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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, ein Instrumententafelmodul
sowie ein Verfahren zu deren Montage.
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Aufgrund
des starken Wettbewerbes in der Automobilindustrie ist es notwendig,
die Konstruktionen so zu optimieren, dass eine schnelle Montage
im Automobilwerk möglich
ist. Hierbei sollte allerdings die Qualität der Kraftfahrzeuge gesichert
sein und auch die Einbaubedingungen für die Arbeiter gut sein. Insbesondere
bei immer komplexer werdenden Kraftfahrzeugen kann dies allerdings
problematisch sein.
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Speziell
bei Kraftfahrzeugen mit so genannten Head-Up-Displays (HUD) ist dies problematisch. Diese
Head-Up-Displays
projizieren wichtige Fahrinformationen wie z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit
oder Motordrehzahl direkt auf die Windschutzscheibe, so dass diese
Informationen vom Fahrer im Nahbereich abgelesen werden können, ohne
den Blick von der Windschutzscheibe abzuwenden.
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Dieses
Zusammenspiel mit der Windschutzscheibe stellt die Fahrzeugkonstrukteure
allerdings vor neue Herausforderungen. Die komplexe Projektionsvorrichtung
muss vorzugsweise bereits vor ihrem Einbau im Zusammenspiel mit
anderen Elektronikkomponenten im Kraftfahrzeug getestet werden können, um
aufwendige Rückbauarbeiten
zu verhindern. Zum anderen sollte eine schnelle und sichere Anbindung
der Projektionsvorrichtung an die Windschutzscheibe ermöglicht werden,
damit sich hier ein wackelfreies Bild, auch bei Fahrzeugvibration,
ergibt.
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Die
US 3 848 974 zeigt ein Head-Up-Display für ein Kraftfahrzeug,
wobei das Head-Up-Display in der Instrumententafel integriert ist.
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Aus
der
US 6 027 088 ist
eine Verbindungsstrebe zwischen Querträger und Windlauf bekannt, die
unter anderem über
eine Ausnehmung im Windlauf verschraubt wird.
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Aus
der
DE 41 05 679 A1 und
der
DE 102 00 890
A1 sind Montageverfahren für Cockpitmodule bekannt, bei
denen die Montage zumindest anteilig mittels Verschraubung vom Motorraum
aus erfolgt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug
mit Head-Up-Display zu schaffen, welches einfach und mit geringster
Fehlerquote montierbar ist. Entsprechendes gilt für das erfindungsgemäße Instrumententafelmodul
bzw. das Verfahren zur Montage des Kraftfahrzeuges, bei dem dieses
Instrumententafelmodul mit einer Fahrzeugkarosserie verbunden wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die Gegenstände der
unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Kraftfahrzeug
enthält
eine Windschutzscheibe, einen unterhalb der Windschutzscheibe verlaufenden
Fensterspriegel sowie ein zumindest be reichsweise über die
Fahrzeugbreite verlaufenden Querträger, wobei der Querträger über mindestens
ein Tragelement mit dem Fensterspriegel des Kraftfahrzeugs verbindbar
ist, wobei im Zwischenraum zwischen Querträger und Fensterspriegel, eine
Projektionsvorrichtung eines Head-up-Displays (HUD) vorgesehen ist
und der Fensterspriegel derartige Ausnehmungen aufweist, dass die
Projektionsvorrichtung des HUD vom Motorraum des Kraftfahrzeugs
aus am Fensterspriegel fixierbar ist.
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Unter ”Fensterspriegel” wird hierbei
der an der Unterkante der Windschutzscheibe vorgesehene (mitunter
auch ”Windlauf” genannte)
Träger
verstanden. Dieser ist in praktisch jedem Kraftfahrzeug vorgesehen
und von dem hierzu bestehenden üblicherweise
zusätzlich
vorgesehenen ”Querträger”, welcher
im Bereich des Fahrzeuginnenraums verläuft, unabhängig.
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Der ”Querträger” kann im
Sinne der vorliegenden Erfindung über die volle Breite des Kraftfahrzeugs
verlaufen oder auch alternativ lediglich über einen Teilbereich verlaufen.
Dieser ist vorzugsweise im fahrerseitigen Bereich, in diesem Falle
kann der Querträger
(als Teil eines so genannten ”Dreifußes”) lediglich
bereichsweise dazu dienen, die Längssäule bzw.
die Pedalerie in diesem Bereich abzustützen, so dass im beifahrerseitigen
Bereich durch den Entfall des Querträgers im dortigen Bereich der
Bauraum flexibler nutzbar ist.
