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Der Artikel beschäftigt sich mit der Untersuchung stark korrodierter Fibelfragmente aus dem hallstattzeitlichen Gräberfeld Getzersdorf an der Traisen in Niederösterreich. Die metallographischen Analysen geben Aufschluss über die Herstellung und Korrosion von Eisenartefakten. Die Funde stammen aus einem Gräberfeld, das während der Grabungen in den Jahren 1968 bis 1972 entdeckt wurde. Die Untersuchungen zeigen, dass die Eisenfunde stark korrodiert sind und verschiedene Korrosionsschichten aufweisen. Besonders interessant sind die Ergebnisse zur Harfenfibel, deren Herstellung und Korrosionsprozesse detailliert analysiert wurden. Die Studie liefert wertvolle Erkenntnisse über die Eisenverarbeitung und die Bestattungspraktiken der Hallstattzeit. Die detaillierte Analyse der Korrosionsprozesse und die Identifizierung spezifischer Fibeltypen machen diesen Artikel zu einer wichtigen Quelle für Archäologen und Metallurgen.
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Zusammenfassung
Das hallstattzeitliche Gräberfeld Getzersdorf an der Traisen, Niederösterreich (HaC, ca. 800–450 v. Chr.) wurde in den Jahren 1968 bis 1972 ausgegraben und ergab etwa 90 Gräber mit viel Keramik, aber auch Bronze- und Eisenteilen. Einige Teile von Eisenfunden, die vermutlich zu Fibeln gehörten, wurden metallographisch untersucht.
Die Fibelfragmente sind großteils vollständig korrodiert, da sie aus dünnen Drähten bestehen. Die Korrosionserscheinungen können einerseits durch Verzunderung während der Kremierung und andererseits durch wässrige Korrosion während der Lagerung im Erdreich erklärt werden. Vereinzelt wurde noch metallisches Eisen gefunden, von dem auch das Gefüge untersucht werden konnte.
Bruchstücke aus einem Grab konnten als Harfenfibel identifiziert werden. Bei anderen Funden sind nur kleinere Bruchstücke vorhanden, wodurch kein Fundtyp bestimmt werden konnte. In den Korrosionsprodukten, die den Teilen anhaften, wurden auch Holzkohle und Knochensplitter nachgewiesen.
Der Verlag bleibt in Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröffentlichten Karten und Institutsadressen neutral.
1 Einleitung
Das untere Traisental in Niederösterreich war bereits in der Urgeschichte ein beliebtes Siedlungsgebiet, was bedeutende archäologische Befunde aus den verschiedensten Epochen belegen.
Aus der Kupferzeit wurden Gräberfelder im Gebiet von Inzersdorf, Franzhausen und Nussdorf ob der Traisen entdeckt. Aus der frühen Bronzezeit (ca. 2200–1600 v. Chr.) sind Franzhausen I und II sowie Ratzersdorf zu erwähnen. Die Gräberfelder von Franzhausen-Kokoron und Inzersdorf datieren in die Urnenfelderzeit (1300–800 v. Chr.) [1‐3].
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Das hallstattzeitliche Gräberfeld Getzersdorf an der Traisen (HaC, ca. 800–450 v. Chr.) wird bereits der frühen Eisenzeit zugerechnet [4‐6]. Ebenfalls im Traisental gelegene hallstattzeitliche Gräberfelder sind Statzendorf [7] und Kuffern [8]. Ein weiteres Gräberfeld in der Umgebung ist Inzersdorf-Walpersdorf, welches einer späthallstattzeitlichen bis latènezeitlichen Siedlung zugerechnet wird [9].
Es ist leider anzumerken, dass es sich meist um großflächige Rettungsgrabungen handelte, die während des Baus der Schnellstraße S33, die Krems mit St. Pölten verbindet, notwendig wurden (Abb. 1a). Viele Funde wurden damals nicht ausreichend dokumentiert und werden bis heute unbearbeitet in Depots aufbewahrt.
