DAS AEOX PRINZIP LESS ENERGY - MORE QUALITY. die revolutionäre wärmebehandlungstechnologie von CPA

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1 DAS AEOX PRINZIP LESS ENERGY - MORE QUALITY AEOX die revolutionäre wärmebehandlungstechnologie von CPA

2 R DAS AEOX PRINZIP Die Wärmebehandlung von Eisen- und Stahldrähten wie Austenitisieren, Patentieren, Diffusionsglühen, Spannungsarmglühen oder Härten und Vergüten wird überwiegend mit gasbeheizten Öfen durchgeführt. Die zurzeit eingesetzten Öfen für die Wärmebehandlung von Drähten und Bändern weisen eine geringe Energieeffizienz auf, die Umweltbelastung ist entsprechend hoch, und der Bereich für die Belastbarkeit der Durchlaufanlagen ist erheblich begrenzt. Die bisher eingesetzten Erwärmungsprozesse sind hinsichtlich Umweltschutz und Wirtschaftlichkeit nicht optimal und auch aus Sicht des Arbeitsschutzes problematisch für die Belegschaft. CPA hat sich den Herausforderungen der Zukunft gestellt und im Rahmen eines umfangreichen, staatlich geförderten Forschungsprogrammes AEOX - eine revolutionäre, neue Wärmebehandlungstechnologie zur Stahldrahterzeugung mit bisher unerreichten ökonomischen und ökologischen Maßstäben entwickelt.

3 State of the Art: AEOX - das System: AEOX ECC - energieeffizienter, verbrennungsoptimierter Umluft-Konvektionsofen mit kaskadierter Rekuperation und umfassender Wärmerückgewinnung zur Wiederverwendung im Rahmen des Gesamtprozesses AEOX STS - Gefügeumwandlungssystem mit umweltschonender Konvektions-Film-Abschreckung, Wärmerückgewinnung und Zweiphasen-Temperatur-Haltestrecke AEOX EXC - Querstrom-Konvektionsofen zum umweltschonenden, energieeffizienten und berührungslosen Diffusionsglühen in temperaturgeregelter Umluft AEOX - DIE HAUPTKOMPONENTEN: AEOX ECC und EXC - Ofengerüst mit Spezialisolierung, von oben zu öffnender Brennkammer und Rückführschacht zur Zirkulation des Rauchgases - Heißgasventilator mit Fremdschmier- und -kühlsystem, Strömungs-, Druck- und Schwingungsüberwachung sowie Hilfsantrieb mit Notstromversorgung - Rekuperations - Warmluftbrenner (bei Bedarf Strahlrohrbrenner) mit zusätzlicher Luftvorwärmung mittels Rauchgas - Rohrwärmetauscher - Prozessleitstation zur Koordination, Regelung und Optimierung des gesamten Energieflusses inkl. aller Sensoren AEOX STS - Abschreckbecken mit parallelen Trennkammern und einzeln verstellbaren Immissionsstrecken - Temperaturregelungs- und Wärmerückgewinnungssystem inklusive Aufbereitungs- und Nachdosieranlage für das Abschreckmedium - Zweiphasen - Haltestrecke mit längsverstellbarer Abdeckung, isoliert, beheizt und geregelt - Prozessleitstation zur Erfassung, Regelung, Visualisierung und Dokumentation des gesamten Prozesses

