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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Träger zum Befestigen eines Displays für ein Fahrzeug, auf ein Kombiinstrument sowie auf ein Verfahren zum Herstellen eines Kombiinstruments.
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In einem Fahrzeug werden einem Fahrer des Fahrzeugs Informationen durch Fahrzeuginstrumente dargestellt.
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Die
DE 296 06 943 U1 beschreibt dazu beispielsweise einen Tachometer für Kraftfahrzeuge.
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Aus der
DE 10 2011 079 216 A1 ist ein Träger für ein Displaymodul und Anzeigevorrichtung mit einem derartigen Träger bekannt.
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Aus der
DE 10 2010 005 485 A1 ist ein Trägerteil bekannt, welches zur Aufnahme eines Fahrzeugdatenanzeigegeräts mit integriertem Navigations- oder Radiogerät dient, welches in einer Instrumententafel eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Träger zum Befestigen eines Displays für ein Fahrzeug, ein Kombiinstrument sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Kombiinstruments gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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In einem Fahrzeug steht eine Vielfalt an Informationen bereit, die einem Fahrer des Fahrzeugs dargestellt werden kann. Durch eine Darstellung auf einem grafischen Display können die Informationen je nach Fahrsituation unterschiedlich dargestellt werden.
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Um ein solches Display sicher und torsionsfrei mit dem Fahrzeug zu verbinden, kann das Display statisch bestimmt über drei, im Dreieck angeordnete Punkte gelagert werden. Die drei Punkte können über eine, mit Rippen versteifte Struktur mit Befestigungspunkten am Fahrzeug verbunden werden.
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Es wird ein Träger zum Befestigen eines Displays für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei der Träger die folgenden Merkmale aufweist:
- eine mechanische Displayschnittstelle, die einen ersten Aufnahmepunkt für ein erstes Befestigungselement des Displays, einen zweiten Aufnahmepunkt für ein zweites Befestigungselement des Displays und einen dritten Aufnahmepunkt für ein drittes Befestigungselement des Displays aufweist, wobei der erste Aufnahmepunkt, der zweite Aufnahmepunkt und der dritte Aufnahmepunkt im Dreieck angeordnet sind;
- eine mechanische Fahrzeugschnittstelle, die einen ersten Befestigungspunkt zum Verbinden des Trägers mit einem Fahrzeugteil des Fahrzeugs, einen zweiten Befestigungspunkt zum Verbinden des Trägers mit dem Fahrzeugteil und einen dritten Befestigungspunkt zum Verbinden des Trägers mit dem Fahrzeugteil aufweist, wobei der erste Befestigungspunkt, der zweite Befestigungspunkt und der dritte Befestigungspunkt im Dreieck angeordnet sind; und
- eine verrippte Tragwerksstruktur, die zwischen den Befestigungspunkten angeordnet ist und die Befestigungspunkte mechanisch steif miteinander verbindet, wobei die Tragwerkstruktur als Gitter von Hauptlastpfaden und Nebenlastpfaden ausgebildet ist und die Aufnahmepunkte auf der Tragwerksstruktur angeordnet sind.
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Unter einem Träger kann ein tragendes Bauteil verstanden werden. Ein Display kann ein Bildschirm sein. Der Träger ist dazu ausgebildet, als Adapter zwischen Befestigungselementen des Displays und Aufnahmepunkten am Fahrzeug eingebaut zu werden. Das Fahrzeug kann insbesondere ein Straßenfahrzeug sein. Ein Befestigungselement kann ein Gewinde zum Aufnehmen einer Schraube sein. Ein Aufnahmepunkt kann eine Durchgangsbohrung für die Schraube sein. Das Befestigungselement kann auch ein Rastelement sein, das dazu ausgebildet ist, in der Durchgangsbohrung zu verrasten. Die Aufnahmepunkte können je eine Anlagefläche für das Display aufweisen. Die Anlagefläche kann im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Tragwerkstruktur ausgerichtet sein. Die verrippte Tragwerksstruktur kann Rippen aufweisen, die quer zu der Haupterstreckungsebene der Tragwerksstruktur angeordnet sind. Die Rippen sind dazu ausgebildet, die Tragwerksstruktur quer zu der Haupterstreckungsrichtung zu versteifen. Hauptlastpfade und Nebenlastpfade können vorausberechnete Kraftflusslinien von erwarteten Belastungen auf den Träger sein. Die Rippen können an den Hauptlastpfaden und Nebenlastpfaden ausgerichtet sein. Die Rippen können insbesondere Belastungsknoten der Tragwerkstruktur verbinden. Aufnahmepunkte und Befestigungspunkte sind als wichtige Belastungsknoten mit mehr Rippen verbunden, als nebengeordnete Belastungsknoten. Das Gitter der Rippen kann im Wesentlichen dreieckige Grundelemente ausbilden, wobei die dreieckigen Grundelemente durch weitere Rippen in Polyeder unterteilt sein können. In der Haupterstreckungsebene kann sich eine Platte erstrecken. Die Rippen können beidseitig an der Platte ausgebildet sein.
