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Die Erfindung betrifft ein Verkleidungsteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Herstellen eines Verkleidungsteils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
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Im zeitgenössischen Fahrzeugbau hat es sich etabliert, zur Erhöhung des Fahrkomforts beim Parkieren eines Fahrzeugs Abstandssensoren anzubieten, die es dem Fahrer erleichtern den Abstand zu benachbarten Umgebungsgegenständen, wie z.B. parkende Fahrzeuge usw., zu bestimmen. Diese Park-Distance-Control-Sensoren (PDC-Sensoren) werden im Stand der Technik im Bereich der Stoßfängerverkleidung verbaut und sind für einen außerhalb des Fahrzeugs stehenden Betrachter sichtbar. Hierbei muss die Stoßfängerverkleidung gestanzt werden oder auf eine andere Art ein Loch für den Sensor eingebracht werden. Wenn PDC-Sensoren auf Ultraschallbasis verwendet werden, ist die Ultraschallmembran ein Bestandteil des Sensors und wird durch einen Entkopplungsring von der Stoßfängerverkleidung getrennt beziehungsweise bezüglich Schwingungen isoliert. Der Sensor wird durch einen Halter, der auf der Innenseite der Stoßfängerverkleidung befestigt ist, in Position gehalten.
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Die Öffnungen in der Stoßfängerverkleidung für die PDC-Sensoren bedingen jedoch das Vorhalten verschiedener Stoßfängerverkleidungsvarianten, nämlich Verkleidungen mit und Verkleidungen ohne Aussparungen für PDC-Sensoren. Dies ist fertigungs- und lagerungstechnisch mit Zusatzaufwand, insbesondere Zusatzkosten, verbunden. Darüber hinaus erwarten Kunden hochpreisiger Fahrzeuge, dass die PDC-Sensoren in Wagenfarbe lackiert angeliefert werden, was ebenfalls zu einer Erhöhung des Fertigungsaufwands führt. Nicht zuletzt wird das optische Erscheinungsbild des Fahrzeugexterieurs durch eine zunehmende Anzahl von Sensoren immer stärker zerklüftet und von den Kunden als unattraktiv wahrgenommen.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein verbessertes Verkleidungsbauteil anzugeben, das sich durch eine hohe Oberflächenqualität auszeichnet. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verkleidungsbauteils anzugeben, bei dem die Fertigungskomplexität reduziert ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeugbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den davon abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung ein Verkleidungsteil, insbesondere ein Außenverkleidungsteil für Kraftfahrzeuge, vor, mit einer Außenseite und einer der Außenseite gegenüberliegenden Innenseite, wobei auf der Innenseite des Verkleidungsteils mindestens ein Sensor angeordnet ist. Das Verkleidungsteil kann mindestens einen Hauptbereich und mindestens einen Funktionsbereich aufweisen, wobei der Funktionsbereich einen niedrigeren Dämpfungswert bezüglich Schwingungen, insbesondere Ultraschallschwingungen aufweist, als der Hauptbereich. Solche Schwingungen werden von dem Sensor ausgesendet oder empfangen. Weiterhin kann der Funktionsbereich zumindest abschnittsweise von einem Entkopplungsbereich umgeben sein. Dabei kann das Verkleidungsteil im Entkopplungsbereich einen ersten mechanischen Steifigkeitswert und im Hauptbereich einen zweiten Steifigkeitswert aufweisen, wobei der erste Steifigkeitswert und der zweite Steifigkeitswert voneinander verschieden sind.
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Gemäß einer ersten Variante der Erfindung ist der erste Steifigkeitswert niedriger als der zweite Steifigkeitswert. Durch Herabsetzen des Steifigkeitswertes im Entkopplungsbereich kann der Funktionsbereich Schwingungen, die von dem Sensor ausgesendet werden, besser übertragen als der Hauptbereich. Mit anderen Worten werden vom Sensor ausgesendete Schwingungen im Funktionsbereich bzw. im Sensorbereich schwächer gedämpft als im Hauptbereich, so dass der Funktionsbereich als eine schwingungsübertragende oder schwingungsaktive Fläche des Verkleidungsteils ausgebildet ist. Gemäß einer zweiten Variante kann der erste Steifigkeitswert auch größer als der zweite Steifigkeitswert sein.