Abb. 1
Getzersdorf im Traisental (a). Die etwa 90 Gräber des hallstattzeitlichen Gräberfeldes von Getzersdorf, heute im Bereich künstlich angelegter Fischteiche (b). Blau: Gräber mit Eisenfunden, rot: Gräber, aus denen die untersuchten Proben stammen
Während der Grabungen in den Jahren 1968 bis 1972 wurden im Gräberfeld Getzersdorf etwa 90 Gräber gefunden ([4‐6]; Abb. 1b). Die Funde wurden kurz dokumentiert und teilweise restauriert. Nach über 50 Jahren in einem Depot wird derzeit der gesamte Fundkomplex an der Universität Wien neu bearbeitet und dokumentiert.
Der überwiegende Teil der Funde besteht aus Keramik, aber es gibt auch diverse metallische Artefakte aus Bronze und Eisen unter den Fundstücken.
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Insgesamt wurden in 34 Gräbern Eisengegenstände gefunden (Abb. 1c). Darunter befanden sich 29 Messer, 5 Nadeln, 1 Ring, 3 Armreife und 5 Fibelteile.
Da die Möglichkeit bestand, einzelne Objekte werkstoffkundlich zu untersuchen, wurde eine Auswahl getroffen, da berücksichtigt werden muss, dass mit metallographischen Untersuchungsmethoden eine Zerstörung der Objekte verbunden ist. Für das vorliegende Manuskript wurden stark korrodierte Teile gewählt, die Bestandteile von Fibeln gewesen sein könnten (Abb. 2).
Abb. 2
Eisenfunde aus dem Gräberfeld Getzersdorf, die metallographisch untersucht wurden. Rote Linien kennzeichnen Schnittebenen. a bis e bezeichnet die jeweiligen Proben
Für die metallographische Präparation wurde die Teile zuerst in Epoxidharz unter Vakuum kalteingebettet. Mit einer Trennmaschine wurden danach die gewünschten Schnitte ausgeführt. Diese Stücke wurden abermals in Epoxidharz kalteingebettet. Danach erfolgte eine übliche metallographische Präparation bis zu 1 µm Diamantsuspension. Falls noch metallisches Eisen vorhanden war, wurde dies mit Nital 1 % Lösung geätzt. Die Untersuchung der Schliffe erfolgte mittels Lichtmikroskop (LOM) und Rasterelektronenmikroskop (REM) im Rückstreuelektronendetektor (BSE). Für die Elementanalyse im REM stand auch die energiedispersive Röntgenanalyse (EDX) zur Verfügung.
3 Untersuchungsergebnisse
Zuerst werden die Ergebnisse der metallographischen Untersuchungen präsentiert und danach erfolgt eine gemeinsame Diskussion. Aufgrund der großen Datenmengen werden nicht alle Schliffe gezeigt.
Abb. 3 zeigt den Schnitt durch eine Nadelrast mit Nadel (Abb. 2, Fundnummer 1968-02-001/d/e). Die Nadelrast hatte eine Blechdicke von 2 bis 3 mm (Abb. 3a, b). Sie besteht aus unterschiedlichen Schichten von Korrosionsprodukten des Eisens, welche im polarisierten Licht deutlich unterschiedliche Rotfärbungen zeigen (Abb. 3c, d, e). Es sind auch Löcher erkennbar, welche teilweise auf Korrosionsprozesse zurückzuführen sind (Abb. 3a, b). Auffällig sind helle Schichten von etwa 0,3 mm Dicke, die von dunkleren Schichten umgeben sind (Abb. 3a, b, f, g).
Abb. 3
Fundnummer 1968-02-001/d/e. Nadelrast mit Nadel a Übersicht; b, c Übergang Fibelrast zu Nadel; d, e Schichten aus Korrosionsprodukten; f, g Nadel; a–e LOM, c–e polarisiertes Licht; f, g REM
Von der Nadel ist ein nahezu runder Querschnitt mit einem Durchmesser von etwa 1,5 mm zu sehen.
Bei dem Spieß in Abb. 4a (Fundnummer 1968-02-001/b) könnte es sich um einen Nagel oder einen Pfriem handeln, welcher in einem Holzstück steckt. Das ursprüngliche Eisen ist vollständig korrodiert (Abb. 4a, b, c), und es sind auch Zonen unterschiedlicher Korrosionsprodukte zu sehen. Das die Spitze umschließende Holz ist deutlich an seiner faserigen Struktur erkennbar (Abb. 4d–g). Die Korrosionsprodukte des Eisens haben auch das Holz durchdrungen.