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Die Fahrzeugschnittstelle kann zumindest einen weiteren Befestigungspunkt zum Verbinden des Trägers mit dem Fahrzeugteil aufweisen. Durch einen weiteren Befestigungspunkt kann eine Resonanzfrequenz des Trägers über einem vorbestimmten Grenzwert gehalten werden.
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Die Tragwerksstruktur kann aus einem technischen Kunststoff ausgeführt sein. Ein technischer Kunststoff kann ein organisches Polymer sein. Durch Verwendung des technischen Kunststoffs kann der Träger korrosionsbeständig und leicht sein.
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Die Tragwerksstruktur kann als Spritzgussteil ausgeführt sein. Ein Spritzgussteil kann in weiten Bereichen frei gestaltet werden, um Materialien des Kunststoffs optimal nutzen zu können.
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Der Träger kann zumindest eine Aufnahmeeinrichtung zum Befestigen zumindest einer Leiterplatte aufweisen. Die Aufnahmeeinrichtung kann auf einer der Displayschnittstelle gegenüberliegenden Seite der Tragwerksstruktur angeordnet sein. Durch weitere Aufnahmeeinrichtungen kann der Träger mit weiteren Komponenten vormontiert werden. Durch die Vormontage kann das Display als vollständig funktionsbereite Einheit im Fahrzeug verbaut werden.
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Die Tragwerksstruktur kann zumindest von einer Aussparung durchbrochen ausgeführt sein. Die Aussparung kann außerhalb der Hauptlastpfade und Nebenlastpfade angeordnet sein. Durch eine Aussparung kann Material eingespart werden. Durch die Aussparung kann der Träger leicht und steif ausgeführt werden.
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Die Tragwerksstruktur kann eine Freisparung für die Aufnahme einer Lüfterbaugruppe aufweisen, wobei die Freisparung eine Schräge aufweist. Die Schräge kann so ausgebildet sein, dass sie der gezielten Luftführung zum Display dient.
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Die Tragwerkstruktur kann einen fahrzeugübergreifend einheitlichen Kernbereich und einen fahrzeugspezifischen Randbereich aufweisen. Die Displayschnittstelle kann im Kernbereich angeordnet sein. Die Fahrzeugschnittstelle kann im Randbereich angeordnet sein. Der fahrzeugspezifische Randbereich kann durch wechselbare Einsätze für ein Werkzeug hergestellt werden. Dadurch können Werkzeugkosten gespart werden, da für verschiedene Fahrzeuge das gleiche Grundwerkzeug verwendet werden kann.
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Der Kernbereich der Tragwerkstruktur kann eine Außenkontur des Displays nachbilden. Der Kernbereich kann einen schützenden Rand ausbilden, der um das Display umlaufend ausgebildet ist. Durch den Rand kann das Display vor Beschädigungen geschützt werden.
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Das Dreieck der Befestigungspunkte und das Dreieck der Aufnahmepunkte können gleich ausgerichtet sein. Durch gleich ausgerichtete Dreiecke können die Hauptlastpfade sehr kurz gehalten werden und der Träger insgesamt leicht ausgeführt werden.
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Die Aufnahmepunkte zwischen der Trägerplatte und dem Display-Modul können als Schraubpunkte ausgeführt sein. Die Schraubpunkte können in einem Dreieck angeordnet sein, dessen Höhe und Breite annähernd einer Höhe und Breite des Display-Moduls entspricht. Durch Schraubpunkte, die möglichst weit außen am Display angeordnet sind, kann eine größtmögliche Stützbreite für das Display erreicht werden.
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Weiterhin wird ein Kombiinstrument zum Einbau in verschiedene Instrumententafeln unterschiedlicher Fahrzeuge vorgestellt, wobei das Kombiinstrument die folgenden Merkmale aufweist:
- einen Träger gemäß dem hier vorgestellten Ansatz, wobei die Fahrzeugschnittstelle fahrzeugspezifisch ausgeführt ist und dazu ausgebildet ist, mit Aufnahmen der Instrumententafel verbunden zu werden;
- ein Display, das ein erstes Befestigungselement, ein zweites Befestigungselement und ein drittes Befestigungselement aufweist, wobei das erste Befestigungselement mit dem ersten Aufnahmepunkt verbunden ist, das zweite Befestigungselement mit dem zweiten Aufnahmepunkt verbunden ist und das dritte Befestigungselement mit dem dritten Aufnahmepunkt verbunden ist;
- einen Frontrahmen, der das Display umrandet und mit dem Träger verbunden ist;
- eine Leiterplatte, die auf einer, dem Display gegenüberliegenden Seite des Trägers angeordnet ist und mechanisch mit dem Träger verbunden ist, wobei die Leiterplatte mit dem Display elektrisch verbunden ist; und
- eine Rückwand, die die Leiterplatte umschließt und mit dem Träger und/oder mit dem Frontrahmen verbunden ist.
