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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rad-Staulippe für ein Kraftfahrzeug.
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Derartige Staulippen sind an Kraftfahrzeugen allgemein bekannt. Sie werden üblicherweise in Vorwärtsfahrtrichtung vor Rädern eines Kraftfahrzeugs angebracht, um anströmenden Fahrtwind von den rotierenden Rädern abzulenken.
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Auf rotierende Räder, insbesondere auf rotierende Vorderräder, an Fahrzeugen auftreffender Fahrtwind erhöht nicht nur den Strömungswiderstand des Fahrzeugs, was durch Messungen des jeweiligen cW-Werts nachweisbar ist, sondern führt auch zu unerwünschter Geräuschbildung.
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Rad-Staulippen dienen daher nicht nur der Verbesserung des Strömungswiderstands eines Fahrzeugs bzw. der Verringerung der Verschlechterung seines Strömungswiderstands bei zunehmenden Fahrgeschwindigkeiten, sondern können auch die Geräuschemission eines Fahrzeugs beeinflussen.
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In Fahrsituationen, in welchen ein mit Rad-Staulippen ausgerüstetes Fahrzeug stark einfedert, so etwa beim Überfahren von Bodenschwellen und Bordsteinkanten, sind die Rad-Staulippen, von welchen üblicherweise mindestens ein Abschnitt vom Unterboden weg zur Aufstandsfläche des Fahrzeugs, also in der Regel zur Fahrbahn hin, absteht bzw. auskragt, einem erhöhten Risiko mechanischer Beschädigung ausgesetzt. In Anbetracht dieses Beschädigungsrisikos werden Rad-Staulippen in der Regel mit weichem Kunststoff, also mit einem Kunststoff mit niedrigem Elastizitätsmodul, und mit verhältnismäßig geringer Auskraglänge ausgehend vom Unterboden ausgebildet. Daher wurden Rad-Staulippen entwickelt, welche verlagerbar am Unterboden eines Kraftfahrzeugs aufgenommen sind und bei Fahrgeschwindigkeiten von mehr als 60 km/h unter Vergrößerung ihrer Auskraglänge und somit ihrer Strömungsleitfläche zur Fahrbahn hin ausfahren. Selbst wenn die Rad-Staulippen dann ihre Aufgabe erfüllen, Fahrtwind von den rotierenden Reifen wegzuleiten, bilden sie selbst mit zunehmenden Fahrgeschwindigkeiten aufgrund der damit ebenfalls zunehmenden Strömungsgeschwindigkeiten des anströmenden Fahrtwinds eine aeroakustische Quelle.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Rad-Staulippen für Kraftfahrzeuge so zu verbessern, dass sie bei einer vorbestimmten Fahrgeschwindigkeit, insbesondere bei einer vorbestimmten hohen Fahrgeschwindigkeit von mehr als 80 km/h, weniger Schall emittieren als Rad-Staulippen des Standes der Technik.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Rad-Staulippe für ein Kraftfahrzeug, von welcher wenigstens ein Abschnitt ein Schall absorbierendes Material umfasst.
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Dabei ist mit "Schall absorbierend" nicht jeglicher Effekt einer Minderung von Schallintensität bezeichnet, wie sie etwa bei Schalldämpfung auch durch Divergenz erzielbar ist. Schallabsorption soll vorliegend als Umwandlung von Schallenergie in andere Energieformen, insbesondere in Wärme, verstanden werden.
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Schall absorbierende Materialien können poröse Materialien oder/und Materialen mit wenigstens auf einer Seite durch eine Membran abgeschlossene Gasvolumina sein. Aufgrund der – verglichen mit Membran-Gasvolumina-Materialien – mit porösen Materialien erzielbaren höheren Bauteilsteifigkeit und der höheren konstruktiven Gestaltungsfreiheit, sind poröse Materialien vorliegend als Schall absorbierend bevorzugt.
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Wenngleich auch offenzellige Schäume, insbesondere Hartschäume, grundsätzlich als poröse Materialien zur wenigstens abschnittsweisen Bildung von Rad-Staulippen geeignet sind, haben sich aufgrund ihrer Stabilität und ihrer hohen akustischen Wirksamkeit LWRT-Materialien als besonders geeignete poröse Materialen herausgestellt. Deshalb umfasst bevorzugt wenigstens ein Abschnitt einer erfindungsgemäßen Rad-Staulippe ein LWRT-Material. Dieses ist dann das oben genannte Schall absorbierende Material.
