CAD Heute
Konzeptionierung, Entwicklung und Produktests mit CAD
(IINews) - Computer-aided design (kurz CAD) ist aus dem heutigen Arbeitsablauf von Technikern, Ingenieuren und Wissenschaftlern nicht mehr weg zu denken. Vor etwa 20 Jahren galt der Computer lediglich als Hilfe beim manuellen technischen Zeichnen. Außerdem waren die meisten Programme auf zwei Dimensionen beschränkt. Ende der 90er Jahre hielt die 3. Dimension in vielen Programmen Einzug. Die Software wurde schneller und bot immer mehr nützliche Funktionen, wie z.B. das Rendering, womit ein fotorealistisches Abbild des Endprodukts erzeugt werden konnnte. Mittlerweile können sowohl elektronische Schaltungen als auch mechanische Komponenten komplett per CAD entwickelt und auf Funktion geprüft werden. Es gibt für jeden Industriezweig das richtige Programm.
Die Vorteile von CAD liegen auf der Hand. Anstatt kostspielige Prototypen anzufertigen und aufwendige Versuchsumgebungen aufzubauen, können die meisten Produkte am Computer konstruiert und gestaltet sowie ausgiebig getestet werden. Der Workflow wird mit den entsprechenden Programmen zudem erheblich verbessert. So können mehre Personen effektiv gemeinsam an einem Projekt arbeiten. Sämtliche Änderungen sind stets für alle Beteiligten ersichtlich.
Anhand eines konventionellen Maschinenbauteils soll nun modellhaft der Prozess erläutert werden. Entwickelt, produziert und unter Belastung getestet werden soll ein Ventildeckel, ein Teil eines Verbrennungsmotors. Es beginnt damit, dass Person A ein Vorabdesign erstellt. Sie bestimmt Aussehen, Form, Materialien und Farbe des Teils. Diese Zeichnungen sind nicht zwangsläufig maßhaltig. Etwas zeitversetzt dazu erzeugt Person B ein technisches Konzept, welches nach verfahrenstechnischen Grundlagen gut zu produzieren ist und welches möglichst wenige Ressourcen beansprucht. Person C erstellt detaillierte 3D-Zeichnung, wobei sämtliche Maße sowie der innere Aufbau dem Endprodukt entsprechen. Das Produkt ist nun technisch korrekt konstruiert. Ob es den erforderlichen Belastungen standhält, kann mit dem richtigen Programmen getestet werden. Die sogenannte FEM-Methode (Fenite-Elemente Methode) stellt ein solches Verfahren dar. Die 3D-Zeichnung wird in endlich kleine Elemente aufgeteilt, welche im Einzelnen betrachtet einem ingenieurtechnischen Standardproblem entsprechen. An sogenannten Knotenpunkten werden diese Elemente zusammengeführt. Der Ingenieur muss vorab die Genauigkeit und Art der Einteilung in fenite Elemente bestimmen und ein Belastungsmodell erstellen. Ein Ventildeckel beispielsweise ist durch die Motortemperatur hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Das Programm kann nun die Belastung durch die Wärmeausdehnung errechnen. Da der Ventildeckel am Ende fest verschraubt wird, müssen diese Randbedingungen (Feste Einspannung) vorher korrekt eingegeben werden. Das Ergebnis kann nun numerisch oder farblich dargestellt werden. An Stellen hoher Materialspannung (hohe Bruchgefahr) verfärbt sich das Objekt rot. An Stellen geringer Spannungen grün bis gelb. Nun kann das Produkt produziert oder nachgebessert werden.
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Datum: 08.10.2012 - 12:55 Uhr
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