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Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen eines Kombiinstruments für ein spezifisches Fahrzeug gemäß dem hier vorgestellten Ansatz vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Bereitstellen eines Trägers gemäß dem hier vorgestellten Ansatz, wobei die Fahrzeugschnittstelle spezifisch für das Fahrzeug ausgeführt ist, Bereitstellen eines fahrzeugunspezifischen Displays mit einem ersten, zweiten und dritten Befestigungselement, Bereitstellen einer fahrzeugunspezifischen Leiterplatte mit einer elektrischen Schnittstelle und einer mechanischen Aufnahme, Bereitstellen eines Frontrahmens und einer fahrzeugunspezifischen Rückwand; und Verbinden des Displays mit dem Träger, wobei das erste, zweite und dritte Befestigungselement des Displays mit dem ersten, zweiten und dritten Aufnahmepunkt des Trägers mechanisch verbunden werden, Verbinden der Leiterplatte mit dem Träger, wobei die mechanische Aufnahme auf einer dem Display gegenüberliegenden Seite des Trägers mechanisch mit dem Träger verbunden wird und die elektrische Schnittstelle elektrisch mit dem Display verbunden wird, Verbinden des Frontrahmens mit dem Träger, wobei der Frontrahmen über das Display gestülpt wird und Verbinden der Rückwand mit dem Träger, wobei die Rückwand über die Leiterplatte gestülpt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Kombiinstrument gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Trägers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine Darstellung eines Trägers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 4 eine Explosionsdarstellung eines Kombiinstruments gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Kombiinstruments gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 6 eine schematische Darstellung eines Trägers mit vier Befestigungspunkten gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
- 7 eine schematische Darstellung eines Trägers für zwei Displays gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Kombiinstrument 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Kombiinstrument 102 ist in einer Instrumententafel 104 des Fahrzeugs 100 eingebaut. Die Instrumententafel 104 kann als Armaturenbrett bezeichnet werden. Die Instrumententafel 104 ist ein Fahrzeugteil. Das Kombiinstrument 102 ist auf einer, dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Seite der Instrumententafel 104 angeordnet. Das Kombiinstrument 102 weist einen Träger 106 gemäß dem hier vorgestellten Ansatz auf. Weiterhin weist das Kombiinstrument 102 ein Display 108 auf, das auf einer dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Seite des Trägers 106 mit drei Punkten an dem Träger 106 befestigt ist. Der Träger 106 ist mit der Instrumententafel 104 verbunden. Der Träger 106 hält das Kombiinstrument 102 an seinem vorgesehenen Platz in der Instrumententafel 104.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Träger 106 als eine steife, gegen von außen einwirkende Kräfte und Verformungen unempfindliche Trägerplatte 106 zur Aufnahme eines Displaymoduls 108 ausgeführt. Anstelle das Display 108 an vier oder mehr Punkten mit einer Magnesiumplatte oder einem Reflektor zu verschrauben, kann das Display über eine 3-Punkt-Lagerung befestigt werden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Trägerplatte 106 über topologische Optimierungen auf maximale Steifigkeit und Gewichtsminimierung ausgelegt. Die für die Aufnahme der auftretenden Kräfte erforderlichen Haupt- und Nebenlastpfade sind als Tragwerksstruktur ausgebildet. Alle übrigen, statisch nicht relevanten Bereiche sind ausgespart. Für eine torsionsunempfindliche Anbindung des Displays 108 weist der Träger 106 eine 3-Punkt-Lagerung auf. Durch Verwendung eines Kunststoffs mit vergleichbarem Wärmeausdehnungskoeffizienten verhält sich die Trägerplatte 106 bei Temperaturschwankungen ähnlich wie das zu befestigende Display 108. Dadurch werden die Temperaturspannungen auf ein Minimum reduziert. Die Trägerplatte 106 kann in unterschiedlichen Fahrzeugen 100 mit verschiedenen Befestigungsstellen in der I-Tafel 104 eingesetzt werden. Die innere Struktur der Trägerplatte 106 ist in sich abgeschlossen und ermöglicht durch Wechseleinsätze im Werkzeug eine flexible Anpassung an die Fahrzeuggegebenheiten.