DE2501111C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten einer porösen Unterlage mit Blei, Zink, Zinn, Cadmium, Aluminium und deren Legierungen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten einer porösen Unterlage mit Blei, Zink, Zinn, Cadmium, Aluminium und deren LegierungenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten einer porösen Unterlage mit Blei, Zink,
Zinn, Cadmium, Aluminium und deren Legierungen, gemäß dem Schmelzen dieser Metalle auf die Unterlage
geleitet und auf dieser verteilt werden, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit
einer Einrichtung zum Schmelzen des Metalls sowie einem Verteiler in Form eines Vorratsbehälters mit
Ausflußöffnungen für die Metallschmelze zum Auftragen dieser Schmelze in freiem Fluß auf die Oberfläche
der zu beschichtenden Unterlage.
Umweltschutzbehörden sowie medizinische Unternehmungen zur Behebung von möglichen Geräuschschädigungsgefährdungen
haben die Entwicklung von geräuschmindernden Vorrichtungen und Materialien
gefördert. Es ist bekannt, daß Blei wegen seiner hohen Dichtigkeit und seinen guten Dämpfungsmerkmalen
hervorragende geräuschmindernde Eigenschaften aufweist. Der Bestrebung liegt das Problem zugrunde, zur
Geräuschminderung dienende Erzeugnisse in Form von mit einer geräuschmindernde Eigenschaften aufweisenden
Metallbeschichtung eines einen tiefen Schmelzpunkt aufweisenden Metalls versehenen Verbundelementen
zu schaffen sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung derartiger Erzeugnisse
aufzufinden. «
Es ist ein Verfahren zum Auftragen flächenmäßig begrenzter Metallschichten auf ein Dielektrikum —
oder einen Isolationskörper bekannt (DE-PS 10 10 905),
bei dem die zu beschichtenden Körper in eine Vakuumkammer eingebracht, die Kammer evakuiert, «
geschmolzenes Edelmetall oder eine Lösung eines reduzierbaren Metallsalzes auf die zu beschichtenden
Oberflächenteile aufgemacht und durch Steigerung des Luftdruckes in der Vakuumkammer bis auf Almosphärendruck
eingepreßt wird. bo
F.in derartiges bekanntes Verfahren weist jedoch den
Nachteil auf, daß es kompliziert ist, und daß, falls dickere Metallschichten aufgetragen werden sollen, ein zweimaliges
Wiederholen des Aufbringungsvorganges erforderlich ist, wobei eine glatte Oberfläche des Beschichtungsmaterials
nicht erzielbar ist, da die aufgetragene Metallschicht sich der Form der zu beschichtenden
Oberfläche anschmiegt, so daß hierdurch Unebenheiten in der zu beschichtenden Oberfläche, desgleichen auf
der Oberfläche des Beschichtungsmateriais, erscheinen.
Es ist auch ein Verfahren zur Erstellung eines metallisierten Erzeugnisses bekannt (US-PS 30 55 768),
gemäß welchem in einem ersten Verfahrensschritt fein verteilte geschmolzene Metallpartikel durch Aufsprühen
derselben auf eine Unterlage aufgebracht und dann die aufgebrachte Schicht mit hohem Druck auf weniger
als die Hälfte der ursprünglichen Dicke zusammengepreßt und gleichzeitig geglättet wird.
Ein derartiges bekanntes Verfahren weist wohl den Vorteil einer erzielbaren glatten Oberfläche auf, wobei
sich jedoch der Nachteil ergibt, daß ein inniger Verbund des aufzubringenden Metalles mit. der Unterlage durch
das während des Einpressens abkühlende Metall nicht erzielbar ist und daß das Verfahren kompliziert ist und
daß zur Durchführung desselben baulich komplizierte Einrichtungen benötigt werden.
