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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Lenkrad für
ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw.
6.
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Ein solches Lenkrad ist beispielsweise
aus der
DE 200 16
637 U1 bekannt. Dieses Lenkrad umfaßt eine Nabe, wenigstens eine
Speiche und einen Lenkradkranz mit einem Kern, wobei die Speiche
die Verbindung zwischen Nabe und Lenkradkranz herstellt. Um im Fahrbetrieb
Vibrationen im Lenkradkranz zu reduzieren, ist an der Speiche eine
Schwingungsentkopplungseinrichtung vorgesehen, die den Lenkradkranz
von wenigstens einem Abschnitt der Speiche schwingungsmäßig weitgehend
entkoppelt. Die Schwingungsentkopplungseinrichtung ist am Übergang
von Speiche zu Lenkradkranz angeordnet.
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Aus der
DE 101 40 473 A1 ist ebenfalls
ein derartiges Lenkrad bekannt. Bei diesem Lenkrad ist der Kern
mehrteilig ausgebildet. Ein erstes Teil des Kerns ist vollständig von
einem Dämpfungselement umgeben.
Der andere Teil des Kerns ist über
das Dämpfungselement
an das erste Teil angebunden. Durch diese quasi schwimmende Lagerung
eines Teils des Kerns werden die Vibrationen im Lenkradkranz reduziert.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug der eingangs
genannten Art zu schaffen, welches eine andere Lösung zur Reduzierung von Vibrationen
im Lenkradkranz bereitstellt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Lenkrad
mit den Merkmalen der Ansprüche
1 bzw. 6.
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Demnach zeichnet sich das erfindungsgemäße Lenkrad
durch einen Lenkradkranz mit einem mehrteiligen Kern aus. Ein Teil
des Kerns ist mit einem Skelett einer Lenkradspeiche verbunden;
ein weiteres Teil ist über
ein Dämpfungselement
an dem ersten Teil angebunden. Durch das Dämpfungselement sind die beiden
Teile des Kerns voneinander schwingungsentkoppelt.
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Die in der Lenksäule auftretenden Schwingungen
werden von der Nabe über
das Skelett an das erste Teil des Kerns weitergegeben, welches mit der
Lenkradspeiche verbunden ist. Dadurch schwingt dieses Teil mit einer
bestimmten Frequenz und Amplitude. Dieses Teil leitet diese Schwingungen
in das Dämpfungselement
weiter, wodurch das Dämpfungselement
mit der gleichen Frequenz und Amplitude schwingt. Das Dämpfungselement
leitet diese Schwingungen in das zweite Teil weiter. Das zweite Teil
führt aufgrund
seiner Trägheit
gedämpfte Schwingungen
aus, d.h. die Amplitude der Schwingungen ist bei gleichbleibender
Frequenz geringer. Die beiden Teile führen aufgrund der gedämpften Schwingungen
des zweiten Teils eine Relativbewegung zueinander aus. Die gedämpften Schwingungen
des zweiten Teils, welches mit dem Dämpfungselement verbunden ist,
werden über
das Dämpfungselement
wieder auf das erste Teil, welches mit dem Skelett der Speiche verbunden
ist, übertragen,
wodurch die Schwingungen des gesamten Kerns abklingen. Abhängig von
dem Material des Dämpfungselements
ist auch folgende Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung
möglich:
Die in das erste Teil eingeleiteten Schwingungen werden vollständig von
dem Dämpfungselement
aufgenommen und nicht an das zweite Teil weitergeleitet. Durch die
erfindungsgemäße Anordnung
werden auf einfache Art und Weise die Vibrationen an der Lenkradoberfläche verringert.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind
den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Gemäß einer Ausführungsform
erstreckt sich das Dämpfungselement
radial über
den gesamten Lenkradkranz. Es kann einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein.
Bei einer einstückigen
Ausführungsform
ist es ringförmig
ausgebildet. Im Falle einer mehrstückigen Ausführung ist es denkbar, die einzelnen
Teile beabstandet voneinander anzuordnen, so daß das Dämpfungselement nur partiell
in dem Lenkradkranz ausgebildet ist. Über die Anzahl und die Größe der Abstände zwischen
den Dämpfungselementteilen
läßt sich
auf besonders einfache Art und Weise der Dämpfungsgrad einstellen. Bei
einer einstückigen
Ausbildung wird ein maximaler Dämpfungsgrad
erreicht. Der Dämpfungsgrad
läßt sich
zudem über
das Material des Dämpfungselements
variieren. Mögliche
Materialien sind gängige
Kunststoffe, wie beispielsweise Elastomere oder Schaumstoffe.
