundlagen dieser Software zu erlangen. Dazu werden die zahlreichen

Tutorien, welche direkt im Programm integriert sind, absolviert. Die Grundlage bei der Erstellung

eines Bauteils ist eine Ebene in der eine Skizze angefertigt wird. Hierbei können neben Linien,

Kreisen und anderen geometrischen Formen eine Reihe von Beziehungen und Zuordnungen

angewendet werden. Neben konkreten Längenangaben ist es üblich Beziehungen wie “parallel“,

“senkrecht“ und “konzentrisch“ zu verwenden. Mit deren Hilfe entstehen Skizzen mit eindeutigen

Zuordnungen. Beim Vergessen von Beziehungen gibt das Programm Warnhinweise. Nach dem

Erstellen der Grundskizze folgt meist die Erweiterung von 2D in 3D, also die räumliche

Darstellung. Hierzu wird entweder eine weitere Zeichenebene hinzugefügt oder die Skizze räumlich

ausgetragen. In Abbildung 1 ist ein einfaches Gitterrost, welches in SolidWorks erstellt wurde, zu

erkennen.

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Wie zu sehen ist, können Ecken abgerundet und Zylinder miteinander verbunden werden. Eine

weitere praktische Funktion stellt das “Kopieren“ dar. Nach dem Erstellen des ersten Querzylinders

des Gitterrostes werden alle weiteren entweder gespiegelt oder mit Hilfe von Beziehungen

eingefügt.

3.1.2 Komplexe Bauteile

Nach dem Erlangen der Grundkenntnisse gilt es komplexe Bauteile zu erstellen. In Abbildung 2 ist

ein Deckel einer Kontrollbox dargestellt. Zum Anfertigen dieser Bauteile werden entweder die

Abmessungen von Herstellerangaben verwendet oder es muss beim Nachbau von Teilen per Hand

nachgemessen werden.

3.1.3 Baugruppen

Mit Hilfe von “Beziehungen“ werden dann bei Bedarf Einzelteile zu mehr oder weniger komplexen

Baugruppen zusammengefügt. Eine Sensorplatte mit Sensor, Zwischenstück und Teilen der

Steuerknüppelbefestigung ist in Abbildung 3 zu erkennen.

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Abbildung 1: Gitterrost, erstellt im Tutorium von SolidWorks

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Abbildung 2: Deckel einer Kontrollbox für ein Elektrofahrzeug

Abbildung 3: Zusammenstellung einer Sensorplatte mit einem Sensor

3.1.4 Bauzeichnungen

Des weiteren werden Fertigungs- und Bauzeichnungen erstellt. Dabei gibt es die klassischen 2D-

Ansichten mit Bemaßung und die 3D-Ansicht mit Teilliste. Die Teilliste beinhaltet alle Einzelteile

wie zum Beispiel Schrauben, Muttern, Bleche usw., sowie deren Anzahl. Oft wird zusätzlich noch

das Material genannt. In Abbildung 4 ist ein in SolidWorks gefertigtes Batteriepack in der 3D-

Ansicht zu sehen. Grundsätzlich wird die Zeichnung vom Programm selbst erstellt. Die Aufgabe

des Benutzers liegt in der Anordnung der Teile, dem Beschriften und dem Ausfüllen der Teilliste.

3.2 Ford ACX

Beim Ford ACX handelt es sich um einen PKW. Ursprünglich wird dieser hauptsächlich im privaten

Sektor mit einem Verbrennungsmotor vertrieben. Im Rahmen von Kundenaufträgen werden diese

Fahrzeuge von REV Technologies in Elektrofahrzeuge (elektrischer Antrieb mit Elektromotor)

umgebaut. Des weiteren werden Tests durchgeführt und die Technik weiterentwickelt.

