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Die Erfindung betrifft einen Multifunktionsrahmen zur Anbringung an einer Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs. Sie betrifft weiterhin ein Bausatz-System aus vorgefertigten Modulbauteilen für die Herstellung eines solchen Multifunktionsrahmens und ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen, modular aufgebauten Multifunktionsrahmen.
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Heutige Kraftfahrzeuge weisen häufig im Frontbereich, aber auch im Heckbereich, Sensoren für Fahrassistenzsysteme auf, die in Bezug auf die Karosseriestruktur des Fahrzeugs exakt positioniert sein müssen. Derartige Sensoren sind beispielsweise Ultraschallsensoren, Radarsensoren (z.B. MRR oder FRR), Lidarsensoren oder bildgebende Kameras. Diese Sensoren sind üblicherweise in einem Multifunktionsrahmen angebracht, der - vormontiert mit den Sensoren und gegebenenfalls mit Reinigungseinrichtungen für die Sensoren - an die Fertigungslinie angeliefert und dort an der Karosseriestruktur des in der Fertigung befindlichen Kraftfahrzeugs angebaut wird. Da dieser mit den Sensoren versehene Multifunktionsrahmen prinzipbedingt sehr nahe an der vorderen beziehungsweise hinteren Begrenzung des Fahrzeugs vorgesehen sein muss, ist er im späteren Fahrzugbetrieb bei Kollisionen beschädigungsgefährdet. Auf einigen Märkten, zum Beispiel in den USA, existieren Vorschriften (z.B. US 49 CFR Part 581 - Bumper Standard) nach denen ein Fahrzeug bei Kollisionen mit geringen Geschwindigkeiten keine irreversible Beschädigung erfahren darf.
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Es ist bekannt, derartige Multifunktionsrahmen - wie einen Stoßfänger - mittels energieabsorbierend wirkender reversibler Dämpfungselemente an der Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs anzubringen. Da ein solcher Multifunktionsrahmen deutlich komplexer ist als ein Stoßfänger, ist es aufwändig, für jeden neuen Fahrzeugtyp oder bei jedem Facelift einen neuen Multifunktionsrahmen zu entwickeln und entsprechende Fertigungswerkzeuge bereitzustellen. Insbesondere bei kleinen Fahrzeugserien im Sportwagenmarkt und im Luxussegment wirken sich diese Kosten gegenüber Großserienfahrzeugen überproportional in den Gesamtkosten aus.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Multifunktionsrahmen anzugeben, der auch für Kleinserien zu vertretbaren Kosten herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Ein Multifunktionsrahmen zur Anbringung an einer Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs im Bereich der Fahrzeugfront oder des Fahrzeughecks, wobei der Multifunktionsrahmen Aufnahmen für Sensoren aufweist und wobei der Multifunktionsrahmen Befestigungsmittel aufweist mit denen er mittels zumindest eines in Fahrzeuglängsrichtung reversibel energieabsorbierend wirkenden Dämpfungselements an der Karosseriestruktur anbringbar ist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der Multifunktionsrahmen modular aufgebaut ist und ein Sensorrahmenmodul zur Aufnahme der Sensoren sowie als Befestigungsmittel zumindest ein Befestigungsmodul aufweist, das am Sensorrahmenmodul anbringbar ist und das mit der Karosseriestruktur verbindbar ist, wobei das Dämpfungselement in dem zumindest einen Befestigungsmodul, in der Karosseriestruktur oder zwischen dem zumindest einen Befestigungsmodul und der Karosseriestruktur vorgesehen ist.
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Durch die modulare Bauweise ist es möglich, das wegen der zahlreichen Aufnahmen für die Sensoren und gegebenenfalls auch für deren Reinigungseinrichtungen kostenintensiv herzustellende Sensorrahmenmodul in größerer Stückzahl als Gleichteil für unterschiedliche Fahrzeugtypen vorzusehen, sodass dafür nur einmal die Werkzeugkosten anfallen. Die individuelle Anpassung an einen speziellen Fahrzeugtyp erfolgt dann nur noch über das zumindest eine Befestigungsmodul, das wesentlich weniger komplex ist und dessen Herstellungswerkzeug daher kostengünstig zu fertigen ist.
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Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale des erfindungsgemäßen Multifunktionsrahmens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 7.