Es ist auch ein Verfahren zum Überziehen von nicht porösen Metallgegenständen mit einem Metallüberzug
durch Eintauchen in ein flüssiges Metallbad und Ausüben eines pneumatischen Druckes mittels eines
Gases bekannt (DE-PS 2 34 566). Bei einer derartigen bekannten Vorrichtung ergibt sich jedoch der Nachteil,
daß dadurch, daß die zu beschichtende Unterlage nicht porös ist, kein einheitlicher Verbundkörper durch
Hineinpressen des Beschichtungsmetalles in die metallische Unterlage erzielbar ist und auch dadurch, daß die
pneumatisch an die Unterlage angedrückte Beschichtung sich den Unebenheiten der Unterlage anpaßt,
wodurch keine glatte gleichförmige Beschichtung ermöglicht wird.
Es ist auch eine Vorrichtung für das Auftragen einer Metallschmelze bekannt (GB-PS 10 65 750), wobei die
Schmelze in freiem Fluß auf die zu beschichtende Unterlage gelangt und dort verteilt wird. Auch eine
derartige bekannte Vorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, daß keine glatte Oberfläche des Beschichtungsmetalles
erzielbar ist und daß kein einheitlicher, aus dem Beschichtungsmaterial und aus einer Unterlage
bestehenden Verbundkörper erzielbar ist, da das Beschichtungsmaterial nicht in Poren der Unterlage
hineingelangen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
unkompliziertes Verfahren und eine unkomplizierte Vorrichtung zum Beschichten von Unterlagen, wie
Drahtschirmgitter, Deckensteine, Kunststofftäfelungen
und Gipsplatten mit einem Metall wie Blei, Zink, Zinn, Cadmium und Aluminium oder deren Legierungen unter
Ausbildung einer eine glatte Oberfläche aufweisenden Metallbeschichtung zu schaffen, um Verbundkörper, wie
ein beschichtetes Wandtafel-, Kachel-, Holz-, Tuch-, Plastik- und ähnliches Baumaterial und Produkt zu
erzeugeil· Die Aufgabe besteht auch darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, um
geschmolzenes Blei, Zink, Zinn, Cadmium sowie Aluminium oder deren geschmolzene Legierungen in
die verhältnismäßig poröse Unterlage des Verbundkörpers derart hineinpressen zu können, daß eine
körperlich feste mechanische Bindung zwischen dem Metall und der porösen Unterlage erzielbar ist
Das eingangs angegebene erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß in die auf einem
beheizten Werkstückträger lagernde zu beschichtende Unterlage die Schmelze mit Hilfe einer Druckwalze aus
schwach wärmeleitendem Material eingepreßt wird.
Es ist vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so gestaltet ist, daß der
Verteiler auf Andruckwalzen, von denen eine aus schwach wärmeleitendem Materia! besteht, mit meinem
Eigengewicht aufliegt und daß als Legierung für die zu beschichtende Unterlage ein beheizter Werkstückträger
vorgesehen ist.
Es ist zweckmäßig, wenn die Andruckrolle aus so
Gummi besteht.
Bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten
Erzeugnissen ergibt sich der Vorteil, daß auf einfache wirtschaftliche Weise einen guten gegenseitigen
Verbund aufweisende Verbundstoffe geschaffen werden, welche aus einer mit einem einen niedrigen
Schmelzpunkt aufweisenden, geräuschmindernde Eigenschaften bewirkenden Metall beschichteten Unterlage
besteht, wobei der Vorteil einer festen körperlichen Bindung zwischen der Unterlage und der
Beschichtung erzielbar ist und das Beschichtungsmaterial eine glatte gleichmäßige Oberfläche aufweist und
durchweg mit gleichmäßiger Stärke erstellbar ist, wobei der Arbeitsvorgang des Beschichtens in einem einzigen
Arbeitsschritt durchführbar ist.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung im Längsschnitt
F i g. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig.l,
F i g. 3 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 in Draufsicht.
Fig.4 eine erfinclungsgemäß beschichtete Unterlage
im Querschnitt in vergrößertem Maßstab,
Fig.5 ein anderes erfindungsgemäß gefertigtes
Erzeugnis in ähnlicher schematischer Darstellung wie
gemäß F i g. 4 im Querschnitt.