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Der Querschnitt des Kerns kann rechteckig sein.
Es sind aber auch andere Querschnittsformen denkbar, wie beispielsweise
kreisförmig.
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Der Kern kann zwei Schalen umfassen,
von denen eine mit der Speiche verbunden ist und die andere über das
Dämpfungselement
mit der ersten Schale verbunden ist. Die Schalen berühren sich nicht.
Die Schalen können
einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Diese geometrische Form
bringt auf der einen Seite den Vorteil mit sich, daß die Schalen
einfach und kostengünstig
herzustellen sind. Auf der anderen Seite bieten die planen Oberflächen eine günstige Möglichkeit
zur Befestigung von weiteren Lenkradbestandteilen. Die Schalen können konzentrisch
zueinander angeordnet sein.
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Das Dämpfungselement ist bei dieser
Ausführungsform
zwischen den Schalen angeordnet. Der Raum zwischen den beiden Schalen
wird vom Dämpfungselement
vollständig
ausgefüllt,
so daß ein maximale
Dämpfwirkung
erzielt werden kann. Die Abmessungen der Schalen und des Dämpfungselements
können
so aufeinander abgestimmt sein, daß die Schalen eine größere Dicke
aufweisen als das Dämpfungselement.
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In einer weiteren Ausführungsform
ist der Querschnitt des Kerns kreisförmig und besteht aus mehreren
Teilen. Im Unterschied zur oben genannten Ausführungsform weist der Kern keine
zwei Schalen, sondern einen Trägerkörper, der
mit dem Skelett der Speiche verbunden ist und eine Außenschale
auf, die über
ein Dämpfungselement
mit dem Trägerkörper verbunden
ist. Der Trägerkörper kann
einen doppel-T-förmigen
Querschnitt haben. Dies hat den Vorteil, daß der Trägerkörper einerseits verwindungssteif und
andererseits einfach und kostengünstig
herzustellen ist.
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Der Querschnitt des Trägerkörpers kann selbstverständlich auch
andere Querschnittsformen aufweisen, wie beispielsweise rechteckig
oder kreisförmig.
Die Außenschale
ist konzentrisch zu dem Trägerkörper angeordnet
und zwar so, daß ein
Hohlraum zwischen Trägerkörper und
Außenschale
entsteht. Die beiden Bestandteile des Kerns, Trägerkörper und Außenschale, stehen erfindungsgemäß nicht direkt
miteinander in Verbindung.
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Zwischen der Außenschale und dem Trägerkörper befindet
sich das Dämpfungselement.
Dieses Dämpfungselement
dient dazu, die Schwingungen des Trägerkörpers aufzunehmen und nicht
an die Außenschale
weiterzuleiten. Die für
den Fahrer fühlbaren
Vibrationen im Lenkradkranz werden dadurch reduziert.
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Der bestehende Hohlraum zwischen
dem Trägerkörper und
der Außenschale
kann vollständig vom
Dämpfungselement
ausgefüllt
sein, so daß eine maximale
Schwingungsdämpfung
erzielt wird. Das Dämpfungselement
kann auch mehrteilig ausgebildet sein, wobei die einzelnen Teile
beabstandet voneinander angeordnet sind und den bestehenden Hohlraum
nur teilweise ausfüllen.
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Im folgenden wird das erfindungsgemäße Lenkrad
anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Lenkrad;
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2 eine
Schnittdarstellung einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Lenkrads
entlang der Schnittlinie II-II
in 1;
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3 eine
Schnittdarstellung der Ausführungsform
gemäß 2 des erfindungsgemäßen Lenkrads
entlang der Schnittlinie III-III in 1;
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4 eine
Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkrads entlang
der Schnittlinie IV-IV in 1;
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5 eine
Schnittdarstellung der Ausführungsform
gemäß 4 des erfindungsgemäßen Lenkrads
entlang der Schnittlinie V-V in 1;
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6 eine
Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkrads entlang
der Schnittlinie VI-VI in 1 sowie
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7 eine
Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkrads entlang
der Schnittlinie VII-VII in 1.
