Ein Venturi-Effekt kann helfen, heilen unsere Bäume

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Summary

Im Vergleich zu den traditionellen Loch-basierte Methoden erfordern die meisten von denen der Baum gebohrt werden, Werkzeuge mit linsenförmigen Blätter verwandeln die Grundlagen der Endotherapie Lockerung der Verschluss der Wunde und ermöglicht die natürliche Aufnahme der Lösungen.

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Montecchio, L. A Venturi Effect Can Help Cure Our Trees. J. Vis. Exp. (80), e51199, doi:10.3791/51199 (2013).

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Abstract

In Gehölzen, bewegt sich Xylemsaft nach oben durch die Gefäße aufgrund einer abnehmenden Gradienten des Wasserpotentials aus dem Grundwasser auf die Blätter. Gemäß dieser Faktoren und ihre Dynamik, können kleine Mengen von SAP-kompatible Flüssigkeiten (z. B. Pflanzenschutzmittel) in das Xylem System injiziert werden, ihr Ziel zu erreichen von innen. Diese endotherapic Verfahren, genannt "Stamminjektion" oder "trunk Infusion" (je nachdem, ob der Benutzer ein Außendruck liefert oder nicht), beschränkt die angewandten Chemikalien nur innerhalb des Zielbaums, wodurch es besonders in städtischen Situationen. Die wichtigsten Faktoren, die breite Verwendung der herkömmlichen Bohrverfahren zu negativen Nebenwirkungen der Löcher, die um das Stammumfanges, um den Zugang zu den Xylemgefäße unter der Rinde erhalten gebohrt werden müssen, zusammen.

Die Universität von Padua (Italien) vor kurzem ein Handbuch, Drill-Free-Instrument entwickelt, mit einem kleinen, properforierte Klinge, die den Kofferraum durch die Trennung der Holzfasern mit minimaler Reibung eintritt. Außerdem verringert die linsenförmige geformte Klinge der Schiffe Querschnitt, die Erhöhung sap Geschwindigkeit und damit die natürliche Aufnahme von einer externen Flüssigkeit bis zu den Blättern, wenn Transpiration ist beträchtlich. Anschlüsse teilweise zu schließen bald nach dem Entfernen der Klinge durch die natürliche Elastizität und Prallheitsgrad der Pflanzengewebe und die Aktivität abgeschlossen cambial den Heilungsprozess in wenigen Wochen.

Introduction

In jüngster Zeit hat Stamm Endotherapie schrittweise ersetzt traditionelle Luftspray Methoden in Gehölzen 1-6, aber das ist keine neue Idee. Im 15. Jahrhundert im Detail beschrieben Leonardo Da Vinci, wie er war in der Lage, Äpfel durch Einspritzen von Arsenlösung in den Stamm eines Apfelbaums durch tiefe Löcher mit einem Handbohrer 7 gemacht berauschen. Wenig hat sich seitdem verändert: Chemikalien in der Natur leicht verfügbar haben nach und nach durch effizientere synthetische Wirkstoffe (Insektizide, Fungizide, Bakterizide, Düngemittel, Pflanzenwachstumsregulatoren und Trockenmittel) ersetzt. Atmosphärendruck-Injektionen in Hochdruck entwickelt, und handbetriebenen Handbohrer wurden durch moderne Akkubohrer 8-10 ersetzt. Leider biss sogar die schärfsten Bohrer Tränen und überhitzt die cambial Gewebe für das Loch Schließung verantwortlich. Folglich wird Wundverschluss verzögert und große Teile der benachbarten holzigen Gewebe verlieren ihren Spaßctionality ("verfärbte wood") von der Injektionsstelle zu mehrere Fuß oberhalb und unterhalb 11. Darüber hinaus können unplugged Löcher leicht durch Bakterien und Pilze durch die Blutung sap zogen und führt zu langfristigen inneren Zerfall, mit einer Folgeschäden aus Holz Festigkeit und Stabilität 12,13 besiedelt werden.