Abb. 4
Fundnummer 1968-02-001/b: a Übersicht; b, c korrodiertes Eisen; d–g Holz mit Eisen Korrosionsprodukten; a, b, e, f LOM, f polarisiertes Licht; c, d, g REM
Gefüge der Nadel sind in Abb. 5 (Fundnummer 1968-16-009/a) zusammengestellt. Bei dieser Probe ist noch metallisches Eisen vorhanden, welches von einer bis zu 1 mm dicken Korrosionsschicht umgeben ist. Auch innerhalb des Eisens sieht man Korrosionsprodukte (Abb. 5a, b). Längliche Schlacken oder Oxideinschlüsse können durch das Schmieden der Nadel erklärt werden (Abb. 5a). Nach einer Ätzung mit Nital sieht man ein untereutektoides Stahlgefüge mit länglichen, bis zu 100 µm großen Ferritbereichen neben Perlit (Abb. 5c–e). Aus dem Verhältnis Ferrit (0 Gew. % C) zu Perlit (0,8 Gew. % C) kann ein Kohlenstoffgehalt von etwa 0,3 Gew. % abgeschätzt werden. Eine Ätzung mit Klemm 2 war sehr ungleichmäßig (Abb. 5f).
Abb. 5
Fundnummer 1968-16-009/a: a, b metallischer Eisenkern mit Korrosionsprodukten, LOM; c–e Ätzung mit 1 % Nital Lösung, LOM; f Klemm 2 Ätzung, LOM
Die Nadelrast enthält ebenfalls noch metallisches Eisen und eine Korrosionsschicht (Abb. 6a; 1968-16-009/b/c). Dieser Stahl enthält nahezu keinen Kohlenstoff (Abb. 6c, d) und nur lokal wurde Bereiche mit Perlit gefunden (Abb. 6e, i), was Kohlenstoffgehalten zwischen 0,05 und 0,2 Gew. % entsprechen dürfte.
Abb. 6
Fundnummer 1968-16-009/b/c: a–e, i LOM, Ätzung Nital 1; f–h, j REM
Im Gefüge sind auch Lagenstrukturen erkennbar, welche meist durch Schlacken- oder Oxideinschlüsse voneinander abgegrenzt sind (Abb. 6c–f). Die im REM-BSE dunkel erscheinenden Einschlüsse bestehen nach EDX-Messungen überwiegend aus SiO2 mit geringen Anteilen an Ca, K, Mg und Al (Abb. 6f, g). Dies würde einem etwas verunreinigtem Quarz entsprechen. Die hellgrauen Einschlüsse enthalten Fe, Si, O und ebenfalls geringen Anteilen an Ca, K, Mg und Al (Abb. 6f, g, j). Dies würde Schlackeneinschlüssen entsprechen.
Derartige Gefüge wurden bereits bei einer Rollenkopfnadel beschrieben [10].
Im Bereich des Hakens sind auch die durch das Schmieden verformten Schichten gut erkennbar (Abb. 6a).
3.3 Fundnummer 1968-18-011; Harfenfibel
Zur Fundnummer 1968-18-011 gehören fünf korrodierte Bruchstücke, welche alle von einer Harfenfibel stammen dürften (Abb. 2). Bei der Scheibe mit etwa 22 mm Durchmesser handelt es sich um die Spirale des Fibelfußes, von dem ein Querschliff angefertigt wurde (Abb. 7a; 1968-18-011/a). Im Querschliff sind 12 Drahtquerschnitte deutlich zu erkennen und zwei undeutlich. Die einzelnen Drahtquerschnitte weisen Durchmesser zwischen 1,5 und 2 mm auf (Abb. 7a–e). Die korrodierten Drähte sind unterschiedlich porös, besitzen jedoch einen etwa 40 µm dicker Saum, der durch Verzunderung während der Kremierung entstanden sein könnte. Das restliche Eisen wurde später durch wässrige Korrosion oxidiert, wobei sich die Korrosionsprodukte auch in der Umgebung der Fibel verteilt haben. In Abb. 7a sind unterhalb der Drähte Anhaftungen aus Rost mit eingelagerten Holzkohlestücken (Abb. 7f, g) und Knochenteilen zu sehen. In einer EDX Elementverteilung sind Knochensplitter an ihren Anteilen an Ca und P zu sehen (Abb. 8). Die Holzkohle ist hier nicht eindeutig zu identifizieren, da auch die Einbettmasse Kohlenstoff enthält.
