CH661956A5

CH661956A5 - Daemmstoff.

Info

Publication number: CH661956A5
Application number: CH681/83A
Authority: CH
Inventors: John Hurst
Original assignee: Grace W R Ltd
Priority date: 1982-02-09
Filing date: 1983-02-07
Publication date: 1987-08-31
Also published as: SE8300085L; US4539262A; NO162811C; DK53183A; JPS58149927A; KR840003595A; FI830240A0; DK159659C; IT1160707B; ES519618A0; ZA83601B; NO830403L; BR8300380A; ATA38283A; DK159659B; FI74989C; FR2521129A1; FR2521129B1; PH21393A; DK53183D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dämmstoff aus aufgeschäumten Polystyrolkugeln, die in Bitumen oder einer bituminösen Verbindung eingekapselt sind, sowie ein Verfah ren zu dessen Herstellung.

Dämmstoffe aus aufgeschäumten Kunststoffkugeln und Bitumen sind im Prinzip bekannt. So beschreibt die GB-PS 1 592 096 ein Material aus aufgeschäumten Polystyrolkugeln, die mit einem emulgatorhaltigen Bitumen mit niedrigem Erweichungspunkt umhüllt sind. Ferner sind aus GB-PS Ì 344 235 Stoffe bekannt, die durch Beschichten von aufgeschäumten Polystyrolkugeln mit einem emulgierten Bitumen im Volumenverhältnis von etwa 1 bis 6:1 erhalten werden.

Es hat sich gezeigt, dass diese bekannten Dämmstoffe nicht die für bestimmte Verwendungszwecke erforderliche Wasserbeständigkeit besitzen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dämmstoff sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, die die erforderliche Wasserbeständigkeit aufweisen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss durch die Merkmale in den Kennzeichnungsteilen der Ansprüche 1 und 9 gelöst.

Der Begriff «halbflüssig», wie er im Anspruch 9 gebraucht wird, bedeutet, dass das Bitumen oder die bituminöse Verbindung warm genug ist, um klebrig zu sein, jedoch nicht warm genug, um fliessfähig zu sein.

Aufgrund der erfindungsgemäss vorgesehenen Massnahme, dass ein Bitumen bzw. bituminöses Material eingesetzt wird, das frei von Lösungsmitteln, Leichtölen, Emulgatoren oder Verflüssigungsmitteln ist, erhält man eine Beschichtung, die wasserbeständig ist. Wenn beispielsweise ein Emulgator verwendet wird, dann besteht die Gefahr, dass in Gegenwart von Wasser die Emulsion in die flüssige Phase zurückkehren kann mit der Folge, dass keine wasserdichte Beschichtung erhalten wird. Bei Verwendung von Lösungsmitteln für Bitumen stellt sich das Problem, dass diese Lösungsmittel dazu neigen, auch für die aufgeschäumten Kunststoffkugeln Lösungsmittel zu sein. Auch dieser Nachteil wird erfindungsgemäss vermieden, wobei die Einkapselung der einzelnen Kugeln vollständiger und wasserundurchlässig ist. Das erfindungsgemässe Material kann daher vor allem dort vorteilhaft eingesetzt werden, wo Wasser oder Dampf auftreten können, ohne dass die Kugeln die Feuchtigkeit aufnehmen.

Die bekannten Materialien aus aufgeschäumten, mit Bitumen von niedrigem Erweichungspunkt umhülllten Polystyrolkugeln leiden unter dem grossen Nachteil, dass bei starker Sonneneinstrahlung oder erhöhter Temperatur das Bitumen erweicht und jedes Teil aus derartigen beschichteten Kugeln seine Bindefestigkeit verliert.