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Abbildung 4: Bauzeichnung eines Batteriepacks mit Teilliste

3.2.1 Praxistests

Zu Testzwecken werden ACX-Fahrzeuge nach Hawaii verschifft. Dort werden unter anderem

Temperaturdaten gesammelt und in die Hauptzentrale nach Vancouver übermittelt. Zunächst werden

die Daten aufbereitet und grafisch dargestellt. In Abbildung 5 ist ein Diagramm von zwei

Fahrzeugen (HON1 und HON4 genannt) zu erkennen. In diesem Diagramm sind einerseits die

Temperaturänderungen der Batterien und andererseits die SOC (Batterieladung) zu erkennen. Es

sind für beide Fahrzeuge die minimalen und die maximalen Temperaturen abgebildet.

Anschließend werden diese Daten ausgewertet, wobei die Hauptarbeit des Praktikanten allerdings

nur bei der Aufbereitung der Daten liegt. Während des Testlaufs wurden beide Fahrzeuge jeweils

zweimal aufgeladen, was an den Batterieladungsanstiegen deutlich zu erkennen ist. Zu diesen

Zeitpunkten ist ein verstärkter Anstieg der Batterietemperaturen zu erkennen.

3.2.2 Design am PC

Für die Montage und die Dokumentation für spätere Fahrzeuge ist das Designen unabdingbar. Dazu

werden alle Bauteile in SolidWorks erstellt, zusammengefügt und vermessen. Exemplarisch sei hier

die Vorgehensweise bei der Verkabelung des Elektromotors und der Batterien vorgestellt.

Zunächst werden alle Kabel beschriftet, was in Abbildung 6 zu sehen ist. Danach werden die

Längen bestimmt und notiert (siehe Tabelle 1).

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Abbildung 5: Temperatur- und Batterieladungsverlauf von zwei ACX-Testfahrzeugen

Tabelle 1: Kabellängen vom Motor und den Batterien

Name of wire Name of wire in the picture Totallength [mm]

HV/400_0E 0E 167

HV/400_280E 280E 298

HV/400_300 300 332

HV/400_320 320 283

HV/400_340 340 286

HV/400_360 360 189

HV/400_380 380 278

HV/400_400 400 270

HV/400(+) DC+ 782

HV/400(-) DC- 1250

Es ist darauf zu achten die Vorgehensweise ebenfalls zu dokumentieren. Kabellängen können aus

mehreren Einzelstücken bestehen und teilweise nicht sichtbar sein. Um eindeutig das Vorgehen

aufzuweisen werden der Dokumentation Skizzen (siehe Abb. 7) beigefügt.

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Abbildung 6: Beschriftung der einzelnen Kabel

3.2.3 Montage

Eine weitere Ingenieursaufgabe ist die Montage. Dazu zählt sowohl die Fertigung von Halterungen,

das Bearbeiten von Einzelteilen, das Befestigen der Teile im Fahrzeugen, als auch das Anschließen

bzw. das Verbinden der Teile untereinander. Es ist besonders auf eine akkurate und wohl

durchdachte Arbeitsweise zu achten. Das Bohren eines Lochs an einer falschen Stelle kann das

gesamte Bauteil unbrauchbar machen und große Zeitprobleme nach sich ziehen, welche mit

wirtschaftlichen Folgen verbunden sein können. Neben den Sicherheitsrichtlinien müssen

industrielle Standards und Kundenwünsche eingehalten werden. Abbildung 8 zeigt die Montage

eines Elektromotors.

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Abbildung 7: Dokumentation der Vorgehensweise zur Längenbestimmung

3.3 Beltloader

Der Beltloader (siehe Abb. 9) ist ein Flughafenfahrzeug, welches Gepäck mittels eines

Förderbandes in die Flugzeuge befördert. Die Aufgabe besteht in der Umwandlung des

Hydrauliksystems in einen elektrischen Betrieb. Dabei sind folgende Arbeitsschritte auszuführen.

