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2026-03-29T20:54:12Z

Wärmedämmung: typo

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{{Belege fehlen}}
'''Schaumstoffe''' sind künstlich hergestellte Stoffe mit [[Schaum#Feste Schaumwände|zellförmiger (oder ''zellige''r) Struktur]]. Die einzelnen Zellen sind hohl und i. d. R. mit Luft gefüllt, so dass Schaumstoffe leicht sind. Sie haben eine niedrige [[Dichte]]. Für ihre Herstellung (''Schäumen'') eignen sich fast alle [[Kunststoff]]e. Von Bedeutung sind hauptsächlich [[Polystyrol]]-, [[PVC]]- und [[Polyurethanschaum]]. Schaumstoffe kann man zusammendrücken, also durch Druck ihr Volumen deutlich verkleinern (siehe [[Kompressibilität]]).

Laut DIN 7726 sind Schaumstoffe „Werkstoffe mit über die gesamte Masse verteilten Zellen (offen, geschlossen oder beides) und einer Rohdichte (DIN 53420), die niedriger ist, als die Dichte der Gerüstsubstanz“. Die Zellen können durch [[Retikulieren]] nachträglich geöffnet werden, um einen dichten Schaumstoff durchlässig zu machen.

Schaumstoffe aus [[Naturkautschuk|natürlichem]] und [[Synthesekautschuk|synthetischem]] Kautschuk ([[Porengummi]], [[Zellkautschuk]]) zählen zu den ältesten und werden als [[Schaumgummi]] bezeichnet. Außerdem gibt es Schaumstoffe aus Mineral ([[Perlit (Gestein)|Perlit]], [[Porenbeton]], [[Mineralschaum]]), [[Zellstoff]] ([[Kork]]) sowie [[Metallschaum|Metallschäume]].

== Einteilung ==
[[Datei:haushaltsschwaemme.jpg|mini|[[Topfschwamm|Topfschwämme]] sind offenzellige Schaumstoffe aus [[Polyurethan]]]]

Nach Durchlässigkeit
* Geschlossenzelliger Schaumstoff  –  die Wände zwischen den einzelnen Zellen sind komplett geschlossen. Feste und halbfeste Schaumstoffe sind meist geschlossenzellig und können andere [[Treibgas]]e als Luft enthalten, etwa [[CO2|CO<sub>2</sub>]]. Geschlossenzelliges [[Porengummi]] wird als [[Zellgummi]] bezeichnet.
* Offenzelliger Schaumstoff  –  die Zellwände sind nicht geschlossen, diese Schaumstoffe sind meist weich, enthalten Luft und können [[Flüssigkeit]]en aufnehmen. Sie eignen sich zur [[Schalldämmung]] luftübertragenen Schalls. Offenzelliges [[Porengummi]] wird als [[Schwammgummi]] bezeichnet.
* Gemischtzellige Schaumstoffe enthalten beide Arten von Zellen. Weitgehend geschlossenzelliges [[Porengummi]] wird als [[Moosgummi]] bezeichnet.

Nach [[Steifigkeit]]
* [[Hartschaum]] – als Leicht- oder [[Hartschaumplatte]] häufig als Dämmmaterial verwendet
* [[Schaumpolystyrol]] – insbesondere expandierter Polystyrolschaum ('Styropor') lässt sich in der Steifigkeit relativ variabel einstellen
* [[Weichschaum]] – Weichschaum aus [[Elastomer]]en wird auch als [[Schaumgummi]] oder [[Porengummi]] bezeichnet

Nach Kunststoffart
* [[Thermoplast]]ische Schäume (z. B. aus [[Polystyrol|PS-E]], [[Polypropylen|PP-E]] und [[Polyvinylchlorid|PVC-E]])
* [[Elastomer]]e Schäume (z. B. aus [[Polyurethan|PUR-Weichschaum]], [[Acrylnitril-Butadien-Kautschuk|NBR]])
* [[Duroplast]]ische Schäume aus [[Kunstharz]]en (z. B. PUR-Hartschaum, [[Phenoplast|PF-Schaum]], [[Blumensteckschaum]])