Abb. 7
Harfenfibel – Fundnummer 1968-18-011/a: Querschnitt durch die Fußscheibe: a–d, f, g LOM; g polarisiertes Licht; e REM
Der zweite Teil der Scheibe wurde flächig angeschliffen (Abb. 9a; 1968-18-011/b). Es ist ersichtlich, dass der Eisendraht spiralförmig angeordnet war. Die Drahtdicke ist hier nicht klar zu bestimmen, da unterschiedliche Anschliffwinkel vorliegen. Auch hier ist die dünne Oxidschicht an der ursprünglichen Drahtoberfläche zu erkennen (Abb. 9b–d).
Abb. 9
Harfenfibel – Fundnummer 1968-18-011/b: Flächiger Anschliff der Fußscheib, LOM (a–d)
Das in Abb. 10a gezeigte Bruchstück (1968-18-011/c) dürfte aus dem Fibelkopf stammen und ist ebenfalls eine Spirale. Auch hier ist der Drahtdurchmesser zwischen 1,5 und 2 mm (Abb. 10a–d). Der Oxidsaum an der Drahtoberfläche ist ebenfalls zu sehen (Abb. 10a–d). Die Korrosion dürfe immer wieder unterbrochen worden sein, wodurch sich unterschiedliche Schichten aus Korrosionsprodukten ausgebildet haben (Abb. 10e). Schliffbilder eines anderen Bruchstücks (1968-18-011/e) sind in Abb. 11a–d zu sehen. Bei diesem Stück sind die rosthältigen Anhaftungen über einen Millimeter dick.
Abb. 10
Harfenfibel – Fundnummer 1968-18-011/c: Anschliff des Fibelkopfs: a–c LOM; d REM, e polarisiertes Licht
In Abb. 12a ist ein über 2 cm langes Fragment dargestellt, bei dem es sich um das Bruchstück eines Fibelbügels handeln könnte (1972-81-004/a). Auffällig ist eine runde Erhebung, die auf dem Bügel aufgesetzt ist (Abb. 12b–d). Das Bruchstück ist vollständig korrodiert, wobei sich verschiedene Lagen aus Korrosionsprodukten ausgebildet haben (Abb. 12e, f). Worum es sich bei der kleinen Kugel in Abb. 12g handelt, ist nicht klar – sie besteht hauptsächlich aus Eisen, wenig Phosphor und noch weniger Kalzium.
Abb. 12
Fundnummer 1972-81-004/a. a, c, e, f LOM; b 3D-DM, d, g REM
Eine Spirale aus diesem Fund (Abb. 13b) (1972-81-004/b) ist etwa 15 mm lang und besitzt fünf Windungen. Im Anschliff ist erkennbar, dass hier nur geringer Korrosionsangriff stattgefunden hat (Abb. 13a, c, d). Typisch ist auch hier eine äußere Schicht von Korrosionsprodukten mit etwa 100 µm Dicke und darunter eine dunklere Schicht mit stark unterschiedlicher Dicke (Abb. 13a, c).
Abb. 13
Fundnummer 1972-81-004/b. a, c, e–g LOM; b 3D-DM, d REM; e–f Nital Ätzung
Das metallische Eisen wurde mit einer 1 % Nital Lösung geätzt (Abb. 13e–g). Es handelt sich um sehr kohlenstoffarmes Eisen, da keine perlitischen Bereiche zu sehen sind. Die Korngrößen des Ferrits variieren zwischen etwa 20 und 150 µm.
3.5 Fundnummer 1972-87-001; Nadelrast
Bei diesem Teil dürfte es sich um eine Nadelrast handeln (Abb. 14a) (1972-87-001/a). Mit der Nadelrast war vermutlich eine Spirale oder Öse verbunden. Die Nadelrast ist etwa 8 mm lang und besteht aus einem umgebogenen Eisenblech. Das Stück ist vollständig korrodiert, aber es sind noch die ursprünglichen, verformten Schichten des Eisens zu erkennen, die sich in verschiedenen Korrosionsschichten erhalten haben (Abb. 14a–c). Der Draht der aufgesetzten Spirale hat einen Durchmesser von etwa 4 mm (Abb. 14a, e) und die Korrosionsschichten sind lagig aufgebaut (Abb. 14e, f). Im polarisierten Licht sind die verschiedenen Korrosionsschichten gut erkennbar (Abb. 14d).