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Der Entkopplungsbereich kann so ausgebildet sein, dass er um den Funktionsbereich herum angeordnet ist. Dabei folgt der Entkopplungsbereich im Wesentlichen der Kontur des Funktionsbereichs und umschließt den Funktionsbereich teilweise oder vollständig. Die Kontur des Funktionsbereichs kann dabei bevorzugt kreisrund, drei- oder mehreckig - bevorzugt quadratisch - ausgebildet sein. Selbstverständlich sind auch jegliche Kombinationen der im Vorhergehenden genannten Geometrien denkbar. Dies bietet den Vorteil, dass eine vollständige Entkopplung des Funktionsbereiches realisiert wird, so dass eine möglichst hohe Amplitudenauslenkung realisiert werden kann, wenn der hinter dem Funktionsbereich liegende Sensor Schwingungen in den Funktionsbereich - auch Sensorbereich genannt - induziert. Bevorzugt entspricht die Kontur des Funktionsbereichs im Wesentlichen der Funktion des Sensors.
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Die Wanddicke des Verkleidungsteils kann in einem Übergangsbereich von dem Entkopplungsbereich zu dem Funktionsbereich im Wesentlichen gleich groß sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Wanddicke des Verkleidungsteils in einem Übergangsbereich von dem Entkopplungsbereich zu dem Funktionsbereich im Wesentlichen gleich groß sein. Dadurch weist das Verkleidungsteil im Bereich, in dem der Sensor angeordnet ist, eine nahezu gleichmäßige Wanddicke auf. Folglich werden die unterschiedlichen Dämpfungseigenschaften des Funktionsbereichs und des Hauptbereichs nicht durch geometrische Änderungen, wie beispielsweise Dickensprünge in der Wandung des Verkleidungsteils, realisiert, sondern ausschließlich durch unterschiedliche mechanische Eigenschaften, z. B. Steifigkeitswerte des Materials des Verkleidungsteils.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Wanddicke in dem Funktionsbereich dünner sein als die Dicke des restlichen Verkleidungsteils. Wenn die Wanddicken des Entkopplungsbereich und des Hauptbereichs gleich groß sind, kann die Wanddicke des Funktionsbereichs somit dünner sein, als die Wanddicke des Entkopplungsbereichs und die Wanddicke des Hauptbereichs. Weiterhin kann auch eine Abstufung der Wanddicken vorgesehen sein, wobei der Hauptbereich die größte Wanddicke, der Funktionsbereich die kleinste Wanddicke und der Entkopplungsbereich eine Wanddicke im Bereich zwischen den beiden Wanddicken des Hauptbereichs und des Entkopplungsbereichs aufweist.
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Weiterhin kann das Verkleidungsteil aus einem vernetzbaren Kunststoff, insbesondere aus einem Polypropylen, ausgebildet sein. Solche Kunststoffe bieten den Vorteil, dass auf besonders einfache Weise die mechanischen Eigenschaften bei der Herstellung des Kunststoffs variiert werden können.
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Neben Polypropylen sind auch weitere Thermoplaste grundsätzlich strahlenvernetzbar. Außer bei Polypropylen findet bei allen anderen strahlenvernetzbaren Thermoplasten jedoch nicht eine Reduzierung sondern eine Erhöhung der mechanischen Eigenschaften statt. Dies könnte durch eine umgekehrte Anwendung der erfinderischen Lehre ausgenutzt werden, wobei dann die Bereiche des Verkleidungsteils bestrahlt werden, deren Vernetzungsgrad erhöht wird. Bereiche des Verkleidungsteils, deren mechanische Eigenschaften nicht verändert bzw. nicht erhöht werden sollen, werden dementsprechend nicht bestrahlt. Gemäß dieser Variante würde dann der Hauptbereich bestrahlt werden und der Funktionsbereich unbestrahlt bleiben. Für die Ausführung dieses Verfahrens wären folgende Alternativwerkstoffe denkbar: Polyethylen (PE), Polyamid (PA), Polybutylentherephalat (PBT), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Ethylen-Tetrafluoreenthylen (ETFE), Polyvinylchlorid (PVC), Ethylenvinylacetat (EVA) und/oder Chlorierters Polyethylen (PE-C).
