Vorrichtung zur Dämpfung und Übertragung eines Drehmoments Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung umfassend ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil, die um eine Achse drehbar sind und sich in Richtung der Achse zumindest teilweise überlappen, bei der das erste Bauteil und das zweite Bauteil in radialer Richtung über ein Kopplungselement verbunden sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Lenkrad, einer Lenksäule sowie einem Lenkgestänge. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang mit einem Antriebsaggregat und einem oder mehreren Übertragungselementen, die ein Drehmoment übertragen. Daneben umfasst die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Übertragung eines Drehmoments. Bei der Übertragung einer Drehbewegung von einem Bauteil auf ein anderes Bauteil besteht häufig die Anforderung, störende Anregungen, die auf die Bauteile wirken, zu dämpfen oder abzukoppeln. Um dies zu erreichen, werden bislang meist volumenin- kompressible Elastomere wie Gummi als Lager oder Kupplung zwischen den betreffenden Bauteilen eingesetzt.

So wird in der Offenlegungsschrift DE 195 1 1 273 A1 ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug beschrieben, das ein elastisches Teil aufweist, das in einem Übertragungsweg vom Lenkrad zu den Rädern des Fahrzeugs angeordnet ist. Das elastische Teil besteht aus einem Federelement und einem Dämpfungselement, wobei Dämpfungskoeffizient und Federkonstante in einem bestimmten Verhältnis zueinander gewählt werden. In einem Beispiel besteht das elastische Teil aus Gummi und ist auf eine Welle aufvulkanisiert.

Diese Art von elastischer Verbindung weist in der Regel ein charakteristisches Verhält- nis der Steifigkeit in axialer und radialer Richtung sowie hinsichtlich der Torsion auf. Dieses Verhältnis kann durch die Wahl der Rezeptur oder der geometrischen Gestaltung beeinflusst werden, allerdings sind dem aufgrund der Materialeigenschaften Grenzen gesetzt. Als Alternative zu volumeninkompressiblen Elastomeren sind volumenkompressible Elastomere, beispielsweise auf Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsproduk- ten prinzipiell bekannt. Sie werden vorwiegend als Lagerelemente oder Federelemente eingesetzt, die hauptsächlich der Schwingungsdämpfung dienen. Eine Verwendung derartiger Elastomere zur Übertragung eines Drehmoments beschreibt das Gebrauchs- muster DE 297 20 240 U1 . Es offenbart eine drehelastische Kupplung für eine Gelenkwelle, bei der an zwei Wellenenden jeweils ein Verbindungsteil mit im Wesentlichen radial zur Drehachse verlaufenden Flanken und zwischen den Flanken ein elastischer Federkörper angeordnet ist. Der elastische Federkörper kann aus zellulärem Polyurethan gefertigt sein. Diese drehelastische Kupplung ist allerdings konstruktiv aufwändig und nimmt einen großen Bauraum in Anspruch. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Vorrichtung zu entwickeln, mit der ein Drehmoment von einem Bauteil auf ein anderes Bauteil übertragen werden können bei gleichzeitiger Dämpfung und Abkopplung von unerwünschten Anregungen der Bauteile. Die Vorrichtung sollte einfach zu fertigen und hinsichtlich ihrer Eigenschaften wie der Steifigkeiten in weiten Bereichen einstellbar sein.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Erfindung gelöst, wie er in Anspruch 1 wiedergegeben ist. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen 1 1 und 12 angegeben. Verwendungen der Gegenstände der Erfindung geben die Ansprüche 13 bis 15 wieder.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein erstes Bauteil, ein zweites Bauteil sowie ein Kopplungselement. Das erste Bauteil und das zweite Bauteil weisen keine gemeinsame Kontaktfläche auf, sondern sind jeweils mit dem Kopplungselement verbun- den. Bevorzugt handelt es sich bei dem ersten und zweiten Bauteil um starre Körper, die aus Metall, hartem Kunststoff, Verbundwerkstoffen oder faserverstärkten Verbundwerkstoffen gefertigt sein können. Die faserverstärkten Verbundwerkstoffe können Glasfasern, Kohlefasern oder Aramidfasern enthalten, bevorzugt sind Glasfasern. Die Eigenschaft, dass die Bauteile keine gemeinsame Kontaktfläche aufweisen, bezieht sich dabei auf den normalen Betriebsbereich der Vorrichtung. Sicherungseinrichtungen wie Anschläge, die z.B. für den Fall eines Materialversagens des Kopplungselements vorgesehen sein können, widersprechen dem Erfindungsgedanken nicht.

Das erste Bauteil und das zweite Bauteil sind um eine Achse drehbar, wobei der Be- griff„eine Achse" dahingehend zu verstehen ist, dass es sich im Wesentlichen um eine gemeinsame Drehachse handelt. Aufgrund der elastischen Eigenschaften des Kopplungselements kann eine geringfügige Abweichung zwischen der Drehachse des ersten Bauteils im Vergleich zur Drehachse des zweiten Bauteils auftreten. Der Betrag dieser Abweichung kann während einer Drehbewegung variieren. Als geringfügig wer- den Abweichungen von -7° bis +7°, bevorzugt von -5° bis +5°, insbesondere von -3° bis +3° (Winkelgrad) angesehen. Erfindungsgemäß wird bei einer Drehbewegung eine Kraft von einem Bauteil über das Kopplungselement auf das andere Bauteil übertragen. Das antreibende Drehmoment kann dabei entweder vom ersten Bauteil oder vom zweiten Bauteil ausgehen. Um die Drehbewegung zu ermöglichen, sind die Bauteile vorzugsweise in geeigneten Vorrichtungen gelagert oder geführt, beispielsweise in Kugellagern, Wälzlagern oder Gleitlagern. Das erste Bauteil und das zweite Bauteil können unterschiedliche Geometrien und Dimensionen aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten Bauteil oder dem zweiten Bauteil oder bei beiden um ein stangenförmiges Element. Im Querschnitt senkrecht zur Längsachse kann das stangenförmige Element unterschiedlich gestaltet sein, beispielsweise kreisförmig, ellipsenförmig, dreieckig, rechteckig, quadratisch, fünfeckig, sechseckig oder mehreckig, symmetrisch oder unsymmetrisch. Bevorzugt ist der Querschnitt im Wesentlichen kreisförmig oder rechteckig, besonders bevorzugt quadratisch. Der Querschnitt kann über die Länge des stangenformigen Elements variieren, sowohl in seiner Dimension als auch in der Form. Insbesondere ein Ende oder beide Enden des stangenformigen Elements können in ihrer Form von dem inneren Teil des Elements verschieden gestaltet sein. So kann beispielsweise ein im Querschnitt kreisförmiges stangenförmiges Element ein Ende aufweisen, das die Querschnittsform eines Quadrats besitzt. Der Querschnitt kann ausgefüllt sein, sodass das stangenförmige Element kompakt aus einem Material ge- fertigt ist. Das stangenförmige Element kann aber auch hohl sein, beispielsweise in Form eines Rohres. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das stangenförmige E- lement ein Rohr, das aus Metall gefertigt ist, insbesondere aus einem Stahl.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten Bauteil, dem zweiten Bauteil oder beiden um eine Buchse. Auch die Buchse kann hinsichtlich Form und Dimension unterschiedlich gestaltet sein. Im Querschnitt senkrecht zur Längsachse kann die Buchse beispielsweise kreisförmig, ellipsenförmig, dreieckig, rechteckig, quadratisch, fünfeckig, sechseckig oder mehreckig, symmetrisch oder unsymmetrisch sein. Bevorzugt ist der Querschnitt im Wesentlichen kreisförmig. Weiter- hin bevorzugt ist der Querschnitt im Wesentlichen quadratisch. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Buchse so gestaltet, dass weitere Vorrichtungen daran befestigt werden können, beispielsweise dadurch, dass die Innenfläche der Buchse zumindest teilweise als Gewinde ausgeführt ist. Bevorzugt ist die Buchse aus Metall gefertigt, insbesondere aus Aluminium oder Stahl. In einer weiteren bevorzugten Ausführungs- form besteht die Buchse aus einem gebogenen Blech, das nicht als Rohr geschlossen ist, sondern in Richtung der Achse einen Schlitz aufweist und erst nach Einpressen in eine entsprechende Aufnahmevorrichtung zu einer geschlossenen Buchse wird. Weiterhin bevorzugt ist eine Buchse aus hartem Kunststoff, insbesondere aus einem thermoplastischen Polyurethan-Werkstoff oder einem reaktiven Polyurethansystem.