Nach Herstellungsort
* [[Ortschaum]] wird erst am Einsatzort aufgeschäumt, etwa um als [[Montageschaum]] einen Hohlraum auszufüllen und wie ein aufschäumender Klebstoff (PU-Kleber) angrenzende Bauteile zu verbinden oder als aufgespritzter Schaumstoff unebene Flächen zu dämmen oder abzudecken

Nach Aufbau
* Integralschäume haben eine geschlossene dicke Außenhaut und einen zelligen Kern, die [[Dichte]] nimmt nach innen hin ab.
* Sandwich- oder [[Verbundplatte]]n sind ein oder beidseitig beschichtet, [[Kaschierung (Fertigungstechnik)|kaschiert]] oder auf andere Weise mit einem weiteren Werkstoff verbunden (z. B. [[Bauplatte]]n)

== Eigenschaften ==
[[Datei:Isomatten klassisch.jpg|mini|[[Isomatte]]n sind geschlossenzellig und meist aus [[Polyethylen]] oder [[Ethylen-Vinylacetat-Copolymer|EVA]]]]
[[Datei:Polystyrene expanded in SEM.jpg|mini|Geschlossenzelliges [[Styropor]] aus [[Polystyrol]] im [[Rasterelektronenmikroskop]]]]

Schaumstoffe bestehen überwiegend aus Luft. Sie haben eine geringe Dichte (hier ''Raumgewicht'' genannt), eine geringe [[Wärmeleitfähigkeit]] und eine eher geringe [[Festigkeit]]. Die Zellen der meisten Schaumstoffe sind zwischen 0,05 und 1 mm groß.

=== Stauchhärte ===
Bei Matratzen und Sitzpolster wird die ''Stauchhärte'' angegeben. Das ist jener [[Druck (Physik)|Druck]], bei dem sich der Schaumstoff um 40 % verformt. Schaumstoffe mit Stauchhärten von mehr als 80 kPa sind fest, jene zwischen 15 und 80 kPa halbfest, jene mit weniger als 15 kPa weich. Ein weiterer Kennwert ist die ''Eindruckhärte''. Im Allgemeinen gilt: je dichter, desto fester.<ref>{{Literatur | Kapitel=Foamed Plastics | Titel=[[Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry]] | Auflage=7. | Jahr=2005 | DOI=10.1002/14356007.a11_435}}</ref>

=== Druckspannung ===
Bei Dämmstoffen wird die ''Druckspannung bei 10 % Stauchung'' angegeben. Das ist jener Druck, bei dem sich der Schaumstoff um 10 % verformt. Es handelt sich dabei um einen Vergleichswert ohne baupraktische Bedeutung. Die Stauchhärte hängt vom [[Raumgewicht]] des Schaumstoffs und vom [[Elastizitätsmodul]] des verwendeten Kunststoffs ab.

=== Raumgewicht ===
Das ''Raumgewicht'' wird in kg/m³ angegeben.

Bei Schaumstoffen ist der Anteil des Kunststoff-Zellengerüsts (abhängig vom Raumgewicht) meist weit geringer als der Anteil des füllenden Gases. Beispielsweise besteht ein Schaumstoff mit einem Raumgewicht von 10 kg/m³ zu 99 % aus Luft (oder einem anderen Treibgas).

=== Wärmedämmung ===
Die [[Wärmedämmung|wärmedämmende]] Wirkung hängt vor allem von der [[Wärmeleitfähigkeit]] des füllenden Gases ab, wobei mit umweltschädigendem [[FCKW]] gefüllte Schaumstoffe besser isolieren als luftgefüllte. Offenzellige Schaumstoffe können Wasser aufnehmen, was ihre Wärmeleitfähigkeit erhöht.

== Schäumverfahren ==
Unterscheidung nach der Herstellungsart:
* Physikalisches Schäumen: Ein in einer Flüssigkeit gelöstes Gas bildet Blasen, wenn sich z. B. der Druck verringert oder die Temperatur erhöht.
* Chemisches Schäumen: Dem [[Kunststoffgranulat]] wird ein Treibmittel, meist in Form eines so genannten Masterbatchgranulates, zugegeben. Durch chemische Reaktion oder Abspalten eines flüchtigen Bestandteils (z. B. bei Erwärmung) schäumt die Schmelze auf.
* Mechanisches Schäumen: Hierbei wird Luft in das zu schäumende Harz oder die Paste eingerührt. Durch Vernetzen des Harzes oder durch Gelieren der Paste verfestigt sich dieser Schaumstoff.