Die Erkenntnis, dass 1) eine Gruppe von Längsfasern trennt nach einer linsenförmigen bikonvexe Geometrie (Abbildung 1a) und 2) sap Bewegungen in Gefäße erfüllen die Bernoulli-Prinzip auf Fluiddynamik, im Jahr 2011 die Universität von Padua entwickelt eine neue 14 Drill-Free endotherapic Instrument mit einer wesentlichen linsenförmige, bikonvexe und Hohlschaufel, die das Holz trennt seine Fasern eintritt. Auf diese Weise sind die Innen xylematic Gefäße mit minimaler Reibung (Abbildung 1b) erreicht, und die temporäre Reduzierung ihrer Schnitt erhöht sap Geschwindigkeit, die Beschleunigung der natürlichen Aufnahme von einer externen Flüssigkeit(Abbildung 1c, Video 1) 15,16.

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Protocol

  1. Führen Behandlungen vorzugsweise zwischen Austrieb und im Spätsommer, im sonnigen und windigen Tagen, nach den allgemeinen Regeln in Baum Endotherapie 17.
  2. Tragen Sie Handschuhe, Schutzbrille und andere Sicherheitsvorrichtung nach geltenden Vorschriften.
  3. Holen Sie sich mit dem Gerät vertraut, Demontage und Remontage. Seine Hauptbestandteile sind in Fig. 2 angegeben.
  4. Holen Sie sich mit der Methode, in den folgenden Schritten und in Video 2 beschrieben vertraut. Start üben Infusionstechnik mit Wasser in einem nicht-beschnittenen Baum mit glatter Rinde, voll entwickelte Baldachin und sehr breiten Blättern (dh Platanus spp., Quercus spp.).
  5. Verwenden Sie nur toxische Flüssigkeiten (Insektizide, Fungizide, Trockenmittel, etc.) für die Baum Injektion, die gemäß der lokalen oder nationalen Vorschriften und gemäß der Herstellerangaben verdünnt (siehe Etikett).
  6. Messen Sie den Umfang (CRF = Durchmesser x 3.14) des Baumes bei breast Höhe und die Berechnung der Menge der Lösung gemäß der technischen Informationen, die von der Flüssigkeit Produzent (dh wenn cfr ist 190 cm und Dosierung von 0,7 ml / cm wird eine Gesamtmenge von 133 ml verdünnte Flüssigkeit eingespritzt werden).
  7. Berechnen Sie die Anzahl der Ports, die nach dem Durchmesser (Ø) oder Umfang (CRF) in Brusthöhe gemacht werden, er beabsichtigt, ein port/25-30 cm crf und Rundung des Ergebnisses auf die folgende Einheit (dh 190 cm crf = 6,3 = 7 Ports).
  8. Berechnen Sie die Entfernung zwischen den Häfen nach der endgültigen Anzahl der Ports (also 190 cm / 7 Ports = 27 cm)
  9. Berechnen Sie die endgültige Volumen der Flüssigkeit / Hafen (dh 133 cc insgesamt / 7 Ports = 19 ml / Port).
  10. Bei der Verwendung von Fertigkapseln, die Berechnung der Anzahl der Anschlüsse gemäß den Herstelleranweisungen.
  11. Wählen Sie gleich weit Insertionsstellen (dh 7) entlang des Umfangs in den ersten 150 cm aus dem Boden, zog leicht konvex, smooten Stellen oberhalb Wurzelanläufe.
  12. Einen Teil mit Anomalien in der Lage, mit Splint Dynamik stören, über oder unter der Einstichstelle (dh Knoten, Holzzersetzung, Schnitt Schnitte) vermeiden.
  13. Wenn nötig, oberflächlich glätten die Rinde mit einem Messer, damit der externe Dichtung, um eine perfekte Dichtung mit der Rinde zu machen. Wenn die Website ist zu rau oder zu gebogen, bewegen ein paar cm zu einer Seite.
