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Die Erfindung betrifft ein Unterbodenverkleidungsteil für ein Fahrzeug. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Unterbodenverkleidungsteiles.
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Gattungsbildend beschreibt die Patentanmeldung
DE 10 2015 107 338 A1 eine dreilagige Faser-Verbundmatte zur Herstellung einer Trägerplatte eines Kraftfahrzeug-Bauteils, wobei eine erste Teilfläche der Faser-Verbundmatte mit einer Verstärkungsnaht versehen ist. Es wird auch das Verfahren zur Herstellung des Trägerbauteils für das Bauteil des Kraftfahrzeugs mit den folgenden Schritten beschrieben: Bereitstellen einer Faser-Verbundmatte; dann Aufbringen einer Verstärkungsnaht in einer ersten Teilfläche der Faser-Verbundmatte, wobei eine zweite Teilfläche der Faser-Verbundmatte keine Verstärkungsnaht aufweist; und abschließend Erwärmen und Verdichten der Faser-Verbundmatte. Ferner wird das Unterbodenverkleidungsteil hinsichtlich des Herstellungsverfahrens unter Temperatureinwirkung verpresst. Nachteilig sind dabei die Fasern jedoch nicht in Polypropylen-Matrix-Folien eingebettet und werden hinsichtlich des Herstellungsverfahrens auch nicht mittels Magneten ausgerichtet.
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Das chinesische Gebrauchsmuster
CN 208 085 185 U offenbart ein umweltfreundliches, schallgedämmtes und hitzebeständiges Fahrzeugteil, das auf der Verarbeitung und Anwendung makromolekularer Materialen basiert. Dieses Fahrzeugteil umfasst eine Basalschicht, die an beiden Enden angebunden werden kann, wobei an der unteren Seite eine Isolierschicht angeordnet ist, welche auch Glimmerpulver beinhalten kann. Die untere Seite beinhaltet zum Zwecke der Isolierung auch wärmedämmende Baumwolle. Die Schrift lehrt den Fachmann zum Zwecke einer einfachen Montage des Fahrzeugteils eine flächig verteilte Magnetordnung vorzusehen, gibt aber keinen Hinweis auf die Verwendung von Metallfasern. Eine Anwendung findet dieses Fahrzeugteil im Fahrzeugdach, wo es beispielsweise verleimt ist.
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Die Patentanmeldung
US 2008/0001 431 A1 zeigt ein schalldämmendes, flächiges Teil und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Dieses Sandwichteil zur akustischen Isolierung einer Schallquelle von einem Empfänger ist mehrschichtig aufgebaut und umfaßt eine oder mehrere Schallschutzschichten. Die erste Schicht enthält ein Faservlies mit einer Kompressionsarbeit von mindestens 0,7 kJ/m
3 und einem Luftstromwiderstand von nicht mehr als 10.000 Rayls/m. Die zweite Schicht weist einen Luftstromwiderstand von mehr als 10.000 Rayls/m auf. Die erste Schicht ist an die Oberfläche eines Fahrzeugs fest angeordnet, um den Schall zumindest in einem Teil des Fahrzeugs zu dämpfen. Weiter zeigt die Schrift die Verwendung von Metallfasern für Verkleidungsteile sowie die Idee, Verkleidungsteile mittels Magneten anzubinden und zu verbinden, ohne jedoch einen Bezug zwischen Metallfasern und den Magneten herzustellen.
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Die
DE 36 41 828 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Prepregs mit ausgerichteten Kurzfasern, wobei metallisierte Verstärkungsfasern eingesetzt werden, die in einem Magnetfeld entsprechend dem ermittelten Kraftlinienverlauf des Werkstücks ausgerichtet werden. Dabei werden die metallisierten Fasern auf einer Unterlage im Magnetfeld ausgerichtet und dann mit einem Kunststoff getränkt und final verfestigt.
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Die
DE 10 2013 021 403 A1 offenbart ein Unterbodenaussteifungs- und Verkleidungsmodul, das ein flächiges nichttragendes Verkleidungsbauteil aus einem Kunststoffmaterial aufweist. Mit dem Verkleidungsbauteil ist eine Versteifungsstrebe stoffschlüssig verbunden, die sich entlang eines vorgegebenen Lastpfads erstreckt und an ihren Endabschnitten jeweils eine Anbindungsvorrichtung aufweist, mit der sie gemeinsam mit dem Verkleidungsbauteil an Krafteinleitungspunkten mit einem vorgegebenen Unterbodenabschnitt verbindbar ist. Ferner werden ein Herstellverfahren für das Unterbodenaussteifungs- und Verkleidungsmodul, ein Kraftfahrzeug-Unterboden mit einer Verkleidung, und ein Montageverfahren für den Kraftfahrzeug-Unterboden beschrieben.