=== Schaumextrusion ===
Bei der Herstellung von [[Polypropylen#Polypropylen-Schaum (EPP)|PP-E]]-Schaum (ebenso möglich ist dies für [[Polyethylen]], [[Polystyrol]], [[Polyethylenterephthalat|PET]] oder einige [[Biopolymer]]e) wird aufgeschmolzenes [[Polypropylen]] im [[Extruder]] unter hohen Drücken mit Treibgas (z. B. [[Pentane|Pentan]], [[Kohlenstoffdioxid|CO<sub>2</sub>]]) versetzt. Früher wurden als Treibmittel oft [[Fluorchlorkohlenwasserstoffe|FCKW]] eingesetzt, deren Verwendung aber aufgrund der schädigenden Wirkung auf die [[Ozonschicht]] inzwischen weitestgehend verboten ist.

Beim Austreten aus einer Lochdüse expandiert der Kunststoff auf das 20- bis 50-fache Volumen. Die entstehenden Schaumstränge können zum einen durch rotierende Messer im [[Wasserringgranulator]] oder [[Unterwassergranulator]] zu Schaumpartikeln von ca. 2–8 mm Durchmesser gekürzt werden. Sie werden dann vom Wasser abgeschieden, getrocknet, in Silos konditioniert und dann im sog. Formteilprozess zu Schaumformteilen verarbeitet.

Ein sehr wichtiger Prozess ist die Herstellung geschäumter Folien (z. B. aus PP oder PE als [[Trittschalldämmung]]) oder geschäumter Platten (z. B. XPS aus Polystyrol). Das kontinuierliche [[Extrusionsverfahren]] wird dabei aber in den meisten Fällen mit so genannten Kaskadenextrudern, also zwei hintereinander angeordneten Extrudern, durchgeführt. Während im ersten Extruder das Kunststoffgranulat aufgeschmolzen („plastifiziert“) wird, wird nach Zugabe des Treibmittels im zweiten Extruder dieses Treibmittel sehr gleichmäßig eingemischt. Zudem wird dabei die Schmelze auf ein definiertes Temperaturniveau gebracht (meistens ein Abkühlprozess), wonach diese dann in einem Breitschlitzwerkzeug auf die ungefähre Breite der späteren Folie oder Platte gebracht wird. Durch den im Verhältnis zum [[Dampfdruck]] des Treibmittels geringeren Umgebungsdruck expandiert die Schmelze und wird in einer speziellen Vorrichtung auf die gewünschte Plattendicke kalibriert. Die nachfolgenden Aggregate schneiden die Platten auf das gewünschte Maß bzw. wickeln die Folie auf, so dass die Produkte dann für eine Weiterverarbeitung zur Verfügung stehen.

=== Formteilprozess ===

Der Formteilprozess dient zur Verarbeitung von Schaumstoffpartikeln ([[Polystyrol|EPS]], [[Polypropylen|EPP]], [[Polyethylen|EPE]]) zu Schaumstoffformteilen.

Schaumstoffkügelchen mit Durchmessern von ca. 1–8 mm werden in poröse Aluminiumformen eingeblasen und mittels [[Wasserdampf]] (ca. 1,2 bar für EPS, ca. 3 bar bei EPP) miteinander versintert. Nach der Abkühl- und Stabilisierphase können die neu entstandenen Formteile entformt werden.

Dieses Herstellverfahren ermöglicht es, [[thermoplast]]ische Schaumteile im [[Dichte]]bereich zwischen ca. 12 kg/m³ und 300 kg/m³ bei sehr homogener Dichteverteilung über das gesamte Schaumteil herzustellen. Direktschäumverfahren mit chemischen oder physikalischen Treibgasen beim [[Spritzguss]] erlauben dies wegen der begrenzten Abkühlgeschwindigkeit bei größeren Wandstärken nicht.

Der Formteilprozess ist sehr [[energie]]intensiv, da bei jedem Zyklus (Schuss) das Werkzeug (Form) und Teile des [[Formteilautomat]]en (Dampfkammer) aufgeheizt und wieder abgekühlt werden müssen.