Besonders vorteilhafte Ergebnisse können erhalten werden, wenn das Bitumen oder bituminöse Material einen Erweichungspunkt besitzt, der wesentlich höher als der Schmelzpunkt der Kugeln ist, z.B. um 10 bis 20 °C oder mehr höher liegt, und wenn es bei Umgebungstemperatur fest ist, so dass nach der Einkapselung die gekühlten Kugeln leicht voneinander getrennt werden können und ohne gegenseitiges Aneinanderhaften getrennt bleiben. Die Kunststoffkugeln sind aus aufgeschäumtem Polystyrol, mit einem Schmelzpunkt von bevorzugt 95 bis 100 °C. Das bituminöse Material ist bevorzugt ein Asphalt, das vorzugsweise einen Erweichungspunkt von wenigstens 115 °C (gemäss Institute of Petroleum Needle oder IPN-Verfahren) aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Asphalt auf 185 °C während des Einkapselungsvorgangs erhitzt. Ferner wird vorzugsweise Bitumen oder bituminöses Material eingesetzt, das bei einer Konditioniertemperatur von 25 °C einen Penetrationswert von 1-6, besonders bevorzugt von 1-4, besitzt.

Der in Form eines Körpers vorliegende Dämmstoff kann

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eine durchgehend harte und glatte Oberfläche besitzen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass man eine erhitzte Fläche, im allgemeinen in Form einer Platte, auf alle Oberflächen des Körpers aufbringt.

Die Stufe des Zusammenpressens der eingekapselten Kugeln zur Herstellung eines Körpers kann in der Weise durchgeführt werden, dass man das Material zwischen sich bewegenden Endlosbändern hindurchführt, wobei man einen Tisch mit hin und her gehenden Walzen einsetzt, durch Passierenlassen des Materials auf einem sich bewegenden Band unter einer Walze oder durch einfaches Zusammenpressen. Vorzugsweise werden die Kugeln nach dem Einkapseln jedoch gekühlt, voneinander getrennt und unter Wiedererhitzen zusammengepresst, so dass das Einkapselungsmaterial klebrig, jedoch nicht fliessfähig wird. Um zufriedenstellende Ergebnisse zu erhalten, ist es auch möglich, die Kugeln weiter aufzuschäumen oder wieder aufzuschäumen, während sie zusammengepresst werden, so dass sie gegeneinander gedrängt und eng zusammengefügt werden und dabei im wesentlichen gerade Kanten zwischen ihnen ausgebildet werden.

Eine solche bevorzugte weitere Aufschäumung oder erneute Aufschäumung kann durch Eindüsen von überhitztem Dampf von 150 bis 180 °C zwischen die Kugeln erreicht werden. Als Anzeichen für eine geeignete weitere Ausdehnung, die durch Pentan oder andere in den Kugeln zurückgehaltene Gase bewirkt werden kann, kann die Änderung des Volumenverhältnisses zwischen Kugeln und Bitumen angesehen werden, das in einem bevorzugten Fall bei einem Anfangsvolumen-Verhältnis von Kugeln zu Bitumen zwischen 25:1 und 30:1 liegt, während das Endvolumen-Verhältnis ungefähr 40:1 beträgt. Die Kugeln durchlaufen vorzugsweise einen sich verengenden Gang zwischen Endlosbändern, während sie sich nach aussen gegen die Bänder ausdehnen. Diese Anordnung besitzt den Vorteil, dass die Einheitlichkeit der Kugelgrösse in dem fertigen Produkt verbessert wird und Hohlräume ausgeschaltet werden, wodurch der Körper eine grössere Biegefestigkeit und eine stärkere Kompression erhält. Wenn nur ein äusserer Druck ausgeübt wird, neigen die Kugeln in der Nähe der Oberfläche dazu, zerquetscht zu werden, während diejenigen in der Mitte nicht so stark gequetscht werden, so dass ein weicheres Produkt entsteht. Die Verwendung von heissem Dampf und klebrig werdendem Material gemäss vorliegender Erfindung unterstützt die Haftung, wenn das Bitumen abkühlt.