Erfindungsgemäß sind erstes Bauteil und zweites Bauteil über ein zelliges Polyisocya- nat-Polyadditionsprodukt als Kopplungselement verbunden. Zellig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Zellen bevorzugt einen Durchmesser von 0,01 mm bis 0,5 mm, besonders bevorzugt von 0,01 mm bis 0,15 mm aufweisen.

Elastomere auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten und ihre Herstellung sind allgemein bekannt und vielfältig beschrieben, beispielsweise in EP 62 835 A1 , EP 36 994 A2, EP 250 969 A1 , EP 1 171 515 A1 , DE 195 48 770 A1 und DE 195 48 771 A1 .

Besonders bevorzugt haben die zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte mindes- tens eine der folgenden Materialeigenschaften: eine Dichte nach DIN EN ISO 845 zwischen 200 bis 1 100 kg/m ³ , bevorzugt zwischen 270 und 900 kg/m ³ , eine Zugfestigkeit nach DIN EN ISO 1798 von > 2,0 N/mm ² , bevorzugt > 4 N/mm ² , besonders bevorzugt zwischen 2 und 8 N/mm ² , eine Bruchdehnung nach DIN EN ISO 1798 von > 200 %, bevorzugt > 230 %, besonders bevorzugt zwischen 300 bis 700 % und/oder eine Wei- terreißfestigkeit nach DIN ISO 34-1 B (b) > 6 N/mm, bevorzugt > 8 N/mm, besonders bevorzugt > 10 N/mm. In weiter bevorzugten Ausführungsformen besitzt das zellige Polyisocyanat-Polyadditionsprodukt zwei, weiter bevorzugt drei dieser Materialeigenschaften, besonders bevorzugte Ausführungsformen besitzen alle vier der genannten Materialeigenschaften.

Die Herstellung erfolgt üblicherweise durch Umsetzung von Isocyanaten mit gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die zelligen Polyurethanelastomeren, auf der Basis der Isocyanate Diisocyanatotoluol (TDI) und Naphthylendiisocyanat

(NDI), ganz besonders bevorzugt auf der Basis von 2-,6-Diisocyanatotoluol (TODI) und 1 -,5-Naphthylendiisocyanat (5-NDI) hergestellt.

Die Kopplungselemente auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsproduk- ten werden üblicherweise in einer Form hergestellt, in der man die reaktiven Ausgangskomponenten miteinander umsetzt. Als Formen kommen hierbei allgemein übliche Formen in Frage, beispielsweise Metallformen, die aufgrund ihrer Form die dreidimensionale Form des Kopplungselements gewährleisten. Die Herstellung der Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte kann nach allgemein bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise indem man in einem ein- oder zweistufigen Pro- zess die folgenden Ausgangsstoffe einsetzt:

(a) Isocyanat,

(b) gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen,

(c) Wasser und gegebenenfalls

(d) Katalysatoren,

(e) Treibmittel und/oder

(f) Hilfs- und/oder Zusatzstoffe, beispielsweise Polysiloxane und/oder Fettsäuresul- fonate. Die Oberflächentemperatur der Forminnenwand beträgt üblicherweise 40 bis 95°C, bevorzugt 50 bis 90°C.

Die Herstellung der Formteile wird vorteilhafterweise bei einem NCO/OH-Verhältnis von 0,85 bis 1 ,20 durchgeführt, wobei die erwärmten Ausgangskomponenten gemischt und in einer der gewünschten Formteildichte entsprechenden Menge in ein beheiztes, bevorzugt dichtschließendes Formwerkzeug gebracht werden.

Die Formteile sind nach bis zu 60 Minuten ausgehärtet und damit entformbar.

Die Menge des in das Formwerkzeug eingebrachten Reaktionsgemisches wird üblicherweise so bemessen, dass die erhaltenen Formkörper die bereits dargestellte Dichte aufweisen. Die Ausgangskomponenten werden üblicherweise mit einer Temperatur von 15 bis 120°C, vorzugsweise von 30 bis 1 10°C, in das Formwerkzeug eingebracht. Die Verdichtungsgrade zur Herstellung der Formkörper liegen zwischen 1 ,1 und 8, vorzugsweise zwischen 2 und 6. Die zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte werden zweckmäßigerweise nach dem one shot-Verfahren mit Hilfe der Niederdruck-Technik oder insbesondere der Re- aktionsspritzguss-Technik (RIM) in offenen oder vorzugsweise geschlossenen Formwerkzeugen, hergestellt. Die Reaktion wird insbesondere unter Verdichtung in einem geschlossenen Formwerkzeug durchgeführt. Die Reaktionsspritzguss-Technik wird beispielsweise beschrieben von H. Piechota und H. Röhr in "Integralschaumstoffe", Carl Hanser-Verlag, München, Wien 1975; DJ. Prepelka und J.L. Wharton in Journal of Cellular Plastics, März/April 1975, Seiten 87 bis 98 und U. Knipp in Journal of Cellu- lar Plastics, März/April 1973, Seiten 76-84. Erfindungsgemäß überlappen sich erstes Bauteil und zweites Bauteil in Richtung der Achse zumindest teilweise. Das erste Bauteil ist vorzugsweise zumindest in dem überlappenden Bereich in Form eines Rohres ausgestaltet, wobei der Innendurchmesser des Rohres größer ist als der Außendurchmesser des zweiten Bauteils. Insbesondere handelt es sich bei dem ersten Bauteil um eine Buchse, ein Rohr oder ein stangenför- miges Element, dessen eines Ende als Rohr ausgestaltet ist. Der Begriff Durchmesser ist dabei nicht einschränkend auf eine Kreisform zu verstehen, sondern bezeichnet die maximalen inneren oder äußeren Dimensionen des betreffenden Querschnitts, beispielsweise die Kantenlänge bei einem quadratischen Querschnitt. Die Querschnitte von erstem Bauteil und zweitem Bauteil im überlappenden Bereich können auch von unterschiedlicher Form sein, beispielsweise kreisförmig als Innenprofil des ersten Bauteils und quadratisch als Außenprofil des zweiten Bauteils oder umgekehrt. Das Kopplungselement ist in radialer Richtung zwischen erstem Bauteil und zweitem Bauteil angeordnet. Bei einer Drehbewegung des ersten Bauteils relativ zum zweiten Bauteil erfolgt eine Kraftübertragung überwiegend über die radialen Berührungsflächen zwischen erstem Bauteil und Kopplungselement. Das Kopplungselement überträgt die Kraft wiederum überwiegend über die radialen Berührungsflächen zwischen zweitem Bauteil und Kopplungselement auf das zweite Bauteil. Abhängig von der Form der Innenfläche des ersten Bauteils und der Außenfläche des zweiten Bauteils unterliegt das Kopplungselement unterschiedlich starken Kräften wie Druck und Scherung.