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Darüber hinaus sind ein Sandwichverbundbauteil und ein Herstellungsverfahren dafür z. B. aus der
DE 10 2012 006 609 A1 für den Fahrzeuginnenraum bekannt. Hierbei werden ein Sandwichbauteil mit einer Wabenkernlage und einer faserverstärkten thermoplastischen Deckschicht und das entsprechende Herstellungsverfahren beschrieben. Die Deckschicht ist mittels eines thermoplastischen Materials mit der Wabenkernlage verbunden. Eine Seite des Sandwichbauteiles weist eine Dekorlage auf, die auf der Deckschicht angeordnet ist. Das Sandwichbauteil umfasst ferner eine Schaumlage, die zwischen der Deckschicht und der Dekorlage angeordnet ist und die mit der Deckschicht und der Dekorlage verbunden ist.
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Ein Sandwichverbundbauteil mit verschiedenen Schmelztemperaturen der einzelnen Schichten und Herstellungsverfahren dafür werden in der
WO 2015/090574 A1 beschrieben. Das Verfahren geht von einer Kernschicht aus einem geschäumten Kunststoff und einer Deckschicht aus, welche Verstärkungsfasern und Kunststofffasern umfasst. Dabei hat der Kunststoff der Kernschicht eine (erste) Schmelztemperatur, welche höher ist als die (zweite) Schmelztemperatur der Kunststofffasern der Deckschicht. Indem die Kernschicht an der Deckschicht angeordnet wird, wird ein Mehrlagenverbund geschaffen. Durch weitere Prozessschritte kann dieser Mehrlagenverbund zu einem Halbzeug weiterverarbeitet werden. Der Mehrlagenverbund oder das daraus gefertigte Halbzeug wird anschließend in einer Heizvorrichtung auf eine Temperatur erhitzt, welche niedriger ist als die erste Schmelztemperatur, aber höher als die zweite Schmelztemperatur. Anschließend wird der in dieser Weise erhitzte Mehrlagenverbund bzw. das in dieser Weise erhitzte Halbzeug in einem Umformwerkzeug umgeformt, um das Sandwichbauteil zu erzeugen.
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Mehrschichtige Sandwichverbundbauteil mit Faserschichten werden in der
DE 10 2016 000 726 A1 dargestellt. Sie betrifft ein Verbundelement für ein Fahrzeug mit Deckschichten aus faserverstärktem Kunststoff und mit einer zwischen den Deckschichten angeordneten und mit den Deckschichten verbundenen Kernschicht aus einem Kunststoffschaum, wobei eine erste der Deckschichten als auf einer der Kernschicht abgewandten Seite unkaschierte Deckschicht ausgebildet ist und Naturfasern als Verstärkungsfasern aufweist, wobei die zweite Deckschicht auf einer der Kernschicht abgewandten Seite mittels wenigstens eines Dekors des Verbundelements kaschiert ist und von den Naturfasern unterschiedliche Verstärkungsfasern aufweist.
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Die
DE 101 41 029 A1 beschreibt eine Beschichtung für Kraftfahrzeugböden und Motorschilde als Sandwichaufbau, bestehend aus einem Trägermaterial und Vlies. Gemäß Aufgabenstellung soll die Beschichtung eine gute Geräuschdämpfung gegenüber Körper- und Luftschall ermöglichen, der Korrosionsschutz und ein guter Schutz durch mechanische Beschädigungen wie Steinschlag sollen gegeben sein. Weiterhin soll die Beschichtung einfach herstellbar und recyclingfähig sein und ein geringes Flächengewicht aufweisen. Die Beschichtung besteht aus einem Trägermaterial aus faserverstärktem Thermoplast, auf welches Vlies aufgebracht wird. Das aus Thermoplast bestehende Plastifikat und Vlies werden einer Presse zugeführt. Im Einschrittverfahren erfolgt ein Hinterpressen des Vlieses mit Trägermaterial. Die neue Beschichtung wird immer so eingesetzt, dass das Vlies dem Erdboden, d. h. der Straße, zugewandt ist, wenn es sich um eine Unterbodenverkleidung handelt.