Um eine dünne Beschichtung von Blei, Zink, Zinn, ω
Cadmium und Aluminium oder deren Legierungen
beispielsweise rtuf Unterlagen wie Dachsteinen und Ähnlichem aufzubringen und eine starke mechanische
Bindung zwischen 4e'" zu beschichtenden Unterlage und
dem BeschichtungfinvUerial zu erzielen, hat es sich als
vorteilig erwiesen, (-'as beschichtende Metall in geschmolzenem
ZustaM auf die Unterlage aufzutragen
und solange es noch schmelzflüssig ist, in die Oberfläche der zu beschichtenden Unterlage hineinzupressen. Es ist
hierbei wesentlich, daß sowohl die zu beschichtende Unterlage als auch die Angriffsfläche der Preßeinrichtung
ein begrenztes Wärmeübertragungsvermögen aufweisen, um ein vorzeitiges Erstarren des geschmolzenen
Metalls noch vor dem Zeitpunkt in welchem das geschmolzene Metall in die zu beschichtende Unterlage
hineingepreßt wird, zu verhindern. Ein Verhindern des
Erstarrens oder eine Begrenzung der Wärmeübertragung kann, abgesehen von der Beheizung des
Werkstückträgers, entweder erreicht werden durch die Auswahl eines eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden
Materials für die zu beschichtende Unterlage und/oder für das Preßwerkzeug und/oder durch
ausreichendes Vorwärmen der zu beschichtenden Unterlage und/oder des Preßwerkzeuges bis auf eine
nahe dem Schmelzpunkt oder der Verflüssigungstemperatur des Beschichtungsmetalles bzw. der Beschichtungslegierung
liegende Temperatur.
Mit dem Bezugszeichen 10 (F ί g. 1 und 2) ist ein Werkstückträger bezeichnet der eine Erwärmungseinrichtung
zur Aufrechterhaltung einer bestimmten, gering unter der Schmelztemperatur des beschichteten
Metalles oder der Legierung liegenden Temperatur aufweist Die Wärmeeinrichtung weist im Werkstückträger
10 eingebettete und mit einer (nicht dargestellten) geeigneten steuerbaren Stromquelle verbundene
Spulen 12 auf. Auf dem Werkstückträger 10 ist eine zu beschichtende poröse Unterlage 14 gelagert und ein im
ganzen mit dem Bezugszeichen 16 bezeichneter, zum Verteilen des flüssigen Metalls dienender Verteiler
vorgesehen. Der Verteiler ;I6 weist einen aus feuerbeständigem Asbestmaterial bestehenden Vorratsbehälter
18 auf, so daß das von einer Speisungsquelle 20 zugeführte geschmolzene Metall nicht zu schnell
Wärme verlieren und im Vorratsbehälter 18 oder sofort nach dem Verteilen erstarren kann. Die Seitenwände 22
und 24 des Vorratsbehälter 18 sind derart angeordnet daß an deren unterem Ende ein Öffnungs- oder ein
Verteilerspalt 26 gebildet wird. Mit einer Spaltbreite von 3— 12mm kann ein zufriedenstellendes Verteilen
von beispielsweise Blei und Bleilegierungen erzielt werden. Der Vorratsbehälter 18 wird in der Nähe seines
unteren Endes von Querträgern 28 und 30 gestützt, in welchen eine vordere Andruckwalze 32 und eine
rückwärtige Andruckwalze 34 drehbar gelagert sind. Diese Andruckwalzen, welche eine größere Länge als
die Breite der zu beschichtenden porösen Unterlagen aufweisen, bilden eine rotierende Stützeinrichtung für
den Verteiler 16 für die Fortbewegung desselben entlang der zu beschichtenden Unterlage 14 in Richtung
des Pfeiles A. Die rückwärtige Andruckwalze 34, welche mit dem aus dem Verteilerspalt 26 verteilt austretenden
schmelzflüssigen Metall in Berührung kommt, ist desgleichen aus schwach wärmeleitendem Material
gefertigt, um ein Erstarren des flüssigen Metalles zu verhindern, bevor dieses in die Oberflache der zu
beschichtenden Unterlage während der Dauer eines einzigen Vorschubes des Verteilers 16 über die poröse
Unterlage hineingepreßt ist.