Zunächst erfolgt ein Selbststudium des bestehenden Systems mit Hilfe von Gebrauchsanweisungen

und Herstellerangaben. Als nächstes werden verschiedene Tests geplant, um das System weiter zu

identifizieren. Nach Anlieferung des Beltloaders werden die Versuche durchgeführt. Nach dem

Auswerten der Daten können Motor, Sensoren und andere notwendige Teile bestellt werden.

Anschließend erfolgt der Umbau. Zum Schluss wird der Beltloader anhand eines

Testdurchführungsprotokolls getestet um somit aufzuzeigen, das alle Anforderungen erfüllt sind.

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Abbildung 8: Montage eines Elektromotors in einem Ford

3.3.1 Tests

Das Ziel der Tests sind Daten über die benötigte Leistung und Kräfte, um den neuen Elektromotor

auslegen zu können. Es werden folgende drei Haupttests durchgeführt:

• Rampe hoch und runter

• Förderband unbeladen laufen lassen

• Förderband beladen laufen lassen (Gepäcksimulation)

Die benötigte Leistung lässt sich mit Hilfe folgender Gleichung bestimmen:

P=2πM n .

Das Drehmoment berechnet sich über die Formel:

M =r F .

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Abbildung 9: Beltloader (Flughafenfahrzeug)

Für die Tests werden Gepäckstücke mit einer Masse von 30 kg verwendet. Aus der Förderbandlänge

von 50 Fuß und einer Umlaufzeit von 52 Sekunden lässt sich die Geschwindigkeit nach der Formel:

w= st berechnen.

Für die Bestimmung der Drehzahl der verschiedenen Umlaufrollen werden diese markiert und die

Umläufe pro Minute manuell mitgezählt.

Als Ergebnis ergibt sich eine durchschnittliche Leistung von 4,58 kW. Die benötigte Energie für den

Betrieb über 55 Minuten beträgt 4,19 kWh.

Anhand der gegebenen und berechneten Daten, sowie den Anforderungen des Kunden und

wirtschaftlichen Aspekten wird nun ein passender Elektromotor gesucht und bestellt.

3.3.2 SolidWorks

Nach dem Auswählen des Elektromotors wird dieser in SolidWorks abgebildet und eine passende

Motorhalterung konstruiert. Mit dem schon modellierten Beltloader wird der Motor in dem CAD-

Programm positioniert und nach einer passenden Lösung für die Halterung, welche gleichzeitig als

Schutz dient, gesucht. Nach einem Brainstorming werden die möglichen Lösungen mit dem

Chefingenieur abgesprochen. Anschließend erfolgt das Erstellen der Halterung am Computer. Nach

einer weiteren Absprache und kleinen Verbesserungen werden die Daten an eine Fertigungsfirma

geschickt. Abbildung 10 zeigt den Elektromotor (Zylinder), die Motorbefestigungsplatte (lila

dargestellt) und die Motorhalterung (längliche Platte). Zwischen Motor und Halterung befindet sich

ein Lager aus zwei Platten. Die Kontaktplatte zum Motor besteht aus Hartgummi um kleine

Schwingungen zu dämpfen. Die untere Platte ist aus Metall und dient zur Abstandseinstellung. Je

nach Bedarf kann die untere Platte gegen eine dickere oder dünnere ausgetauscht werden. Zum

Befestigen der Motorhalterung und des Lagers werden Sechskantschrauben und Sicherheitsmuttern

verwendet.

Eine weitere Aufgabe besteht in der Entwicklung eines Systems für die Feststellung der Bewegung

des Förderbandes. Um das Förderband zu bewegen gibt es einen Hebel, welcher auf “vorwärts“,

“neutral“ und “rückwärts“ gestellt werden kann. Aus Sicherheitsgründen ist es wichtig elektrische

Signale über die Stellung dieses Hebels zu erhalten. Die Kundenanforderungen besagen, dass das

Förderband nicht laufen darf, wenn sich das Fahrzeug bewegt.