Die Erfindung verbessert bekannte Vorrichtungen dahingehend, dass Steifigkeiten in axialer und radialer Richtung für unterschiedliche Belastungszustände besser auf den jeweiligen Einsatzzweck abgestimmt werden können. Hierzu ist es erforderlich, dass die Materialstärke des Kopplungselementes bestimmte Grenzen nicht unterschreitet. Da die Wirkung nicht ausschließlich von der Materialstärke abhängt, sondern z.B. auch von der Querschnittsform der Bauteile, wird als erfindungswesentliches Kriterium das Verhältnis von Umkreis zu Inkreis betrachtet wie nachfolgend definiert und in den Fig. 3 bis 1 1 näher erläutert.

Betrachtet wird ein Schnitt senkrecht zur Achse, wobei ein erstes Bauteil einen kleineren äußeren Durchmesser aufweist als der innere Durchmesser eines zweiten Bauteils. Um den Querschnitt der Berührungsfläche von erstem Bauteil und Kopplungselement wird ein Umkreis gelegt, dessen Durchmesser gerade so klein gewählt wird, dass er den Querschnitt der Berührungsfläche vollständig umfasst. Analog wird an den Querschnitt der Berührungsfläche von zweitem Bauteil und Kopplungselement ein Inkreis angelegt, dessen Durchmesser gerade so groß gewählt wird, dass er noch in den Querschnitt der Berührungsfläche passt, ohne diesen zu schneiden. Erfindungsgemäß ist der Umkreis um den Querschnitt der Berührungsfläche von erstem Bauteil und Kopplungselement um höchstens 25 Prozent, bevorzugt 20 Prozent, besonders bevorzugt 15 Prozent größer als der Durchmesser des Inkreises an den Querschnitt der Berührungsfläche von zweitem Bauteil und Kopplungselement.

Das Kopplungselement kann auf unterschiedliche Arten gefertigt sein. Es kann beispielsweise als Schlauchware hergestellt und anschließend auf die erforderliche Länge zugeschnitten sein. Es kann auch als Platte gestaltet und auf die als Kopplungsele- ment notwendige Länge und Breite zugeschnitten sein. Mit Hilfe des Verfahrens des Wasserstrahlschneidens lassen sich einfach unterschiedliche Profile des Kopplungselements verwirklichen. Das Kopplungselement kann auch aus mehreren Einzelteilen bestehen, beispielsweise aus Schlauchabschnitten oder Platten unterschiedlicher Dichte, um die Eigenschaften in unterschiedliche Raumrichtungen den Erfordernissen bes- ser anpassen zu können. Das Kopplungselement muss in Richtung der Achse sowie in Umfangsrichtung nicht durchgängig sein. Es kann auch mehrere Einzelteile, beispiels- weise Streifen, umfassen, die in Richtung der Achse oder in Umfangsrichtung derart angeordnet sind, dass zwischen ihnen Hohlräume vorhanden sind.

Die Länge des Kopplungselements in Richtung der Achse beträgt bevorzugt von 5 bis 80 mm, besonders bevorzugt von 10 bis 50 mm, insbesondere von 20 bis 40 mm. Die radiale Ausdehnung des Kopplungselements liegt bevorzugt im Bereich von 2 bis 12 mm, besonders bevorzugt von 3 bis 10 mm, insbesondere von 4 bis 8 mm. Der Durchmesser des Umkreises um das innere Bauteil beträgt vorzugsweise von 10 bis 90 mm, besonders bevorzugt von 15 bis 60 mm, insbesondere von 20 bis 40 mm, wo- bei der Durchmesser des Inkreises bevorzugt kleiner als 75 mm ist. Bei einem Kopplungselement, dessen Querschnitte der Berührungsflächen von Kopplungselement mit erstem Bauteil bzw. zweitem Bauteil jeweils kreisförmig sind, entspricht der Umkreisdurchmesser dem Außendurchmesser des inneren Bauteils und der Inkreisdurchmesser dem Innendurchmesser des äußeren Bauteils.

Kopplungselement und erstes Bauteil sowie Kopplungselement und zweites Bauteil können auf unterschiedliche Weise miteinander verbunden sein. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Kopplungselement um ein separat gefertigtes Element, das mit dem ersten Bauteil oder dem zweiten Bauteil oder beiden verbun- den wird, besonders bevorzugt durch Verkleben.

Das Verkleben kann nach bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise indem ein Klebstoff auf die zu verbindende Fläche des Bauteils oder des Kopplungselements aufgebracht wird und anschließend Bauteil und Kopplungselement zusammengefügt werden. Bevorzugt werden dabei reaktive kalt- oder warmaushärtende Zweikomponenten-Klebstoffe verwendet, z.B. reaktive Systeme auf der Basis von Isocyanaten oder Epoxiden oder Schmelzklebstoffe, sogenannte Hotmelts. Besondere Vorteile bietet eine Klasse von reaktiven Schmelzklebstoffen, die bevorzugt verkapselte Isocyanate enthalten, die in eine Polyolmatrix eingebettet sind. Diese Schmelzklebstoffe lassen sich beispielsweise als Pulver auf die zu verklebende Oberfläche aufbringen und aufschmelzen, wodurch sie auf der zu verklebenden Oberfläche haften ohne dadurch wesentlich an Reaktivität zu verlieren. Dadurch wird es möglich, derartig vorbehandelte Elemente zueinander zu positionieren, ohne den Klebstoff von den zu verklebenden Oberflächen der Elemente abzutragen. Durch eine Erwärmung der vorpositionierten Elemente deutlich über den Schmelzpunkt des Pulvers brechen die verkapselten Isocyanate auf und leiten die Vernetzungsreaktion ein. Derartige Schmelzklebstoffe sind kommerziell erhältlich.