Aufgrund der vorliegenden Erfindung ist es möglich und wird bevorzugt, Körper zu erhalten, die eine Biegefestigkeit von 2,10 bis 3,15 kg/cm2, gemessen mit der B.S.-Methode 4370, und eine Druckfestigkeit von 1,05 bis 1,75 kg/cm2 bei 25 °C und eine 20%ige Kompression aufweisen.

Wesentlich für eine Ausgestaltung der Erfindung ist das Verhältnis von Bitumen oder bituminösem Material zu den Kunststoffkugeln. Vorzugsweise liegt das Volumenverhältnis von Kugeln zu Bitumen oder bituminösem Material in der Mischungsstufe bei 20:1, es kann sich aber auf wenigstens 50:1 erhöhen, wobei der bevorzugte Bereich bei 25:1 bis 40:1 liegt. Daraus ergibt sich, dass das Verhältnis von Volumen zu Gewicht des Produktes hoch ist. Dies ist ganz besonders erwünscht in einem Dämmstoff, bei dem der Isoliereffekt mit dem Volumen steigt. Das Gewichtsverhältnis zwischen Kugeln und Bitumen oder bituminösem Material beträgt vorzugsweise 1:1,5.

Um sicherzustellen, dass möglichst alle Kugeln mit Bitumen oder bituminösem Material eingekapselt sind, wird die Gesamtoberfläche aller Kugeln vorzugsweise relativ klein gehalten. Dies kann erreicht werden, indem man Kugeln unterhalb einer bestimmten Grösse, vorzugsweise unter 2 mm Durchmesser, nicht verwendet, und dadurch, dass man sicherstellt, dass die Kugeln keine Feinstoffe enthalten, denn dadurch wird die Oberfläche stark vergrössert bei einer vernachlässigbaren Vergrösserung des Volumens. Daher ist der Durchmesser der kleinsten Kugeln nicht kleiner als 's, im allgemeinen nicht kleiner als die Hälfte des Durchmessers der grössten Kugeln, wobei Kugeln mit einer einheitlichen Grösse besonders bevorzugt werden. So sind Kugeln mit einem Durchmesser von 2 bis 10 mm und insbesondere von 3 bis 6 mm bevorzugt. Das Endprodukt besitzt in bezug auf Einheitlichkeit und Festigkeit besondere Vorteile, wenn die Grössenverteilung der Kugeln klein gehalten wird.

Für den Fall, dass die erfindungswesentlichen Körper in Form von Platten vorliegen, sind Dicken zwischen 3 und 10 cm, in der Regel von 5 cm, wünschenswert, es können aber auch andere Abmessungen der Plattengrösse ausgewählt werden. Platten mit einer Grösse von z.B. 60 x 120 cm sind besonders geeignet im Hinblick auf ihre leichte Herstellbarkeit, Lagerung, Handhabung und Montage.

Es war überraschend, als festgestellt wurde, dass die Kugeln gemäss dem Verfahren der Erfindung mit bituminösem Material erfolgreich eingekapselt werden können, dessen Temperatur höher ist als der Schmelzpunkt der Kugeln. Vor dem Einkapseln neigen die Kugeln dazu, aufgrund statischer Aufladungen aneinander zu haften, es wurde jedoch gefunden, dass sich beim Zufügen der Kugeln zu dem heissen Bitumen sofort auf jeder Kugel eine dünne Bitumenbeschichtung bildet. Jede der Kugeln nimmt nicht mehr als diese minimale Beschichtung auf, die eine vollständige Einkapselung ergibt, und das überschüssige Bitumen fliesst in bemerkenswerter Weise von einer Kugel zur anderen. So breitet sich bei Zugabe der Kugeln zu dem im Mischer befindlichen heissen Bitumen dieses auf sehr unerwartete Weise aus, wobei jede Kugel mit Bitumen bzw. bituminösem Material vollständig eingekapselt wird. In kurzer Zeit sind sämtliche Kugeln eingekapselt, d.h. vollständig mit Bitumen bedeckt. Als Folge davon werden die statischen Kräfte, die anfangs die Kugeln zusammenhalten, zerstört, obgleich danach das Bitumen bestrebt ist, nach dem Abkühlen oder wenigstens bei beginnender Abkühlung in dem Mischer die Kugeln zusammenzuhalten.