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Das Verkleidungsteil kann im Entkopplungsbereich einen ersten Vernetzungsgrad und im Hauptbereich einen zweiten Vernetzungsgrad aufweisen, wobei der erste Vernetzungsgrad und der zweite Vernetzungsgrad unterschiedlich sind. Gemäß einer ersten Variante der Erfindung ist der erste Vernetzungsgrad niedriger als der zweite Vernetzungsgrad. Durch Herabsetzung des Vernetzungsgrads im Entkopplungsbereich wird das E-Modul so reduziert, dass der Funktionsbereich bei Anregung mit einer Schwingung geringere Dämpfungseigenschaften hat als der um den Randbereich herum angeordnete Hauptbereich. Gemäß einer weiteren Variante kann der erste Vernetzungsrad auch höher als der zweite Vernetzungsgrad sein.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Verkleidungsteil im Funktionsbereich den gleichen Vernetzungsgrad und/oder den gleichen Steifigkeitswert auf wie im Hauptbereich. Vorteilhafterweise kann dadurch der Funktionsbereich als eine Membran ausgebildet sein, welche die Schwingungen, die der Sensor erzeugt bzw. die von dem Sensor detektiert werden, überträgt.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Verkleidungsteil im Funktionsbereich den gleichen Vernetzungsgrad und/oder den gleichen Steifigkeitswert auf wie im Entkopplungsbereich. Dies bietet den Vorteil einer besonders reduzierten Dämpfungseigenschaft im Funktionsbereich, wodurch der Funktionsbereich besonders hohe Amplituden bei Schwingungsanregung erreichen kann.
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Gemäß einer dritten Ausführungsform weist das Verkleidungsteil im Funktionsbereich einen niedrigeren Vernetzungsgrad und/oder einen niedrigeren Steifigkeitswert auf als im Entkopplungsbereich.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verkleidungsteils gemäß der im Vorhergehenden beschriebenen Art. Dabei weist das Herstellungsverfahren zumindest einen Schritt auf, bei dem ein vernetzungsfähiges Ausgangsmaterial innerhalb einer Kavität, welche die äußere Gestalt des zu erzielenden Verkleidungsteils vorgibt, vernetzt wird. Während des Vernetzens wird das vernetzungsfähige Material in den unterschiedlichen Abschnitten, die jeweils den Hauptbereich ausbilden, und in dem Abschnitt, der den Entkopplungsbereich ausbildet, unterschiedlich stark vernetzt.
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Weiterhin kann während des Vernetzens des vernetzungsfähigen Ausgangsmaterials zumindest der Bereich, der den Entkopplungsbereich ausbildet, bestrahlt werden.
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In einer alternativen Verfahrensvariante kann die Herabsetzung der Vernetzung bzw. die Schwächung des Substrats, welches das Verkleidungsbauteil ausbildet, in einem separaten, nachgelagerten Prozessschritt erfolgen.
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Die Bestrahlung bietet in beiden Verfahrensvarianten den Vorteil, dass sehr diskrete Bereiche mit einer geringeren Vernetzung ausgebildet werden können, die besonders gut zu dem Funktionsbereich und zu den Hauptbereichen abgegrenzt werden. Zusätzlich erzeugt die Bestrahlung keine Oberflächenabzeichnungen auf der Oberfläche des Verkleidungsteils, wie sich dies beispielsweise bei alternativen Ausführungsformen mit veränderlichen Wanddicken bzw. mit Wanddickensprüngen im Verkleidungsteil ergeben würden.
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Nicht zuletzt bietet die Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung oder Elektronenstrahlung den Vorteil eines sehr rationalen Herstellungsverfahrens, wobei der Fertigungsaufwand und damit auch die Fertigungskosten deutlich reduziert sind.
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Im Folgenden sollen die Vorteile der vorliegenden Erfindung nochmals zusammengefasst werden. Die Vorteile, die mit Bezug zu dem Verkleidungsteil genannt werden sind analog auf das Verfahren übertragbar und umgekehrt. Die PDC-Sensoren werden verdeckt hinter der Stoßfängerverkleidung verbaut. Dafür muss die Stoßfängerverkleidung die Funktion der Ultraschallmembran übernehmen. Da die Stoßfängerverkleidung als Ganzes allerdings stark dämpfend wirkt, muss der Funktionsbereich entkoppelt werden. Dies erreicht man durch partielle Steifigkeitsanpassungen der Stoßfängerverkleidung, wobei dies ausschließlich durch eine lokale Veränderung der mechanischen Steifigkeitswerte und nicht durch eine Veränderung der Wanddicke geschieht. Bei Verwendung von Kunststoff als Material für die Stoßfängerverkleidung wird durch eine Elektronenbestrahlung oder eine elektromagnetische Bestrahlung lokal der Vernetzungsgrad der Polymere gesenkt. Resultat ist dabei ein Absenken des E-Moduls, wobei beispielsweise ein kreisförmig runder oder ovaler Ring geschwächt und damit vom E-Modul her abgesenkt wird.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert werden. Es zeigen in schematischer Darstellung
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Verkleidungsteils für ein Fahrzeug und
- 2 eine Schnittansicht durch ein Verkleidungsteil eines Fahrzeugbauteils gemäß einer ersten Ausführungsform.