Aus F i g. 3 ist eine abgeänderte Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ersichtlich, wobei mit dem
Bciugszeichen 10' ein Werkstückträger bezeichnet ist,
der als endloser, in Richtung der dargestellten Pfeile verschiebbarer Träger gestaltet ist und der mit
Einrichtungen zur Aufrechterhaltung einer vorbestimmten, gering unter der Schmelz- oder Verflüssigungstemperatur
des aufzutragenden Beschichtungsmetalles oder
-legierung liegenden Temperatur versehen ist. Der bewegliche Werkstückträger 10' trägt die zu beschichtende
poröse Unterlage 14', wobei ein geeigneter Verteiler 16' zum Beschichten oder Verteilen vorgesehen
ist.
Der Verteiler 16' weist einen aus feuerbeständigem Asbestmaterial gefertigten und beweglichen Vorratsbehälter
18' auf, so daß das aus der Zuspeisungsquelle eingefüllte schmelzflüssige Metall nicht sofort Wärme
verlieren und nicht im Vorratsbehälter oder gleich hinter dem Vorratsbehälter erstarren kann. Die
Seitenwände 22' und 24' des Vorratsbehälters 18' sind an ihrem unteren, zur Verteilung dienenden Ende durch
einen Verteilerboden 26' voneinander getrennt, der aus einer Bodenplatte besteht, in welcher eine Reihe von
einen Durchmesser von ca. 6 mm aufweisende Ausflußöffnungen 25 angeordnet sind, die sich bei Herstellung
von Beschichtungen aus Blei und Bleilegierungen im gegenseitigen Abstand von ungefähr 25 mm über die
ganze Breite dieses Verteilerbodens erstrecken. Am unteren Ende des Vorratsbehälters 18' sind Querträger
28' und 30' angeordnet, in welchen eine erste Andruckwalze 34' und eine zweite Andruckwalze 32'
drehbar gelagert sind. Die Andruckwalzen weisen eine größere Länge auf als die zu beschichtende poröse
Unterlage und bedingen eine rollende Berührung zwischen dem feststehenden Verteiler 16' und dem
beweglichen Werkstücksträger 10'.
Die mit dem Schmelzfluß des durch die vielen Abflußöffnungen 25 verteilten flüssigen Metalles in
Berührung kommende erste Andruckwalze 34' ist desgleichen aus schwach wärmeleitendem Material
gefertigt, um ein Erstarren des flüssigen Metalls, noch bevor dieses während der Dauer eines einzigen
Vorschubes der zu beschichtenden porösen Unterlage unter den Verteiler gerollt und in die Oberfläche der zu
beschichtenden Unterlage hineingepreßt ist, zu verhüten.
Zufriedenstellende Ergebnisse sind erzielbar, wenn die Andruckwalzen 34 oder 34' aus Hartgummi gefertigt
sind, wobei jedoch auch anderes, eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisendes Material, wie beispielsweise
Keramik, verwendbar ist Es ist zweckmäßig, bei ununterbrochenem Beschichtungsvorgang für
die rückwärtige Andruckwalze Kühleinrichtungen in Form von mit der oberen Fläche der Andruckwalze
zusammenwirkenden Luftdüsen oder in Form von durch das Zentrum der Andruckwalze geführtem Kühlmedium
zu verwenden. Bei Verwendung von derartigen, in F i g. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen erzeugt das
Eigengewicht oder auch die Masse des im Vorratsbehälter 18 enthaltenen geschmolzenen Metalles einen
ausreichend großen Walzendruck, tun das geschmolzene
Metall in die Poren der zu beschichtenden Unterlage hineinzupressen. Die Beschichtung 40 mit Blei, Zink,
Zinn, Cadmium und Aluminium oder deren Aluminiumlegierungen
wird gemäß F i g. 4 der Zeichnung an der zu beschichtenden Unterlage 42 während des Beschichtungsvorganges
mechanisch befestigt.