  14. Wählen Sie eine Klinge mit einer Länge sowohl mit Rindendicke und Baumdurchmesser kompatibel und schrauben Sie ihn an den Körper. In Laub, muss mindestens 2 cm die holzigen Gewebe geben, in Nadelbäumen und Palmen, Blätter sind länger bevorzugt, die Harzgefäße überwinden oder wegen der Monocotyledonae Anatomie auf.
  15. Füllen Sie eine Einweg-Spritze Pharma (die billigste und effektivste Lösung) von geeigneten Volumen mit der für eine einzelne Insertion (dh 17,14 ml) Lösung erforderlich, halten Sie den Kolben in mindestens 3 cm tief (dh eine 20-ml-Spritze).
  16. Als alternative zu der Spritze, verwenden Sie Behälter für Baum-Injektionen (zB Tropfbeutel, nachfüllbar Spritzen, Fertig Kapseln, externen Tanks) passend mit dem konischen Loch (weiblich Injektionsnadel Standard) oder 1/8 "-Gewinde auf der Werkzeug Arm entfernt .
  17. Halten Sie das Gehäuse fest mit einer Hand, die Leitung der Klinge des Baumes entfernt. Die Blattrand muss parallel zu den Fasern (dh vertikal) gerichtet werden.
  18. Mit der anderen Hand schlagen die Schiebe Hammer auf den Körper, bis der externe Latex Dichtung vollständig gequetscht.
  19. Legen Sie die Spritze in die konische Öffnung und vorsichtig ziehen Sie den Kolben: Luft, die das Instrument während der Percussion eingegeben wird durch die Flüssigkeit ausfließen. Der Widerstand des Kolbens zeigt die perfekte Einsetzen der Klinge. Hinweis: Die mit verschiedenen Kupplungen Luft nicht ausgezogen und die Behandlung wird langsamer sein werden.
  20. Warten Sie, bis der Gesamtaufnahme.
  21. Wenn Infusion ist schnell (dh 10 ml / 1 min), zu verminse die Gesamtanzahl der Ports den Behälter auffüllen, bevor es leer ist und dann neu berechnen die Anzahl der Ports. Hinweis: Um eine gute Verteilung der Flüssigkeit in der Kappe zu gewährleisten, zumindest eine Öffnung / 40 cm entlang dem Umfang vorgeschlagen.
  22. Wenn Infusion dauert zu lange (mehr als 1 ml / min, dh an bewölkten Tagen oder in Nadelbäumen und Palmen), Licht-Einspritzmodus schalten, wieder einsetzen und den Kolben Anlegen einer niedrigen Druck mit dem Daumen oder den Anschluss des Werkzeugs an eine Druck Tank (ca. 1,5 bar, Fig. 3a und b).
  23. Wenn Injektion nicht passiert, verschieben die Behandlung bis geeignete physiologische und klimatische Bedingungen herrschen.
  24. Wenn der Behälter leer ist, warten Sie, bis die restliche Flüssigkeit die Klinge (8-10 sec), um zu beenden, entfernen Sie die Spritze und extrahieren Sie die Klinge durch Schlagen des Hammers in die entgegengesetzte Richtung.
  25. Gehen Sie zum nächsten Hafen.
  26. Verwenden Sie eine Schutzwachs oder Zahnfleisch, wenn der Schutz der Wunde ist wünschenswert oder Pflicht. Nichtte: Beschneiden oder Pfropfen Gummis, die Pestizide für die phytotoxischen Kambium sein, die Verlangsamung der Wundverschluss.
  27. Bei Anlagen von übertragbaren Krankheiten betroffen, desinfizieren sowohl die Klinge und den Körper nach der Behandlung. Wo lokal akzeptabel, Alkohol oder Wasserstoffperoxid. Im Falle der Wärme Desinfektion, entfernen Sie sowohl den externen und zwei internen Gummidichtungen und behandeln sie getrennt, oder ersetzen sie.