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Trägers 106 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Träger 106 ist dazu ausgeformt, wie in 1 ein Display für ein Fahrzeug zu befestigen. Der Träger 106 weist eine mechanische Displayschnittstelle 200, eine mechanische Fahrzeugschnittstelle 202 und eine verrippte Tragwerksstruktur 204 auf. Die mechanische Displayschnittstelle 200 weist einen ersten Aufnahmepunkt 200a für ein erstes Befestigungselement des Displays, einen zweiten Aufnahmepunkt 200b für ein zweites Befestigungselement des Displays und einen dritten Aufnahmepunkt 200c für ein drittes Befestigungselement des Displays auf. Der erste Aufnahmepunkt 200a, der zweite Aufnahmepunkt 200b und der dritte Aufnahmepunkt 200c sind im Dreieck angeordnet. Die mechanische Fahrzeugschnittstelle 202 weist einen ersten Befestigungspunkt 202a zum Verbinden des Trägers 106 mit einem Fahrzeugteil des Fahrzeugs, einen zweiten Befestigungspunkt 202b zum Verbinden des Trägers 106 mit dem Fahrzeugteil und einen dritten Befestigungspunkt 202c zum Verbinden des Trägers 106 mit dem Fahrzeugteil auf. Der erste Befestigungspunkt 202a, der zweite Befestigungspunkt 202b und der dritte Befestigungspunkt 202c sind im Dreieck angeordnet. Die verrippte Tragwerksstruktur 204 ist zwischen den Befestigungspunkten 202 angeordnet und verbindet die Befestigungspunkte 200 mechanisch steif miteinander. Die Tragwerkstruktur 206 ist als Gitter von Hauptlastpfaden und Nebenlastpfaden ausgebildet. Die Aufnahmepunkte 200 sind auf der Tragwerksstruktur 204 angeordnet.
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Mit anderen Worten zeigt 2 eine Trägerplatte 106 mit Tragwerksstruktur 204, 3-Punktaufhängung 200 und fahrzeugspezifischen Befestigungselementen 202.
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Durch die Dreipunktaufhängung 200 führen die Kräfte und Verformungen, die beim Einbau des Anzeigeinstruments in das Fahrzeug und während des Betriebes auftreten, nicht oder nur minimal zu einer Verformung am Display (Mura-Effekt). Die 3-Punkt-Aufhängung ermöglicht eine weitgehend torsionsunempfindliche Befestigung des Displays.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Tragwerksstruktur 204 aus einem technischen Kunststoff ausgeführt. Die Wärmeausdehnung des technischen Kunststoffs beträgt dabei 20-30 µm/mK. Das entspricht etwa einem Magnesium-Druckguss Teil, das 25 µm/mK aufweist. Die Tragwerksstruktur kann alternativ aus Magnesium gefertigt werden. Gegenüber Magnesium kann mit dem technischen Kunststoff eine monetäre Einsparung von ca. 25 % -30 % erreicht werden. Der technische Kunststoff ist gegenüber Magnesium bei vergleichbarer Dichte deutlich günstiger.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Tragwerksstruktur 204 aus PPS (Polyphenylensulfid). Insbesondere kann die Tragwerkstruktur 204 aus Tedur, Ryton oder DIC hergestellt sein. Durch den Einsatz eines technischen Kunststoffs wie PPS, der einen vergleichbaren Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, wie eine Rückwand des zu befestigenden Displays aus Mg-Druckguss werden Spannungen infolge Wärmedehnung reduziert.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Tragwerksstruktur 204 mit Fasern verstärkt ausgeführt. Die Tragwerksstruktur 204 kann beispielsweise mit Glasfasern oder Kohlefasern verstärkt sein. Insbesondere kann die Tragwerksstruktur 204 mit 40 % bis 60 % Faseranteil verstärkt sein.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der Kunststoff der Tragwerksstruktur 204 mit Mineralien insbesondere Hohlglaskugeln verstärkt. Durch Hohlglaskugeln kann eine Gewichtsreduktion von 10 % bis 15 % erreicht werden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Tragwerksstruktur 204 als Spritzgussteil ausgeführt. In einer Ausheberichtung weisen die Rippen der Tragwerksstruktur 204 eine Aushebeschräge zwischen einem und drei Grad auf. Zusätzlich entfallen mechanische Nachbearbeitungen (z. B. Fräsen) und Nachreinigungen. Ein Kunststoffspritzteil ermöglicht eine große Gestaltungsfreiheit.