Das geschmolzene Metall ist in die Poren der Unterlage durch den von den Andruckwalzen 34 bzw.
34' ausgeübten Druck, wie es schematisch in Fig.4
dargestellt ist hineingepreßt wobei die Beschichtung nach erfolgter Erstarrung mittels sich in die Poren der
Unterlage erstreckender metallischer klammerartiger Vorsprünge mit dem Werkstück verbunden ist
Gemäß dem in Fig.5 dargestellten Beispiel besteht die zu beschichtende Unterlage ans einem eine
Faserplatte bildenden Deckenstein, wobei darauf hingewiesen wird, daß das Metall der Beschichtung 40
tief in die Poren des faserartigen Gefüges des Deckensteines hineingepreßt ist.
Es hat sich erwiesen, daß zumindest folgende vier Faktoren die mechanische Verbindung zwischen der
beschichteten Unterlage und dem Beschichtungsmetall begünstigen und die Haftung der Beschichtung bewirken:
1. Der von der Andruckwalze bewirkte Druck,
2. die Porosität der zu beschichtenden Unterlage.
3. die Viskosität de geschmolzenen Metalles,
4. die Festigkeit des erstarrten Metalles.
Die drei erstgenannten Eigenschaften sind für die Beeinflussung des Eindringens des geschmolzenen
Metalles in die Poren der zu beschichtenden Unterlage bedeutungsvoll. Der Walzendruck muß ausreichend
groß sein, um das geschmolzene Metall in die Poren der zu beschichtenden Unterlage hineinzupressen.
Gleichermaßen muß die Schmelze eine ausreichend große Viskosität aufweisen, um ein Hineinfließen in die
Poren zu ermöglichen. Die Fähigkeit des geschmolzenen Metalls, in die Poren hineinzufließen, steigt mit
einer Vergrößerung der Porosität der zu beschichtenden Unterlage an. Die Festigkeit der Legierung ist von
Bedeutung für die Haftfähigkeit der Beschichtung, denn je fester die erstarrten klammerartigen Vorsprünge 44
(Fig.4) sind, desto besser ist die Haftfähigkeit der
jo Beschichtung auf der zu beschichtenden Unterlage.
Hinsichtlich des Walzendruckes haben Versuche ergeben, daß ein gemäß der Ausführung nach F i g. 1 und 2
gestalteter Verteiler, mit einer Beschichtungsbreite von 60 cm und einem Fassungsvermögen am geschmolzenen
Metall von 50 Pfund Blei und einem Gewicht von 100 Pfund, das geschmolzene Metall wirkungsvoll in die
Poren von faserartigen Deckensteinen, Fiberglasplatten und ähnlichen Gegenständen hineinzupressen vermag.
Die Viskosität vom geschmolzenen Metall kann zur Vergrößerung der Eindringungsfähigkeit des Metalles
in die Unterlage entweder durch Anheben der Schmelztemperatur oder durch Legieren des Metalles
mit Elementen, wie beispielsweise Antimon, im Falle der
Verwendung von Blei verringert werden. Die optimale Temperatur des geschmolzenen Metalles wird durch die
zu beschichtende Unterlage und die Zusammensetzung der Beschichtungslegierung beeinflußt Für die Erzielung
von glatten, gleichförmigen Beschichtungen muß die Temperatur der Schmelze ausreichend hoch sein; sie
so darf jedoch nicht zu hoch sein, da das Werkstück ggfs.
verkohlt Versuche haben ergeben, daß die Temperatur der Schmelze im Bereich von ca. 340 bis 365° C zu guten
Ergebnissen führt
Es kann in manchen Fällen erwünscht sein, zwischen der Beschichtung und der Unterlage eine vollkommene
Bindung zu eraelen.