4 AEOX Die neue Dimension von Energieverbrauch und Teillastfähigkeit Der erste problemlos regelbare Ofen für höchste Qualitätsanforderungen AEOX ECC - der von CPA entwickelte erste reine Umluftofen für die Stahldrahtindustrie zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik aus durch: effizientere Ausnutzung des Energieträgers und somit erhebliche Umweltentlastung Geringe Abstrahlverluste durch verbesserte Isolation gegenüber dem Stand der Technik. Rückgewinnung der durch das zu behandelnde Gut ausgeschleppten Prozesswärme. Deutlich größere Teillastfähigkeit und damit höchste Flexibilität hinsichtlich der Ofenbeladung (25 bis 115% der Nennlast). Kontrollierbarer Ofendruck und regelbare Ofenatmosphäre Homogene Temperaturverteilung über den gesamten Ofenquerschnitt auch bei Teillastbetrieb. Sehr geringe Zunderbildung während der Austenitisierung und entsprechend niedrige Materialverluste. Deutliche Entlastung der nachfolgenden Beizbäder von Eisen. Beschleunigte Drahterwärmung und damit kürzere Ofenlänge möglich. Hohe Prozessstabilität auch bei verkürzter Aufheizstrecke Volle Integration in die notwendige Prozessumgebung zur Wärmerückgewinnung. Integriertes Prozessleitsystem zur Visualisierung, Prozessoptimierung und Wartungsunterstützung sowie sicheren Betriebskontrolle und Prozessführung Optionales Manufacturing Execution System zur automatischen, Rezeptur - gesteuerten Einstellung aller Prozessparameter, auftragsbezogenen Prozessdokumentation und Produktionsauswertung zur Qualitäts- und Leistungssicherung sowie zur direkten Anbindung an ERP - Systeme Einfache Wartung durch von oben zu öffnende Brennkammer und einfach demontierbares Gebläse Einfaches Einziehen der Drähte durch optionales Fördersystem mit Hilfswickler zur Bewegung der Drähte während des Schweißvorganges Alternativ zur Gasfeuerung auch als Elektroofen lieferbar Einsetzbar in allen Bereichen der Wärmebehandlung von Drähten und Bändern In Stahlcord-Anlagen wird AEOX von CPA in ein ökologisch und ökonomisch optimiertes Gesamtsystem eingebunden. Gemeinsam mit der auf dem Markt führenden Vermessingungstechnologie mit Einzelzellen (CELLRAC) oder Segmentregelung (GALVOMODUL) sowie dem Prozess - Management und Manufacturing Execution - System werden bisher unerreichte Dimensionen der Kostenreduktion und Qualitätssteigerung erschlossen. LESS ENERGY bis zu 40% Energieeinsparung gegenüber herkömmlichen Systemen.

5 Baureihenabstufung Drahtteilung - Ofenbreite - Modullängen Dimensionsbereiche 0,6-1,2 mm u. 0,85-2,2 mm Gangzahl [-] Teilung Drahtpaket Ofen LW Wandabstand Dimensionsbereich 1,7-3,3 mm Gangzahl [-] Teilung Drahtpaket Ofen LW ges. Ofenbreite max. Höhe= Ventilatormodul Länge Modul 1: Umkehr schacht Länge Brennermodul 2 - n Länge Ventilatorschacht Ofentor ein - & auslaufseitig Ofen LW Wandabstand 106,5 172,5 238,5 271,5 54,5 87,5 120,5 153,5 186,5 219,5 127,5 160,5 193,5 226,5 Dimensionsbereich 2,0-4,0 mm Gangzahl [-] Teilung Drahtpaket Ofen LW Wandabstand Dim.-Bereich Dmin Dmax Dv vmax [m/min] vmax begrenzt ergibt Dv bei Dmin max. Spulen gr.*) 0,6 1, ,85 2, ,7 3, ,0 4, Abzug sch. Diam *) n.din 46393

