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DE102007007554B4 - Verfahren zur Herstellung eines flächigen Verbundbauteils eines Fahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines flächigen Verbundbauteils eines Fahrzeugs Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines flächigen Verbundbauteils eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schiebehimmels, einer Hutablage, eines Innenverkleidungselements oder dergleichen, umfassend folgende Schritte: Herstellen einer Kernschicht (24) aus einem Schaummaterial; Einbringen mindestens eines eine Ausnehmung (26) für ein profilartig ausgebildetes Verstärkungselement (22) darstellenden Schnitts in die Kernschicht (24); Einlegen des Verstärkungselements (22) in die Ausnehmung (26) der Kernschicht (24); Herstellen einer Sandwich-Anordnung (13) aus zwei Faserschichten (28, 28'), zwischen denen die Kernschicht (24) angeordnet ist; beidseitiges Besprühen der Sandwich-Anordnung mit einem Polyurethan-Werkstoff; Verpressen der Sandwich-Anordnung in einem Presswerkzeug, so dass der Polyurethan-Werkstoff aushärtet und sich eine Geometrie des flächigen Verbundbauteils ausbildet; und Entformen des flächigen Verbundbauteils aus dem Presswerkzeug.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines flächigen Verbundbauteils eines Fahrzeugs.
  • Aus der Druckschrift DE 23 32 778 A ist ein Konstruktionselement bekannt, das aus alternierend aneinander gefügten Kernelementen und Verstärkungselementen gebildet ist. Beidseits ist das Konstruktionselement mit einer Deckschicht versehen.
  • Aus der Druckschrift DE 10 2004 013 146 A1 ist ein Verfahren zur Verstärkung von Kernstrukturen zur Bildung von beidseitig mit Deckschichten versehenen Kernverbunden bekannt. Die Kernstruktur weist eine offene dreidimensionale Struktur auf. Im Bereich der Kernstruktur ist eine lokale Verstärkungszone gebildet.
  • Aus der Druckschrift WO 03/064154 A1 ist ein Verbundbauteil bekannt, das eine Kernschicht aufweist, die von Verstärkungsplatten durchgriffen ist.
  • Aus der Druckschrift EP 1 609 576 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Polyurthan-Formkörpern bekannt. Hierbei wird ein Sandwich aus einer Kernschicht und zwei Verstärkungsfaserdeckschichten hergestellt.
  • Ein flächiges Verbundbauteil eines Fahrzeugs ist beispielsweise auch aus der DE 10 2004 010 810 A1 bekannt und stellt ein Leichtbau-Verbundbauteil dar, das als Türverkleidung, Fahrzeugboden, Instrumententafel, Instrumententafelträger oder dergleichen eingesetzt werden kann. Dieses Verbundbauteil bildet eine Sandwich-Konstruktion, die eine Kernschicht umfasst, die beidseits von einer Deckschicht überdeckt ist. Die Deckschichten bestehen jeweils aus einer Folie, einer Platte, einer Fasermatte und/oder einem Schaum, wobei eine Anbindung an die Kernschicht mittels eines Polyurethan-Gießharzsystems erreicht wird. Bei der Herstellung des Verbundbauteils werden die einzelnen Schichten in einem Presswerkzeug miteinander verpresst, wobei das Polyurethan-Gießharzsystem aushärtet.
  • Ferner ist es bekannt, als Kernschicht einer Sandwich-Konstruktion eines Verbundbauteils eine Papierwabe einzusetzen. Die Papierwabe beschränkt aber die Vielfalt der herstellbaren Geometrien des Verbundbauteils. Insbesondere können nur Sicken mit beschränkten Tiefen hergestellt werden.