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Von Vorteil ist es, wenn das Sensorrahmenmodul um eine in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Schwenkachse schwenkbar an der Karosseriestruktur gelagert ist und wenn zumindest ein unteres und/oder oberes Befestigungsmodul vorgesehen ist. Das Sensorrahmenmodul kann so bei einem Anprall (beispielsweise in Höhe des Stoßfängers) durch Verschwenkung ausweichen und das zumindest eine untere und/oder obere Befestigungsmodul koppelt das Sensormodul mittels des zumindest einen reversibel energieabsorbierend wirkenden Dämpfungselements an die Karosseriestruktur an.
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Vorzugsweise ist das Sensorrahmenmodul dabei im Bereich seiner Oberseite um eine in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Schwenkachse schwenkbar an der Karosseriestruktur gelagert und es ist zumindest ein unteres Befestigungsmodul vorgesehen. Alternativ kann das Sensorrahmenmodul in seinem - in vertikaler Z-Richtung betrachtet - mittleren Bereich (mit einem unteren und/oder oberen Befestigungsmodul) oder im Bereich seiner Unterseite (mit einem oberen Befestigungsmodul) um eine in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Schwenkachse schwenkbar an der Karosseriestruktur gelagert sein.
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Besonders von Vorteil ist es, wenn zumindest ein linkes Befestigungsmodul an der linken Seite des Sensorrahmenmoduls und zumindest ein rechtes Befestigungsmodul an der rechten Seite des Sensorrahmenmoduls anbringbar ist. Hierdurch ist eine Abstützung sowohl der rechten Seite als auch der linken Seite des Sensorrahmenmoduls an der Karosseriestruktur möglich, wodurch eine gleichmäßigere Krafteinleitung vom Sensorrahmenmodul in die Karosseriestruktur erzielt wird.
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Alternativ zur schwenkbaren Anbringung des Sensorrahmenmoduls an der Karosseriestruktur kann ein linkes oberes Befestigungsmodul an der oberen linken Seite des Sensorrahmenmoduls und ein linkes unteres Befestigungsmodul an der unteren linken Seite des Sensorrahmenmoduls sowie zumindest ein rechtes oberes Befestigungsmodul an der oberen rechten Seite des Sensorrahmenmoduls und ein rechtes unteres Befestigungsmodul an der unteren rechten Seite des Sensorrahmenmoduls anbringbar sein, wobei jedes der Befestigungsmodule mittels zumindest eines energieabsorbierend wirkenden Dämpfungselements an die Karosseriestruktur ankoppelbar ist. Das Sensorrahmenmodul weist dazu für jedes Befestigungsmodul Anbringungsmittel auf. Diese bevorzugte Variante ermöglicht eine großflächigere Abstützung des Sensorrahmenmoduls an der Karosseriestruktur und ist auch für Kollisionen geeignet, die auch oberhalb der Stoßfängerhöhe auf das Kraftfahrzeug einwirken. Selbstverständlich ist diese Variante nicht auf nur vier seitliche Befestigungsorte für die Befestigungsmodule beschränkt; es können vielmehr auch mehr als jeweils zwei seitliche Befestigungsmodule oder auch jeweils zumindest ein zusätzliches oberes und unteres Befestigungsmodul vorgesehen und am Sensorrahmenmodul anbringbar sein, wozu ebenfalls entsprechende Anbringungsmittel am Sensorrahmenmodul vorgesehen sind.
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Vorzugsweise ist auch zumindest ein Höhenausgleichsmodul vorgesehen, das an der Oberseite des Sensorrahmenmoduls anbringbar ist. Alternativ kann das zumindest eine Höhenausgleichsmodul auch an der Unterseite des Sensorrahmenmoduls anbringbar sein. Auch ist es möglich, zumindest ein erstes Höhenausgleichsmodul an der Oberseite und zumindest ein zweites Höhenausgleichsmodul an der Unterseite des Sensorrahmenmoduls vorzusehen und jeweils dort anzubringen. Mittels eines derartigen Höhenausgleichsmoduls (oder mehrerer Höhenausgleichsmodule) kann ein sich oberhalb oder unterhalb eines standardisierten Sensorrahmenmoduls ergebender Vertikalabstand zu einem oberen beziehungsweise unteren Karosseriestrukturbauteil (z.B. einem Schlossträger oder einem oberen beziehungsweise unteren Kühlerrahmensteg), beispielsweise bei Fahrzeugen mit einer höher gelegenen Fronthaube (z.B. SUVs), ausgeglichen werden. Die Höhenausgleichsmodule und das zumindest eine Sensorrahmenmodul eines Bausatz-Systems aus vorgefertigten Modulbauteilen für die Herstellung eines Multifunktionsrahmens sind so miteinander kombinierbar, dass der Höhenunterschied der unterschiedlichen Fahrzeuge, für die ein solches Bausatz-System vorgesehen ist, im Anbringungsbereich des Multifunktionsrahmens zueinander ausgeglichen werden kann.