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Die
DE 20 2013 006 232 U1 zeigt eine Sandwichplatte für ein Garagentor, Industrietor oder Hangartor, das eine Sandwichplatte aufweist, welche wenigstens einen schubsteifen Kern aus einem geschäumten Kunststoff, der mit einer Deckschicht aus Metall wie Stahl, Edelstahl oder Aluminium, Kunststoff oder Faser-Kunststoff-Verbund, fest verbunden ist, aufweist, wobei ein biegesteifes Profil vorgesehen ist, welches an eine Längsseite der Sandwichplatte fest angebunden und mit ihr dauerhaft verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Rückseite der Sandwichplatte eine oberflächenzugängliche Dehnungsfuge eingearbeitet ist, deren Fugentiefe in den Kern mindestens bis zur Hälfte des Kerns, hineinreicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Unterbodenverkleidungsteil für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Unterbodenverkleidungsteiles anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Unterbodenverkleidungsteil, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale, und durch ein Verfahren zur Herstellung, welches die in Anspruch 3 angegebenen Merkmale aufweist, gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein Unterbodenverkleidungsteil für ein Fahrzeug ist erfindungsgemäß 3-schichtig aufgebaut, wobei eine einem Bodenblech einer Fahrzeugkarosserie zugewandte erste Schicht zwei Polypropylen-Matrix-Folien umfasst, zwischen denen magnetisierte Edelstahlfasern in Längsrichtung der Polypropylen-Matrix-Folien ausgerichtet und eingebettet sind. Eine zweite Schicht ist aus Polypropylen gebildet und eine einem Fahrzeuguntergrund zugewandte dritte Schicht umfasst zwei weitere Polypropylen-Matrix-Folien, zwischen denen magnetisierbare Edelstahlfasern ungeordnet verteilt eingebettet sind.
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Ein derart ausgebildetes Unterbodenverkleidungsteil kann vergleichsweise schnell und einfach an einem Fahrzeugunterboden montiert werden, da das Unterbodenverkleidungsteil durch die magnetisierten Edelstahlfasern der ersten Schicht an dem Fahrzeugunterboden fixierbar ist, ohne dass Hilfsmittel erforderlich sind. Das Unterbodenverkleidungsteil hält an dem Fahrzeugunterboden und kann positioniert und verschraubt werden. Zudem weist das Unterbodenverkleidungsteil durch die geordnet positionierten Edelstahlfasern der ersten Schicht eine hohe Biegesteifigkeit auf, wobei ein Materialeinsatz zur Herstellung des Unterbodenverkleidungsteiles vergleichsweise gering ist und das Unterbodenverkleidungsteil ein Leichtbauteil darstellt.
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Durch die in der dritten Schicht ungeordnet eingebetteten Edelstahlfasern ist diese Seite des Unterbodenverkleidungsteiles verhältnismäßig schlagzäh und abriebfest ausgebildet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch eine Draufsicht einer ersten Schicht eines Unterbodenverkleidungsteiles,
- 2 schematisch eine Ansicht einer Unterseite einer dritten Schicht des Unterbodenverkleidungsteiles,
- 3 schematisch eines Schnittdarstellung des Unterbodenverkleidungsteiles,
- 4 schematisch eine perspektivische Ansicht des Unterbodenverkleidungsteiles,
- 5 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Herstellungsprozesses eines Halbzeuges für das Unterbodenverkleidungsteil und,
- 6 schematisch eine in einem Durchlaufofen durchgeführte Magnetisierung von Edelstahlfasern der ersten Schicht des Unterbodenverkleidungsteiles.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Draufsicht einer ersten Schicht S1 eines 3-schichtigen Unterbodenverkleidungsteiles 1 für ein nicht näher dargestelltes Fahrzeug. Eine in 3 gezeigte zweite Schicht S2 ist zwischen der ersten Schicht S1 und einer in 2 gezeigten dritten Schicht S3 angeordnet, so dass es sich bei dem Unterbodenverkleidungsteil 1 um ein sogenanntes Sandwichbauteil handelt.
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Ein solches Unterbodenverkleidungsteil 1 dient dazu, ein Bodenblech einer Fahrzeugkarosserie gegenüber Steinschlag und/oder anderen Beschädigungsquellen zu schützen. Zudem ist das Unterbodenverkleidungsteil 1 dazu vorgesehen, vergleichsweise günstige Strömungsverhältnisse hinsichtlich eines möglichst kleinen Widerstandsbeiwertes bereitzustellen.
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Um das Unterbodenverkleidungsteil 1 auf einer dem Bodenblech zugewandten Oberflächenseite der ersten Schicht S1 magnetisch zu gestalten, ist vorgesehen, zwischen die erste Schicht S1 bildende Polypropylen-Matrix-Folien P Edelstahlfasern E einzubetten, welche während eines Umformprozesses bei einem in 5 näher gezeigten Herstellprozesses des Unterbodenverkleidungsteiles 1 an der Oberflächenseite positioniert und magnetisiert werden. Insbesondere weist die erste Schicht S1 eine Dicke zwischen 0,5 mm und 1 mm auf.