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In einem Ausführungsbeispiel weist der Träger 106 zumindest eine Aufnahmeeinrichtung zum Befestigen zumindest einer Leiterplatte auf. Die Aufnahmeeinrichtung ist auf einer der Displayschnittstelle 200 gegenüberliegenden Seite der Tragwerksstruktur 204 angeordnet. Durch die Aufnahmeeinrichtung fungiert der Träger als zentrale Einheit des Displays bzw. Kombiinstruments. Zur Montage des Displays im Fahrzeug ist es lediglich notwendig, den Träger mit dem Fahrzeugteil, insbesondere der Instrumententafel zu verschrauben, um das komplette Kombiinstrument zu verbauen. Die Trägerplatte 106 wird gleichzeitig zur Aufnahme und/oder Befestigung der Leiterplatten und Designelemente vor dem Display eingesetzt, wodurch der Träger 106 eine Systemträger-Funktion übernimmt.
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In einem Ausführungsbeispiel ist das Dreieck der Befestigungspunkte 202 und das Dreieck der Aufnahmepunkte 200 gleich ausgerichtet. Das Dreieck der Aufnahmepunkte 200 ist so ausgeführt, dass eine möglichst lange Basislinie zwischen dem ersten Aufnahmepunkt 200a und dem zweiten Aufnahmepunkt 200b quer zu einer Hauptbelastungsrichtung ausgerichtet ist. Im Fahrzeug ist die Basislinie an einer Aufstandsfläche des Fahrzeugs ausgerichtet, um die Gewichtskraft des Kombiinstruments ideal auf das Fahrzeug zu übertragen. Die Basislinie zwischen dem ersten Befestigungspunkt 202a und dem zweiten Befestigungspunkt 202b ist ebenso quer zu der Hauptbelastungsrichtung ausgerichtet. Die Basislinie ist in der Darstellung unten angeordnet.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der erste Aufnahmepunkt 200a der Displayschnittstelle 200 dazu ausgebildet, das erste Befestigungselement in drei Raumrichtungen zu fixieren, der zweite Aufnahmepunkt 200b dazu ausgebildet, das zweite Befestigungselement in zwei Raumrichtungen zu fixieren und der dritte Aufnahmepunkt 200c dazu ausgebildet, das dritte Befestigungselement in einer Raumrichtung zu fixieren. Raumrichtungen können mit einem Fahrzeugkoordinatensystem übereinstimmen. Die Raumrichtungen können auch gegenüber dem Fahrzeugkoordinatensystem verkippt sein. Die Raumrichtungen können orthogonal zueinander angeordnet sein. Der erste Aufnahmepunkt 200a kann eine zylindrische Bohrung mit Anlagefläche aufweisen. Der zweite Aufnahmepunkt 200b kann beispielsweise als Langloch mit Anlagefläche ausgeführt sein. Der dritte Aufnahmepunkt 200c kann eine, um einen Toleranzbereich vergrößerte Bohrung mit Anlagefläche aufweisen.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der erste Aufnahmepunkt 200a der Displayschnittstelle 200 dazu ausgebildet, das erste Befestigungselement in zwei Raumrichtungen zu fixieren, der zweite Aufnahmepunkt 200b dazu ausgebildet, das zweite Befestigungselement in zwei Raumrichtungen zu fixieren und der dritte Aufnahmepunkt 200c dazu ausgebildet, das dritte Befestigungselement in zwei Raumrichtungen zu fixieren.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der erste Befestigungspunkt 202a der Fahrzeugschnittstelle 202 dazu ausgebildet, den Träger 106 in drei Raumrichtungen am Fahrzeug zu fixieren, der zweite Befestigungspunkt 202b dazu ausgebildet, den Träger 106 in zwei Raumrichtungen am Fahrzeug zu fixieren und der dritte Befestigungspunkt 202c dazu ausgebildet, den Träger 106 in einer Raumrichtung am Fahrzeug zu fixieren. Der erste Befestigungspunkt 202a kann funktional aufgeteilt sein. Beispielsweise kann der erste Befestigungspunkt 202a eine erste Tasche aufweisen, die eine erste Anlagefläche zum Fixieren in einer ersten Raumrichtung und eine zweite Anlagefläche zum Fixieren in einer zweiten Raumrichtung aufweist. In räumlicher Nähe dazu kann eine dritte Anlagefläche zum Fixieren in einer dritten Raumrichtung angeordnet sein. Die dritte Anlagefläche kann eine Bohrung zum Verschrauben des Trägers 106 an der dritten Anlagefläche aufweisen. Der zweite Befestigungspunkt 202b kann eine zweite Tasche mit einer zweiten Anlagefläche zum Fixieren in der dritten Raumrichtung aufweisen. Die erste Raumrichtung kann unfixiert bleiben. In räumlicher Nähe zu der zweiten Tasche kann eine dritte Anlagefläche zum Fixieren in der dritten Raumrichtung angeordnet sein. Die dritte Anlagefläche kann eine Bohrung zum Verschrauben des Trägers 106 an der dritten Anlagefläche aufweisen. Der dritte Befestigungspunkt 202c kann eine dritte Anlagefläche mit einer Bohrung zum Verschrauben des Trägers 106 an der dritten Anlagefläche aufweisen. Die erste und zweite Raumrichtung können unfixiert sein.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der erste Befestigungspunkt 202a der Fahrzeugschnittstelle 202 dazu ausgebildet, den Träger 106 in zwei Raumrichtungen am Fahrzeug zu fixieren, der zweite Befestigungspunkt 202b dazu ausgebildet, den Träger 106 in zwei Raumrichtungen am Fahrzeug zu fixieren und der dritte Befestigungspunkt 202c dazu ausgebildet, den Träger 106 in zwei Raumrichtungen am Fahrzeug zu fixieren. Die Schnittstellen 200, 202 sind statisch bestimmt ausgeführt und sind in allen sechs Freiheitsgraden fixiert.