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Für die Positionsfeststellung des Hebels werden Magnetsensoren verwendet. Die Schwierigkeit

besteht in der Einstellung und Befestigung der Sensoren. Es muss auf eine einfache

Montagemöglichkeit, die gesicherte Funktionalität und an den Schutz der Sensoren geachtet

werden. Es hat sich ein System durchgesetzt, bei dem ein Magnet an dem Steuerhebel befestigt wird

und zwei Sensoren auf einer Platte angebracht werden. Abbildung 11 zeigt die Sensorplatte mit

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Abbildung 10: Elektromotor und Motorhalterung

Abbildung 11: Sensorplatte mit zwei Magnetsensoren

den zwei Magnetsensoren (schwarz). Da die Hebelstange, an der sich der Magnet befindet schlecht

bei der Montage zu erreichen ist, wird an der Sensorplatte ein Montageloch hinzugefügt (in Abb. 11

oben in der Mitte zu erkennen). Zum Justieren der Sensoren werden Langlöcher verwendet, um ein

seitliches Ausrichten zu ermöglichen.

Befindet sich der Magnet in der Mitte der Sensoren, wird kein elektrisches Signal zum

Steuerelement gesendet und somit die Stellung “neutral“ registriert. Der Beltloader kann also

gefahren werden. Je nachdem ob sich der Magnet über dem einen oder dem anderen Sensor befindet

werden die Stellungen “vorwärts“ oder “rückwärts“ erkannt. In diesen beiden Stellungen ist es nicht

möglich das Fahrzeug zu bewegen.

3.3.3 Montage

Nach der Auslegung und der Bestellung der einzelnen Bauteile werden diese am Beltloader

montiert. In den Abbildungen 9 und 12 ist die Motorhalterung zu erkennen.

Abbildung 12 zeigt das Modell in SolidWorks und das Foto 9 den realen Beltloader.

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Abbildung 12: Motorhalterung an der Rampe des Beltloaders

3.3.4 PID Regler

Zur Regelung der Drehzahl (RPM) des Motors wird ein PID-Regler verwendet. Zum Bestimmen

der Reglerparameter werden in das System Störungen gegeben und online geguckt wie schnell und

genau (Überschwingen) der Regler arbeitet. Die Parameter werden solange durch Probieren

geändert, bis ein zufriedenstellendes Ergebnis erhalten wird. Abbildung 13 zeigt die zeitlichen

Verläufe der RPM, bei Störungen, mit den Parametereinstellungen P = 33%, I = 20% und D = 34%.

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Abbildung 13: Diagramme zur Auslegung eines PID Reglers

3.4 ARAS Innovator

ARAS Innovator ist ein PLM Programm (Product Lifecycle Management) für Firmen. Speziell in

den Bereichen Verwaltung und Kontakt ist dieses Programm eine Unterstützung. Zu den Funktionen

zählen unter anderem Inventur, E-mailservice, Datenspeicherung und Projektmanagement.

Da REV Technologies über separate und teilweise sehr teure Verwaltungsprogramme verfügt, gilt es

ein neues System zu integrieren, um Aufwand und Kosten zu reduzieren. Die Wahl der Umstellung

auf ARAS Innovator erfolgt aus zwei Gründen. Erstens ist dieses Programm kostenlos und zweitens

haben einige Mitarbeiter schon Erfahrungen mit dieser Software.

Zunächst ist das Managementprogramm zu downloaden und zu installieren. Anschließend erfolgt

die Anmeldung und Einrichtung auf dem Testcomputer. Zur Speicherung der Daten wird eine SQL-

Datenbank verwendet. In Abbildung 14 ist die Bedienoberfläche von ARAS Innovator zu erkennen.