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Representative Results

Durch seine kleinen Abmessungen und einzigartige Form, wird die linsenförmige Klinge nicht cambial entfernen und Woody Gewebe, und als mit traditionellen Bohrungen verglichen wird, ist die Wunde sichtbar kleiner (Abbildung 4a). Üblicherweise werden die Kanten des Lochs langsam cambial Gewebe (Fig. 4b1) kompartimentiert, oft wegen der Überhitzung während des Bohrens. Umgekehrt, nach der Behandlung des gleichen Baum mit einem linsenförmige Klinge, die Holzfasern wieder ihre ursprüngliche Form und das Kambium beginnt meristematischen Gewebe in ein paar Tagen zu produzieren. Vor allem in Laubbäumen, ist dies sichtbar nach Lösen der Rinde (Abb. 4b2 und c). In der Regel nach wenigen Monaten, die Wunde vollkommen geheilt, mit einer kleinen Menge der zugrunde liegenden Holz verfärbt (Abbildung 5), so dass weitere Behandlungen, wenn der Baum nicht für hohe Qualitätsholz verwendet.

Wegen ihrer Form, die Klinge erzeugt einen "Venturi effect ". Dieses physikalische Phänomen findet statt, wenn Geschwindigkeit der Flüssigkeit in einem Schacht ist beträchtlich (Video 1) und in einem Baum die wichtigsten Variablen, die sap Geschwindigkeit werden mit Blatt Transpiration verbunden. Nach unseren vorläufigen Ergebnissen sind Infusionen schneller in Laubbaumarten mit Ring-oder abnehmende Porosität Holz, und als Flüssigkeit in konvexe oder ebene Flächen in der Nähe der Basis oder auf Wurzel Fackeln angewendet wird (Video 2, Abbildung 6). Die leistungsstärksten Umweltbedingungen während der Tageszeit, mit Bodenfeuchte fast 60% und eine leichte Brise (Abbildung 7). Unter normalen Bedingungen, zum Beispiel, ein in London Platane (Platanus acerifolia) kann spontan Aufnahme 10 ml des Insektizids abamectine in weniger als 1 min, und bei idealen Bedingungen etwa 1 L in 10 min 18.

Wenn sap Geschwindigkeit zu gering ist (sub-optimalen Umweltbedingungen, Baumarten mit eigenly langsam Saft, wie Nadelbäume und Palmen), kann der Auf-nehmen sanft durch die Anwendung einiger leichter Druck von außen (Injektion müssen).

Als allgemeine Regel in Baum Endotherapie, nicht lokalisierte Infusion von Flüssigkeiten entlang der Kofferraum nicht garantieren schnelle Translokation zum Blättern. Abbildung 8 Berichte der UP-Zeit nehmen, um Blätter in Stieleiche (Quercus robur) zeigen, dass ohne Druck von außen angewendet, Wasser braucht mindestens 6 Stunden, um Blätter zu erreichen, und dass die Aufnahme Zeiten können mit Wirkstoffen verdoppelt werden, obwohl für Endotherapie formuliert. Allerdings ist die Geschwindigkeit und nicht der Liefermethode der limitierende Faktor: Abbildung 9 zeigt, dass bis-zu ergreifen, um die Blätter mittels Infusion geschieht auch in Palmen, gekennzeichnet durch sehr langsame sap Dynamik. In diesem Fall dauert es ca.. 24 Stunden, während das gleiche Ergebnis durch die Bohrungen in etwa erreicht wird. 3 Stunden, Aufbringen eines 50 psi Druck.

Wide, statistisch basierte Tests über die Wirksamkeit der injizierten Chemikalien gegen Schädlinge Einzel wurden nicht durchgeführt, wobei mit abamectine 6% zu kontrollieren viele Variablen (zB Baumarten, physiologischer Zustand, Befall Grad, Wirkstoffe und Formulierungen), aber Vorversuche bezogen Blattläuse auf Prunus spp. und Zeder, Cameraria ohridella auf Aesculus hyppocastanum und Thaumetopoea pityocampa sowohl Cedrus spp. und Pinus spp., gab 19 positive Ergebnisse.

Figur 1
Fig. 1 ist. Vorteile der linsenförmigen Blätter. Durch Einführen eines Objekts mit beliebiger Form in einer Gruppe von Fasern, trennen sie sich nach einem bikonvexen Linsenrastergeometrie (a). Anders als bei bestehenden Nadeln, eine linsenförmige Klinge trennen s die Fasern mit minimaler Reibung und Beschädigungen (b). Die Klingenform bewirkt eine vorübergehende Verringerung der Schiffsquerschnitt, wodurch eine "Venturi-Effekt": sap Druck abnimmt und seine Geschwindigkeit erhöht. Wenn die natürliche Geschwindigkeit der Saft wesentlich, werden Flüssigkeiten aus einer externen Quelle passiv durch den Baum absorbiert (c). Klicken Sie hier für eine größere Ansicht .