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Dabei weisen die Edelstahlfasern E eine Länge von 3 mm bis 15 mm und einen Durchmesser von 0,1 mm bis 2 mm auf, sind geordnet positioniert und erstrecken sich in Längsausdehnung des Unterbodenverkleidungsteiles 1 parallel zueinander, wobei die Edelstahlfasern E vergleichsweise nah an der Oberflächenseite der ersten Schicht S1 angeordnet sind.
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Die beiden Polypropylen-Matrix-Folien P sind aus einem niedrigtemperatur-schmelzenden Polypropylen gebildet, wobei es sich insbesondere um ein sogenanntes metallocenekatalysiertes Polypropylen mit einer Schmelztemperatur von ca. 140°C handelt.
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Eine einem Fahrzeuguntergrund zugewandte Oberflächenseite der dritten Schicht S3 ist in 2 gezeigt.
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Die dritte Schicht S3 ist ebenfalls aus zwei Polypropylen-Matrix-Folien P gebildet, welche ein niedrigtemperatur-schmelzendes Polypropylen umfassen, bei dem es sich insbesondere um das sogenannte metallocene-katalysierte Polypropylen mit einer Schmelztemperatur von ca. 140°C handelt.
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Zwischen den beiden Polypropylen-Matrix-Folien P sind Edelstahlfasern E ungeordnet verteilt eingebettet, d. h. dass die Edelstahlfasern E in unterschiedlichster Richtung angeordnet sind. Auch hier beträgt die Länge der Edelstahlfasern E 3 mm bis 15 mm und der Durchmesser der Edelstahlfasern E beträgt 0,1 mm bis 2 mm, wobei die Schmelztemperatur des niedrigtemperatur-schmelzenden Polypropylens 140°C beträgt.
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Eine Schnittdarstellung des Unterbodenverkleidungsteiles 1 ist in 3 dargestellt, wobei insbesondere gezeigt ist, dass zwischen der ersten Schicht S1 und der dritten Schicht S3 die zweite Schicht S2 angeordnet ist, welche eine Kernschicht bildet und 2 mm bis 3 mm dick ausgebildet ist.
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Die zweite Schicht S2 ist aus einem hochtemperatur-schmelzenden Polypropylen PP gebildet, welches üblicherweise eine Schmelztemperatur von 163°C aufweist.
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Dadurch, dass die Edelstahlfasern E nur in der ersten Schicht S1 und der dritten Schicht S3 vorhanden sind, wird eine im Wesentlichen maximal mögliche Biegesteifigkeit des Unterbodenverkleidungsteiles 1 erreicht, wobei duktile, ungeordnet eingebettete Edelstahlfasern E einen Materialabrieb der dritten Schicht S3 z. B. durch Steinschlag und/oder Wasser weitestgehend vermeiden. Die dritte Schicht S3 weist also aufgrund der ungeordnet eingebetteten Edelstahlfasern E eine vergleichsweise hohe Abriebfestigkeit und Schlagzähigkeit auf.
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Eine perspektivische Ansicht des Unterbodenverkleidungsteiles 1 ist in 4 gezeigt.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Herstellprozesses zur Herstellung eines Halbzeuges 2 für das Unterbodenverkleidungsteil 1 in einer Doppelbandpresse 3.
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Gezeigt sind einzelne Lagen L1 bis L7, aus denen das Halbzeug 2 und auch das Unterbodenverkleidungsteil 1 gebildet sind.
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Eine unterste und erste Lage L1 bildet eine Polypropylen-Matrix-Folie P aus dem niedrigtemperatur-schmelzenden Polypropylen, wobei auf der ersten Lage L1 eine zweite Lage L2 ungeordneter und somit unausgerichteter Edelstahlfasern E folgte, auf der eine dritte Lage L3 in Form einer weiteren Polypropylen-Matrix-Folie P angeordnet wird. Diese drei Lagen L1 bis L3 bilden die dritte Schicht S3 des Unterbodenverkleidungsteiles 1.
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Auf der dritten Lage L3 wird Polypropylen PP als vierte Lage L4, welche die zweite Schicht S2 bildet, angeordnet, wobei auf dieser eine Polypropylen-Matrix-Folie P als fünfte Lage L5, auf dieser eine sechste Lage L6 mit Edelstahlfasern E und auf dieser eine siebente Lage L7 in Form einer weiteren Polypropylen-Matrix-Folie P angeordnet wird.