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Der Begriff "LWRT" steht für "Low Weight Reinforced Thermoplast" und bezeichnet einen verstärkten thermoplastischen Kunststoff mit geringem Gewicht bzw. mit geringer Dichte. LWRT ist ein in der Fachwelt geläufiger Fachbegriff, welcher einen Faserverbundwerkstoff aus thermoplastisch gebundenen Fasern bezeichnet. Die Fasern können aus einem beliebigen Material sein, welches einen höheren Schmelz- oder Erweichungspunkt aufweist als das Material des thermoplastischen Binders. Das Fasermaterial eines LWRT-Materials kann Glasfasern, Mineralfasern, Naturfasern oder eben Kunststofffasern aus einem Kunststoff mit höherem Schmelz- oder Erweichungspunkt als der thermoplastische Binderkunststoff umfassen.
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Das LWRT-Material kann je nach seinen Einsatzbedingungen und -anforderungen kompaktiert sein, wobei zunehmende Kompaktierung zu abnehmender Porosität und zu abnehmender Bauteilsteifigkeit, insbesondere Biegesteifigkeit führt. Da LWRT-Material in der Regel ausgehend von einem Fasergemisch aus Dauerfasern und Binderfasern gebildet wird, von welchen lediglich die Dauerfasern ihre Gestalt behalten, während die Binderfasern zum thermoplastischen Binden der Dauerfasern aufgeschmolzen werden, ist LWRT-Material ohne Kompaktierung sehr porös und kann als akustisch isolierendes Material verwendet werden. Aufgrund seiner Porosität wirkt LWRT-Material Schall absorbierend. Die Eigenschaft der Schallabsorption geht auch mit zunehmender Kompaktierung nicht verloren, da LWRT-Material erheblich kompaktiert werden kann, ohne seine Porosität vollständig einzubüßen. Die Schallabsorption ist erst dann anders zu beurteilen, wenn LWRT-Material vollständig kompaktiert wurde, also ein massives faserverstärktes thermoplastisches Material ohne Porosität bildet. Die vorliegende Erfindung geht nachfolgend beispielhaft von der Verwendung porösen LWRT-Materials aus. Dennoch sei klargestellt, dass zusätzlich oder alternativ zu dem nachfolgend beschriebenen LWRT-Material ein offenzelliger Schaumstoff verwendet werden kann.
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Mit der wenigstens abschnittsweisen Verwendung von LWRT-Material oder/und Schaumstoffen zur Bildung von Rad-Staulippen kann somit nicht nur die Schall absorbierende Eigenschaft des Materials für die Minderung der Schallemissionen des Kraftfahrzeugs vorteilhaft eingesetzt werden. Im Vergleich zu gleich dimensionierten massiven Rad-Staulippen sind wenigstens abschnittsweise LWRT-Material oder/und Schaumstoffe aufweisende Rad-Staulippen leichter und reduzieren die zu beschleunigende Fahrzeugmasse.
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Die Schall absorbierende Wirkung des LWRT-Materials in der Rad-Staulippe kann dann besonders vorteilhaft eingesetzt werden, wenn das LWRT-Material wenigstens einen Abschnitt einer nach außen freiliegenden Oberfläche der Staulippe bildet. Bevorzugt bildet das LWRT-Material einen Abschnitt einer bei Vorwärtsfahrt vom Fahrtwind angeströmten Oberfläche der Staulippe, sodass die Schallabsorption des LWRT-Materials unmittelbar dort wirken kann, wo der Schall an der Rad-Staulippe entsteht.
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Sehr vorteilhaft ist dabei, dass die Poren eines als Schall absorbierend eingesetzten porösen Materials auf der im Betrieb der Staulippe angeströmten Seite (Stauseite) freiliegen, so dass das Material seine akustische Wirksamkeit besonders gut entfalten kann.
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Üblicherweise weist die Staulippe einen zur Anbringung an ein Kraftfahrzeug ausgebildeten Anbringungsabschnitt und einen zur Beeinflussung einer Luftströmung – also etwa zur Ablenkung des anströmenden Fahrtwinds – ausgebildeten Leitabschnitt auf. Aus dem obigen Grunde bildet das LWRT-Material bevorzugt wenigstens einen Abschnitt des Leitabschnitts.