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Zwischen
Fensterspriegel und Querträger
ist die Projektionsvorrichtung eines Head-up-Displays vorgesehen,
welcher ein entsprechendes Bild in die Windschutzscheibe projiziert.
Die Projektionsvorrichtung weist an ihrer dem Querträger abgewandten Seite
(also zum Fensterspriegel hin) eine Befestigungsvorrichtung auf.
Der Fensterspriegel weist wiederum Ausnehmungen auf, so dass vom
Motorraum her (also durch den Fensterspriegel bzw. die Stirnwand
hindurch) eine Fixierung der Projektionsvorrichtung möglich ist.
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Dies
hat für
die Montage gewaltige Vorteile. Ein Instrumententafelmodul kann
mit bereits vormontierter Projektionsvorrichtung versehen werden,
auch die datentechnischen Anschlüsse
können
bereits im Vorfeld vorgesehen und entsprechend geprüft werden.
Das Instrumententafelmodul kann insofern schon fertig mit der Instrumententafelverkleidung versehen
werden, da die abschließende
Fixierung der Projektionsvorrichtung vom Motorraum aus erfolgt.
Hierzu ist es besonders vorteilhaft, dass die Projektionsvorrichtung ”schwimmend” gelagert
ist und die abschließende
feste Fixierung vom Motorraum her lediglich der Definition der Endlage
der Projektionsvorrichtung dient, ohne dass hier zusätzliche Abstimmungsvorgänge notwendig
sind. Hierdurch wird außerdem
gewährleistet,
dass eine feste Fixierung an dem Fensterspriegel vorgesehen wird.
Dieser Fensterspriegel ist ebenfalls mit der Windschutzscheibe fest
verbunden. Dadurch dass beide Komponenten somit ”im Gleichlauf” befestigt
sind bzw. schwingen, wird ein im Wesentlichen rüttelfreies Bild der Projektionsvorrichtung
auf der Windschutzscheibe erzielt.
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Das
erfindungsgemäße Instrumententafelmodul
enthält
also einen zumindest bereichsweise über die Kraftfahrzeugbreite
verlaufenden Querträger,
ein Tragelement zur Anbindung des Querträgers an einen Fensterspriegel
sowie eine im Bereich von Querträger
und Tragelement angebrachte Projektionsvorrichtung eines Head-up-Displays,
wobei an der dem Querträger
abgewandten Seite der Projektionsvorrichtung eine Befestigungsvorrichtung
zur Anbindung der Projektionsvorrichtung an dem Fensterspriegel
vorgesehen ist.
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Diese
Befestigungsvorrichtung kann eine Schnappverbindung etc. sein, vorzugsweise
ist es jedoch eine Schraubenöffnung,
welche ein festes Verschrauben mit dem Fensterspriegel ermöglicht.
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Der
Fensterspriegel ist üblicherweise
als Metallteil ausgeführt.
Alternativ sind selbstverständlich auch
andere stabile Werkstoffe wie glasfaserverstärkte Kunststoffe etc. möglich. Der
Fensterspriegel ist ferner aus Leichtbau- und Stabilitätsgründen als Hohlprofil
ausgeführt.
Hierbei weist der Fensterspriegel üblicherweise Ausnehmungen in
Form von Löchern
auf, welche das ”Überbrücken”des Hohlraums im
Fensterspriegel ermöglichen
und somit eine Anbindung der Projektionsvorrichtung auf der dem
Motorraum abgewandte Seite des Fensterspriegels. Selbstverständlich können diese
Ausnehmungen auch in Form von seitlichen Ausbuchtungen des Fensterspriegels
gegeben sein, wichtig ist lediglich, dass durch diese Ausnehmungen
bzw. Öffnungen eine
feste Verbindung der Projektionsvorrichtung mit dem Fensterspriegel
vom Motorraum aus erfolgen kann.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Montage eines Kraftfahrzeugs wird also eine Kraftfahrzeugkarosserie,
welche unterhalb des Bereichs einer zu montierenden Windschutzscheibe
einen Fensterspriegel enthält,
mit einem Instrumententafelmodul verbunden, welches bereits eine
Projektionsvorrichtung eines HUD enthält. Das Instrumententafelmodul
wird mit dem Fensterspriegel und/oder weiteren Teilen der Karosserie
zunächst
fest verbunden und zusätzlich
die Projektionsvorrichtung des HUD vom Motorraum aus mit dem Fensterspriegel
durch Befestigungsmittel, vorzugsweise Schrauben, fest verbunden.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Querträger vom
Bereich der linken A-Säule des
Kraftfahrzeugs zum Bereich der rechten A-Säule des Kraftfahrzeugs durchgehend
ist. Es ist allerdings alternativ auch möglich, dass der Querträger lediglich bereichsweise
(auch vorzugsweise fahrerseitig) verläuft. Hierbei kann ein so genannter ”Dreifuß” vorgesehen
werden. Dieser bietet einen ”bereichsweisen” Querträger, welcher
beispielsweise der Anbindung von Pedalerie und Lenkrad dient und
welcher seitlich durch Streben an der A-Säule bzw. der Mittelkonsole abgestützt wird.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass zwei Tragelemente
vorgesehen sind, welche den Querträger und den Fensterspriegel
bzw. die darunter liegende Stirnwand verbinden. Diese Tragelemente
sind vorzugsweise plattenförmige
ausgeführt.