  • Auch ist es bekannt, Verbundbauteile der vorstehend genannten Art als Schiebehimmel zum Abschatten einer Dachöffnung einzusetzen, die mittels eines transparenten Deckelelements wahlweise verschlossen oder zumindest teilweise geöffnet werden kann. Bei Herstellung eines Schiebehimmels mit einer Papierwabe als Kernschicht ist es erforderlich, Gleiter für den Schiebehimmel einzusetzen, die gefedert gelagert sind, da die Papierwabe sehr drucksteif ist, so dass sich die Sandwich-Konstruktion auch unter hohem Druck schlecht zusammendrücken lässt. Der Einbau von Gleitern ist aber mit zusätzlichen Kosten verbunden.
  • Des Weiteren werden insbesondere bei Schiebehimmeln für großflächige Fahrzeugdächer bzw. großflächige Dachöffnungssysteme hohe Anforderungen an deren Biegesteifigkeit gestellt. So müssen Schiebehimmel beispielsweise im Bereich einer Grifflüfterleiste eine besonders hohe Biegesteifigkeit aufweisen. Bei einem Schiebehimmel, der aus einem Verbund von mit Polyurethan getränkten Glasfasermatten und einer Kernschicht aus einer Wabe besteht, sind die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Biegesteifigkeit und dergleichen, im Wesentlichen durch die Bauhöhe und den Glasfaseranteil in den Deckschichten bestimmt. Bei gegebener Höhe, d. h. einer maximal zulässigen Bauhöhe, kann somit nur über den Materialeinsatz auf die Biegesteifigkeit Einfluss genommen werden. In diesem Zusammenhang ist es beispielsweise bekannt, Einlegeteile einzusetzen, die an der Oberseite, d. h. an der Außenseite des Verbundes verpresst werden. Ein solches Einlegeteil kann beispielsweise ein rotationssymmetrisches Profilelement sein, das aber nach dem Verpressen, d. h. bei dem fertigen Bauteil an der Oberfläche sichtbar ist, was nicht wünschenswert ist. Auch kann beim Einsatz derartig angeordneter Einlegeteile der so genannte Bimetall-Effekt auftreten. Zudem nutzen rotationssymmetrische Profilelemente nicht den Materialeinsatz hinsichtlich der Biegesteifigkeit des Verbundbauteils in optimaler Weise.
  • Bei Verbundbauteilen ohne Einleger als Versteifungselemente ist hingegen nur eine begrenzte Biegesteifigkeit erreichbar. Diese kann gegebenenfalls den im Einzelfall bestehenden Anforderungen nicht genügen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines flächigen biegesteifen Verbundbauteils, das in vorteilhafter Weise als Schiebehimmel, Hutablage oder Ladeboden eines Kraftfahrzeugs einsetzbar ist, zu schaffen.
  • Diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 gelöst.
  • Das erfindungsgemäße flächige Verbundbauteil eines Fahrzeugs umfasst eine Sandwich-Konstruktion, die mit einer Kernschicht versehen ist, die zwischen zwei Deckschichten angeordnet ist, die unabhängig von einander jeweils als Polyurethanschicht ausgebildet sind, in der eine Faserschicht eingebettet ist. In die Kernschicht ist mindestens ein profilartig ausgebildetes Verstärkungselement eingebettet.
  • Durch Einsatz des Verstärkungselements, das einen Einleger bzw. ein Einlegeteil darstellt, erhöht sich die Biegesteifigkeit des Verbundbauteils insbesondere am Ort des Verstärkungselements. Durch das innen liegende, lokal angeordnete Verstärkungselement, das an der Außenseite des Verbundbauteils im Wesentlichen nicht sichtbar ist, kann der Materialeinsatz zur Herstellung des Verbundbauteils optimiert werden. Insbesondere können durch Verwendung des Einlegeteils Polyurethanmaterial und Material für die Faserschichten eingespart werden. Auch kann eine Kernschicht mit einer geringen Eigensteifigkeit eingesetzt werden, was wiederum zu Gewichtseinsparungen führt. Insbesondere kann auch eine leichte Wabenschicht als Kernschicht eingesetzt werden. Gegen ein Ausknicken wird das Verstärkungselement durch die Kernschicht sowie das das Verstärkungselement abdeckende Polyurethanmaterial geschützt.