Anstelle eines Klebstoffes kann auch eine Schmelzfolie verwendet werden, die auf die zu verbindende Fläche des Bauteils oder des Kopplungselements aufgebracht wird. Anschließend werden Bauteil und Kopplungselement zusammengefügt und erwärmt. Dabei schmilzt die Schmelzfolie und bildet nach der Abkühlung eine dauerhafte, feste Verbindung. Bevorzugt werden hierfür Schmelzfolien aus thermoplastischem Polyurethan (TPU) verwendet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden Kopplungselement und Bauteil mittels eines Gießharzes verklebt, bei dem es sich insbesondere um ein reaktives Polyurethansystem handeln kann. Die Verwendung eines Gießharzes als Klebstoff bietet den Vorteil, dass geringere Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit gestellt werden müssen, da das Gießharz Hohlräume zwischen Bauteil und Kopplungselement ausfüllt und nach der Aushärtung die Elemente dauerhaft und fest miteinander verbun- den sind.

In einer bevorzugten Variante der Erfindung umfasst das Kopplungselement einen oder mehrere Streifen, die z.B. mittels Wasserstrahl aus einer Platte geschnitten sein können. Die Streifen sind so bemessen, dass sie im eingebauten Zustand in Umfangsrich- tung ein bis auf einen geringen Spalt geschlossenes Kopplungselement bilden. Die Streifen eignen sich besonders, um sie an das erste Bauteil, das zweite Bauteil oder beide anzugießen. Dazu wird beispielsweise das erste Bauteil in seiner Position relativ zum zweiten Bauteil fixiert, der oder die Streifen lose in den Zwischenraum zwischen den Bauteilen gelegt und mit einem Gießharz angegossen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Verbindung zwischen Kopplungselement und Bauteil dadurch realisiert, dass das Kopplungselement bei seiner Herstellung an das erste Bauteil oder das zweite Bauteil angeschäumt wird. Selbstverständlich kann das Kopplungselement auf diese Weise auch mit beiden Bauteilen ver- bunden werden. In Abhängigkeit der Materialeigenschaften des Bauteils kann vor dem Anschäumen des Kopplungselements ein Haftvermittler auf die zu verbindenden Flächen des Bauteils aufgetragen werden.

Weiterhin bevorzugt wird eine Verbindung dadurch realisiert, dass das Bauteil während seiner Herstellung mit dem Kopplungselement verbunden wird. Eine solche Herstellungsweise ist beispielsweise möglich für ein Bauteil, das aus einem harten Kunststoff, z.B. einem thermoplastischen Polyurethan (TPU) gefertigt wird. In diesem Fall kann das separat hergestellte Kopplungselement in eine Form eingelegt und anschließend nach bekannten Verfahren umgössen oder umspritzt werden. Insbesondere bei Ver- wendung eines TPU-Werkstoffes ergibt sich aufgrund der Materialeigenschaften eine dauerhafte, feste Verbindung zwischen Bauteil und Kopplungselement. Auf chemische Haftvermittler kann in diesem Fall üblicherweise verzichtet werden.

Die TPU-Werkstoffe können auch in allgemein bekannten Mischungen mit weiteren thermoplastischen Kunststoffen, beispielsweise Polyolefinen, ABS- und/oder ASA- Kunststoffen, sowie Füllstoffen wie Glasfasern eingesetzt werden. Bevorzugt sind TPU- Werkstoffe mit Glasfaser-Beimischungen. Die TPU können auf bekannten Rohstoffen, beispielsweise den allgemein üblichen Isocyanaten, Polyolen, Kettenverlängerungsmitteln, Katalysatoren und Hilfsstoffen basieren. Die Dicke des TPU-Werkstoffes beträgt bevorzugt von 1 bis 15 mm, besonders bevorzugt von 3 bis 10 mm. In einem weiteren bevorzugten Verfahren zur Herstellung eines Bauteils bei gleichzeitigen Verbindung des Bauteils mit dem Kopplungselement wird anstelle des TPU- Werkstoffes ein reaktives Polyurethansystem eingesetzt, das mittels der allgemein bekannten RIM-Technologie (Reaction Injection Molding) oder als klassisches Gießsystem verarbeitet werden kann. Da sich dieses Gießharz wie oben beschrieben auch gut als Klebstoff eignet, wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein erstes Bauteil durch Angießen oder Anspritzen an das Kopplungselement hergestellt und im gleichen Arbeitsgang ein weiteres, bereits vorgefertigtes Bauteil mit dem Kopplungselement haftend verbunden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden Bauteil und Kopplungselement durch Kraftschluss miteinander verbunden, indem die minimalen und maximalen radialen Dimensionen der Bauteile und des Kopplungselements so gewählt sind, dass sie unter Vorspannung ineinander fügbar sind. Im Fall überlappender Bauteile, bei denen der Innendurchmesser des ersten Bauteils größer ist als der Außendurchmesser des zweiten Bauteils, wird vorteilhaft das erste Bauteil mit dem Kopplungselement dadurch verbunden, dass der Außendurchmesser des Kopplungselements größer ist als der Innendurchmesser des ersten Bauteils. Analog wird vorteilhaft bei einer Verbindung mit dem zweiten Bauteil der Innendurchmesser des Kopplungselements kleiner gewählt als der Außendurchmesser des zweiten Bauteils. Beim Zusammenfügen wird das Kopplungselement vorgespannt und nach bekannten Verfahren an dem Bauteil angebracht. Das Kopplungselement kann auch zunächst mit dem ersten Bauteil oder dem zweiten Bauteil oder beiden verbunden und anschließend vorgespannt werden. Ein Beispiel hierfür ist das Kalibrieren eines kreisförmigen, äußeren ersten Bauteils, das durch eine sich im Durchmesser verjüngende Matrize gepresst wird. In Folge der Um- formung des ersten Bauteils wird das Kopplungselement in radialer Richtung vorgespannt. Analog kann ein inneres zweites Bauteil durch Aufschieben auf einen sich im Durchmesser vergrößernden Dorn beispielsweise aufgeweitet werden, was ebenfalls dazu führt, dass das Kopplungselement vorkomprimiert wird. Die Vorkompression des Kopplungselements liegt bevorzugt im Bereich von 5 bis 50%, insbesondere von 5 bis 35 %, bezogen auf das ursprüngliche, unkomprimierte Volumen des Kopplungselements.

Eine weitere erfindungsgemäße Art der Verbindung zwischen Bauteil und Kopplungselement besteht darin, über die Formgebung einen Formschluss zu erzielen. Dies kann beispielsweise durch die geometrische Gestaltung des Bauteilquerschnitts erreicht werden, z.B. bei einem rechteckigen Innen- oder Außenprofil. Weiterhin kann ein Formschluss auch über Erhebungen und Vertiefungen in den sich berührenden Ober- flächen von Bauteil und Kopplungselement realisiert werden. Die Ermittlung des Umkreises erfolgt in diesem Fall auf Basis der radial größten Ausdehnung der Berührungsfläche zwischen innerem Bauteil und Kopplungselement, beispielsweise von Erhebungen auf der äußeren Oberfläche des inneren Bauteils. Analog wird der Inkreis auf Grundlage der radial kleinsten Ausdehnung der Berührungsfläche zwischen äußerem Bauteil und Kopplungselement ermittelt, beispielsweise von Erhebungen auf der inneren Oberfläche des äußeren Bauteils.