Der Ausdruck »vollkommene Bindung« wird hierbei verwendet um eine Verkapselung der Unterlage mit der
Beschichtung auszudrücken, wie sie in Fi g. 5 dargestellt
ist Durch diese Bindung ergibt sich die Möglichkeit, auf wirtschaftliche Weise ein Verbundmaterial zu erzeugen.
Erzeugnisse
Tabelle I für Arten und Eigenschaften von erfindungsgemäß unter Verwendung von Blei und Bleilegierungen
hergestellten Erzeugnissen.
Erzeugnisse
Untersuchte Legierungen in Gew.-%
Meist gebräuchliche
Legierungen
Legierungen
Verwendungsmöglichkeiten der Erzeugnisse
Pb-beschichtete Deckensteine
und Wandplatten
und Wandplatten
Pb-beschichtetes Papier
nicht korrodierendes Pb
Pb-6% Sb
Pb-3% Sb
Pb-0,08% Ca 1,0% Sn
Pb-3% Sb
Pb-0,08% Ca 1,0% Sn
Pb-6% Sb
Pb-3% Sb
Pb-3% Sb
nicht korrodierendes Pb Pb-0,08% Ca 1,0% Sn Antimon-haltige
Legierungen
Legierungen
Antimon-haltig
30 cm x 60 cm Kacheln (maximal 1,388 kg Pb-Beschichtung auf 1 rrr)
30 cm x 120 cm Blätter
mit 0,75 mm Pb-Beschichtung
(Minimum)
Tabelle II über eine Zusammenstellung von verwendeten Beschichtungen und Unterlagen sowie Beschichtungstemperaturen,
welche bei Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre erfolgreich verwendet worden sind.
Metall oder Legierungen
Metall oder Legierungen
Schmelzbadtemperaturen Unterlagen
A. Blei
355 C-385 C
B. Bleiantimon (1-6%)
355 C-385 C
C. Zink
D. Zn-Al (22%)
455 C
525°C
E. Zn-Al (7%) Cu (3,3%) 412X
F. Aluminium
676'C
1. Tuch
a) aus Baumwolle
b) 80% Polyesterfaser aus Terephthalsäure und Äthyl englykol
20% Baumwolle
c) 50% Polyester, 50% Reyon
d) 90% Kunststoff, 10% Seide
e) Packleinwand
0 Fiberglas, dicht gewebt, mit Öffnungen von 3 mm
2. Metallschirmgitter
a) aus Kohlenstoffstahl
b) aus rostfreien Stahl
3. Deckensteine
4. Polypropylentafeln
5. Holzpaneele
6. Gipsplatten
1. Tuch
a) Leinwand
b) Packleinwand
2. Deckensteine
3. Gipsplatten 1. Tuch
a) Baumwolltuch
b) Fiberglas
1. Tuch
a) Baumwolle
b) Fiberglas
1. Tuch
a) Baumwolle
b) Fiberglas
1. Tuch
a) Fiberglas
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 030211/201
Claims (3)
1. Verfahren zum Beschichten einer porösen Unterlage mit Blei, Zink, Zinn, Cadmium, Aluminium
und deren Legierungen, bei dem Schmelzen dieser Metalle auf die Unterlage geleitet und auf dieser
verteilt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in die auf einem beheizten Werkstückträger
lagernde zu beschichtende Unterlage die Schmelze mit Hilfe einer Druckwalze aus schwach wärmeleitendem
Material eingepreßt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Einrichtung zum
Schmelzen des Metalls sowie einem Verteiler in Form eines Vorratsbehälters mit Abflußöffnungen
für die Metallschmelze zum Auftragen dieser Schmelze in freiem Fluß auf die Oberfläche der zu
beschichtenden Unterlage, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler auf Andruckwalzen (32, 34 bzw.
32', 34'), von denen eine (34 bzw. 34') aus schwach wärmeleitendem Material besteht, mit seinem
Eigengewicht aufliegt und daß als Lagerung für die zu beschichtende Unterlage ein beheizter Werkstückträger
(10,10') vorgesehen ist
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckwalze (34,34') aus Gummi
besteht
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