  • Das Verbundbauteil mit dem innen liegenden Einlegeteil kann insbesondere als Schiebehimmel, als Hutablage, als Ladeboden oder dergleichen eingesetzt werde. Einlegeteile können lokal den jeweiligen Anforderungen entsprechend vorgesehen sein, und zwar beispielsweise zur Versteifung im Bereich von Ausschnitten des Verbundbauteils, wie im Bereich eines Ausschnitts für eine Grifflüfterleiste.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verbundbauteils hat das Verstärkungselement einen rechteckigen Querschnitt, wobei die langen Querschnittsseiten im Wesentlichen rechtwinklig zur Ebene des Verbundbauteils ausgerichtet sind. Durch diese Ausrichtung und dieses Querschnittsprofil des Verstärkungselements kann die Biegesteifigkeit des Verbundbauteils besonders wirkungsvoll erhöht werden, da die rechtwinklig zur Ebene des Verbundbauteils ausgerichtete Kantenlänge des Verstärkungselements bei einem rechteckigen Querschnitt mit der dritten Potenz in die Biegesteifigkeit eingeht.
  • Das Verstärkungselement liegt bei einer bevorzugten Ausführungsform mit seiner neutralen Faser in der neutralen Faser oder neutralen Ebene des Verbundbauteils.
  • Bei einer besonders kostengünstigen Ausführungsform des Verbundbauteils ist das Verstärkungselement aus einem Metalldraht gebildet.
  • Die Kernschicht kann eine Wabenstruktur aufweisen oder auch aus einer Schaumschicht aus einem Duroplasten gebildet sein.
  • Das Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen flächigen Verbundbauteils mit Verstärkungselement in der Kernschicht umfasst gemäß Anspruch 1 folgende Schritte. Zunächst wird eine Kernschicht mit einer Ausnehmung für ein profilartig ausgebildetes Verstärkungselement hergestellt. Die Kernschicht ist aus einem Schaummaterial, so dass kann es ausreichend ist, einen einfachen Schnitt in das Schaummaterial einzubringen, der die Ausnehmung darstellt.
  • Beim Einsatz einer Papierwabe als Kernschicht können in den Bereichen, in denen das Verstärkungselement angeordnet werden soll, Kleberlinien weggelassen werden, so dass das Verstärkungselement ohne Zerstörung der Papierwabe zwischen einzelne Papierlagen derselben eingeschoben werden kann. Die Paperwabe bietet dann auch eine Klemmkraft, die das Verstärkungselement bei den weiteren Herstellungsschritten in Position hält. Der Querschnitt der Ausnehmungkorrespondiert vorzugsweise mit dem Querschnitt des profilartig ausgebildeten Verstärkungselements.
  • Nach Einbringen des Verstärkungselements in die Ausnehmung wird eine Sandwich-Anordnung hergestellt, die zwei Faserschichten umfasst, zwischen denen die Kernschicht, die mit dem Verstärkungselement versehen ist, angeordnet wird. Dies kann so erfolgen, dass ein Zuschnitt aus einem Fasermaterial um die Kernschicht mit dem Verstärkungselement gelegt wird, so dass dessen beiden Großflächen von dem Fasermaterialzuschnitt überdeckt sind. Dann wird die so hergestellte Sandwich-Anordnung, bei der der Glasfaserzuschnitt mit der Kernschicht über Heftklammern verbunden sein kann, beidseitig mit einem Polyurethanwerkstoff besprüht. Anschließend wird die besprühte Sandwich-Anordnung in einem Presswerkzeug verpresst, so dass der Polyurethanwerkstoff aushärtet und sich eine Geometrie des flächigen Verbundbauteils ausbildet. Abschließend wird das flächige Verbundbauteil aus dem Presswerkzeug entformt.
  • Zur Herstellung dieses Verbundbauteils kann das gleiche Presswerkzeug eingesetzt werden, das auch zur Herstellung von derartigen Verbundbauteilen ohne Verstärkungselemente eingesetzt wird.