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3 zeigt eine Darstellung eines Trägers 106 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Träger 106 weist eine Dicke von ca. 8 mm, eine Breite von ca. 310 mm und eine Höhe von ca. 136 mm auf. Der Träger 106 entspricht im Wesentlichen dem Träger in 2.
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Aufgrund der FEM-technischen Auslegung der inneren, abgeschlossenen, tragenden Struktur 204 können die Fahrzeugbefestigungspunkte 202 räumlich und geometrisch in Grenzen frei angeordnet werden. Durch die Beschränkung auf die tragenden Strukturen 204 ist eine geringe Bauhöhe senkrecht zur Displayebene umsetzbar.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Fahrzeugschnittstelle 202 zumindest einen weiteren Befestigungspunkt 300 zum Verbinden des Trägers 106 mit dem Fahrzeugteil auf. Der weitere Befestigungspunkt 300 ist zwischen dem ersten Befestigungspunkt 202a und dem zweiten Befestigungspunkt 202b angeordnet. Der weitere Befestigungspunkt 300 ist damit auf der Basislinie des Dreiecks angeordnet. Der weitere Befestigungspunkt 300 reduziert eine frei schwingfähige Länge der Verbindungslinie zwischen dem ersten Befestigungspunkt 202a und dem zweiten Befestigungspunkt 202b. Damit kann eine Resonanzfrequenz des Trägers 106 oberhalb eines Grenzwerts eingestellt werden. Die erste Eigenfrequenz ist hier größer 100Hz.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Tragwerksstruktur 204 zumindest von einer Aussparung 302 durchbrochen ausgeführt. Die Aussparung 302 ist außerhalb der Hauptlastpfade und Nebenlastpfade angeordnet. Hier weist der Träger vier Aussparungen 302 auf. Die Aussparungen 302 reduzieren einen Materialeinsatz für den Träger 106 und ermöglichen ein geringes Gesamtgewicht des Trägers 106. Durch die Tragwerksstruktur 204 wird eine hohe Steifigkeit bei gleichzeitig gewichtsoptimiertem Materialeinsatz erreicht. Nur die für die Belastung erforderlichen Strukturen werden realisiert.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Tragwerksstruktur 204 eine Freisparung 304 für die Aufnahme einer Lüfterbaugruppe auf. Die Freisparung 304 weist eine Schräge 306 für die gezielte Kühlluftzufuhr zum Display auf. Der Durchbruch 304 weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Der Durchbruch 304 ist außerhalb der Hauptlastpfade und Nebenlastpfade angeordnet. Der Durchbruch 304 ist an einem seitlichen Rand des Trägers 106 angeordnet. Die Schräge 306 weist eine geringere Breite auf, als der Durchbruch 304. Die Schräge 306 ist zu einer Mitte des Trägers 106 ausgerichtet.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Tragwerkstruktur 204 einen fahrzeugübergreifend einheitlichen Kernbereich 308 und einen fahrzeugspezifischen Randbereich 310 auf. Die Displayschnittstelle 200 ist im Kernbereich 308 angeordnet und die Fahrzeugschnittstelle 202 ist im Randbereich 310 angeordnet. Der Randbereich 310 ragt auf gegenüberliegenden Seiten des Trägers 106 über den Kernbereich 308 über. Der Kernbereich 308 ist als fahrzeugübergreifendes Gleichteil ausgeführt. Die Befestigungselemente 202 zum Fahrzeug sind fahrzeugspezifisch ausgeführt. Die Schnittstelle 200 zur Befestigung des Displays ist als 3-Punkt-Aufnahme ausgeführt.