Selbstverständlich können die unterschiedlichen Verbindungsarten auch kombiniert werden, beispielsweise indem die Verbindung zwischen erstem Bauteil und Kopplungselement auf Verklebung und die Verbindung zwischen zweitem Bauteil und Kopplungselement auf Kraftschluss oder Formschluss beruht. Eine formschlüssige Verbindung kann überdies zusätzlich verklebt sein. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Kopplungselement Versteifungselemente auf, die dazu dienen, die Verdrehsteifigkeit der Vorrichtung gezielt zu beeinflussen. Bevorzugt befinden sich die Versteifungselemente im Inneren des Kopplungselements. Besonders bevorzugt sind sie im Wesentlichen in Richtung der Achse angeordnet. Derartige Versteifungselemente können aus Stiften bestehen, die unterschiedliche Längen und Querschnittsprofile aufweisen können.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Versteifungselemente im selben Arbeitsschritt hergestellt wie die Verbindung des Kopplungselements mit mindestens einem Bauteil. Eine mögliche Realisierung besteht darin, zunächst bei der Herstellung des Kopplungselements Hohlräume auszusparen. Bei der Verbindung von Kopplungselement und erstem oder zweitem Bauteil kann ein Gießharz verwendet werden, um einerseits die Verbindung herzustellen und im selben Arbeitsgang die Hohlräume im Kopplungselement auszufüllen. Nach Aushärtung des Gießharzes sind somit Versteifungselemente im Kopplungselement entstanden. Gegenüber dem bekannten Verfah- ren des Einpressens von Kunststoff stiften als Versteifungselemente bietet die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil, dass kein separates Element hergestellt werden muss und ein zusätzlicher Arbeitsschritt wie das Einpressen nebst den notwendigen Werkzeugen entfällt. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, das ein Lenkrad, eine Lenkwelle sowie ein Lenkgetriebe umfasst. Erfindungsgemäß ist in dem Kraftübertragungsweg vom Lenkrad über die Lenkwelle zum Lenkgetriebe mindestens eine Vorrichtung wie oben beschrieben vorhanden, um einerseits Vibrationen vom Lenkrad und dem Fahrzeuginnenraum zu dämpfen und andererseits die über das Lenkrad erzeugte Drehbewegung auf das Lenkgetriebe zu übertragen. Vibrationen können dabei beispielsweise durch Fahrbahnanregungen in das Lenksystem eingetragen werden oder auch von den Komponenten des Lenksystems selbst erzeugt werden. Die Lenkwelle kann aus mehreren Abschnitten bestehen, die beispielsweise durch Kardangelenke unterteilt sind, wie in Fig. 13 näher erläutert. In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Lenkwelle oder ein Abschnitt der Lenkwelle ein stangenformiges Element im Sinne der oben dargestellten Erfindung dar. Das Kopplungselement wird dabei direkt an der Lenkwelle oder einem Abschnitt der Lenkwelle als erstem Bauteil befestigt. Das zweite Bauteil kann ein weiterer Abschnitt der Lenkwelle, ein Kardangelenk oder ein anderes Element im Kraftübertragungsweg vom Lenkrad zum Lenkgetriebe sein. Bei dem zweiten Bauteil kann es sich auch um eine Buchse handeln, die wiederum mit einem Abschnitt der Lenkwelle, einem Kardangelenk oder einem anderen Element verbunden ist, beispielsweise durch Festsitz nach dem Einpressen in oder auf eine entsprechende Aufnahmevorrichtung.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten Bauteil, dem zweiten Bauteil oder beiden um eine Buchse, die mit dem Kopplungselement verbunden ist. Die Buchse ist dabei so gestaltet, dass sie nach bekannten Verfahren fest mit der Lenkwelle, einem Abschnitt der Lenkwelle, einem Kardangelenk oder einem anderen Element im Kraftübertragungsweg vom Lenkrad zum Lenkgetriebe verbunden werden kann. Dies kann beispielsweise dadurch umgesetzt werden, dass die Buchse als Außenbuchse einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Innendurchmesser einer entsprechenden Aufnahmevorrichtung, z.B. eines Abschnitts der Lenkwelle. Die Verbindung von Buchse und z.B. Abschnitt der Lenkwelle kann aber auch dadurch realisiert werden, dass die Buchse als Innenbuchse ein Gewinde aufweist, über das der Abschnitt der Lenkwelle angeschraubt wird.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft einen Antriebsstrang, der ein Antriebsaggregat und ein oder mehrere Übertragungselemente umfasst, die ein Drehmoment übertragen. Erfindungsgemäß ist mindestens eines der Übertragungselemente mit einer Vorrichtung wie oben beschrieben versehen. Bei dem Antriebsaggregat kann es sich um jegliche Art von Aktuator handeln, der mechanische Leistung zur Verfügung stellt, z.B. Verbrennungsmotoren, elektrische, hydraulische oder pneumatische Motoren. Die Übertragungselemente können Wellen, Zahnräder, Klauen oder ähnliche Vorrichtungen sein, die die Leistung des Antriebsaggregats an andere Bauteile übertragen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vielfältig eingesetzt werden, Beispiele sind: mechatronische Antriebsstränge, z.B. zur Übertragung einer Drehbewegung, die von einem Elektromotor ausgeht und bei der hochfrequente Anteile des Drehmomentsignals oder der Weganregung abgekoppelt werden sollen; Abkopplung höherfrequenter Anteile aus hydraulischen Drehmomentquellen, z.B. Abkopplung sogenannter Hiss-Geräusche, die durch das Fließen des Öls in hydraulischen Anlagen angeregt werden;

Übertragung eines Drehmoments in mechanischen Anordnungen, z.B. vor oder hinter einem Kardangelenk, bei gleichzeitiger Abkopplung von höherfrequenten

Anteilen der Querkräfte;

Abkopplung von unerwünschten axialen oder radialen Anregungen bei gleichzeitiger Übertragung eines Drehmoments, z.B. die Reduzierung des Brummens aufgrund einer Eigenschwingung eines Bauteils oder die Verringerung von Getrie- begeräuschen;

Dämpfung von Drehmomentlastwechselvorgängen mit großer Amplitude, z.B. im Antriebsstrang von Motorrädern;

elektrohydraulische oder elektromechanische Lenksysteme, bei denen für die Fahrdynamik relevante quasistatische oder sehr niederfrequente (< 1 Hz) Dreh- bewegungen übertragen werden sollen bei gleichzeitiger Verringerung der Übertragung von Geräuschen der Servomotoren oder von Anregungen durch die Fahrbahnoberfläche ins Fahrzeuginnere;

Abkopplung von störenden Geräuschen und Anregungen aus Elektromotoren in Hybridantriebssträngen.