Auf diese Weise können
sie leicht mit dem Querträger
verschweißt
bzw. in diesen hineingesteckt werden, eine bereichsweise Abwinklung
der Tragelemente ist ebenfalls leicht vorzusehen. Die Tragelemente
können
außerdem
Ausschnitte zur Aufnahme von Halteplatten aufweisen. Diese ”Halteplatten” können allerdings
auch als integrale Bestandteile der Tragelemente vorgesehen werden.
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Vorzugsweise
weisen die Halteplatte und die Projektionsvorrichtung des HUD komplementäre Ausnehmungen
bzw. hervorstehende Abschnitte auf, welche eine schwimmende Lagerung
der Projektionsvorrichtung ermöglichen.
Beispielsweise können an
der Halteplatte Elastomerblöcke
vorgesehen sein, welche formschlüssig in
schienenmäßige Vertiefungen
der Projektionsvorrichtung eingreifen. Hierdurch ist eine Festlegung
in fünf
Freiheitsgraden (sämtliche Freiheitsgrade
bis auf die Bewegungsrichtung in Schienen-Richtung) möglich. Diese
Schienen-Richtung ist vorzugsweise die in Fahrzeuglängsrichtung orientierte
X-Achse. Die endgültige
Fixierung in der X-Achse erfolgt dann durch die motorraumseitige
Befestigung der Projektionsvorrichtung an dem Fensterspriegel. Durch
die Lagerung auf Elastomerblöcken ist
eine Vibrationsdämpfung
der Projektionsvorrichtung gegeben. Entsprechende Vibrationsdämpfung kann
auch im Bereich der Befestigung der Projektionsvorrichtung zum Fensterspriegel
hin vorgesehen werden.
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Die
Tragelemente können
einerseits am Fensterspriegel und andererseits auch zusätzlich an unterhalb
des Fensterspriegels befindlichen Bauteilen der Karosserie, beispielsweise
einer dort befindlichen Stirnwand oder auch an den A-Säulen der
Kraftfahrzeugkarosserie befestigt werden. Diese Befestigung erfolgt
vorzugsweise über
Vernietung oder Verschraubung. Es ist allerdings auch möglich, hier
eine Verclipsung mit komplementären
Rastelementen vorzusehen. Problematisch hieran ist jedoch, dass
die Fixierung in jedem Falle fest genug sein muss, um einen problemlosen
Dauerbetrieb zu gewährleisten. Von
daher sind vorzugsweise stiftförmige
drehbare Befestigungsmittel (vorzugsweise Schraube oder entsprechende
Drehbolzen) vorzusehen. Vorzugsweise ist der Fensterspriegel auch
als Hohlkörper ausgeführt, welcher
entsprechend fluchtende Öffnungen
zum Durchführen
von stiftförmigen
Befestigungsmitteln aufweist. Hierzu sind vorzugsweise größere Öffnungen
auch zum Motorraum hin gegeben, so dass eine Verschraubung für den Arbeiter
leichter durchzuführen
ist.
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Eine
besondere Weiterführung
des Instrumententafelmoduls sieht vor, dass dieses bereits eine
Instrumententafelverkleidung aufweist, also eine endgültige Montage
der Instrumententafelverkleidung nicht nochmals nachfolgend erfolgen
muss. Wichtig ist lediglich, dass eine Öffnung bzw. Ausnehmung vorgesehen
ist zum Durchleiten eines Lichtstrahls von der Projektionsvorrichtung
des HUD zur Windschutzscheibe hin.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen werden in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Die
Erfindung wird nun anhand mehrerer Figuren erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
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2 und 3 Detailansichten
einer Projektionsvorrichtung eines Head-Up-Displays, und
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4 Einbau
der Projektionsvorrichtung in ein Instrumententafelmodul.