Figur 2
2. Komponenten. Das Gerät ist vollständig manuell und weist auswechselbare Klingen unterschiedlicher Länge, einem Körper zur Verbindung mit dem Flüssigkeitsbehälter und ein Gleithammer für das axiale Einführen und Extraktionen für die mindestens eine Beschädigung der Struktur (Figur 16 modifiziert)./ Files/ftp_upload/51199/51199fig2highres.jpg "target =" _blank "> Klicken Sie hier für eine größere Ansicht.

Fig. 3
3. Niederdruck-Injektionen. Thumb Druck ist in der Regel ausreicht, um von Infusion Injektion drehen, wenn natürliche Saft Geschwindigkeit zu langsam ist (a). Mehrfache Verbindungen zu Drucktanks Beschleunigung der Behandlung (b). Klicken Sie hier für eine größere Ansicht .

Fig. 4
4. Schließzeiten. Vergleich zwischen einem traditionellen 4 mm Durchmesser Bohrloch-und Blade-Wunde vor der Behandlung (a Betula pubescens). Entfernen der Rinde 4 Wochen nach der Behandlung, kleiner, aber deutlich nekrotischen (b1), während die größere Klinge, aber weniger traumatischen Wunde ist der Rand des Lochs, wird perfekt durch meristematischen Gewebe geschlossen (b2; zwei diametral entgegengesetzte Behandlungen in der gleichen Populus nigra) . Vollsperrung nach 1 Monat (c, Aesculus hyppocastanum). Alle Behandlungen im Austrieb mit abamectine 6%; Leiste:. 5 mm Klicken Sie hier für eine größere Ansicht .

Figur 5
5. Holz verfärbt Zwölf Monate von der Behandlung, die Erweiterung von verfärbten Holz (ein, Populus nigra, Bar:. 5 mm, b, Betula pendula, potassium Phosphate 25%). Klicken Sie hier für eine größere Ansicht .

Fig. 6
6. Einspritzzeiten ändern sich mit der Einspritzposition und Holz Porosität. Nach vorläufigen Ergebnissen, geschieht die schnellste Infusionen bei gesunden Laubbaumarten mit Ring-oder abnehmender Holz Porosität, konvex oder ebene Flächen in der Nähe der Basis oder auf Root-Flares (min/10 ml abamectine 0,1%, Bodenfeuchte 60%, Wind 4 Knoten, voll entwickelte Blätter). Klicken Sie hier für eine größere Ansicht .

Fig. 7 Abbildung 7. Umweltvariablen beeinflussen die Auf-nehmen Geschwindigkeit. Nach vorläufigen Ergebnissen, besten Performance-Variablen werden tagsüber, Bodenfeuchte fast 60% und schwachen Wind (Minuten, um die Aufnahme von 10 ml abamectine 0,1%, 0 psi, voll entwickelte Blätter). Klicken Sie hier für eine größere Ansicht .

Fig. 8
Abbildung 8. Up-nehmen mal an Blättern. Verwendung der roten Safranin als Marker, Flüssigkeiten in Stieleiche (Quercus robur) infundiert nimmt deutlich zu verschiedenen Zeiten in Blattstielen nachgewiesen werden, je nach Druck ausgeübt und aktive Flüssigkeitseigenschaften (hr/10 ml Flüssigkeit, Bodenfeuchtigkeit 60%, Wind 4 Knoten, voll entwickelte Blätter, ABAM = abamectine, TBZ = Thiabendazol, H 3 PO 3 = Topf assium phosphytes;. alle Produkte im Handel für Stamm Injektion formuliert) Klicken Sie hier für eine größere Ansicht .

Fig. 9
Abbildung 9. Up-take-mal in den Palmen. Palmen sind für ihre sehr langsame Geschwindigkeit sap bekannt. Die beiden Bilder zeigen die Anwesenheit von gefärbten Insektizid in Blattstiele (a) und Blättern (b) ca.. 24 h von Infusion (Trachycarpus fortunei, abamectine 0,1% und Safranin, 0 psi; Leiste: 5 mm). Klicken Sie hier für eine größere Ansicht .