Gegenüber bekannten Vorrichtungen zur Übertragung von Drehmomenten, die mehrheitlich auf einem Kopplungselement aus Gummi basieren, bietet die Erfindung mehrere Vorteile: Die Spreizung der Verdrehsteifigkeit zu axialer und zu radialer Steifigkeit ist sowohl statisch als auch dynamisch besonders hoch im Vergleich zu volumeninkompressiblen Elastomeren. Dadurch können Drehmomente gezielt übertragen und gleichzeitig axiale und radiale Anregungen wie Vibrationen besser abgekoppelt werden. Eine niedrigere axiale Steifigkeit erleichtert die Herstellung eines Längenausgleichs, was insbesondere beim Einsatz in einem Antriebsstrang von Vorteil ist. Die Versteifung der Verdrehsteifigkeit als Vergleich zwischen statischer und dynamischer Steifigkeit ist dabei deutlich niedriger als bei Gummielementen, insbesondere bei kleinen Amplituden (<0.5°).

Bei gleichen Bauraumverhältnissen, maximalen Verdrehwinkeln und mindestens glei- eher Dauerfestigkeit sind höhere Verdrehsteifigkeiten erzielbar. Bei verdrehweichen Kopplungselementen lassen sich höhere Dauerfestigkeiten erreichen. Eine progressive Drehmoment-Verdrehwinkelkennlinie kann ähnlich wie bei Gummi-Elementen durch geometrische Maßnahmen wie der inneren und äußeren Profilgebung oder dem Zusatz von Versteifungselementen erreicht werden, die Volumenkompressibilität begünstigt jedoch die Erzielung hoher maximaler Verdrehwinkel und hoher Lebensdauern. Zudem ergibt sich ein Gewichtsvorteil gegenüber bekannten volumenkompressiblen Elastomeren. Eigenschaften wie Spreizung, Dämpfungswerte und Versteifung lassen sich über Maßnahmen wie radiale Vorkompression, Profilgebung des Kopplungselements und die Wahl der Raumdichte des zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukts einstellen. Die Bauteilkontinuumsresonanzen des Bauteils liegen in wesentlich höheren Frequenzbereichen als bei vergleichbaren Gummibauteilen. Dadurch lassen sich hochfrequente Anteile (größer 100 Hz) torsionsartiger, radialer und axialer Anregungen besser abkoppeln. Von besonderem Vorteil ist die Verwendung eines zelligen Polyisocyanat-Poly- additionsprodukts auf der Basis von NDI als Kopplungselement aufgrund seiner Dauerfestigkeitseigenschaften bei Scher- und Druckbeanspruchung, der Versteifungseigenschaften, seines Setzungsverhaltens, der Weiterreißfestigkeit, hoher Energieabsorption bei Kompression bis in die Progression, sowie der Medien- und Temperaturbeständig- keit.

Anhand der Zeichnungen wird im Folgenden die Erfindung weiter erläutert, wobei die Zeichnungen als Prinzipdarstellungen zu verstehen sind. Sie stellen keine Beschränkung der Erfindung, beispielsweise im Hinblick auf konkrete Abmessungen oder Aus- gestaltungsvarianten von Bauteilen dar. Es zeigen:

Fig. 1 : Beispiel einer Ausführungsform mit kreisrunden Querschnitten

Fig. 2: Beispiel einer Ausführungsform mit quadratischen Querschnitten

Fig. 3-5: Quadratische Querschnittsprofile erfindungsgemäßer Ausführungsformen Fig. 6-7: Achteckige Querschnittsprofile erfindungsgemäßer Ausführungsformen

Fig. 8-10: Kombinierte Querschnittsprofile erfindungsgemäßer Ausführungsformen

Fig. 1 1 : Querschnittsprofile einer weiteren Ausführungsform

Fig. 12: Beispiel einer Ausführungsform mit Versteifungselementen

Fig. 13: Beispiel eines Lenksystems mit erfindungsgemäßer Vorrichtung

Fig. 14-15: Verbindung von Lenkwelle und Kardangelenk bei einem Lenksystem für

Kraftfahrzeuge gemäß Stand der Technik

Fig. 16-17: Erfindungsgemäße Ausführungsform einer Verbindung von Lenkwelle und

Kardangelenk bei einem Lenksystem für Kraftfahrzeuge Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 . Ein stangenformiges Element bildet ein erstes Bauteil 10, das um eine Achse A drehbar ist. Bei dem Element kann es sich beispielsweise um eine Welle handeln, die in eine Drehbewegung um die Achse A versetzt werden kann. In radialer Richtung außen um das erste Bauteil 10 herum ist ein zweites Bauteil 20 angeordnet, das ebenfalls um die Achse A drehbar ist. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist das zweite Bauteil 20 in Form einer Buchse gestaltet. Der Zwischenraum zwischen erstem Bauteil 10 und zweitem Bauteil 20 ist mit einem zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukt als Kopplungselement 30 ausgefüllt. Wird das erste Bauteil 10 in eine Drehbewegung versetzt, so wird das Drehmoment durch das Kopplungselement 30 auf das zweite Bauteil 20 übertragen. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform haben die Berührungsfläche 1 1 zwischen erstem Bauteil 10 und Kopplungselement 30 sowie die Berührungsfläche 21 zwischen zweitem Bauteil 20 und Kopplungselement 30, im Querschnitt senkrecht zur Achse A betrachtet, die Form von konzentrischen Kreisen. Umkreis und Inkreis sind mit den jeweiligen Querschnitte identisch.

Fig. 2 stellt eine Prinzipskizze einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung 1 dar. Der Unterschied zur Ausführungsform in Fig. 1 besteht darin, dass die Querschnitte der Berührungsflächen des ersten Bauteils 10 und des zweiten Bauteils 20 mit dem Kopplungselement 30 im Wesentlichen quadratisch sind. Lediglich die Ecken sind gerundet ausgestaltet. Wie sich die Durchmesser von Umkreis zu Inkreis verhalten, hängt von der jeweiligen Kantenlänge der quadratischen Querschnittsfläche ab.

Fig. 3 zeigt die Berührungsfläche 1 1 eines ersten Bauteils sowie die Berührungsfläche 21 eines zweiten Bauteils mit dem Kopplungselement im Querschnitt senkrecht zur Achse A. Das zweite Bauteil umhüllt das erste Bauteil in radialer Richtung. Die Außenkontur des zweiten, äußeren Bauteils ist nicht dargestellt. Ebenso ist die Innenkontur des ersten, inneren Bauteils nicht dargestellt. Der Raum zwischen den beiden Berührungsflächen 1 1 und 21 ist mit Elastomer gefüllt und wird im Folgenden als Elasto- merfläche 31 bezeichnet. Der Umkreis 12 um die äußere Kontur des Querschnitts der Berührungsfläche 1 1 des inneren Bauteils sowie der Inkreis 22 an die innere Kontur des Querschnitts der Berührungsfläche 21 des äußeren Bauteils sind gestrichelt dargestellt. Im Fall der in Fig. 3 dargestellten Querschnittsprofile beträgt der Durchmesser des Umkreises 12 ca. 73 % des Durchmessers des Inkreises 22.