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Das in 1 dargestellte
Lenkrad besteht aus einer Nabe 1, einem Lenkradkranz 2 und
vier Speichen 3, wobei die Speichen 3 die Nabe 1 mit dem
Lenkradkranz 2 verbinden. Die von einem Fahrer in den Lenkradkranz 2 eingeleiteten
Momente werden über
die Speichen 3 auf die Nabe 1 übertragen. Die Nabe 1 leitet
die Momente an eine nicht dargestellte Lenksäule weiter. Über die
Lenksäule
wiederum werden Schwingungen der Lenkungsanlage auf die Nabe 1 und
somit in den Lenkradkranz 2 übertragen.
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In 2 ist
ein Schnitt durch den Lenkradkranz 2 im Verbindungsbereich zwischen
Lenkradkranz 2 und Speiche 3 entlang der Schnittlinie
II-II gemäß 1 dargestellt. In diesem
Schnitt ist ein Skelett 4 einer Speiche 3, sowie
ein Kern 5 des Lenkradkranzes 2 dargestellt. Der
Kern 5 besteht aus zwei Schalen, einer Unterschale 6 und
einer Oberschale 7, und einem Dämpfungselement 8,
welches den bestehenden Raum zwischen den beiden Schalen 6, 7 vollständig ausfüllt. Das
Dämpfungselement 8 ist
an die Innenseiten der Schalen 6, 7 anvulkanisiert.
Die Unterschale 6 hat einen geringeren Durchmesser als die
Oberschale 7. Die Schalen 6, 7 haben
jeweils einen rechteckigen Querschnitt und sind konzentrisch zueinander
angeordnet. Das Skelett 4 ist mit der Unterschale 6 verbunden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die beiden Bauteile 4, 6 über eine Nietverbindung 9 miteinander
verbunden. Es sind aber auch andere Verbindungsarten denkbar, wie beispielsweise
verschrauben oder verschweißen. Aus
Komfortgründen,
wie z.B. bessere Griffigkeit des Lenkrads, sind der Kern 5 und
das Skelett 4 mit einer Schaumschicht 11 überzogen.
Wahlweise kann die Schaumschicht 11 noch von einer Materialschicht umgeben
sein, die eine Lenkradoberfläche 12 bildet. Über diese
Materialschicht können
sowohl die optischen als auch die haptischen Eigenschaften des Lenkrads
bestimmt werden.
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Im folgenden wird nun die Wirkungsweise der
erfindungsgemäßen Lösung anhand
des dargestellten Ausführungsbeispiels
erläutert.
Die in der Lenksäule
auftretenden Schwingungen werden von der Nabe 1 über das
Skelett 4 an die Unterschale 6 weitergegeben.
Dadurch schwingt die Unterschale 6 mit einer bestimmten
Frequenz und Amplitude. Die Unterschale 6 leitet diese
Schwingungen in das Dämpfungselement 8 weiter,
welches mit der gleichen Frequenz und Amplitude schwingt. Diese Schwingungen
werden an die Oberschale 7 weitergeleitet, wobei aufgrund
der Trägheit
der Oberschale, die Schwingungen gedämpft werden. D.h. die Schwingungen
haben bei gleicher Frequenz eine geringere Amplitude als die Ausgangsschwingungen. Aufgrund
der Trägheit
der Oberschale 7 schwingen die beiden Schalen 6, 7 mit
unterschiedlichen Amplituden und führen eine Relativbewegung zueinander aus.
Die gedämpften
Schwingungen der Oberschale 7 werden über das Dämpfungselement 8 wieder
auf die Unterschale 6 übertragen,
wodurch die Schwingungen des gesamten Kerns 5 abklingen.
Das Dämpfungselement 8 verringert
somit die Vibrationen an der Lenkradoberfläche 12.
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In 3 ist
ein Schnitt durch den Lenkradkranz 2 zwischen zwei Speichen 3 entlang
der Schnittlinie III-III gemäß 1 dargestellt. 3 unterscheidet sich von 2 dadurch, daß keine
Speiche 3 dargestellt ist. Der Lenkradkranz 2 umfaßt an dieser
Schnittstelle den Kern 5, bestehend aus den Schalen 6, 7 und
dem zwischen diesen angeordneten Dämpfungselement 8,
sowie die Schaumschicht 11 mit einer Lenkradoberfläche 12.