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In 1 ist beispielhaft ein Verkleidungsteil 10 für Kraftfahrzeuge abgebildet. Hierbei handelt es sich um eine Stoßfängerverkleidung 10, die im Heckbereich eines Fahrzeugs angeordnet wird. Abweichend von der in 1 dargestellten Stoßfängerverkleidung 10 für das Heck, können auch Frontstoßfängerverkleidungen, Front- und/oder Heckstoßstangen, Zierleisten, die an den Türen oder im Seitenbereich des Fahrzeugs angebracht werden, oder Zierleisten auf den Stoßfängern, als Verkleidungsteile 10 in Sinne dieser Erfindung fungieren. Im heutigen Fahrzeugbau werden zur Entfernungsmessung von Objekten zu dem Kraftfahrzeug Ultraschallsensoren 20 eingesetzt. Zur Messung der Entfernung sendet der Sensor 20 Ultraschallschwingungen mit Hilfe einer Membran aus. Diese Ultraschallschwingungen werden an dem Objekt reflektiert und von demselben Sensor 20 oder einem anderen separaten Sensor empfangen. Die Entfernung des Objekts von dem Fahrzeug wird aus der Laufzeit des Ultraschallsignals ermittelt, das reflektiert wurde. Das Verkleidungsteil 10 weist eine äußere Oberfläche 10a auf, die in verbautem Zustand von einem außenstehenden Betrachter des Fahrzeugs einsehbar ist. Auf einer gegenüberliegenden Seite des Verkleidungsteils 10 ist eine innere Oberfläche 10i vorgesehen, welche in verbautem Zustand des Verkleidungsteils 10 für Passanten oder Betrachter des Fahrzeugs nicht einsehbar ist.
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Auf der äußeren Oberfläche 10a ist jeweils ein linksseitiger und ein rechtsseitiger Funktionsbereich 13 abgebildet. Dieser ist kreisrund und wird von einem Entkopplungsbereich 12 umschlossen. In weiteren, nicht dargestellten Variante, können auch mehrere Funktionsbereiche mit derselben oder mit anderer Form dargestellt sein. Die in der 1 dargestellte, gestrichelte Linie zur visuellen Kenntlichmachung der Position des Entkopplungsbereichs 12 ist in Realität nicht sichtbar, sondern nur zur besseren Darstellung der 1 vorgesehen. In der Realität ist die Oberfläche 10a in dem Bereich, in dem der Funktionsbereich 13 und der Entkopplungsbereich 12 vorgesehen sind, durchgängig ausgebildet.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung des Bauteils 10 aus 1, wobei der Schnitt durch den Funktionsbereich 12, den Hauptbereich 11 und den Entkopplungsbereich 13 verläuft. Wie aus 2 ersichtlich ist, ist auf einer inneren Oberfläche 10i des Verkleidungsteils 10 ein Ultraschallsensor 20 angeordnet. Das Verkleidungsteil 10 weist einen Hauptbereich 11 auf, und einen Funktionsbereich 12, der durch einen Entkopplungsbereich 13 von dem Hauptbereich 11 abgegrenzt ist. Bei dem Verkleidungsteil 10, d. h. der Stoßfängerverkleidung, handelt es sich um ein flächiges Bauteil mit einer vergleichsweise geringen Bauteildicke d, die im Bereich von 0,5mm bis ca. 10mm liegt. Im Bereich, in dem der Sensor 20 angeordnet ist, weist das Verkleidungsteil eine konstante Dicke d auf. Mit anderen Worten: Der Hauptbereich 11, der Funktionsbereich 12 sowie der Entkopplungsbereich 13 weisen dieselbe Bauteildicke d auf. In einer weiteren, figürlich nicht dargestellten Ausführungsform, können die einzelnen Bereiche 11, 12 oder 13 jeweils unterschiedliche Bauteildicken aufweisen. Weiterhin können Ausführungsformen existieren, in denen nur zwei der drei Bereiche die gleiche Bauteildicke aufweisen und ein dritter Bereich eine hiervon abweichende Bauteildicke aufweist.