Anwendungsgebiete der EPP-Formteile sind z. B. Isolierbehälter, Heizungsisolationen, Mehrwegtransportverpackungen und in zunehmendem Maße Automobilteile wie Stoßfängerkerne, Sonnenblenden, Crashpads, Toolboxen (die in der Ersatzradfelge liegen und z. B. Anhängerkupplung, Wagenheber und Bordwerkzeug aufnehmen) oder Freizeitartikel.<ref>EPP-Forum in Bayreuth: [https://epp-forum.com/ Expandiertes Polypropylen Netzwerk für EPP]</ref>

Die Schaumextrusion von Partikelschaumstoffen bietet folgende Vorteile gegenüber im [[Autoklav]]en hergestellten Partikelschäumen:
* Kostengünstige Herstellung, da ein Verfahrensschritt entfällt (Autoklavbehandlung)
* Einfacherer und schnellerer Farbwechsel

Nachteile des Extrusionsmaterials hingegen sind eine durchschnittlich höhere Verarbeitungstemperatur, verbunden mit einem höheren Energieverbrauch und teilweise deutlich schlechtere mechanische Eigenschaften relativ zur Dichte im Vergleich zu Autoklavmaterial.

==== Styroporverfahren ====
Expandiertes Polystyrol (EPS) wird durch physikalisches Schäumen hergestellt: Das treibmittelhaltige [[Granulare Materie|Granulat]] (5 % [[Pentan]]) wird zunächst durch Erhitzen mit [[Wasserdampf]] bei ca. 105 °C bis auf das 40- bis 80-fache Volumen vorgeschäumt und danach zwischen 3 und 48 Stunden bei Raumtemperatur zwischengelagert, so dass danach das Pentan bis auf einen Anteil von ca. 3 % entweichen und Luft eindringen kann. Somit wird die Entstehung eines Vakuums im Inneren vermieden. Beim Fertigschäumen wird das vorgeschäumte EPS in eine Form gefüllt und durch weiteres Erhitzen auf ca. 130 °C mit Wasserdampf expandiert, das heißt, es füllt die Form und die einzelnen Teilchen verschmelzen an den Rändern. Bei großen Blockformen wird meist zudem vor dem Einbringen des Wasserdampfes ein Vakuum angelegt, um das Expandieren der EPS-Teilchen zu begünstigen.

Die Dichte wird durch den Vorschäumgrad bestimmt. Wird dieser jedoch zu groß, so fällt das fertige Produkt zusammen.

=== Thermoplast-Schaumguss-Verfahren (TSG) ===
Durch Zugabe von Treibmitteln zu einer Reihe von [[Thermoplast]]en, auch solche mit [[Füllstoff]]en ([[Glasfaser|Glas-]] oder [[Kohlenstofffaser|Karbonfasern]]) lassen sich Schaumstrukturen in Spritzgussteilen erstellen. Die Treibmittel können je nach Art und Konsistenz dem Granulat in wenigen Prozent zugemischt oder der Schmelze im Zylinder in flüssigem Zustand unter hohem Druck zugepumpt werden. Im Kern besitzen die entstehenden Formteile eine Schaumstruktur, zur Oberfläche hin eine weitgehend kompakte Außenhaut. Das Verfahren wird angewendet, um z. B. dickwandige Partien an Spritzgussteilen mit einem Schaumkern zu versehen, um Einfallstellen zu vermeiden bis hin zur Innenschäumung relativ dickwandiger Formteile, um Gewicht sparen zu können, ohne die Wanddicke reduzieren zu müssen. Man wendet das Verfahren bei Wanddicken ab 2 mm, aber meist bei Wanddicken zwischen 4 und 20 mm an.

Die erforderlichen Drücke für den Einspritzvorgang in das Werkzeug und den Nachdruck sind erheblich niedriger als für das normale Spritzgießen. So sind die Maschinen meist nur mit Einspritzdrücken bis ca. 1000 bar ausgestattet. Die großen Schussgewichte realisiert man oft mit Kolbeneinspritzaggregaten, die durch eine Vorplastifizierschnecke befüllt werden. Ein Nachdruck kann meist entfallen, da die Konturbildung in der Werkzeughöhlung durch die Expansion des Treibmittels erfolgt. Abgesehen von dem zuletzt genannten Unterschied ist das Verfahren dem normalen Spritzgießen prinzipiell sehr ähnlich. Jede normale Spritzgießmaschine ist für das Verfahren verwendbar.