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Von Vorteil ist es auch, wenn das Sensorrahmenmodul zumindest einen Kühlluft-Durchlass aufweist, der, vorzugsweise mittels Luftklappen oder Lamellen, verschließbar ist.
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Schließlich ist die Erfindung auch gerichtet auf ein Bausatz-System aus vorgefertigten Modulbauteilen für die Herstellung eines der vorbeschriebenen Multifunktionsrahmen, mit zumindest einem Sensorrahmenmodul und unterschiedlichen Sätzen von mit diesem Sensorrahmenmodul verbindbaren Befestigungsmodulen, wobei die Befestigungsmodule eines jeden Satzes an eine eigenständige Karosseriestruktur angepasst oder anpassbar sind. Ein solches Baukasten-System ermöglicht es insbesondere, Kleinserien mit einem standardisierten Sensorrahmenmodul auf kostengünstige Weise herzustellen. Aber auch für Großserien ist ein solches Baukasten-System geeignet, insbesondere wenn innerhalb einer Fahrzeugbaureihe unterschiedliche Karosserievarianten (z.B. Limousine, Coupe, Cabriolet, Roadster, Kombi) hergestellt werden.
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Dabei ist es besonders von Vorteil, wenn zusätzlich auch ein Satz unterschiedlicher Höhenausgleichsmodule vorgesehen ist, wobei das zumindest eine Höhenausgleichsmodul eines jeden Satzes an eine eigenständige Karosseriestruktur, beispielsweise einer Karosserievariante, angepasst oder anpassbar ist.
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Weiterhin ist die Erfindung auch gerichtet auf ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem erfindungsgemäßen Multifunktionsrahmen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben und erläutert.
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Es zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines teilweise geschnittenen Vorderwagens eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Multifunktionsrahmen;
- 2 den Multifunktionsrahmen aus 1 mit einer Lamellenanordnung zur Kühlluftsteuerung und
- 3 einen Baukasten mit einem Sensorrahmenmodul, mehreren Befestigungsmodulen und mehreren Höhenausgleichsmodulen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 in einer perspektivischen Ansicht schräg von vorne mit einem teilweise aufgeschnitten dargestellten Vorderwagen. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Kraftfahrzeugkarosserie 10 mit einer äußeren Karosseriehaut 11 und einer inneren Karosseriestruktur 12 auf. Die Karosseriehaut 11 weist eine Frontmaske 13 auf, die in ihrem oberen Bereich einen Kühlergrill 14 und in ihrem unteren Bereich eine Stoßfängerverkleidung 15 aufweist, die einen vorderen Stoßfänger 16 abdeckt.