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In einem Ausführungsbeispiel bildet der Kernbereich 308 der Tragwerkstruktur 204 eine Außenkontur des Displays nach. Der Kernbereich 308 weist eine, im Wesentlichen rechteckige Form auf. Zwei Ecken des Kernbereichs 308 sind abgeschrägt. Die abgeschrägten Ecken sind in der Darstellung oben angeordnet. Der Kernbereich 308 weist durch die Abschrägung eine lange Kante und eine gegenüberliegende kurze Kante auf. Die lange Kante ist an einer Achse zwischen dem ersten Befestigungspunkt 202a und dem zweiten Befestigungspunkt 202b ausgerichtet. Die lange Kante ist in der Darstellung unten angeordnet. Die fahrzeugspezifische Fahrzeugschnittstelle 202 ist im Randbereich 310 an der langen Kante und der kurzen Kante angeordnet. Der erste Befestigungspunkt 202a und der zweite Befestigungspunkt 202b sind an gegenüberliegenden Enden der langen Kante angeordnet. Der dritte Befestigungspunkt 202c ist in der Mitte der kurzen Kante angeordnet.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der Träger 106 als im Wesentlichen ebene Trägerplatte mit einer steifen, verrippten Struktur 204 ausgeführt. Der Träger 106 wird direkt über Befestigungselemente 202 zum Fahrzeug in der Fahrzeug-I-Tafel befestigt. Der Träger 106 trägt direkt oder indirekt alle anderen Elemente des Kombiinstruments. Speziell das Display-Modul wird an 3 Punkten 200 direkt mit dieser Trägerplatte 106 verbunden, bevorzugt durch Schrauben. Durch die drei Punkte 200 werden sicher Torsionsbeanspruchungen des Display-Moduls vermieden. Torsion könnte zu Performance-Einschränkungen am Display (Mura-Effekt) führen. Die Trägerplatte 106 ist zur Gewichtsersparnis durchbrochen ausgeführt. Die Trägerplatte 106 ist im Spritzgussverfahren aus Glas- oder Carbonfaser-verstärktem Kunststoff hergestellt.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Trägerplatte 106 im Druckgussverfahren aus einer Aluminium oder Magnesiumlegierung hergestellt.
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4 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Kombiinstruments 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Kombiinstrument 102 ist dazu ausgebildet, in verschiedene Instrumententafeln unterschiedlicher Fahrzeuge einbaubar zu sein. Das Kombiinstrument 102 weist einen Träger 106, ein Display 108, einen Frontrahmen 400, eine Leiterplatte 402 und eine Rückwand 404 auf. Der Träger 106 ist gemäß dem hier vorgestellten Ansatz ausgeführt. Die Fahrzeugschnittstelle 202 ist fahrzeugspezifisch ausgeführt. Die Fahrzeugschnittstelle 202 ist dazu ausgebildet, mit Aufnahmen der Instrumententafel verbunden zu werden. Das Display 108 weist ein erstes Befestigungselement, ein zweites Befestigungselement und ein drittes Befestigungselement auf. Das erste Befestigungselement ist mit dem ersten Aufnahmepunkt verbunden. Das zweite Befestigungselement ist mit dem zweiten Aufnahmepunkt verbunden. Das dritte Befestigungselement ist mit dem dritten Aufnahmepunkt verbunden. Der Frontrahmen 400 umrandet das Display 108 und ist mit dem Träger 106 verbunden. Die Leiterplatte 402 ist auf einer, dem Display 108 gegenüberliegenden Seite des Trägers 106 angeordnet und mechanisch mit dem Träger 106 verbunden. Die Leiterplatte 402 ist mit dem Display 108 elektrisch verbunden. Die Rückwand 404 umschließt die Leiterplatte 402 und ist mit dem Träger 106 und/oder mit dem Frontrahmen 400 verbunden. Die Elektronik-Leiterplatte 402 direkt mit der Trägerplatte 106 verschraubt. Die Schraubpunkte zwischen der Trägerplatte 106 und dem Display-Modul 108 sind in einem Dreieck angeordnet, dessen Höhe und Breite annähernd der Höhe und Breite des Display-Moduls 108 entspricht.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der Frontrahmen 400 fahrzeugspezifisch ausgeführt und an einen Ausschnitt der Instrumententafel angepasst. Der Frontrahmen 400 ist dazu ausgebildet, unmittelbar oberhalb einer Lenksäule des Fahrzeugs angeordnet zu werden. Damit ist das Kombiinstrument dazu ausgebildet, wichtige Fahrzeugdaten, wie beispielsweise eine Fahrzeuggeschwindigkeit darzustellen.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Leiterplatte 402 mehrteilig ausgeführt und weist einen Kühlkörper und einen Lüfter für Leistungsbauteile auf der Leiterplatte 402 auf. Die Leiterplatte 402 ist über Flachbandkabel mit dem Display 108 verbunden.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Rückwand 404 Lüftungsschlitze zum Abführen von Verlustwärme des Displays 108 und der Elektronik auf der Leiterplatte 402 auf.