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1 zeigt
eine Rohkarosserie eines Kraftfahrzeugs, wobei zur Trennung von
Kfz-Innenraum 12 und Motorraum 11 eine mit der
Rohkarosserie des Fahrzeugs verschraubbare Stirnwand-Montageplatte 8 gezeigt
ist. Bei der Montage werden eine Lenksäule 13, Pedallerie 14 sowie
eine Projektionsvorrichtung 6 mit einem Querträger bzw.
einer Trägeranordnung
in Form eines ”Dreifußes”, welcher
abschnittsweise einen Querträger 4 enthält und anschließend mit
einer Instrumententa fel 14 verbunden ist, verbunden, wobei
diese Instrumententafel zusätzlich
mit einem Beifahrerairbag 15 versehen wird. Außerdem wird
ein Klimaanlagenmodul 16 mit der Stirnwandmontageplatte
verbunden. Bevor die Stirnwandmontageplatte mit der Rohkarosserie
des Fahrzeugs verschraubt wird, kommt es zu einem Zusammenfügen des
an der Instrumententafel befestigten Elementes mit der Stirnwandmontageplatte,
so dass ein komplettes Instrumententafelmodul in die Rohkarosserie
einsetzbar ist. Nach Einsetzen des Instrumententafelmoduls in die
Rohkarosserie wird dann die Projektionsvorrichtung 6 vom
Motorraum 11 aus mit dem Fensterspriegel 3 verschraubt.
Oberhalb des Fensterspriegels 3 ist eine Windschutzscheibe 2 vorgesehen,
welche ebenfalls zu dem Kraftfahrzeug 1 gehört.
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Im
Folgenden wird näher
auf die Befestigung der Projektionsvorrichtung 6 im Bereich
des Querträgers 4,
von Tragelementen 5 sowie des Fensterspriegels 3 eingegangen.
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2 zeigt
eine Detailansicht des Bereichs der Projektionsvorrichtung 6 vom
Motorraum 11 aus. Zu sehen ist hierbei der Fensterspriegel 3 sowie
die Rückseite
der Stirnwand (bzw. Stirnwandmontageplatte) 8. Auf dieser
Rückseite
sind mehrere Öffnungen 9 zum
Durchführen
von Befestigungskörpern vorgesehen.
Die Öffnungen 9 dienen
hierbei der Durchführung
von Schrauben, welche Tragelemente 5 am Fensterspriegel
bzw. an der Stirnwand 8 fixieren. Zusätzlich sind Öffnungen
vorgesehen, mit welchen eine Verschraubung der Projektionsvorrichtung 6 am
Fensterspriegel 3 erfolgt (diese Öffnungen sind mit den Bezugszeichen 9a bezeichnet).
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Die
Tragelemente 5 (das hintere Tragelement ist durch die Projektionsvorrichtung 6 verdeckt) verbinden
den Querträger 4 also
im verschraubten Zustand mit dem Fensterspriegel 3 bzw.
zusätzlich mit
der Stirnwand 8. Es sei nochmals betont, dass der hier
gezeigte Querträger 4 nur
beispielsweise Teil eines Dreifußes (siehe 1)
sein muss, es ist selbstverständlich
ebenso möglich,
einen durchgehenden Querträger
vorzusehen, welcher von der linken bis zur rechten A-Säule eines
Kraftfahrzeugs verläuft.
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In
der Zusammenschau der Figuren gezeigt ist also ein Kraftfahrzeug 1,
enthaltend eine Windschutzscheibe 2, einen unterhalb der
Windschutzscheibe verlaufenden Fensterspriegel 3 sowie
einen zumindest bereichsweise über
die Fahrzeugbreite verlaufenden Querträger 4, wobei der Querträger über mindestens
ein Tragelement 5 mit dem Fensterspriegel 3 des
Kraftfahrzeugs 1 verbindbar ist, wobei im Zwischenraum
zwischen Querträger
und Fensterspriegel eine Projektionsvorrichtung 6 eines Head-Up-Displays
(HUD) vorgesehen ist und der Fensterspriegel 3 derartige
Ausnehmungen (beispielsweise Öffnungen)
aufweist, dass die Projektionsvorrichtung 6 des HUD vom
Motorraum des Kraftfahrzeugs 1 aus am Fensterspriegel 3 fixierbar
ist.
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3 zeigt
nochmals eine Ansicht des Details aus 2 von der
Fahrzeuginnenraumseite 12 aus. Hierbei ist der Querträger 4 gut
erkennbar, welcher einen Hohlquerschnitt aufweist, und an welchem
die Tragelemente 5 angebracht sind.