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Gleichwohl soll nicht ausgeschlossen sein, dass das LWRT-Material zusätzlich oder alternativ wenigstens einen Teil des Anbringungsabschnitts bildet, da LWRT-Material auch eine hervorragende innere Dämpfung aufweist. Somit kann durch wenigstens teilweise Ausbildung des Anbringungsabschnitts aus LWRT-Material eine Schallübertragung von der Rad-Staulippe auf andere Bereiche des die Staulippe tragenden Kraftfahrzeugs vermindert oder verhindert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann daran gedacht sein, dass der Leitabschnitt eine Stauwand aufweist, mit einer Stauseite, welche im fertig montierten Zustand der Staulippe zur Fahrzeugvorderseite hinweist und bei Vorwärtsfahrt von Fahrtwind angeströmt wird, und mit einer der Stauseite entgegengesetzten Schattenseite, welche im fertig montierten Zustand der Staulippe zum Fahrzeugheck hinweist, wobei wenigstens die Stauseite des Leitabschnitts aus dem LWRT-Material gebildet ist. Wie bereits zuvor beschrieben wurde, können durch Ausbildung wenigstens der Stauseite des Leitabschnitts aus LWRT-Material die Schall absorbierenden Eigenschaften des LWRT-Materials unmittelbar an der Stelle, an welcher anströmender Fahrtwind auf den Leitabschnitt der Rad-Staulippe auftrifft, als einer möglichen konkreten Schallquelle an der Rad-Staulippe wirksam genutzt werden.
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Bevorzugt ist zur weiteren Verbesserung der Verminderung der von der Rad-Staulippe im Betrieb ausgehenden Geräusche die vollständige Oberfläche des Leitabschnitts aus LWRT-Material gebildet, sodass auch die Schattenseite des Leitabschnitts aus LWRT-Material gebildet ist. Zwar ist grundsätzlich möglich, dass die Stauseite und die Schattenseite des Leitabschnitts jeweils aus LWRT-Material gebildet sind und zwischen diesen beiden LWRT-Materialien eine Trägerstruktur vorgesehen ist. Jedoch ist bevorzugt, dass der Leitabschnitt vollständig aus LWRT-Material gebildet ist. Hierdurch lässt sich Gewicht bei der Herstellung der Rad-Staulippe einsparen, da im Prinzip der Leitabschnitt durch nur eine Lage plattenförmigen LWRT-Materials gebildet werden kann. Die eine Seite des plattenförmigen LWRT-Materials kann dann die Stauseite und die jeweils entgegengesetzte Seite kann die Schattenseite bilden.
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Weiter bevorzugt kann die Rad-Staulippe vollständig aus LWRT-Material gebildet sein um möglichst vollständig die aufgrund seiner Porosität bestehenden Schall absorbierenden Eigenschaften zu nutzen und um zusätzlich die innere Dämpfung des LWRT-Materials zur Vermeidung einer Übertragung von an der Rad-Staulippe im Betrieb entstehendem Schall auf weitere Strukturen des Kraftfahrzeugs zu nutzen. Bei der Beurteilung einer vollständig aus LWRT-Material gebildeten Rad-Staulippe sollen unvermeidlich aus anderem Material gebildete Befestigungsmittel und dergleichen, wie etwa Clipse, Schrauben und Ösen, außer Betracht bleiben.
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Zur möglichst robusten Ausbildung einer LWRT-Material umfassenden Rad-Staulippe ist das LWRT-Material bevorzugt als mehrlagiges Sandwich-Material vorgesehen. So kann es beispielsweise eine innere Kernlage aus thermoplastisch gebundenem Fasermaterial aufweisen und kann an seinen Außenflächen weitere Lagen aufweisen, wie etwa ein Schutzvlies, um den aus LWRT-Material gebildeten Abschnitt der Rad-Staulippe gegen Steinschlag auszurüsten. Alternativ oder zusätzlich kann das LWRT-Material außen oder zwischen dem Schutzvlies und einer Lage aus thermoplastisch gebundenem Fasermaterial eine Schutzfolie aufweisen, etwa aus einem Polyolefin, um einen Austritt von Fasern aus der Lage gebundenen Fasermaterials zu verhindern. Eine auf der Stauseite vorgesehene Schutzfolie ist perforiert oder mikroperforiert, um die akustische, Schall absorbierende Wirksamkeit des porösen Materials zu gewährleisten. Eine auf der Schattenseite vorgesehene Schutzfolie kann ebenfalls, muss jedoch nicht mikroperforiert sein.
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"Mikroperforation" umfasst das perforierte Material in Dickenrichtung vollständig durchsetzende Perforationsöffnungen mit einem Durchmesser von bis zu 0,5 mm.