Das Ziel ist die Einarbeitung in das Managementsystem, die Implementierung der Firmendaten, der

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Abbildung 14: Bedienoberfläche von ARAS Innovator

Aufbau eines Mitarbeiternetzwerks und die anschließende Schulung des Personals. Zunächst

werden die vom Hersteller angebotenen Produktvideos angeschaut und die verschiedensten

Tutorials durchgeführt. Dabei werden Kenntnisse gewonnen wie einzelne Bauteile eingefügt und

Dokumente erstellt werden. Danach ist es möglich mehrere Bauteile, Dokumente, Bilder und

Programmdateien sowie Zusatzinformationen zu einer Baugruppe zusammenzufassen. Nach dem

Erstellen mehrerer Useraccounts gilt es diese zu vernetzen und Zugriffsberechtigungen zu verteilen.

Je nach Berechtigung ist es Benutzern möglich neue Teile/Dokumente zu erstellen, sie zu

begutachten, zu verändern oder zu löschen. Des weiteren können “Besucherzugänge“ mit

eingeschränkten Berechtigungen für Kunden, Lieferanten oder Partner gewehrt werden, um mit

diesen beispielsweise leichter Absprachen halten zu können. Nach dem Verstehen der

Funktionsweise von ARAS Innovator und des Testens, werden nun die Firmendaten eingefügt.

Dazu gehören die Mitarbeiterinformationen, Projekte und jegliche Art von Bauteilen, ob es sich um

einzelne Schrauben oder ganze Motoren handelt. Außerdem werden technische Dokumente von

zum Beispiel SolidWorks integriert, um diese einheitlich zu verwalten.

Nach Abschluss des Einrichtens und der Tests werden die Mitarbeiter in zwei Meetings auf dieses

Programm geschult.

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4 Fazit

Neben dem vermittelten Wissen war es sehr interessant in einem Ingenieursunternehmen

mitarbeiten zu dürfen. Bevor ich auf das fachliche Fazit eingehe, möchte ich noch das ganze

Drumherum loben. Neben einer Fremdsprache, die ich während der sieben Monate in Kanada

gelernt habe, erhält man unendlich viele neue Eindrücke einer anderen Kultur. Ob unterschiedliche

Arbeitsweise, das Miteinander oder einfach nur andere Denkweisen machen einen

Auslandsaufenthalt in jeglicher Hinsicht lohnenswert. Das gesamte Arbeitsteam war aufgeschlossen

und hilfsbereit. Ich habe mich sofort als Mitarbeiter und nicht als ein ausländischer Praktikant

gefühlt.

Auffallend an meinen Kollegen war die teilweise sehr lockere und mitunter nachlässige

Arbeitsweise. Beispielsweise das Weglassen von Einheiten hat oft zu Problemen geführt, da nach

ein paar Tagen niemand mehr wusste, ob es sich um Inch oder Zentimeter handelt. Die Auslegung

des PID-Reglers erfolgte mehr als fragwürdig. Mein Angebot den Regler nach meinen an der

Universität erworbenen Kenntnisse auszulegen wurde abgelehnt. Stattdessen wurden die

Reglerparameter nach Gehör der Motordrehzahl angepasst.

Sehr angenehm war die abwechslungsreiche Arbeit. Fast täglich wurde zwischen Computer und

Werkstatt gewechselt. Mein Aufgabenbereich umfasste mit Programmieren, Montage, Konstruieren,

Berechnungen, Bestellungen, Schulung und vielem mehr, fast alle anfallenden Aufgaben im

Unternehmen.

Es ehrt mich, dass von mir mit SolidWorks designete Bauteile, wie eine Motorhalterung und eine

Sensorplatte, erst als Prototyp gefertigt und getestet wurden und anschließend in die

Serienproduktion gehen.

Ein weiterer Vertrauensbeweis der Firma war die Übertragung der Aufgabe ein neues

Managementsystem zu integrieren. Diese Aufgabe mit Erfolg in einer Fremdsprache mit

anschließender Schulung der Mitarbeitet zu erfüllen, hat mir sehr viel Selbstvertrauen eingebracht.

Meine Mitarbeiter und Chefs haben neben mir als Person besonders die akkurate Arbeitsweise,

Pünktlichkeit, Ordnung und strukturiertes Arbeiten geschätzt.

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