Bei erfindungsgemässen Ausgestaltungen in Form von Körpern, wie z.B. in Form von Platten, wird die abgekühlte Mischung bzw. die Mischung während des Abkühlens aus dem Mischer entfernt und dann, wie vorstehend beschrieben, so stark gepresst, dass die Hohlräume zwischen den Kugeln im wesentlichen beseitigt werden, d.h. die Kugeln werden deformiert, ihr Volumen jedoch nicht wesentlich geändert, vielmehr in einer bevorzugten Ausführungsform sogar durch zusätzliches Erhitzen und Aufblasen vergrössert. Ein Zusammenpressen eines Haufens von losen Kugeln auf etwa 2h ihrer Dicke reicht normalerweise aus, obgleich eine stärkere Kompression die Möglichkeit einer vollständigen Entfernung aller Hohlräume vergrössert. Ein Ziel der Verfahrensstufe des Zusammenpressens besteht darin, dass kein Gang durch die Platte aufgrund miteinander in Verbindung stehender Hohlräume gebildet werden soll. Dadurch wird eine maximale Plattendicke ermöglicht und damit für ein gegebenes Materialgewicht ein maximaler Dämmeffekt erreicht.

Ein weiteres bevorzugtes Ziel besteht darin, dass die Kugeln so auf ihre Nachbarkugeln gedrückt werden, dass sie verzerrt und eng zusammengefügt werden, wobei sie sich, im Querschnitt betrachtet, entlang gerader Linien berühren. Dadurch erhält die gebildete Platte eine hohe Biege- und Druckfestigkeit. Nach diesem Verfahren ist die erhaltene Platte wasserbeständig, im wesentlichen frei von Hohlräumen und besitzt ein sehr geringes Gewicht. Die Körper, insbesondere Platten können, falls gewünscht, durch die vorstehend beschriebene Oberflächenbehandlung weiter verbessert wer5

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den, was auf eine «Bügel»-Behandlung hinausläuft, bei der man eine erhitzte Fläche über jede der Plattenflächen hinwegführt. Dadurch wird das Bitumen erweicht, und die an der Oberfläche befindlichen Kugeln schmelzen bis zu einem gewissen Grade mit dem Ergebnis, dass eine harte, dauerhafte, glatte, handhabbare und abriebfeste Oberfläche erhalten wird, wodurch die Wasserbeständigkeit und Oberflächenhärte der Platte erhöht und sichergestellt wird, dass jede der Platten für sich versiegelt bleibt.

Da nur sehr kleine Mengen an Bitumen oder bituminösem Material verwendet werden, bleiben die erfindungsgemässen Körper ausserordentlich leicht, sie sind aber trotzdem robust und bieten ausgezeichnete Isoliermöglichkeiten. Zumindest einige der möglichen Anwendungen der erfindungsgemässen Körper, insbesondere Platten liegen auf der Hand, beispielsweise beim Bauen, beim Dachdecken oder für Wände, wobei auf sehr bequeme und zufriedenstellende Weise eine wärmedämmende Wirkung erhalten wird. Die erfindungsgemässen Dämmstoffe können in Form von Körpern, insbesondere Platten ganz leicht fabrikmässig hergestellt und bequem gestapelt und gehandhabt werden, sind ausserordentlich leicht und billig zu transportieren und genau zu montieren.

Die Erfindung wird anhand der Figuren 1 und 2 zu ihrer weiteren Verdeutlichung beispielsweise weiter beschrieben.

Figur 1 zeigt einen Querschnitt einer Probe aus erfin-dungsgemässem festem Material;

Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung eines festen erfindungsgemässen Dämmstoffes.