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Bei dem Sensor 20 handelt es sich um einen Ultraschallsensor, beispielsweise um ein piezoelektrisches Element. Die Membran dieses piezoelektrischen Elements ist in berührendem Kontakt mit dem Funktionsbereich 12 angeordnet, beispielsweise mit diesem verklebt. Wenn die Membran des Sensors 20 zu Schwingungen angeregt wird, induziert die Membran diese Schwingungen in den Funktionsbereich 12. Durch die Entkopplung mit Hilfe des Entkopplungsbereichs 13 werden diese Schwingungen stark abgedämpft auf den Hauptbereich 11 übertragen. Mit anderen Worten wird der Funktionsbereich bei Anregung mit einer mechanischen Schwingung stärker ausgelenkt, als der Hauptbereich 11. Analog dazu jedoch in umgekehrter Funktionsweise, erfolgt die Anregung des Sensors 20 durch mechanische Schwingungen, die von außen reflektiert werden, und die den Funktionsbereich 12 zum Schwingen anregen.
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Im Folgenden soll das Verfahren zur Herstellung eines Verkleidungsbauteils näher erläutert werden. Hierzu wird ein vernetzungsfähiger Kunststoff in eine Kavität eingespritzt, die zwischen zwei Werkzeughälften ausgebildet ist. Alternativ dazu kann auch in eine Form ein vernetzungsfähiges Ausgangsmaterial eingebracht werden, die nach dem Einbringen verschlossen wird. Durch Beaufschlagung mit Druck und/oder Temperatur oder durch Zugabe von chemischen Reaktoren vernetzt das Ausgangsmaterial und bildet ein formstabiles Kunststoffbauteil aus. Beim Vernetzen wird eine Vielzahl von Makromolekülen miteinander verbunden, die dann ein dreidimensionales Netzwerk generieren. Dabei verändern sich die Eigenschaften des Ausgangsmaterials, wobei im Allgemeinen die Härte, die Zähigkeit und der Schmelzpunkt erhöht werden. Gleichzeitig wird die Löslichkeit des Ausgangsmaterials reduziert. Je höher der Vernetzungsgrad, desto stärker fallen die im Vorhergehenden beschriebenen Effekte aus. Je stärker die Vernetzung ist, desto stärker ist beispielsweise die mechanische Steifigkeit des Materials. Durch gezielte Bestrahlung einzelner Bereiche bei der Vernetzung des Ausgangsmaterials kann die Vernetzungsreaktion gezielt beeinflusst werden. Dies hat zur Folge, dass in bestrahlten Bereichen der Vernetzungsgrad reduziert wird, so dass sich eine geringere Bauteilsteifigkeit bzw. Bauteilhärte einstellt. Diese Bereiche eignen sich besonders gut zur Ausbildung des in den 1 und 2 beschriebenen Funktionsbereichs 12 und/oder Entkopplungsbereichs 13. Durch die Bestrahlung von Polypropylen werden dessen Materialeigenschaften reduziert, da das Material die Strahlungswärme absorbiert. Dieser Effekt tritt schon bei einer niedrigen Bestrahlungsdosis auftritt. Die Strahlen spalten die Molekülketten des Substrats aus Polypropylen und verringern das Molekulargewicht. Hiermit geht eine Reduktion der mechanischen Festigkeit sowie der Schlagzähigkeit einher.
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Die Vernetzung kann auch durch nachträgliche Bestrahlung herabgesetzt werden. Die Strahlungsenergie wird bei der Vernetzung durch das Material absorbiert. Die chemischen Verbindungen des Materials werden gespalten und freie Radikale entstehen. In einem nachfolgenden Schritt gehen die freien Radikale die zu erzielende Molekularverbindung ein. Das so entstandene Netzwerk gewährleistet die gewünschten Materialeigenschaften in puncto Materialfestigkeit. Diese Veränderung der Materialeigenschaften findet am fertig vernetzten Verkleidungsteil statt. Mittels einer exakten Bestrahlung oder durch eine gezielte Abschirmung nicht zu bestrahlender Bauteilbereiche kann ein lokaler Vernetzungsgrad realisiert werden, der sich von anderen Bauteilbereichen unterscheidet.