Das Dämpfungselement 8 erstreckt
sich bei dieser Ausführungsform zwischen
den Schalen 6, 7 einstückig über den gesamten Lenkradkranz 2.
Die Form des Dämpfungselements 8 ist
in dieser Ausführungsform
ringförmig und
der bestehende Raum zwischen den bei den Schalen 6, 7 ist
vollständig
ausgefüllt.
Selbstverständlich
kann das Dämpfungselement 8 auch
partiell im Lenkradkranz 2 ausgebildet sein. Die einzelnen Teile
des Dämpfungselements 8 sind
dann beabstandet voneinander angeordnet.
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In 4 ist
ein Schnitt durch den Lenkradkranz 2 einer weiteren Ausführungsform
im Verbindungsbereich zwischen Lenkradkranz 2 und Speiche 3 entlang
der Schnittlinie IV-IV gemäß 1 dargestellt. In diesem
Schnitt ist, wie in 2,
ein Skelett 4 einer Speiche 3 und ein Kern 5 dargestellt.
Der Kern 5 hat einen kreisförmigen Querschnitt und weist
einen Trägerkörper 10 und
eine Außenschale 13 auf. Der
Trägerkörper 10 hat
im dargestellten Ausführungsbeispiel
einen doppel-T-förmigen
Querschnitt und ist mit dem Skelett 4 der Speiche 3 einstückig ausgebildet.
Es sind selbstverständlich
auch andere Querschnitte, wie beispielsweise rechteckig oder kreisförmig, möglich. Zwischen
dem Trägerkörper 10 und
der Außenschale 13 ist
ein Dämpfungselement 8 aus
einem weichen, offenporigen Schaum angeordnet. Es umschließt sowohl
den Trägerkörper 10 als auch
das Skelett 4 und füllt
den bestehenden Hohlraum zwischen Trägerkörper 10 und Außenschale 13 vollständig aus.
Wahlweise kann die Außenschale 13 von
einer Materialschicht umgeben sein, die eine Lenkradoberfläche 12 bildet. Über diese
Materialschicht können,
wie in 2 bereits beschrieben,
sowohl die optischen als auch die haptischen Eigenschaften des Lenkrads
bestimmt werden.
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Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Lösung ist ähnlich wie
bei 2. Die Lenksäule überträgt die Schwingungen über die
Nabe 1 und das Skelett 4 auf den Trägerkörper 10.
Da das Dämpfungselement 8 den
Trägerkörper 10 und
das Skelett 4 vollständig
umschließt
und sich der Trägerkörper 10 und
die Außenschale 13 nicht
direkt berühren,
ist die Außenschale 13 des Lenkradkranzes 2 gänzlich vom
Trägerkörper 10 schwingungsentkoppelt.
Die fühlbaren
Vibrationen an der Lenkradoberfläche 12 werden
durch diese vollständige
Schwingungsentkopplung merklich reduziert. Denkbare Materialien
für das
Dämpfungselement 8 sind
offenporige Schaumstoffe, welche die Schwingungen schlucken und
nicht an die Außenschale 13 weitergeben.
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In 5 ist
ein Schnitt durch den Lenkradkranz 2 zwischen zwei Speichen 3 entlang
der Schnittlinie V-V gemäß 1 dargestellt. 5 unterscheidet sich von 4 dadurch, daß keine
Speiche 3 dargestellt ist. Die Schnittdarstellung zeigt
den Kern 5 bestehend aus dem Trägerkörper 10 und das ihn
umschließende
Dämpfungselement 8,
sowie der Außenschale 13.
Das Dämpfungselement 8 erstreckt sich
bei dieser Ausführungsform
um den Trägerkörper 10 herum über den
gesamten Lenkradkranz z. Bei einer einstückigen Ausbildung ist der Hohlraum zwischen
dem Trägerkörper 10 und
der Außenschale 13 vollständig ausgefüllt. Ist
das Dämpfungselement 8 mehrstückig ausgebildet,
d.h. es befinden sich mehrere beabstandete Dämpfungselemente 8 in dem
Hohlraum zwischen dem Trägerkörper 10 und der
Außenschale 13,
können
die Abstände
beispielsweise mit einem anderen Schaum ausgefüllt werden oder auch als Hohlräume bestehen
bleiben. Die Außenschale 13 ist
von einer Materialschicht umgeben, die die Lenkradoberfläche 12 bildet.