  • Bei einem Verfahren zur Herstellung eines flächigen Verbundbauteils, das eine Sandwich-Konstruktion umfasst, die wiederum eine Kernschicht umfasst, welche zwischen zwei Deckschichten angeordnet sind, die unabhängig voneinander jeweils als Polyurethanschicht ausgebildet sind, in die in eine Faserschicht eingebettet ist, kann die Kernschicht aus einer Weichschaum- oder Halbhartschaumschicht aus einem Duroplasten gebildet sein.
  • Bei Einsatz eines derartigen Verbundbauteils als Schiebehimmel kann auf den Einsatz von Gleitern verzichtet werden und können verpresste, seitliche Ränder des Verbundbauteils direkt in jeweils zugeordneten Führungskanälen einer Führungsschienenanordnung geführt werden, da die Verwendung einer Weichschaum- oder Halbhartschaumschicht als Kernschicht eine hohe Flexibilität des Verbundbauteils rechtwinklig zur Ebene des Verbundbauteils zulässt, was wiederum zu guten Gleiteigenschaften führt. Gegenüber dem Einsatz einer Wabe als Kernschicht können Schaumschichten auch mit einer höheren Porosität hergestellt werden, was wiederum zu Gewichtseinsparungen führt.
  • Durch Verwendung der Kernschicht aus einem Weich- oder Halbhartschaum kann gegenüber der Verwendung einer Papierwabe als Kernschicht auch eine weichere Oberfläche hergestellt werden, was wiederum zu einem optisch anmutenden Bauteil führt.
  • Die Verwendung eines in vorstehender Weise ausgebildeten Verbundbauteils ist sehr vielfältig, da sich bei einem derartigen Verbundbauteil durch die hohe Flexibilität der Weichschaum- oder Halbhartschaumkernschicht vielfältige Geometrien herstellen lassen. Das flächige Verbundbauteil mit einem Weich- oder Halbhartschaumkern aus einem Duroplasten kann aber insbesondere als Himmelelement bzw. Schiebehimmel, Innenverkleidungsteil, Kofferraumabdeckung, Hutablage oder dergleichen eingesetzt werden.
  • Bei Einsatz des Verbundbauteils als Innenverkleidungselement oder Himmelelement eines Fahrzeugs ist vorzugsweise an einer Seite der Sandwich-Konstruktion ein Dekormaterial angeordnet, das die Sichtfläche des Verbundbauteils bildet. Das Dekormaterial kann auch als Polyestervlies ausgebildet sein.
  • Die Faserschichten, die jeweils aus einer Glasfasermatte, einem Glasfaservlies, einem Glasfasergewirke, einem Glasfasergewebe oder dergleichen oder aber auch aus geschnittenen oder gemahlenen Glas- oder Materialfasern, Naturfasermatten oder dergleichen bestehen können, haben jeweils beispielsweise ein Flächengewicht von etwa 300 g/m2.
  • Zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Verbundbauteils wird zunächst die Sandwich-Anordnung gestapelt, die aus zwei Faserschichten besteht, zwischen denen eine eine Kernschicht bildende Weichschaumschicht aus einem Douroplasten angeordnet wird. Anschließend wird die Sandwich-Anordnung beidseits mit einem Polyurethanwerkstoff besprüht. Dann wird die Sandwich-Anordnung in einem Presswerkzeug verpresst, so dass der Polyurethanwerkstoff aushärtet und sich eine Geometrie des flächigen Verbundbauteils ausbildet. Abschließend wird das flächige Verbundbauteil aus dem Presswerkzeug entformt.
  • Weitere Voreile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
  • Zwei Ausführungsbeispiele von in erfindungsgemäßer Weise hergestellten Verbundbauteilen sind in der Beschreibung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
  • 1 einen Aufbau eines Schiebehimmels mit einem Schaumkern;
  • 2 einen ersten Verfahrensschritt zur Herstellung eines Schiebehimmels mit einem innen liegenden Verstärkungselement;
  • 3 einen zweiten Herstellungsschritt;
  • 4 einen dritten Herstellungsschritt; und
  • 5 einen Schnitt durch den fertig verpressten Schiebehimmel.