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Bevorzugt ist der thermoplastische Binderkunststoff, welcher zum Binden des Fasermaterials verwendet wird, ein Polyolefin, innerhalb der Polyolefine bevorzugt Polypropylen.
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Die LWRT-Kernlage aus thermoplastisch gebundenem Fasermaterial weist bevorzugt ein Flächengewicht von zwischen 100 und 1500 g/m2, bevorzugt von etwa 800 bis 1200 g/m2 und höchstbevorzugt von etwa 1000 g/m2 auf. Die LWRT-Kernlage kann aus zwei bis fünf, höchst bevorzugt aus drei Teilkernlagen zusammengesetzt sein. Die Teilkernlagen können unterschiedliche Flächengewichte aufweisen, wobei bevorzugt weiter außen liegende Teilkernlagen ein geringeres Flächengewicht als wenigstens eine weiter in der Mitte (in Dickenrichtung) gelegene Teilkernlage aufweisen.
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Die oben genannte Schutzfolie ist vorzugsweise aus Polypropylen hergestellt und weist ein Flächengewicht von 150 bis 300 g/m2, bevorzugt von zwischen 190 und 260 g/m2, und höchstbevorzugt von etwa 230 g/m2 auf.
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Zur weiteren Erhöhung der Steifigkeit und Festigkeit der Rad-Staulippe kann das LWRT-Material eine Metalllage aufweisen, etwa aus Aluminiumfolie. Bevorzugt liegt diese Metalllage nicht ganz außen, sondern liegt wenigstens unter einer Kunststofffolie, wie etwa der oben bezeichneten Schutzfolie, oder/und unter dem oben bezeichneten Schutzvlies. Auch die Metalllage ist aus den oben genannten Gründen bevorzugt mikroperforiert.
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Bevorzugt verlaufen die Lagen des mehrlagigen LWRT-Sandwich-Materials parallel zu den Außenflächen der damit gebildeten Abschnitte der Rad-Staulippe.
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Ein weiterer Vorteil von LWRT-Material ist, dass es zwar als Halbzeug plattenförmig vorliegt, jedoch in beliebige andere flächige Gestalt gebracht werden kann. Somit kann das LWRT-Material wenigstens zwei, vorzugsweise mehr als zwei jeweils miteinander einen Winkel einschließende Bauteilflächen bilden, wodurch eine gewünschte Strömungsleitung insbesondere des Leitabschnitts auch mit plattenförmigem LWRT-Material gezielt einstellbar ist. Als "miteinander einen Winkel einschließende Bauteilflächen" werden im Sinne der vorliegenden Erfindung auch solche Flächenabschnitte verstanden, welche an einem knickfreien gekrümmten Bauteilabschnitt derart ausgebildet sind, dass ihre Tangentenebenen miteinander einen Winkel einschließen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer Rad-Staulippe, wie sie oben beschrieben wurde, welche in Vorwärtsfahrtrichtung vor einem Rad des Kraftfahrzeugs am Unterboden des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Bevorzugt ist wenigstens vor jedem Vorderrad des Kraftfahrzeugs je eine Rad-Staulippe vorgesehen.
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Die Rad-Staulippe kann relativ zum Unterboden des Kraftfahrzeugs wenigstens abschnittsweise verlagerbar, insbesondere zur Aufstandsfläche des Fahrzeugs hin absenkbar und von dieser weg einziehbar am Kraftfahrzeug angeordnet sein, um geschwindigkeitsabhängig die Strömungsleitfläche der Rad-Staulippe zu verändern. Daher ist im Falle der Realisierung einer verlagerbaren Rad-Staulippe wenigstens der Leitabschnitt relativ zum Unterboden des Kraftfahrzeugs beweglich, insbesondere in seiner Auskragabmessung vom Unterboden veränderbar.