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4 zeigt
nun die Reihenfolge des Zusammenbaus im Bereich des in 2 bzw. 3 gezeigten
Details. Dieser Zusammenbau erfolgt bei der Vormontage eines Instrumententafelmoduls.
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Wie
in 4 zu sehen, weist der Querträger 4 zwei mit ihm
verbundene (im vorliegenden Beispiel rechtwinklig abstehende) Tragelemente 5 auf,
zwischen denen die Projektionsvorrichtung 6 des HUD einsteckbar
ist. Die Tragelemente 5 sind hierbei mit dem Querträger 4 fest
verbunden (beispielsweise verschweißt). Die Tragelemente 5 weisen
Ausschnitte auf, in welche nach dem Einlegen der Projektionsvorrichtung 6 Halteplatten 7 jeweils
von den Außenseiten
einbringbar sind. Diese Halteplatten weisen Elastomerblöcke 17a auf,
welche beidseits in korrespondierende und komplementäre Schienen 17b der Projektionsvorrichtung
eingreifen. Die Halteplatten 7 werden sodann mit den Tragelementen 5 verschraubt,
so dass die Projektionsvorrichtung 6 im Wesentlichen fixiert
ist. Mit ”im
Wesentlichen fixiert” ist
gemeint, dass eine minimale Schwingung (welche durch die Elastomerblöcke gedämpft wird)
noch möglich
ist. Außerdem
ist darauf hinzuweisen, dass die Schiene 17b zur rechten
Seite hin offen ist, zur linken Seite hin allerdings einen Absatz
aufweist. Hiermit ist ein Herausrutschen der Projektionsvorrichtung
aus dem vormontierten Instrumententafelmodul also nicht möglich.
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Die
Projektionsvorrichtung 6 kann nach dieser Vormontage bereits
elektrisch mit dem übrigen
Instrumententafelmodul verschaltet werden und bereits messtechnisch überprüft werden,
so dass lediglich die mechanische Anbindung bei der Endmontage notwendig
ist.
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Nach
der in 4 gezeigten Vormontage kann die Endmontage erfolgen.
Hierbei werden zunächst
Schrauben durch die Öffnungen 9 geführt, welche
ein Verschrauben der Tragelemente mit dem Fensterspriegel 3 bzw.
der Stirnwand 8 ermöglichen. Die
hier gezeigten vier Schrauben sind jedoch nur beispielhaft zu verstehen.
Anschließend
erfolgt die Fixierung der Projektionsvorrichtung 6 am Fensterspriegel,
wobei hierbei die Ausnehmungen 9a zur Durchführung der
Schrauben verwendet werden. Auch hier sind die beiden Verschraubungslöcher lediglich
als beispielhafte Anzahl zu verstehen. In jedem Falle sind im Fensterspriegel
fluchtende Öffnungen
vorgesehen, welche ein Durchführen
und rückseitiges
Fixieren der Befestigungsmittel ermöglichen.
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Als
Befestigungsmittel kommen vorzugsweise Schrauben zum Einsatz. Es
ist selbstverständlich allerdings
auch möglich,
entsprechende Drehbolzen, drehbare Hülsen, Nieten oder auch komplementäre Rastelemente
vorzusehen.
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Ein
wichtiger Aspekt ist, dass die in 2 bis 4 gezeigten
Elemente Teil eines vorgefertigten Instrumententafelmoduls sind,
welches mit der Rohkarosserie bzw. dem Fensterspriegel dann in der Endmontage
verbunden wird. Dieses Instrumententafelmodul weist vorzugsweise
bereits eine Instrumententafelverkleidung auf, wobei diese eine Öffnung zum
Durchleiten eines Lichtstrahls von der Projektionsvorrichtung zur
Windschutzscheibe hin aufweist.
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Bei
der entsprechenden Montage wird, wie bereits oben ausgeführt, zunächst das
Instrumententafelmodul, welches die Projektionsvorrichtung enthält, vormontiert
(siehe insbesondere 4) und anschließend das
Modul mit dem Fensterspriegel und/oder weiteren Teilen der Karosserie
fest verbunden und zusätzlich
die Projektionsvorrichtung des HUD vom Motorraum aus mit dem Fensterspriegel durch
Befestigungsmittel verbunden.
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Hierzu
ist besonders wichtig, dass die Projektionsvorrichtung 6 an
ihrer dem Querträger
abgewandten Seite (also vom Innenraum abgewandt) eine Befestigungsaufnahme/Befestigungsvorrichtung
aufweist, welche form- und kraftschlüssig mit dem Fensterspriegel
verbindbar ist durch Eingriff vom Motorraum aus.