6 AEOX Weltweit der erste reine Umluftofen mit kaskadierter Rekuperation für die Stahldrahtindustrie (pat.pend.) ENERGIEFLUSSDIAGRAMM AEOX Effiziente Energienutzung und Wärmerückgewinnung Der hohe Energieverbrauch herkömmlicher Industrieöfen ist in erster Linie darauf zurückzuführen, dass einerseits die für die Verbrennung erforderliche Luftmenge von der Raum- oder Außentemperatur auf die gewünschte Brennraumtemperatur erwärmt werden muss und andererseits das heiße Rauchgas zumeist ohne Wärmerückgewinnung in die Aussenatmosphäre strömt. Deshalb sind die Faktoren für einen energieeffizienten Anlagenbetrieb: Vorwärmung der den Brennern zugeführten Verbrennungsluft bei gleichzeitiger weitgehender Rückgewinnung des Rauchgas - Wärmeinhaltes (Brennwertheizungsprinzip) Verwertung der nach der Rekuperation verbleibenden Restwärme des Rauchgases für weitere Prozessanwendungen wie Baderwärmung etc. Senkung der Rauchgastemperatur direkt am Ofen, zur Vermeidung hoher Wärmeverluste über die Rauchgasführung durch Einsatz von modernen Rekuperationsbrennern statt eines Zentralrekuperators Minimierung der Ofenoberfläche und damit der Abstrahlverluste durch kürzest mögliche Aufheizstrecke Optimierung des Wärmeüberganges im Ofen auf das zu behandelnde Gut durch höchstmögliche Konvektionswirkung mittels hoher Rauchgasgeschwindigkeit und geeigneter Strömungsführung Rückgewinnung und Nutzung der vom zu behandelnden Gut ausgeschleppten Prozesswärme im Rahmen der vorhergehenden oder nachfolgenden Prozesse (z.b. Spülwassererwärmung, Badheizung etc.) Regelung und Teillastfähigkeit Die Anpassungsfähigkeit der Produktionsmittel an Produktmix und die Auslastung der Produktion zählen zu den bisher bei Industrieöfen nur unzureichend erfüllten Basisanforderungen von modernen Fertigungsbetrieben. In herkömmlichen Öfen wird das zu behandelnde, parallel durch den Ofen laufende Gut im Wesentlichen durch die Konvektionswirkung der heißen, im Ofen in Richtung Schornstein strömenden Verbrennungsgase sowie die von den Ofenwänden, dem Rauchgas und den Brennerflammen direkt emittierte Wärmestrahlung aufgeheizt. Der Wärmeübergangskoeffizient durch Konvektion hängt im Wesentlichen von der Mediengeschwindigkeit und dem Anströmwinkel ab. Um den Konvektionsanteil der Wärmeübertragung zu erhöhen, werden daher in bestehenden Anlagen beispielsweise Impulsbrenner eingesetzt, die durch die hohen Flammaustrittsgeschwindigkeiten für Turbulenz und Bewegung der Heißgase sorgen. Auch Anlagen mit kurzen Teilstrecken erzwungener Heißgasbewegung mittels Ventilatoren sind in Verwendung. Dadurch können die Rauchgasgeschwindigkeiten zwar partiell gesteigert werden, insgesamt bleibt die Konvektionswirkung immer noch gering. Bei Teillastbetrieb kommt es damit nicht nur zu einer weiteren Verschlechterung des Wärmeüberganges. Es treten auch Effekte der ungleichmäßigen Erwärmung und unkontrollierten Ofenatmosphäre auf. Der Verlust des Ofendruckes lässt einen geordneten Anlagenbetrieb nicht mehr zu und macht zwangsläufig die Erzeugung von qualitativ hochwertigen Produkten unmöglich. CPA hat die Idee, den Konvektionsanteil beim Erwärmungsvorgang zu erhöhen, konsequent zu Ende gedacht. Das Resultat ist AEOX. Der erste reine Umluftofen für die Stahldrahtindustrie. Der Ofendruck wird durch eine von einem Heißluftgebläse erzeugte Zwangsumwälzung der Verbrennungsgase und nicht von den Brennern erzeugt. Auf diese Weise werden in der Drahtebene Luftgeschwindigkeiten von bis zu 30m/s über die gesamte Ofenlänge erreicht. Verglichen zu Öfen mit natürlicher Konvektion wird der Wärmeübergangskoeffizient der Konvektion bei AEOX-Anlagen um den Faktor ~30 erhöht. Der Regelbereich des Ofens ist im Wesentlichen durch die Brenner bestimmt. Die Konvektionswirkung und der Ofendruck bleiben ebenso wie die Ofenatmosphäre im Teillastbetrieb erhalten. Die Einstellung der Brenner kann optimiert im Bereich der bestmöglichen Verbrennung erfolgen. Dadurch ist eine erhebliche Senkung der CO2 Emissionen möglich. Im Zusammenwirken mit den dem neuesten Stand der Technik entsprechenden Rekuperator-Brennern und der teilweisen Rückgewinnung und Wiederverwertung der verbleibenden Rauchgaswärme sowie der durch das zu behandelnde Gut ausgeschleppten Energie ist es möglich, den spezifischen Energieverbrauch pro kg Draht um bis zu 40% zu reduzieren. ENERGIEFLUSSDIAGRAMM HERKÖMMLICHE ANLAGE