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In einem Ausführungsbeispiel ist das Kombiinstrument 102 als frei programmierbares Kombiinstrument (FPK) 102 mit Tragstruktur 106 ausgeführt. Die Rückwand 404 ist als Grundplatte ausgeführt. Das Kombiinstrument 102 ist mittels Schrauben verbunden. Das Kombiinstrument 102 kann als Zentraldisplay für ein Kraftfahrzeug verwendet werden.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Herstellen eines Kombiinstruments für ein spezifisches Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 500 weist einen Schritt 502 des Bereitstellens und einen Schritt 504 des Verbindens auf. Im Schritt 502 des Bereitstellens wird ein Träger gemäß dem hier vorgestellten Ansatz bereitgestellt. Die Fahrzeugschnittstelle ist spezifisch für das Fahrzeug ausgeführt. Weiterhin wird ein fahrzeugunspezifisches Display mit einem ersten, zweiten und dritten Befestigungselement bereitgestellt. Ferner wird eine fahrzeugunspezifische Leiterplatte mit einer elektrischen Schnittstelle und einer mechanischen Aufnahme bereitgestellt. Ebenso werden ein Frontrahmen und eine fahrzeugunspezifische Rückwand bereitgestellt. Der Frontrahmen kann fahrzeugspezifisch sein. Im Schritt 504 des Verbindens wird das Display mit dem Träger verbunden. Das erste, zweite und dritte Befestigungselement des Displays werden mit dem ersten, zweiten und dritten Aufnahmepunkt des Trägers mechanisch verbunden. Weiterhin wird die Leiterplatte mit dem Träger verbunden. Die mechanische Aufnahme wird auf einer dem Display gegenüberliegenden Seite des Trägers mechanisch mit dem Träger verbunden. Die elektrische Schnittstelle wird elektrisch mit dem Display verbunden. Ferner wird der Frontrahmen mit dem Träger verbunden. Der Frontrahmen wird über das Display gestülpt. Ebenso wird die Rückwand mit dem Träger verbinden. Die Rückwand wird über die Leiterplatte gestülpt.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines Trägers 106 mit vier Befestigungspunkten 202 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Träger 106 entspricht im Wesentlichen dem Träger in 2. Zusätzlich weist der Träger 106 einen vierten Befestigungspunkt 202d auf. Die vier Befestigungspunkte 202 sind dabei trapezförmig angeordnet, wobei eine kürzere Seite des Trapezes in der Darstellung oben angeordnet ist und eine längere Seite des Trapezes in der Darstellung unten angeordnet ist. Das Dreieck der Aufnahmepunkte 200 ist mittig auf dem Träger 106 ausgerichtet und eine Grundlinie des Dreiecks ist an der langen Seite des Trapezes ausgerichtet.
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Mit anderen Worten zeigt 6 eine Befestigung an einer I-Tafel in Trapez-Anordnung.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines Trägers 106 für zwei ähnliche Displays 108 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Displays 108 weisen hier gleiche äußere Abmessungen auf. Die Displays können auch unterschiedliche Abmessungen bzw. Befestigungsgeometrien aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel entspricht der Träger 106 im Wesentlichen dem Träger in 6. Zusätzlich weist der Träger 106 eine weitere mechanische Displayschnittstelle 700 für das weitere Display auf. Die weitere mechanische Displayschnittstelle 700 ist der Displayschnittstelle 200 ähnlich. Die weitere Displayschnittstelle 700 weist einen weiteren ersten Aufnahmepunkt 700a für ein erstes Befestigungselement des weiteren Displays 108, einen weiteren zweiten Aufnahmepunkt 700b für ein zweites Befestigungselement des weiteren Displays 108 und einen weiteren dritten Aufnahmepunkt 700c für ein drittes Befestigungselement des weiteren Displays 108 auf. Der weitere erste Aufnahmepunkt 700a, der weitere zweite Aufnahmepunkt 700b und der weitere dritte Aufnahmepunkt 700c sind im Dreieck angeordnet. Die Displayschnittstelle 200 und die mechanische Displayschnittstelle 700 sind nebeneinander angeordnet. Grundlinien der Dreiecke sind an der langen Seite des Trapezes ausgerichtet.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der Träger 106 als Trägerplatte 106 für mehrere Displays 108 ausgebildet.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