Fig. 4 zeigt einen analogen Sachverhalt wie Fig. 3 dar, allerdings für den Sonderfall, dass Umkreis und Inkreis identisch sind. Bei der Anordnung gemäß Fig. 5 ist der Durchmesser des Umkreises größer als der Durchmesser des Inkreises, und zwar um 20 % für die konkret dargestellten Abmessungen. Die Darstellungen der Fig. 3 bis 5 sind maßstäblich, wobei der Querschnitt der Berührungsfläche 1 1 des inneren Bauteils mit dem Kopplungselement jeweils identisch ist.

Die Darstellungen in den Fig. 6 bis 7 entsprechen denen in den Fig. 3 bis 4 mit dem Unterschied, dass anstelle der quadratischen achteckige Querschnitte der Berührungs- flächen 1 1 und 21 betrachtet werden. Bei der in Fig. 6 dargestellten Konfiguration beträgt der Durchmesser des Umkreises 12 ca. 84 % des Durchmessers des Inkreises 22. Fig. 7 zeigt den Sonderfall, bei dem Umkreis und Inkreis identisch sind. Aus einem Vergleich mit Fig. 4 wird ersichtlich, dass im Fall achteckiger Querschnittsprofile bei gleichem Verhältnis von Umkreis zu Inkreis sowohl Wandstärke des Elastomers als auch die gesamte Elastomerfläche 31 deutlich kleiner ist. Bei achteckigen Querschnittsprofilen ist es zwar möglich, dass der Umkreis 12 größer ist als der Inkreis 22, allerdings nähern sich die Berührungsflächen 1 1 und 21 dabei so stark an, dass die minimale Wandstärke nur noch für große Durchmesser eingehalten werden kann.

Die Fig. 8 bis 10 zeigen weitere Beispiele erfindungsgemäßer Ausführungsformen. Die Querschnittsprofile der Berührungsflächen 1 1 und 12 sind in diesen Fällen unterschied- lieh. Im Fig. 8 ist die Berührungsfläche 1 1 zwischen innerem Bauteil und Kopplungselement quadratisch, während die Berührungsfläche 21 zwischen äußerem Bauteil und Kopplungselement achteckig ist. Der Durchmesser des Umkreises 12 beträgt ca. 83 % des Durchmessers des Inkreises 22. Bei der in Fig. 9 dargestellten Anordnung ist der Querschnitt der äußeren Berührungsfläche kreisförmig und daher mit ihrem Inkreis identisch. In Fig. 10 ist der umgekehrte Fall dargestellt, dass der Querschnitt der inneren Berührungsfläche kreisförmig ist und somit mit seinem Umkreis identisch ist. Beiden Fällen ist gemein, dass der Durchmesser des Umkreises nicht größer als der Durchmesser des Inkreises sein kann. Ihr Ver- hältnis bestimmt sich aus der Wahl der minimalen Wandstärke des Elastomers.

Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind allerdings nicht auf die oben genannten Geometrien beschränkt. Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 1 1 dargestellt. Der Querschnitt der Berührungsfläche 21 von äu- ßerem Bauteil und Kopplungselement ist sechseckig, während der Querschnitt der Berührungsfläche 1 1 von innerem Bauteil und Kopplungselement ein Viereck mit konkaven Seiten darstellt. Der Umkreis 12 wird um die äußere Kontur des Querschnitts der Berührungsfläche 1 1 gelegt. In Fig. 12 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt, die neben einem ersten Bauteil 10, zweiten Bauteil 20 und Kopplungselement 30 Versteifungselemente 41 , 42 aufweist, die dazu dienen, die Verdrehsteifigkeit des Kopplungselements 30 zu erhöhen. Ein Versteifungselement 41 ist mit dem ersten Bauteil verbunden und umschließt dieses vollständig. Zur Bestimmung des Umkreises ist in diesem Fall die äußere Kontur des Querschnitts der Berührungsfläche zwischen Versteifungselement 41 und Kopplungselement 30 heranzuziehen. Die weiteren Versteifungselemente 42 sind im Querschnitt betrachtet vollständig von elastomerem Material umschlossen. Da sie weder mit dem ersten Bauteil 10 noch mit dem zweiten Bauteil 20 fest verbunden sind, finden sie bei der Betrachtung des Verhältnisses von Umkreis zu Inkreis keine Berücksichtigung. Eine vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung betrifft Lenksysteme von Kraftfahrzeugen, wie sie in Fig. 13 schematisch dargestellt sind. Üblicherweise umfasst ein Lenksystem ein Lenkrad 51 sowie eine Übertragungsvorrichtung zur Übertragung von Lenkeingaben durch den Fahrer vom Lenkrad 51 zu den Reifen 57 des Fahrzeugs. Die Übertragungsvorrichtung umfasst ein Lenkgetriebe 52 und eine mechanische Lenkwelle 54, wobei die Lenkwelle 54 dazu dient, am Lenkrad 51 aufgegebene Drehbewegungen auf eine Eingangswelle 59 des Lenkgetriebes 52 zu übertragen. Das Lenkgetriebe 52 kann auf einem Vorderachsfahrschemel 53 oder direkt an der Karosserie 58 des Fahrzeugs befestigt sein. Häufig ist die Lenkwelle 54 durch ein oder mehrere Kardangelenke 55 in zwei oder mehrere Abschnitte unterteilt. In die Wellenabschnitte können drehelastische Kupplungen 56 integriert sein. In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Lenksystems ist in dem Kraftübertragungsweg vom Lenkrad 51 über die Lenkwelle 54 zum Lenkgetriebe 52 mindestens eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorhanden, beispielsweise als drehelastische Kupplung 56.

Die Wirkung von Fahrbahnunebenheiten auf die Fahrzeugräder, Bewegungen des Lenkgetriebes gegenüber der Karosserie oder der Betrieb von hydraulischen oder e- lektrischen Aggregaten in Servolenkungssystemen können störende schwingungstechnische Anregungen in die Lenkwelle eintragen. Derartige Anregungen können in axialer und radialer Richtung sowie in Richtung einer Rotation um die Längsachse der Lenkwelle eingetragen werden. Über die Lenkwelle können sie bis zum Lenkrad übertragen und dort als unangenehme Stöße und Schwingungen vom Fahrer wahrgenommen werden. Die Anregungen können sich in Form von Körperschallsignalen bis zum Lenkrad oder über die Lenksäulenlager an andere Stellen im Fahrzeuginnenraum fort- pflanzen und dort als die Fahrzeuginsassen störende Luftschallsignale abgestrahlt werden. Beispielsweise kann so genanntes Fahrwerkstuckern, d.h. resonanzbedingte Relativbewegungen des Fahrschemels zur Karosserie oder den Fahrzeugrädern zu unangenehmen Vibrationen am Lenkrad führen. Weiterhin können sich Ölströmungen in hydraulischen Lenkungen als so genannte Hiss-Geräusche im Fahrzeuginnenraum bemerkbar machen.