7 AEOX Die Zukunft hat begonnen Die Realisierung des Projektes AEOX erforderte nicht nur die Anwendung von in der Stahldrahterzeugung neuartigen Prozesstechnologien innerhalb der metallurgischen Rahmenbedingungen, sondern auch die Verbesserung der zum Einsatz gelangenden Prozesselemente. Dazu wurden umfangreiche Simulationen und Laboruntersuchungen sowie Feldversuche durchgeführt. Das Ergebnis liegt heute vor: AEOX - die ultimative Wärmebehandlungstechnologie für die Stahldrahtindustrie. Der Ofen Kompakte Bauform, drastische Steigerung von Konvektionswirkung und Effizienz des Wärmeüberganges durch Zwangsumwälzung des Rauchgases. Homogene Wärmeverteilung und problemloser Betrieb auch im Teillastbetrieb (25 115% der Nennlast)

8 Die Brenner Abgasleitungen mit Wärmetauscher Rekuperations- Warmluftbrenner mit Condensing Flue Gas Technology (Brennwertheizungsprinzip) von CPA Energieeffiziente Feuerung und kaskadierte Rekuperation mit offenen Warmluftrekuperationsbrennern Durch das AEOX Umluftprinzip ist optional auch die Verwendung von geschlossenen Strahlrohr - Rekuperationsbrennern und Schutzgasatmosphäre möglich

9 Das Umluftgebläse Das AEOX Umluftgebläse ist im Bereich der Stahldrahterzeugung aus metallurgischen Gründen härtesten Einsatzbedingungen ausgesetzt. Zur Reduktion der Einsatztemperatur wurde eine Konstruktion gewählt, bei der das Gebläse im Bereich der niedrigsten Temperaturen im Umluftkreislauf positioniert ist. Dennoch waren ein umfangreicher Entwicklungsaufwand und der Einsatz von speziellen Werkstoffen aus Luft- und Raumfahrttechnik erforderlich, um den hohen Anforderungen dauerhaft gerecht zu werden. Die Gebläse verfügen über eine Fremdschmierung und Fremdkühlung sowie einen Reserveantrieb mit Notstromversorgung, um bei einem Stromausfall einen Stillstand bei Arbeitstemperatur zu vermeiden. Darüber hinaus ist das Gebläse mit Strömungs - Druck- und Schwingungssensoren ausgestattet, welche vom in AEOX integrierten Prozessleitsystem laufend überwacht und ausgewertet werden. Regelung und Leittechnik Die Regelung, Überwachung, Analyse und Optimierung des AEOX- Gesamtsystems wird vom Prozessleitsystem IMPERIO von CPA durchgeführt. Damit ist es möglich einen sicheren Anlagenbetrieb mit vorausschauender Wartung, Fernwartung und Instandhaltungsunterstützung zu gewährleisten. Darüber hinaus ist dadurch eine Anbindung an ERP - Systeme und die Integration in das optional lieferbare Manufacturing Execution System möglich, welche über eine artikel- bzw. auftragsbezogene Rezepturverwaltung verfügt.