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Unmittelbar hinter der Frontmaske 13 ist ein Multifunktionsrahmen 2 vorgesehen, dessen Hauptbestandteil ein Sensorrahmenmodul 20 ist, das mit Aufnahmen für diverse Sensoren von Fahrassistenzsystemen versehen ist. Das Sensorrahmenmodul 20 weist einen umlaufenden Rahmen 21 mit einer oberen Querstrebe 22, einer unteren Querstrebe 23, einer (in Fahrtrichtung F) linksseitigen Vertikalstrebe 24 und einer rechtsseitigen Vertikalstrebe 25 auf. In der Mitte des umlaufenden Rahmens 21 ist eine die obere Querstrebe 22 und die untere Querstrebe 23 verbindende mittlere Trägeranordnung 26 zur Aufnahme diverser Sensoren vorgesehen; beispielhaft ist hier eine Aufnahme 27 für einen Radarsensor eines Abstandsregelungssystems gezeigt. Links und rechts der Trägeranordnung 26 ist jeweils ein Kühlluft-Durchlass 28, 29 innerhalb des umlaufenden Rahmens 21 ausgebildet. Eine linke Diagonalstrebe 28' stützt den oberen Bereich der Trägeranordnung 26 gegen den unteren Bereich der linksseitigen Vertikalstrebe 24 ab und eine rechte Diagonalstrebe 29' stützt den oberen Bereich der Trägeranordnung 26 gegen den unteren Bereich der rechtsseitigen Vertikalstrebe 25 ab
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Das Sensorrahmenmodul 20 ist mit Hilfe von Befestigungsmodulen 31, 32, 33, 34; 35, 36, 37, 38, 39 einer Befestigungsanordnung 3 an der Karosseriestruktur 12 angebracht, von denen in 1 nur die oberen Befestigungsmodule 31, 32, 33 gezeigt sind; untere Befestigungsmodule 34, 35 sind in dieser Darstellung nicht sichtbar. Es können zusätzlich oder alternativ auch seitliche Befestigungsmodule 36, 37, 38, 39 (3) vorgesehen sein. Zwischen dem Sensorrahmenmodul 20 und der Karosseriestruktur 12 sind (in 1 nicht dargestellte) Dämpfungselemente 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 einer stoßabsorbierenden Aufprallschutzanordnung 4 vorgesehen. Die Dämpfungselemente 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 sind in Fahrzeuglängsrichtung reversibel energieabsorbierend ausgebildet und beispielsweise von hydraulischen Pralldämpfern oder von elastisch komprimierbaren Kunststoffschaumkörpern gebildet. Das jeweilige Dämpfungselement 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 ist üblicherweise zwischen einem Befestigungsmodul 31, 32, 33, 34; 35, 36, 37, 38, 39 und der Karosseriestruktur 12 vorgesehen, es kann aber auch selbst das jeweilige Befestigungsmodul bilden oder in ein Befestigungsmodul integriert sein.
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Beim Anprall des Kraftfahrzeugs 1 mit geringer Geschwindigkeit gegen ein Hindernis, wobei zumindest ein Teil des Hindernisses auf das Sensorrahmenmodul 20, beispielsweise auf dessen untere Querstrebe 23, trifft, wird der Multifunktionsrahmen 2 nach hinten verschoben, wobei die betroffenen Dämpfungselemente 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 komprimiert werden. Die Dämpfungselemente 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 nehmen dabei die Stoßenergie des Anpralls auf und verhindern eine Verformung der Karosseriestruktur 12 und auch des Sensorrahmenmoduls 20. Nach einer vorgegebenen Zeit, beispielsweise nach 30 Minuten, haben sich die reversiblen Dämpfungselemente 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 wieder in ihre nicht komprimierte Ausgangsstellung zurückverformt, wobei sie das Sensorrahmenmodul 20 ebenfalls wieder in seine definierte Ausgangsstellung zurückbewegt haben. Eine Neujustierung der am Sensorrahmenmodul 20 des Multifunktionsrahmens 2 angebrachten Sensoren ist daher nicht erforderlich.
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2 zeigt den Multifunktionsrahmen 2 aus 1, wobei die Kühlluft-Durchlässe 28, 29 mit verstellbaren Lamellen 50, 51, 52, 53 einer Lamellenanordnung 5 zur Kühlluftsteuerung versehen sind. Die Lamellen 50, 51, 52, 53 sind in 2 in ihrer geschlossenen Stellung dargestellt. Die jeweiligen Lamellen 50, 51, 52, 53 sind am Sensorrahmenmodul 20 schwenkbar gelagert.