In Figur 1 wird massstabgerecht ein Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Materialprobe 10 gezeigt. Die weissen Flächen 11 stellen Kugeln dar, während die sie begrenzenden schwarzen Linien die aus Asphalt bestehende Beschichtung 12 anzeigen, von der die Kugeln eingekapselt sind. Besondere Aufmerksamkeit verdient die Tatsache, dass der Querschnitt eine bemerkenswerte Einheitlichkeit der Kugeigrössen zeigt, d.h. die Kugeln sind in der Nähe der Ränder nicht merklich kleiner als in der Mitte. Dies wird erreicht durch Erhitzen und weiteres oder erneutes Aufschäumen der eingekapselten Kugeln während der Herstellung des Körpers. Ein weiteres erwähnenswertes Merkmals, das aus dem Querschnitt der Figur 1 hervorgeht, sind die fehlenden Hohlräume zwischen den Kugeln. Diese Einheitlichkeit führt zu einer relativ geringen Kugeloberfläche, was bedeutet, dass nur eine minimale Menge an bituminösem Material erforderlich ist, um eine ausreichend wasserbeständige Einkapselung jeder einzelnen Kugel sowie ein Aneinanderhaften der Kugeln zu erreichen.

Wie aus Figur 2 zu entnehmen ist, werden die Kugeln anfangs in einen Mischer 15 eingebracht, der bereits erweichtes Bitumen oder bituminöses Material enthält, vorzugsweise

Asphalt mit einer Temperatur von 185 °C, wo sämtliche Kugeln vollständig eingekapselt werden. Die Kugeln werden teilweise gekühlt, zur weiteren Abkühlung auf ein Förderband 16 gekippt und unter einer Walze 17 hindurchtranspor-5 tiert, wo sie in Einzelteile getrennt werden. Anschliessend werden sie in einen Vorratsbehälter gegeben.

Zu diesem Zeitpunkt bestehen die eingekapselten Kugeln aus dem erfindungsgemässen Material. Aus dem Vorratsbehälter werden die Kugeln mit einer gesteuerten Geschwindig-io keit auf das niedrigere von zwei Endlosbändern aufgegeben. In der Figur 2 ist ein oberes Band 22 und ein niedrigeres Band 21 gezeigt. Die Bänder 21 und 22 konvergieren im ersten Teil ihres Verlaufs, um dann parallel zueinander zu laufen. In dem Raum zwischen den Bändern befinden sich 15 Rohre 24, aus denen überhitzter Dampf in den Bereich der Kugeln gefördert wird. In den Kugeln zurückgehaltenes Pen-tan oder andere Gase dehnen sich beim Erhitzen weiter aus, womit sichergestellt ist, dass durch das ganze Material hindurch ein Druck aufgebaut wird und nicht nur aufgrund der so konvergierenden Förderbänder in der Nähe der Kanten des betreffenden Materials. Von den Zufuhrrollen 25 und 26 werden Kunststoffolien zur Bedeckung der Endlosbänder 21 und 22 geliefert. Entsprechend sind an den anderen Enden Rollen zur Aufnahme der Kunststoffolien vorgesehen; dadurch wird 25 verhindert, dass das Material an den Endlosbändern haftet. Der Körper wird in dem konvergierenden Teil zwischen den Bändern gebildet, und die in der Strömungsrichtung liegenden parallelen Teile der Bänder werden zum Abkühlen des so gebildeten Körpers gekühlt.