10 Einzigartig: AEOX - Structural Transformation System (pat.pend) Kein Blei - Kein Sand - Nur Wasser mit umweltverträglichen organischen Zusätzen Für AEOX hat CPA ein weltweit einzigartiges wasserbasierendes Kühlsystem entwickelt, das als innovatives Abschreckmedium nach der Austenitisierung im Rahmen des Patentierprozesses oder der Vergütung von Drähten und Bändern eingesetzt werden kann. Mit einer Mischung aus Wasser und organischen Polymeren stellt dieses Kühlmedium eine effiziente, ökonomische und umweltschonende Alternative zum Bleibad bzw. zum Einsatz von Sanden in Fluidized Bed Quenching Systemen dar. Bedingt durch die Eigenschaften der verwendeten Polymere ist die Filmsiedephase zu Beginn des Abkühlvorganges in den AEOX-Systemen sehr stabil. Die Zeit bis zum Einsetzen der unkontrollierbar rasch ablaufenden Blasensiedephase wird dadurch deutlich verlängert, der Abkühlvorgang wird kontrollierbar. Die Kühlsektion ist in mehrere parallele Zonen unterteilt, die unabhängig voneinander in ihrer Länge eingestellt und an die Produktionsparameter angepasst werden können. Die Einstellung erfolgt dabei von außen im Betrieb, ohne mit den Drähten oder dem Kühlmittel in Kontakt zu kommen. Die Temperatur des Abschreckmediums wird mittels Wärmetauscher und Frischwasserzufuhr geregelt. Die Anlage verfügt zu diesem Zweck über eine Temperaturregelungs- und Wärmetauscherstation, welche die Konstanthaltung der Temperatur des Abschreckmediums bei gleichzeitiger Rückgewinnung der aus dem Austenitisierungsofen ausgetragenen Wärme ermöglicht. Darüber hinaus sorgt eine Aufbereitungs- und Nachdosieranlage für das Prozesswasser und die Filmsiede - Zusätze für stets konstante Prozessbedingungen. Der gesamte Prozess wird durch das Leitsystem IMPERIO von CPA geregelt, überwacht und laufend ausgewertet. Unmittelbar an die Kühlzone schließt die Haltezone an. Die Strecke zwischen Kühl- und Haltezone wird abgeschirmt und isoliert von der umgebenden Atmosphäre durchlaufen. Die Haltezone bietet über zwei getrennt einstellbare Temperaturzonen die Möglichkeit, ein Temperaturprofil einzustellen, um optimale Umwandlungsbedingungen zu garantieren. Einstellbare Abschreckstrecke Das von CPA entwickelte Verfahren kann sowohl für größere Drahtdimensionen als auch für sehr geringe Durchmesser im Bereich der Schlusspatentierung von Drähten angewendet werden. Durch die flexibel, getrennt einstellbaren Kühlstrecken können gleichzeitig unterschiedliche Drahtdimensionen produziert werden. Das AEOX - Structural Transformation System kann nicht nur mit den neuen, energieeffizienten AEOX-Öfen von CPA kombiniert werden - es besteht auch die Möglichkeit zur Kombination mit allen auf dem Markt angebotenen und bestehenden, herkömmlichen Öfen. Vorteile des Systems: Höchste Drahtfestigkeiten durch optimale Abschreckgeschwindigkeit Stabiler Prozess mit konstanter Drahtqualität durch ausreichende Durchwärmungs- und Gefügeumwandlungszeit Geringe Zunderbildung - Einsparung von Materialkosten, Beizmedium, Beizstrom sowie Entlastung von Abwasseranlage und Reduktion des Deponiegutes Kein Blei - keine giftigen Emissionen, kein teurer Bleiverlust Kein Sand - keine Abrasion, kein Feinstaub, kein teurer Sandverlust Geringe Betriebs- und Wartungskosten Rückgewinnung der in den Drähte gespeicherten Wärme des Austenitisierungsprozesses Haltezone Abschreckzone Ofenauslass