Video 1.1.wmv "target =" _blank "> Klicken Sie hier, um ein Film zu sehen Die." Venturi-Effekt "Aktion 1:. Einmal reduziert die Querschnittsfläche, wenn Wasser-Geschwindigkeit erheblich ist dieses physikalische Phänomen findet Aktion 2:. Nach natürlichen Saft Geschwindigkeit, passiert der gleiche Effekt mit einer linsenförmige Klinge des Gefäßabschnitt vorübergehend reduziert (Video Geschwindigkeit bis 8x, Kirschbaum, Prunus cerasifera, Kaliumphosphat 25%).


. Video 2 Klicken Sie hier, um die Movie 2 anzuzeigen. Infusion Naturaufnahme in Kirschbaum (Prunus cerasifera, Kaliumphosphat 25%)..

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Discussion

Trotz der anerkannten Umweltvorteile von Baum Endotherapie, bis jetzt der limitierende Faktor eine größere Verbreitung dieser Methode ist, um die negativen Nebenwirkungen der Bohrlöcher in den traditionellen Druckverfahren (dh verzögerten Wundverschluss, parasitäre Infektionen durch Verbindung gebracht das Loch, Produktion von inaktiven verfärbt Holz).

Im Gegensatz zu anderen Verfahren wurde die beschriebene vorgesehen, ein in Übereinstimmung mit Host-Physiologie zu arbeiten, wenn man die Förderrate als der für den Behandlungserfolg untergeordneter Bedeutung.

Aus der Sicht eines professionellen Bediener ist dies eine Einschränkung der Technik. In der Tat, mit Methoden, die auf Außendruck, sind die Lieferzeiten vorhersehbar auch in suboptimalen Bedingungen, und die Anzahl der Pflanzen pro Tag behandelt werden, kann leicht vorgesehen werden. Mit der beschriebenen Technik stattdessen Aufnahme Geschwindigkeit ist direkt mit dem Wasservolumen simultan bezogeneneously Blatt durch Transpiration dispergiert und in suboptimalen Bedingungen ist es langsamer als gewünscht sein kann. In diesem Fall kann die Aufnahme durch leichtes Anlegen einer niedrigen Außendruck 1,5 bar nicht mehr gefördert werden. Nach Angaben der Projektansatz, warten auf bessere Bedingungen ist die vorgeschlagene Wahl, wenn Blatt Transpiration ist nicht optimal.

Ein kritischer Punkt bezieht sich auf Flüssigkeiten Verteilung innerhalb Gehölze. In der Tat, während eine große Menge an wissenschaftlicher Daten auf Druckinjektionen verfügbar ist wenig Zeit über die Dynamik, die zu den besten Umlauf von Chemikalien im gesamten Baum, wenn durch Infusion angewendet verstanden. Untersuchungen, die an der Universität von Padova stärken die Hypothese, dass, je nach Formulierung, Baumarten und Hafenstandort, kleinere Änderungen in der Flüssigkeit pH-Wert kann erheblich natürliche Aufnahme zu beschleunigen.

Nach den neuen Trends der modernen Baumpflege 11,17,20, diese paper schlägt einen anderen Weg, um Pestizide und andere SAP-kompatiblen Flüssigkeiten in Bäume zu verteilen. Diese Methode ist eine geeignete Option, wenn die Nebenwirkungen der Liefermethode sind wichtiger als tägliche Produktivität des Bedieners. Lenticular flügeligen Instrumente, indem Bäume Flüssigkeiten nach ihren physiologischen Status absorbieren, stellen einen neuen Schritt nach vorn in der Entwicklung weniger invasiver endotherapic Behandlungen.

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Disclosures

Patent Referenzen der beschriebene Instrument sind PD2011A000245, EP2012/063680, WIPO WO/2013/010909.

Acknowledgments

Der Autor dankt dem Patentamt der Universität Padua, die TeSAF Abteilung und Vitzani srl für die finanzielle und technische Unterstützung, die erlaubt die Entwicklung des Instruments, Dr. Jonathan Spannen (UK) für die freundliche Zusammenarbeit und sprachliche Überarbeitung der Gemeinde Ponte San Nicolò PD für Gastfreundschaft während der Video-Aufnahmen, und die anonymen Gutachtern für ihre zielgerichtete und detaillierte Vorschläge.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
BITE Vitzani srl, Perarolo di Cadore, Italy  

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