Abb. 14
Fundnummer 1972-87-001/a/b. a–d LOM; d polarisiertes Licht, e, f REM
Die Anfänge der Eisengewinnung könnten in Mesopotamien gewesen sein, da dort bereits 1200 v. Chr. Eisen hergestellt wurde [11]. In Österreich wird die älteste Eisenverhüttung am Waschenberg (Oberösterreich) vermutet (etwa 800 v. Chr.), wo metallurgische Überreste aus der Hallstattzeit gefunden wurden [12]. Es gibt auch Vermutungen, dass technologische Beziehungen zwischen den alpinen Regionen und Etrurien bestanden [13]. Als erste Anlagen für die Eisenproduktion werden kleine Rennöfen vermutet, die lange Zeit genutzt wurden [14].
Die Funde vom Waschenberg lassen vermuten, dass die Reduktionsaggregate eher klein waren, denn kleinere Eisenteile lassen sich leichter zu dünnen Blechen ausschmieden [15, 16].
Bei der Damaszenertechnik werden die unterschiedlichen Eisenlagen bei Schmiedetemperatur durch die mechanische Einwirkung des Schmiedens verbunden [17, 18]. Dies erfolgt bei Temperaturen zwischen 1000 und 1200 °C, wodurch Diffusionsvorgänge eine Verbindung der Bleche begünstigen. Bei der Damaszenertechnik können die einzelnen Stahllagen, aufgrund ihres unterschiedlichen Kohlenstoffgehalts, unterschieden werden. Bei den vorliegenden Stücken sind die einzelnen Eisenlagen durch Schlacken- oder Oxideinschlüsse getrennt (Abb. 6c–e). Bei Schmiedetemperatur kommt es auch zur Diffusion des Kohlenstoffs [19] und es kann auch eine Rekristillation der Eisenkörner aufgetreten. Allgemein kann gesagt werden, je höher die verwendete Schmiedetemperatur war, umso undeutlicher sind die einzelnen Eisenlagen zu erkennen [10].
4.2 Die Korrosion von Eisen
Da es sich bei den Bestattungen aus Getzersdorf um ein Brandgräberfeld handelt ist anzunehmen, dass die Eisenteile während der Verbrennung der Toten einer Wärmebehandlung ausgesetzt waren. Es liegen bereits Untersuchungen zu Veränderungen von Bronzen während einer Kremierung vor [20, 21], jedoch nicht von Eisen.
In diesem Fall ist von einem zweigeteilten Korrosionsprozess auszugehen. Während der Kremierung findet Hochtemperaturkorrosion statt, bei der sich an der Oberfläche eine Zunderschicht aus Eisenoxiden bildet. Im Falle von Eisen könnten Fe2O3, Fe3O4 oder FeO entstehen [22, 23]. Der Aufbau und die Zusammensetzung der Zunderschicht sind von den lokalen Bedingungen während der Kremierung abhängig. Im Wesentlichen wären das: Temperaturverlauf, Dauer der Kremierung, Gasatmosphäre um das Eisenteil.
Da bei allen untersuchten Teilen eine helle, meist durchgehende Oxidschicht beobachtet wurde, kann man davon ausgehen, dass diese bei der Kremierung entstanden ist. Welches Oxid vorliegt, konnte im Rahmen unserer Untersuchungen nicht bestimmt werden.
Nach der Verbrennung auf dem Scheiterhaufen wurden die menschlichen Überreste mitsamt den Trachtbestandteilen eingesammelt und in Urnen bzw. Gruben bestattet.