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Die fünfte Lage L5, die sechste Lage L6 und die siebente Lage L7 bilden die erste Schicht S1 des Unterbodenverkleidungsteiles 1.
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Diese sieben Lagen L1 bis L7 werden mittels der Doppelbandpresse 3, die eine Temperatur von 160°C bis 170°C aufweist, miteinander verpresst, wodurch das Halbzeug 2 gebildet ist. Mittels der Doppelbandpresse 3 wird ein monolithisches zweidimensionales Halbzeug 2 zusammengepresst und konsolidiert.
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Nach dem Verpressen wird aus dem Halbzeug 2 ein Zuschnitt gestanzt, wobei eine Zuschnittgröße 97% der Bauteilkontur aufweist, und das Halbzeug 2 wird auf eine Temperatur von 155°C bis 159°C erwärmt.
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Anschließend wird das Halbzeug 2 in einem nicht näher dargestellten Stahlwerkzeug positioniert, welches verhältnismäßig schnell geschlossen wird und eine Werkzeugtemperatur von 60°C bis 70°C aufweist.
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Eine obere Werkzeughälfte des Stahlwerkzeuges weist ein Elektro-Magnetfeld auf, welches nach einem Schließen des Stahlwerkzeuges eingeschaltet wird.
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Das Halbzeug 2 erhält im Pressprozess seine Endkontur und wird zu dem Unterbodenverkleidungsteil 1 umgeformt.
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Mittels des vergleichsweise starken Elektro-Magnetfeldes der oberen Werkzeughälfte des Stahlwerkzeuges werden die vergleichsweise kurz geschnittenen Edelstahlfasern E an die Oberflächenseite der ersten Schicht S1 des Unterbodenverkleidungsteiles 1 gezogen und dort während eines Abkühlprozesses fixiert.
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Danach wird das Elektro-Magnetfeld abgeschaltet, das fertige Unterbodenverkleidungsteil 1 aus dem Stahlwerkzeug entnommen und die Edelstahlfasern E, insbesondere der ersten Schicht S1, werden in einem Durchlaufofen und bei einer Temperatur von ca. 30°C mittels eines vergleichsweise starken, in 6 gezeigten Permanentmagneten 4 dauerhaft magnetisiert.
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6 zeigt das Unterbodenverkleidungsteil 1, den Permanentmagneten 4 und Ausschnitte der ersten Schicht S1 mit den ausgerichteten und magnetisierten Edelstahlfasern E.
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Durch den Einfluss eines äußeren Magnetfeldes des Permanentmagneten 4 auf die Edelstahlfasern E in dem Unterbodenverkleidungsteil 1 findet die Magnetisierung und eine parallele Ausrichtung von Elementarmagneten in den Edelstahlfasern E statt, wodurch diese dauerhaft magnetisch sind.
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Sind die Edelstahlfasern E der ersten Schicht S1 magnetisiert, wird das Unterbodenverkleidungsteil 1 an dem Bodenblech der Fahrzeugkarosserie montiert. Da die Edelstahlfasern E der ersten Schicht S1 dauerhaft magnetisiert sind, kann das Unterbodenverkleidungsteil 1 während der Montage ohne Hilfsmittel an dem Bodenblech fixiert werden. Insbesondere wird das Unterbodenverkleidungsteil 1 derart an dem Bodenblech positioniert fixiert, dass das Unterbodenverkleidungsteil 1 nur noch mit dem Bodenblech verschraubt werden muss. Es ist also nicht erforderlich, dass das Unterbodenverkleidungsteil 1 für die Montage von einem Personal gehalten wird.
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Ein solches Unterbodenverkleidungsteil 1 ermöglicht eine vergleichsweise schnelle und einfache Montage desselben, wobei Eigenschaften in Bezug auf eine Geräuscherzeugung im Fahrbetrieb des Fahrzeuges verbessert sind. Insbesondere ist eine Schallabsorption aufgrund verhältnismäßig stark unterschiedlicher Materialdichten in den Schichten S1 bis S3 verbessert.
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Durch den oben beschriebenen Aufbau des Unterbodenverkleidungsteiles 1 ist dessen Steifigkeit, Schlagzähigkeit und Abriebfestigkeit verbessert, wobei ein sogenanntes Package und eine Bodenfreiheit verbessert sind.
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Weiterhin werden durch Verwendung der Edelstahlfasern E anstelle von Glasfasern Ressourcen geschont und das Unterbodenverkleidungsteil 1 sowie dessen Verfahren zur Herstellung stellen eine einfache und wirtschaftliche Lösung dar.