Das TSG-Verfahren eignet sich dafür, besonders steife Konstruktionen zu erstellen, da beliebige Wanddickenunterschiede herstellbar sind, ohne dass Einfallstellen entstehen. Häufig werden auf Rundtischmaschinen mehrere Werkzeuge nacheinander eingespritzt. Damit wird die Ausbringung trotz langer Kühlzeiten (durch die großen Wanddicken) verbessert.

=== PUR-Schäumen ===
{{Siehe auch|Polyurethane#Schäumverfahren}}

Hier werden im Gegensatz zum Styroporverfahren flüssige, reaktionsfähige Ausgangsstoffe vom Verarbeiter verwendet. Werden Polyole mit Isocyanaten und dem Treibmittel (meist Wasser) vermischt, so reagiert das Polyol mit dem Isocyanat in einer Polyaddition zu PUR ([[Polyurethan#Schaumstoffe|Polyurethanschaum]]) und das Treibmittel bildet Gaseinschlüsse (bei dem Treibmittel Wasser reagiert dieses mit einem Teil des Isocyanates, wobei Kohlendioxid freigesetzt wird). Zusatzstoffe wie auch das Treibmittel werden im Polyol beigemengt, so dass meist zwei Komponenten zum Einsatz kommen.

Je nach Auswahl der Ausgangsstoffe können die Eigenschaften eingestellt werden. So erhält man bei Verwendung von langkettigen Polyolen weiche bis elastische Schäume, oder bei kurzkettigen Polyolen stark vernetzte harte Schaumstoffe.

Als Hauptverfahren kann man das kontinuierliche Bandschäumen und die beiden diskontinuierlichen RSG (Reaktionsschaumguss) und [[Reaction Injection Moulding|RIM]] (Reaktion-Injektions-Moulding) bzw. Niederdruck und Hochdruck-Verfahren, wobei das Letztere immer mehr Verbreitung findet, nennen.

Bei den diskontinuierlichen Verfahren muss beachtet werden, dass Ringleitungen installiert werden, um ein „Abstehen“ oder ein Entmischen zu verhindern, denn z. B. das Isocyanat sollte über 15 °C warm sein, da es sonst kristallisiert. Des Weiteren sollte auch ein Reinigungssystem für den Mischkopf vorgesehen werden, um ein Verkleben zu verhindern.

==== RRIM ====
Beim RRIM (Reinforced Reaction Injection Moulding) werden zwei Komponenten ([[Polyol]] und [[Isocyanat]]) und ein Verstärkungsstoff (z. B. [[Glasfaser]], [[Kohlenstofffaser]], Gesteinsmehl) im so genannten Mischkopf gemischt und unter hohem Druck in ein formgebendes Werkzeug gespritzt. Nach der [[exotherm]]en Reaktion der Komponenten ist der [[duroplast]]ische Kunststoff ''[[Polyurethan]]'' entstanden und kann dem Werkzeug entnommen werden. Anwendungsbeispiele sind Außenhautteile in der Automobilindustrie, wie Kotflügel, Schweller- und Stoßfängerverkleidungen. Ein Vorteil des Polyurethans gegenüber thermoplastischen Kunststoffen liegt in der relativ hohen Wärmeformbeständigkeit.

=== MuCell-Verfahren ===

Das MuCell-Verfahren ist ein spezielles Schaumextrusionsverfahren.
Die thermoplastische Kunststoffschmelze wird im Schmelzezylinder mit einem [[Inertgas|inertes Gas]] (Stickstoff oder Kohlendioxid) zu einer Einphasenlösung gemischt. Durch den Druckabfall beim Einspritzen dieser Einphasenlösung in die Kavität des Spritzgieß- oder Blasformwerkzeugs, bzw. bei Austritt aus der Extruder-Düse nukleiert das Gas über das Bauteil verteilt und schäumt es aus. Patente für das Verfahren liegen bei Trexel Inc., Woburn, MA, USA.

Stickstoff oder Kohlendioxid lassen sich mit der Schmelze nur im [[Überkritischer Zustand|überkritischen Zustand]] mischen (SCF = Super Critical Fluid).
Standard-Extruder benötigen zur Verarbeitung von SCF eine Schnecke mit angepasster Geometrie.