Während der Lagerung im nassen Boden begann die wässrige Korrosion, die meist das gesamte Eisen oxidierte. Wässrige Korrosion basiert auf elektrochemischen Vorgängen, bei denen, im Fall von Eisen, Rost entsteht, welcher aus Hydroxiden oder Oxyhydraten besteht (Fe(OH)2, Fe(OH)3, FeO(OH) und einige mehr). [24]. Die Oxidation des Eisens erfolgt an der Anode, es entstehen Fe2+ Ionen und durch die Hydroxidbildung ein saures Milieu. Dies wiederum bewirkt, dass die Fe-Ionen sich weiter verteilen können. Dadurch entstehen außerhalb des ursprünglichen Eisenfragmenes Rostablagerungen (z. B. Abb. 3, 7 und 11), aber es können auch Hohlräume innerhalb des korrodierten Fragmentes entstehen (z. B. Abb. 3 und 10). In den Rostablagerungen können Partikel, die gemeinsam mit dem Eisenfragment deponiert wurden, eingelagert werden. Beispielsweise Holzkohle (Abb. 7f, g) oder Knochen (Abb. 8). In dem Holz neben dem Eisenspieß wurde ebenfalls Rost eingelagert (Abb. 4).
4.3 Die Harfenfibel und ihre Herstellung
Die Teile der Fundnummer 1968-18-011 passen zum Aufbau einer Harfenfibel (Abb. 15a), wie ein Vergleich mit einer bronzenen Harfenfibel zeigt (Abb. 15b). Fibeln dienten dazu, Gewandteile zusammenzuhalten, und sind gleichzeitig ein dekoratives Accessoire [25‐27]. In der Region Traisental waren Harfenfibeln zumeist Teile der Frauentrachten [7, 28]. Die Verbreitung der Harfenfibel erstreckte sich vom Nord-Ost-Rand der Alpen bis nach Polen [29]. Harfenfibeln waren in der Zeit des Umbruchs von der Urnenfelder- zur Hallstattzeit besonders beliebt und wurden sowohl aus Bronze, als auch aus Eisen gefertigt [29].
Da Harfenfibeln überwiegend aus Draht bestehen, ist eine Herstellung durch Drahtziehen naheliegend. Die sehr gleichmäßigen Drahtdurchmesser (Abb. 7, 10 und 13) erhärten diese Vermutung.
Um Eisen zu entsprechend dünnen Drähten verarbeiten zu können, sollte das Eisen gut verarbeitbar sein. Dazu sollte es sehr duktil sein, was einen möglichst niedrigen Kohlenstoffgehalt und wenige, möglichst kleine Schlackeneinschlüsse voraussetzt. Dies entspricht auch dem metallischen Eisen, das gefunden wurde (Abb. 6 und 13). Es kann angenommen werde, dass das Eisen zuerst zu dünnen Stäben geschmiedet wurde und erst zuletzt über einen Ziehstein der finale Drahtdurchmesser eingestellt wurde. Bei Fibeln mit unterschiedlichen Drahtdurchmessern mussten mehrere Ziehvorgänge von beiden Seiten des Stabes durchgeführt werden. Ziehsteine wurden bisher nicht identifiziert, aber das könnte daran liegen, dass diese fälschlicherweise als Schmuckperlen angesehen wurden.
Erst nachdem der Draht fertiggestellt war, konnte die Fibel entsprechend gebogen werden.
5 Schlussfolgerungen
Einige Fragmente von Eisenfunden des hallstattzeitlichen Gräberfeldes von Getzersdorf an der Traisen wurden metallographisch untersucht. Die meisten Bruchstücke konnten keinem Fibeltyp zugeordnet werden, jedoch gelang es, eine Harfenfibel zu identifizieren.
Bei den meisten Stücken war das Eisen bereits vollständig korrodiert. Bei den Korrosionsprodukten kann zwischen Oxiden, die während der Verbrennung der Toten entstanden sind, und Hydroxiden, die während der wässrigen Korrosion durch die Bodenlagerung entstanden sind, unterschieden werden. In dem die Fragmente umgebenden Rost waren verschiedene Materialien eingebettet, wie beispielsweise Holzkohle oder Knochen, die neben den Eisenteilen abgelegt wurden. Es wurde auch Holz nachgewiesen, das mit Rost versetzt war.
Bei zwei Stücken konnte noch metallisches Eisen gefunden werden, welches nur sehr geringe Kohlenstoffgehalte und Schlackenanteile enthielt. Beides sind Voraussetzungen für eine gute Verarbeitbarkeit des Eisens.
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Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.