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3 zeigt beispielhaft eine Modulübersicht eines erfindungsgemäßen Baukasten- oder Bausatz-Systems aus vorgefertigten Modulbauteilen für die Herstellung eines Multifunktionsrahmens 2 mit einem Sensorrahmen 20; es können auch mehrere unterschiedliche Sensorrahmen Bestandteile des Bausatz-Systems sein. Der jeweilige Sensorrahmen weist (nicht dargestellte) standardisierte Anbringungsmittel (z.B. Bolzen, Gewindebohrungen, Anlageflächen etc.) auf, an denen jeweils ein zugeordnetes Befestigungsmodul 31, 32, 33, 34; 35, 36, 37, 38, 39 anbringbar ist, wozu die Befestigungsmodule ebenfalls mit entsprechenden (nicht dargestellten) ersten Montagemitteln versehen sind, die mit den Anbringungsmitteln verbindbar sind. Die Befestigungsmodule 31, 32, 33, 34; 35, 36, 37, 38, 39 weisen jeweils auch (ebenfalls nicht dargestellte) zweite Montagemittel auf, mit denen die Befestigungsmodule 31, 32, 33, 34; 35, 36, 37, 38, 39 mit einem zugeordneten Dämpfungselement 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 mechanisch verbindbar sind, die ihrerseits mit der Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs 1 mechanisch verbindbar sind. Die jeweiligen Befestigungsmodule 31, 32, 33, 34; 35, 36, 37, 38, 39 können innerhalb des Bausatz-Systems in unterschiedlichen Varianten vorgesehen sein, wobei jede Variante einem Kraftfahrzeugtyp und insbesondere einem Karosserietyp zugeordnet ist. Auf diese Weise kann ein und derselbe Sensorrahmentyp mittels der jeweils passenden Variante der Befestigungsmodule an unterschiedliche Karosserietypen angebaut werden.
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In 3 sind schematisch auch zwei unterschiedlich ausgebildete Höhenausgleichsmodule 17, 18 dargestellt, die jeweils alternativ an der oberen Querstrebe 22 des Sensorrahmenmoduls 20 befestigbar sind und mit denen Höhenunterschiede zwischen unterschiedlichen Karosseriestrukturen ausgeglichen werden können. Beispielsweise können dazu obere Befestigungsmodule 31, 32, 33 an einem Höhenausgleichsmodul 17, 18 anstatt an der oberen Querstrebe 22 des Sensorrahmenmoduls 20 angebracht werden.
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Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, das lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dient. Im Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die Vorrichtung kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche darstellen.
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Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Multifunktionsrahmen
- 3
- Befestigungsanordnung
- 4
- Aufprallschutzanordnung
- 5
- Lamellenanordnung
- 10
- Kraftfahrzeugkarosserie
- 11
- Karosseriehaut
- 12
- Karosseriestruktur
- 13
- Frontmaske
- 14
- Kühlergrill
- 15
- Stoßfängerverkleidung
- 16
- vorderer Stoßfänger
- 17
- erstes Höhenausgleichsmodul
- 18
- zweites Höhenausgleichsmodul
- 20
- Sensorrahmenmodul
- 21
- umlaufender Rahmen
- 22
- obere Querstrebe
- 23
- untere Querstrebe
- 24
- linksseitige Vertikalstrebe
- 25
- rechtsseitige Vertikalstrebe
- 26
- mittlere Trägeranordnung
- 27
- Aufnahme für einen Radarsensor
- 28
- linker Kühlluft-Durchlass
- 29
- rechter Kühlluft-Durchlass
- 28'
- linke Diagonalstrebe
- 29'
- rechte Diagonalstrebe
- 31
- oberes linkes Befestigungsmodul
- 32
- oberes mittleres Befestigungsmodul
- 33
- oberes rechtes Befestigungsmodul
- 34
- unteres linkes Befestigungsmodul
- 35
- unteres rechtes Befestigungsmodul
- 36
- linkes oberes Befestigungsmodul
- 37
- linkes unteres Befestigungsmodul
- 38
- rechtes oberes Befestigungsmodul
- 39
- rechtes unteres Befestigungsmodul
- 41
- oberes linkes Dämpfungselement
- 42
- oberes mittleres Dämpfungselement
- 43
- oberes rechtes Dämpfungselement
- 44
- unteres linkes Dämpfungselement
- 45
- unteres rechtes Dämpfungselement
- 46
- linkes oberes Dämpfungselement
- 47
- linkes unteres Dämpfungselement
- 48
- rechtes oberes Dämpfungselement
- 49
- rechtes unteres Dämpfungselement
- 50
- Lamelle
- 51
- Lamelle
- 52
- Lamelle
- 53
- Lamelle
- F
- Fahrtrichtung
- y
- Fahrzeugquerrichtung