Das MuCell-Verfahren wird oft für technische Spritzguß-Bauteile mit Wanddicken zwischen 0,8 und 3 mm verwendet, ansonsten liegt das Spektrum bei 0,4 mm (Margarinebecher) bis 30 mm.
Die Teile haben eine kompakte Außenhaut und einen geschlossenzellig geschäumten Bauteilkern.

Beim fertigen Bauteil kann je nach Ausgangsmaterial eine Schlierenbildung auf der Oberfläche auftreten.

Neben der Gewichts- und Materialeinsparung und ergeben sich Vorteile durch Zykluszeitreduzierung, Nutzung kleinerer Maschinen mit geringerer Schließkraft, Verzugsreduzierung und Dimensionsstabilität der Bauteile, Viskositätsreduzierung und besserem Fließverhalten der Schmelze.

=== Neuere Entwicklungen ===

Bei herkömmlichen Herstellungsprozessen werden Schäume häufig aus Polymerschmelzen und gasförmigen Treibmitteln gewonnen. Eine Alternative besteht darin, mikroskopisch kleine Schablonen (sogenannte ''Templates'') zu benutzen, um dem Schaum die richtige Struktur zu verleihen. Beispielsweise können winzige Wassertröpfchen in einer Monomerlösung feinst verteilt und nach der Polymerisation entfernt werden. Ein anderes Verfahren nutzt Partikel, um Luftblasen in der Reaktionsmischung zu stabilisieren.
Ein neu entwickeltes Verfahren zur Herstellung von [[Expandiertes Polystyrol|expandiertem Polystyrol]] basiert auf der Polymerisation geschäumter Öl-in-Wasser-[[Emulsion]]en. [[Styrol]] (Ölphase) wird zunächst in einer wässerigen Phase emulgiert. Dann wird die durch ein anionisches [[Tensid]] stabilisierte Emulsion mit Stickstoff aufgeschäumt. Dabei entstehen Schaumblasen, die von dicht gepackten Emulsionstropfen umgeben sind. Im abschließenden Schritt wird die Polymerisation durch Bestrahlung mit UV-Licht ausgelöst. Die Emulsionstropfen reagieren dabei, wobei die Struktur des Schaums erhalten bleibt. Die entstandenen Polymerschäume enthalten Poren, die teilweise miteinander verbunden sind. Hierdurch wird der Durchfluss von Luft, [[Fluid]]en oder anderen Materialien durch den Schaum ermöglicht, was die Anwendung für beispielsweise Filtermaterialien oder bioinspirierte Gerüststrukturen interessant macht.<ref>{{Literatur |Autor=Fabian Schüler, Debora Schamel, Anniina Salonen, [[Wiebke Drenckhan]], Michael D. Gilchrist, Cosima Stubenrauch |Titel=Synthese von makroporösem Polystyrol durch Polymerisation
geschäumter Emulsionen |Hrsg= |Sammelwerk=Angewandte Chemie |Band=124 |Nummer=9 |Auflage= |Verlag= |Ort= |Datum=2012 |Seiten=2256–2260 |ISBN= |ISSN=1433-7851 |DOI=10.1002/ange.201107806}}</ref>

Zur [[Aerogel#Herstellung|Herstellung eines Aerogels]] wird ein Gel so getrocknet, dass eine formstabile Struktur zurückbleibt.

== Handelsnamen ==
* PU-Hartschäume: steinothan, BauderPIR, Linzmeier Linitherm, Baytherm, Baydur, Elastolit
* PU-Weichschäume: Bayflex, Elastoflex, Elastofoam, Fermapor K31, Plasthan, Raku PUR-Dichtungsschaum

== Weblinks ==
{{Commonscat|Polyurethane foam|Schaumstoff}}
{{Wiktionary}}
* [https://www.fsk-vsv.de/ Fachverband Schaumkunststoffe und Polyurethane e. V.]

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4052146-1}}

[[Kategorie:Schaumstoff| ]]
[[Kategorie:Kunststoffverarbeitung]]
[[Kategorie:Packhilfsmittel]]

Schaumstoff - Versionsgeschichte

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