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Die Rad-Staulippe kann mehrteilig ausgebildet sein, gegebenenfalls mit relativ zueinander beweglichen Staulippenbauteilen. Dies gilt insbesondere für den Leitabschnitt, der aus mehreren relativ zueinander beweglichen Teilen gebildet sein kann.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:
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1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Rad-Staulippe und
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2 eine Schnittdarstellung durch ein LWRT-Material, welches beispielhaft zur abschnittsweisen Herstellung der Rad-Staulippe verwendet werden kann.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Rad-Staulippe allgemein mit 10 bezeichnet. Die Rad-Staulippe 10 umfasst einen zur Anbringung an ein Kraftfahrzeug ausgebildeten Anbringungsabschnitt 12 und einen hiervon in einem Winkel, etwa einem rechten Winkel oder einem Winkel geringfügig kleiner als 90°, abstehenden Leitabschnitt 14. Der Anbringungsabschnitt 12 wird üblicherweise an dem Unterboden eines Kraftfahrzeugs angebracht, etwa durch Schrauben, und der Leitabschnitt 14 befindet sich vor einem Reifen, insbesondere einem Vorderreifen, des die Rad-Staulippe 10 tragenden Kraftfahrzeugs, um bei Vorwärtsfahrt in Richtung zu dem Reifen hinströmenden Fahrtwind möglichst an dem Reifen vorbeizuleiten.
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Der Fahrtwind bei Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs mit ordnungsgemäß montierter Rad-Staulippe trifft auf der Stauseite 14a des Leitabschnitts 14 auf. Dieser Stauseite 14a entgegengesetzt befindet sich – vom Betrachter der 1 abgewandt und daher in 1 nicht erkennbar – die Schattenseite 14b des Leitabschnitts 14.
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Mit einer Rad-Staulippe 10, welche im Stand der Technik üblicherweise als Spritzgussteil ausgestaltet ist, kann die im Bereich des Reifens emittierte Schallenergie durch die Ablenkung des Luftstroms vom jeweiligen Reifen weg reduziert werden.
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Zur weiteren Reduktion der vom Bereich eines Kraftfahrzeugreifens im Fahrbetrieb ausgehenden Schallemission ist erfindungsgemäß die Rad-Staulippe 10 aus einem mehrlagigen LWRT-Material gebildet. Bevorzugt ist die Rad-Staulippe 10 vollständig aus dem LWRT-Material gebildet.
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Einen beispielhaften Aufbau des zur Bildung der Rad-Staulippe 10 verwendeten LWRT-Materials 20 ist in 2 gezeigt. Die Schnittansicht von 2 zeigt das LWRT-Material 20 von der Stauseite 14a (oben) der Rad-Staulippe 10 bis zur Schattenseite 14b (unten).
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Die nach außen freiliegende Stauseite 14a ist bevorzugt gebildet durch eine Vlieslage 22, welche einen guten Steinschlagschutz und aufgrund ihrer Porosität die Möglichkeit der Schallabsorption bietet.
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Unter der Vlieslage 22 kann eine perforierte oder mikroperforierte Kunststofffolie 24 vorgesehen sein, etwa aus einem Polyolefin, wie Polypropylen oder Polyethylen. Die Kunststofffolie 24 bietet eine Barriere für die weiter darunter liegende Kernlage 26 aus thermoplastisch gebundenem Fasermaterial, bevorzugt aus mit Polyolefin gebundenem Glasfasermaterial. Bevorzugter Binderkunststoff ist dabei Polypropylen.
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Die Kernlage 26 kann aus mehreren Teillagen, im dargestellten Ausführungsbeispiel aus drei Teillagen 26a, 26b und 26c gebildet sein. Die Teillagen 26a, 26b und 26c können unterschiedliche Flächengewichte aufweisen, wobei bevorzugt die weiter außen liegenden Teillagen 26a und 26c ein geringeres Flächengewicht aufweisen können als die zentrale Teillage 26b. Bezüglich der konkreten Flächengewichtsbereiche der Kernlage 26 sowie der übrigen Lagen des LWRT-Materials 20 wird auf die oben stehende Beschreibungseinleitung verwiesen.
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Die Schattenseite 14b des Leitabschnitts 14 kann wiederum durch eine Kunststofffolie 28 gebildet sein, welche an die Kernlage 26 angrenzt. Die Kunststofffolie 28 kann mit der Kunststofffolie 24 identisch sein. Alternativ oder zusätzlich zur Kunststofffolie 28 kann das LWRT-Material 20 auch auf der Schattenseite 14b eine Vlieslage aufweisen. Dann wäre die Schattenseite 14b durch die Vlieslage gebildet.
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Aufgrund der porösen Struktur des LWRT-Materials weist dieses hervorragende Schallabsorptionseigenschaften auf. Durch die thermoplastisch gebundene Faserstruktur ist das Flächengewicht des LWRT-Materials bei gleichzeitig hoher Festigkeit gering, sodass es sich zur Herstellung von aerodynamisch und gegebenenfalls auch mechanisch belasteten Rad-Staulippen 10 hervorragend eignet.