11 Der AEOX Umluft-Konvektions-Diffusionsofen MORE QUALITY Energieeffizient und berührungslos Für das Diffusionsglühen von mehrlagigen Legierungsschichten wurde AEOX EXC, ein Zweiphasen Querstrom-, Konvektions-Diffusionsverfahren für höchste Qualitätsanforderungen bei minimalen Betriebskosten, entwickelt. Dabei wird jede Berührung mit abrasiven Medien oder mit Kontaktrollen vermieden. Die Gefahr partieller Beschädigungen durch Kontaktfeuer oder lokale Überhitzung bzw. ungleichmäßige Erwärmung wird ausgeschlossen. Oberflächenfehler wie bei Fluidized Bed Diffusionsglühöfen, konduktiven oder induktiven Erwärmungseinrichtungen werden dadurch vermieden. Die durch Rekuperations - Gasbrenner oder elektrische Heizelemente erhitzte Luft zirkuliert im AEOX-Diffusionsofen mit hoher Geschwindigkeit quer zur Drahtrichtung und erhitzt diesen sehr rasch auf Grund des guten Wärmeübergangs durch den dabei erzeugten hohen Konvektionsanteil. Nach dem raschen Erreichen des Diffusionstemperaturbereiches erfolgt eine asymptotische Annäherung an die gewünschte Endtemperatur in einem direkt anschließenden temperaturgeregelten Umluftofen bis zur völligen Gefügeumwandlung. Die Luftgeschwindigkeiten betragen dabei üblicherweise m/sec. Zur Umwälzung der heißen Ofengase wird ein spezielles Heißgasgebläse eingesetzt, welches neben der Überwachung aller elektrischen Parameter sowie der Schmiermittelversorgung auch eine Strömungs-, Druck- und Schwingungsaufzeichnung und Diagnose durch das Prozessleitsystem CPA IMPERIO besitzt. AEOX EXC Leistungsmerkmale Berührungslose Erwärmung - keine Beschädigung der Oberfläche durch Sand (Fluidized Bed) oder elektrische Kontaktierung mittels Rollen und Schleifer (Widerstandserwärmung) Stabiler Prozess mit exakter Temperaturregelung durch asymptotische Annäherung der Drahttemperatur an die Diffusionstemperatur des Umgebungsmediums - dadurch wesentliche Systemvorteile gegenüber Verfahren mit einstellbarer Energiezufuhr ohne Temperaturregelung (Induktion oder Konduktion), D x v - abhängiger Leistungseinstellung oder ungleichmäßiger Rundum - Erwärmung durch hohe Sensibilität bezüglich der Zentrierung des Drahtes (Induktionserwärmung). Vermeidung von Legierungsabweichungen durch unterschiedliche Rundumerwärmung und/oder Verdampfung der äußeren Zinkschicht durch eine dem Diffusionsprozess voreilende Erwärmung Bei Vermessingungsanlagen Vermeidung von ß-Messing durch gleichmäßige Rundumerwärmung und vollständige Gefügeumwandlung. Keine Festigkeitsverluste durch Erwärmung von der Drahtoberfläche zum Kern Gleichzeitige Behandlung unterschiedlicher Drahtdurchmesser und Schichtdicken in einem Ofen ohne Qualitätseinbußen Hohe Teillastfähigkeit bei wechselnder Auslastung und unterschiedlichem Produktmix Energieeffizient - minimale Abstrahlverluste über das Außengehäuse sowie Rückgewinnung des Energieaustrages durch Rauchgas und Draht Wahlweise Gas- oder Elektroheizung Integriertes Leit- und Visualisierungssystem zur graphischen Programmierung, Regelung und Überwachung des Temperaturverlaufes im Ofen sowie Diagnose, Wartungsunterstützung und Fernwartung via Internet. Kein Sand - keine Oberflächenbeschädigung am Draht, kein Metallabtrag, kein Feinstaub, kein Sandverlust kein Verschleiß der Anlage Einfaches Einziehen und Nachziehen der Drähte

12 Technologies for Excellence Als forschungs- und entwicklungsorientierte internationale Unternehmensgruppe bietet CPA leistungsfähige und fortschrittliche Technologien für ein breites Anwendungsspektrum im Bereich der Drahterzeugung, Automatisierungstechnik, Energie- und Umwelttechnik. Gemäß unseren Grundwerten Competence Perfection Ambition und unserem Unternehmensleitsatz TECHNOLOGIES FOR EXCELLENCE streben wir stets nach dem Besten. Für den Erfolg unserer Kunden. Die CPA Produktübersicht Industrieöfen - AEOX ECC Umluft-Konvektionsofen - AEOX STS Gefügeumwandlungssystem - AEOX EXC Querstrom-Konvektionsofen Durchlaufgalvanik Anlagen mit Einzelzellenregelung, Gruppen- oder Segmentregelung - CELLRAC - GALVOMODUL Beizanlagen - MELPICK Elektropolieranlagen - MELPOS Vollautomatisches Badanalyse- und Chemikalien-Dosiersystem - ABACS Trockner - STRYCOC Doppelscheiben - Ab- und Aufwickler angetrieben - ROTACC H mit horizontaler Spulenaufnahme - ROTACC V mit vertikaler Spulenaufnahme Tangential- Ab- und Aufwickler - ROXSTA Vollautomatische und manuelle Flyer (Überkopf) Abwickler - FALSTA Wire Guiding Equipment - ROLLOC Naßziehmaschinen - LINNOX Verseilmaschinen - TAUROP Processmanagement System - Imperio - PMS Manufacturing Execution System - Imperio MES Galvanik Control System - Imperio GCS Speicherprogrammierbare Steuerungen - Micromatic - Comatic Industrie -Terminals - XILOC Fühler, Geber und Stellgeräte - PACOS Technologies for excellence Änderungen im Sinne des technischen Fortschrittes vorbehalten! CPA Wire Technologies GmbH, Lagergasse 322, 8055 Graz, Austria, Tel: +43 (0) wiretec@cpa.at,