Bei der Auslegung von Lenksystemen werden unter anderem die Ziele verfolgt, dass zum einen ein möglichst direktes Lenkgefühl erreicht werden soll, und zum anderen störende schwingungstechnische Anregungen von Lenkrad und Fahrzeuginnenraum isoliert werden sollen. Für die Erzielung eines direkten Lenkgefühls ist eine hohe Ver- drehsteifigkeit der Lenkwelle im quasistatischen Fall und im dynamischen Fall bis ca. 5 Hz bei Verdrehamplituden bis 2° vorteilhaft. Für die Isolation störender Schwingungen ist es vorteilhaft, eine möglichst niedrige Verdrehsteifigkeit der Lenkwelle im höherfre- quenten Bereich größer 5 Hz bei Verdrehamplituden deutlich kleiner 1 ° zu erzielen und in der Lenkwelle in axialer und radialer Richtung niedrige Steifigkeiten zu erhalten. Die konstruktive Umsetzung der niedrigen axialen und radialen Steifigkeiten in der Lenkwelle wird so gestaltet und mit der Lagerung der Lenkwelle gegenüber der Karosserie kombiniert, dass die Drehachsen der Lenkwelle stabil geführt sind und die Abschnitte der Lenkwelle in Folge einer Beaufschlagung mit Drehmomenten nicht zu Ausweichbewegungen neigen. Bei der Auslegung wird angestrebt, die quasistatische und niedrigfrequente Verdrehsteifigkeit zu maximieren, um ein direktes Lenkgefühl zu erzeugen, gleichzeitig jedoch gerade so hoch zu wählen, dass bei der mit der Auslegung verbundenen höherfre- quenten Verdrehsteifigkeit sowie den mit der Auslegung verbundenen axialen und radialen Steifigkeiten eine ausreichende Isolation störender Schwingungen und Geräu- sehe gegeben ist.

Gegenüber bekannten Lösungen bietet die Verwendung erfindungsgemäßer Vorrichtungen in Lenksystemen den Vorteil, dass das Verhältnis aus Verdrehsteifigkeit im quasistatischen Fall oder bei niedrigen Frequenzen (kleiner 5 Hz) zur Verdrehsteifigkeit bei höheren Frequenzen (größer 5 Hz) aufgrund der Materialeigenschaften des zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukts höhere Werte annehmen kann. Ebenso kann das Verhältnis der Verdrehsteifigkeit zu den axialen und radialen Steifigkeiten höhere Werte annehmen. Dies ermöglicht eine bessere und individuellere Einstellung der Eigenschaften eines Lenksystems, insbesondere ein Ausbalancieren des Zielkonflikts zwischen dem Erreichen des direkten Lenkgefühls und der Isolation störender Anregungen.

Beispiel

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Lenksystems für Kraftfahrzeuge näher erläutert. Die Fig. 14 und 15 zeigen Teile unterschiedlicher Lenksysteme, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Ein Rohr 54 als Abschnitt einer Lenkwelle ist über ein Gummi-Metall-Verbundelement 60 mit einer Rohrgabel 55 als Teil eines Kar- dangelenks verbunden. Das Dämpfungselement 60 in Fig. 14 besteht aus einer inneren und einer äußeren Metallhülse, die gleich lang sind und konzentrisch zueinander angeordnet sind. Sie wurden durch Anvulkanisieren einer Gummischicht elastisch miteinander verbunden. Die Bauteile wurden anschließend ineinander gepresst. In Fig. 15 weist das Dämpfungselement 61 eine Außenhülse aus Metall auf und ist direkt an das Rohr 54 anvulkanisiert. Ferner sind Versteifungselemente 62 in Form von Kunststoffstiften in die Gummischicht gepresst. Das zur Rohrgabel 55 weisende Ende des Rohrs 54 hat im Querschnitt ein quadratisches Profil und greift in eine quadratische Aussparung der Rohrgabel 55 ein. Im Ruhezustand berühren sich die quadratischen Profile von Rohr 54 und Rohrgabel 55 nicht. Bei einer Verdrehung des Rohres 54 relativ zur Rohrgabel 55 wird der Gummi im Dämpfungselement 60 bzw. 61 tordiert und überträgt ein Drehmoment zwischen Rohr 54 und Rohrgabel 55. Die quadratischen Profile wirken als Begrenzung der Auslenkung einer Drehbewegung, da sie sich berühren, wenn die Auslenkung zu stark wird. Sie dienen somit auch als mechanische Sicherung für den Fall des Versagens des Dämpfungselements.

In Fig. 16 ist ein Lenksystem für Kraftfahrzeuge dargestellt mit einer erfindungsgemä- ßen Vorrichtung, die ein Rohr 54 als erstes Bauteil 10, eine Außenbuchse als zweites Bauteil 20 sowie ein Kopplungselement 30 umfasst. Das Rohr ist aus Stahl gefertigt und hat einen Außendurchmesser von 25 mm. Das zweite Bauteil 20 ist ebenfalls in Stahl ausgeführt und weist eine Länge von 44 mm, einen Innendurchmesser von 35,7 mm auf sowie eine Wandstärke von 1 ,3 mm auf. Das Kopplungselement 30 wurde aus einem zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukt als hülsenförmiges Elastomerhalbzeug gefertigt. Seine Länge beträgt ebenfalls 44 mm bei einem Innendurchmesser von 29 mm und einem Außendurchmesser von 34 mm.

Zur Herstellung der Vorrichtung wurde das Kopplungselement 30 zwischen erstes Bau- teil 10 und zweites Bauteil 20 eingesetzt und durch Umgießen mit einem Gießharz fest mit beiden Bauteilen verbunden. Anschließend wurde die Vorrichtung durch eine sich verjüngende Matrize gepresst, um die äußere Metallbuchse in radialer Richtung zu verjüngen. Dadurch wurde das Kopplungselement 30 in radialer Richtung vorgespannt. Fig. 17 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der das Kopplungselement 30 als plattenförmiges Elastomerhalbzeug gefertigt ist. Das äußere, zweite Bauteil 20 ist als Buchse aus einem gebogenen Blech ausgeführt. Das Blech ist nicht als Rohr geschlossen, sondern weist in axialer Richtung einen Schlitz auf, der erst nach Einpressen in eine entsprechende Aufnahmevorrichtung geschlossen wird.

Im Vergleich mit herkömmlichen Gummi-Metall-Verbundelementen weisen die erfindungsgemäßen Vorrichtungen die bereits oben angeführten Vorteile auf, insbesondere ein niedrigeres Verhältnis von dynamischer Verd rehsteif igkeit zu quasistatischer Ver- drehsteifigkeit. Darüber hinaus sind sie einfach zu fertigen und können flexibel dem jeweiligen Anforderungsprofil angepasst werden.