von Paul Müller Studiengang: Energie- und ... · Neben vielen Computerprogrammen wie...
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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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