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In 6 ist
ein Schnitt durch den Lenkradkranz 2 einer weiteren Ausführungsform
im Verbindungsbereich zwischen Lenkradkranz 2 und Speiche 3 entlang
der Schnittlinie VI-VI gemäß 1 dargestellt. Wie in den 2 und 4 sind in diesem Schnitt ein Kern 5 und
ein Skelett 4 einer Speiche 3 dargestellt. Der
Kern 5 ist kreisförmig
und weist einen Trägerkörper 10,
ein Dämpfungselement 8 und
eine Außenschale 13 auf.
Der Trägerkörper 10 hat
einen kreisförmigen
Querschnitt und ist an das Skelett 4 der Speiche 3 angeschweißt.
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Um die Außenschale 13 montieren
zu können,
besteht sie aus zwei Teilen, einem Außenschalenteil 13', welches auf
der einem Fahrer zugewandten Seite des Lenkradkranzes 2 angeordnet
ist, und einem Außenschalenteil 13'', welches auf der dem Fahrer abgewandten
Seite des Lenkradkranzes 2 angeordnet ist. Die bei den Außenschalenteile 13', 13'' überlappen sich im äußeren Bereich
des Lenkradkranzes 2, wodurch ein kaum fühlbarer Übergang
geschaffen wird. Zur Befestigung der Außenschale 13 an dem
Skelett 4 der Speiche 3 sind in die Außenschalenteile 13', 13'' Bohrungen 15', 15'' eingebracht, die zur Aufnahme
eines Verbindungsteils 16 dienen. Das Skelett 4 weist
eine entsprechende Bohrung 14 auf. Das Verbindungsteil 16 erstreckt
sich durch die Bohrungen 15', 15'' und 14. Damit eine vollständige Schwingungsentkopplung
zwischen Skelett 4 und Außenschale 13 gewährleistet
ist, befinden sich in der Bohrung 15 im Skelett 4 ein
Dämpfungsring 17 und
eine Abstandshülse 18.
Der Dämpfungsring 17 und
die Abstandshülse 18 stellen
sicher, daß die
beiden Außenschalenteile 13', 13'' bei der Fixierung am Skelett 4 nicht
das Skelett 4 direkt berühren, so daß die Schwingungen des Skeletts 4 nicht
unmittelbar auf die Außenschale 13 übertragen
werden, sondern schwingungsentkoppelt sind.
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Zwischen den beiden Außenschalenteilen 13', 13'' und dem Trägerkörper 10 befindet sich
das Dämpfungselement 8.
Es besteht aus einem offenporigen Schaum und füllt den im Lenkradkranz 2 bestehenden
Hohlraum zwischen dem Trägerkörper 10 und
der Außenschale 13 zumindest
teilweise aus. Der offenporige Schaum sorgt dafür, daß die Schwingungen des Skeletts 4 der
Speiche 3 und des Trägerkörpers 10 nicht
auf die Außenschale 13 übertragen werden,
sondern vom Material geschluckt werden.
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Aus Komfortgründen ist das Skelett 4 der Speiche 3 mit
einer Schaumschicht 11 überzogen. Die
Schaumschicht 11 ist von der Außenschale 13 beabstandet
angeordnet, so daß ein
Spalt 19 entsteht, um eine direkte Schwingungsübertragung
innerhalb der Speiche 3 zu vermeiden. Die beiden Außenschalenteile 13', 13'' sind von einer Materialschicht
umgeben, die eine Lenkradoberfläche 12 bildet.
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Es ist auch denkbar, den bestehenden
Hohlraum zwischen den beiden Außenschalenteilen 13', 13'' und dem Skelett 4 der
Speiche 3 vollständig
bis zum Spalt 19 mit dem Dämpfungselement 8 auszu füllen, wie
es in 7 dargestellt
ist. Bei dieser Ausführungsform
ist kein Verbindungselement notwendig. Das Dämpfungselement 8 wird
bei diesem Ausführungsbeispiel
zur Fixierung im Lenkradkranz 2 mit dem Skelett 4 der
Speiche 3 verklebt und sorgt dafür, daß sich die Außenschale 13 und
das Skelett 4 nicht berühren
und die Schwingungen des Trägerkörpers 10 und
des Skeletts 4 nicht auf die Außenschale 13 übertragen
werden.