  • In 1 ist eine Schichtaufbau eines Schiebehimmels 10 dargestellt, der im Bereich eines Fahrzeugdachs zur Abschattung einer Dachöffnung dient, die insbesondere mittels eines transparenten Deckelelements wahlweise geschlossen oder zumindest teilweise geöffnet werden kann. Der ein Verbundbauteil darstellende Schiebehimmel 10 umfasst eine Kernschicht 12, die aus einem einen Duroplasten darstellenden Polyurethanschaum, insbesondere einem Polyurethanweichschaum bzw. -halbhartschaum gebildet ist. Beidseits der Kernschicht 12 ist zur Ausbildung einer Sandwich-Anordnung 13 jeweils eine Glasfasermatte 14 bzw. 14' angeordnet, die zur Versteifung des Schiebehimmels 10 dient. Bei der Herstellung des Schiebehimmels 10 werden die Glasfasermatten 14 und 14' nach deren Anordnung auf der Kernschicht jeweils außenseitig mit einem Polyurethanwerkstoff 16 bzw. 16' besprüht, der nach einem Verpressen der Glasfaserschichten 14 und 14' mit der Kernschicht 12 diese Schichten miteinander verbindet. Hierzu wird die mit dem Polyurethanwerkstoff 16 bzw. 16' besprühte Anordnung aus den Glasfasermatten 14 und 14' und der Kernschicht 12 in ein nicht näher dargestelltes Presswerkzeug eingebracht und verpresst, so dass die gewünschte Geometrie hergestellt und der Polyurethanwerkstoff aushärtet. Der Polyurethanwerkstoff durchdringt im Presswerkzeug die Glasfasermatten 14 und 14' sowie die Kernschicht 12 zumindest teilweise. Das Polyurethansystem füllt damit auch die Hohlräume der Kernschicht 12 und der Glasfasermatten 14 und 14' zumindest teilweise aus.
  • Durch den Auftrag des Polyurethans von außen auf die Glasfaserschichten 14 und 14' resultiert eine perfekte Haftung zwischen den einzelnen Schichten 12, 14 und 14'. Der Aufbau wird sehr steif, hat aber durch die Verwendung eines Weich- bzw. Halbhartschaums als Kernschicht 12 ein weiches Erscheinungsbild und eine Flexibilität rechtwinklig zur Ebene des Schiebehimmels, die eine gleiterfreie Führung des Schiebehimmels 10 in dachfesten Führungsschienen des betreffenden Fahrzeugs zulässt.
  • In den 2 bis 5 ist die Herstellung eines Schiebehimmels 20 in stark schematisierter Weise dargestellt, welcher aus einer Kernschicht 24 und beidseits angeordneten Deckschichten gebildet ist und zur Erhöhung der Biegesteifigkeit mit einem einen innen liegenden Einleger darstellenden Verstärkungselement 22 versehen ist, das in die Kernschicht 24 eingebettet ist.
  • Die Herstellung des Schiebehimmels 20 erfolgt in nachfolgend beschriebener Weise.
  • Zunächst wird die Kernschicht 24 aus einer Papierwabe oder einem Polyurethanweichschaum hergestellt. Die Kernschicht 24 hat eine Dicke von etwa 5 mm und wird mit einer im Querschnitt rechteckigen Ausnehmung 26 versehen. Anschließend wird, wie 3 zu entnehmen ist, in die Ausnehmung 26 der Kernschicht 24 ein Metalldraht mit rechteckigem Querschnitt eingelegt, der das Verstärkungselement 22 bildet. Die Länge und der Querschnitt des Verstärkungselements 22 korrespondieren mit den Abmessungen der Ausnehmung 26 der Kernschicht 24.