30 Die festen erfindungsgemässen Materialien, die auf diese Weise eingekapselte, zusammengepresste Polystyrolkugeln enthalten, bilden eine wetterfeste Dämmplatte, die in der Lage ist, ständigem Regen zu widerstehen, ohne dass sie Feuchtigkeit aufnimmt, so dass sie ihre Wirksamkeit als Wär-35 medämmaterial beibehält. Darüber hinaus bedeutet die bevorzugte Anwendung eines Bitumens mit einem hohen Erweichungspunkt, das bei Umgebungstemperatur fest ist, dass bei Bauausführungen mit diesem Material bei heissem Wetter bzw. in heissem Klima keine Gefahr der plastischen 40 Verformung besteht. Das Material kann also beispielsweise als Wärmeisolator für Flachdächer eingesetzt werden, und es kann über der üblichen wasserbeständigen Dachschicht angebracht werden. Dies erlaubt die Montage der wasserundurchlässigen Schicht selbst an der wirkungsvollsten Stelle, näm-45 lieh direkt auf der Dachhaut, und es bietet ausserdem einen Schutz für die wasserundurchlässige Schicht gegen extreme Temperaturen und UV-Licht, so dass die Lebensdauer einer Schicht beträchtlich erhöht wird. Ausserdem besitzt das erfindungsgemässe Material natürlich ausserordentlich günstige 50 Dämmeigenschaften in einer festen, leicht zu handhabenden Form.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Dämmstoff aus aufgeschäumten Polystyrolkugeln, die in Bitumen oder einer bituminösen Verbindung eingekapselt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln einen Körper bilden, wobei praktisch keine Hohlräume zwischen den Kugeln vorhanden sind, weil das Bitumen oder die bituminöse Verbindung keine Lösungsmittel, Leichtöle, Emulgato-ren oder Verflüssigungsmittel enthalten, und dass die Kugeln eine praktisch einheitliche Grösse aufweisen, wobei der Durchmesser der kleinsten nicht kleiner als ein Fünftel desjenigen der grössten Kugeln ist.
2. Dämmstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bitumen oder die bituminöse Verbindung bei der Umgebungstemperatur fest ist.
3. Dämmstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln eng miteinander verbunden und die Kanten zwischen ihnen praktisch gerade sind.
4. Dämmstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der kleinsten nicht kleiner als die Hälfte desjenigen der grössten Kugel ist.
5. Dämmstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln eine praktisch einheitliche Grösse aufweisen.
6. Dämmstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bitumen oder die bituminöse Verbindung ein Asphalt mit einer Erweichungstemperatur von mindestens 115 °C ist, wobei der Penetrationswert nach dem IPN-Verfahren bei einer Konditioniertemperatur von 25 °C im Bereich von 1 bis 6, vorzugsweise 1 bis 4, liegt.
7. Dämmstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von Kugeln zu Bitumen oder der bituminösen Verbindung 1:1,5 beträgt und das Volumenverhältnis der Kugeln zu Bitumen oder zur bituminösen Verbindung im Bereich von 25:1 bis 40:1 liegt.
8. Dämmstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln einen Durchmesser von 2 bis 10 mm, vorzugsweise 3 bis 6 mm, aufweisen.
9. Verfahren zur Herstellung des Dämmstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durch Erwärmen des Bitumens oder der bituminösen Verbindung auf eine Temperatur bedeutend über der Erweichungstemperatur, damit eine frei fliessende Masse entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass man aufgeschäumte Polystyrolkugeln hinzuführt, die anschliessend vollständig eingeschlossen werden, wenn sich das bituminöse Material auf einen halbflüssigen Zustand abgekühlt, dass die Kugeln zusammengepresst und verformt werden, um die Hohlräume zwischen ihnen praktisch zu eliminieren, wobei als Bitumen oder bituminöse Verbindung solche, die von Lösungsmitteln, Leichtölen, Emulgatoren oder Verflüssigungsmitteln praktisch frei sind, eingesetzt werden, und dass die Grösse der Kugeln einheitlich ist, wobei der Durchmesser der kleinsten nicht kleiner ist als ein Fünftel desjenigen der grössten Kugeln.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln nach der Einkapselung gekühlt und voneinander getrennt und beim Zusammenpressen wieder erwärmt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln für eine gegenseitige Anpressung und enge Zusammenfügung weiter oder nochmals aufgeschäumt werden, so dass gerade Kanten zwischen ihnen entstehen.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Aufschäumen durch Einspritzen von überhitztem Dampf mit einer Temperatur von 150 bis 180 °C zwischen den Kugeln erfolgt.