  • Anschließend wird auf beide Seiten der Kernschicht 24 entsprechend der Ausführungsform nach 1 jeweils eine Glasfasermatte 28 bzw. 28' aufgelegt (4). Diese wird dann ebenfalls entsprechend der Ausführungsform nach 1 mit einem Polyurethanwerkstoff besprüht. Die mit dem Polyurethanwerkstoff besprühte Anordnung aus der Kernschicht 24, dem Verstärkungselement 22 und den Glasfasermatten 28 und 28' wird dann, wie schon Im Zusammenhang mit 1 beschrieben, in ein nicht näher dargestelltes Pressformwerkzeug eingelegt und zur Herstellung einer gewünschten Geometrie verpresst. Das verpresste und ausgehärtete, in 5 dargestellte Verbundbauteil, das dann den Schiebehimmel 20 bildet, wird abschließend aus dem Presswerkzeug entformt.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Schiebehimmel
    12
    Kernschicht
    13
    Sandwich-Anordnung
    14, 14'
    Glasfaserschichten
    20
    Schiebehimmel
    22
    Versteifungselement
    24
    Kernschicht
    26
    Ausnehmung
    28, 28'
    Glasfasermatte

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung eines flächigen Verbundbauteils eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schiebehimmels, einer Hutablage, eines Innenverkleidungselements oder dergleichen, umfassend folgende Schritte: Herstellen einer Kernschicht (24) aus einem Schaummaterial; Einbringen mindestens eines eine Ausnehmung (26) für ein profilartig ausgebildetes Verstärkungselement (22) darstellenden Schnitts in die Kernschicht (24); Einlegen des Verstärkungselements (22) in die Ausnehmung (26) der Kernschicht (24); Herstellen einer Sandwich-Anordnung (13) aus zwei Faserschichten (28, 28'), zwischen denen die Kernschicht (24) angeordnet ist; beidseitiges Besprühen der Sandwich-Anordnung mit einem Polyurethan-Werkstoff; Verpressen der Sandwich-Anordnung in einem Presswerkzeug, so dass der Polyurethan-Werkstoff aushärtet und sich eine Geometrie des flächigen Verbundbauteils ausbildet; und Entformen des flächigen Verbundbauteils aus dem Presswerkzeug.
  2. Verfahren zur Herstellung eines flächigen Verbundbauteils eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schiebehimmels, einer Hutablage, eines Innenverkleidungselements oder dergleichen, umfassend folgende Schritte: Herstellen einer Kernschicht (24) aus einer Papierwabe, wobei in Bereichen, in denen ein profilartig ausgebildetes Verstärkungselement (22) angeordnet werden soll, Kleberlinien weggelassen werden; Einschieben des Verstärkungselements (22) zwischen einzelne Papierlagen der Kernschicht (24), wobei das Verstärkungselement durch eine Klemmkraft der Papierwabe in Position gehalten wird; Herstellen einer Sandwich-Anordnung (13) aus zwei Faserschichten (28, 28'), zwischen denen die Kernschicht (24) angeordnet ist, beidseitiges Besprühen der Sandwich-Anordnung mit einem Polyurethan-Werkstoff; Verpressen der Sandwich-Anordnung in einem Presswerkzeug, so dass der Polyurethan-Werkstoff aushärtet und sich eine Geometrie des flächigen Verbundbauteils ausbildet; und Entformen des flächigen Verbundbauteils aus dem Presswerkzeug.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschichten (14, 14') jeweils ein Flächengewicht von etwa 300 g/m2 haben.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschichten (14, 14') jeweils aus einer Glasfasermatte, einem Glasfaservlies, einem Glasfasergewirke, einem Glasfasergewebe, geschnittenen oder gemahlenen Glas- oder Mineralfasern, einer Naturfasermatte und/oder einem Naturfasergewirke gebildet sind.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einer Seite der Sandwich-Anordnung ein Dekormaterial angeordnet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (22) einen rechteckigen Querschnitt hat, wobei die langen Querschnittsseiten im Wesentlichen rechtwinklig zur Ebene des Verbundbauteils ausgerichtet sind.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (22) aus einem Metalldraht, einem Holzstab, einem Kunststoffstab oder einem hochfasergefüllten Kunststoffstab gebildet ist.
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