Software

Der Trick mit der Ecke

Michael Waldeck, Audi AG, Ingolstadt Dirk Bauschke, Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg

Bild 5: Mit steigenden Qualitätsansprüchen der Kunden wird daher das Bestreben immer größer, die Trennung zwischen den Bauteilen so gering wie möglich zu halten (Quelle: Diplomarbeit Dirk Bauschke).
Das Design eines Fahrzeuges ist für das Markenimage und den Markterfolg von hoher Bedeutung. Da sich moderne Autos technisch immer ähnlicher werden, zählt die Linienführung der Karosserie zu den wichtigsten Unterscheidungsmerkmalen. Sie dient der optischen Abgrenzung von Modellen einer Marke und zu Fahrzeugen anderer Automobilhersteller.

Bei der geometrischen Definition eines Fahrzeuges machen die Eckverrundungen, von denen es an einem Fahrzeug mehrere Hundert geben kann, die Strakerstellung sehr aufwändig. Diese zu automatisieren brächte eine enorme Erleichterung der Arbeit. Deshalb war für Audi die Behandlung der Thematik von Eckverrundungen in der Strakkonstruktion eine Diplomarbeit wert.

Wer sich die Zeit nimmt, die Linien, Reflexionen, Kanten und Lichtverläufe moderner Pkw ganz genau mit den Augen und den Fingern zu erkunden, wird rasch feststellen, dass die Hülle eines Fahrzeuges kunstvoll und komplex ist. Kanten laufen absichtlich ins Nichts oder setzen sich über Leuchten und Stoßfänger bis in den Kotflügel fort. Ein Lichtstrahl, der aufs Fahrzeug trifft, findet sich auf der gesamten Seitenpartie wieder. Ein scheinbar an der C-Säule verlaufender Knick ist bei genauerem Hinsehen eine Lichtkante, die dem Auge des Betrachters folgt. Audi definiert sich sehr stark über das Design. Der Strak hat bei Audi eine Schlüsselaufgabe, denn hier treffen erstmals die teilweise konträren Anforderungen seitens Design und Technik zusammen. Es gilt, die meist sehr anspruchsvollen Designideen technisch machbar umzusetzen. Der Löwenanteil der Strakarbeit besteht aus der Abstimmung zwischen den oftmals konträren Anforderungen der verschiedenen Fachabteilungen, ohne die Designidee aus den Augen zu verlieren. Diese Abstimmarbeit erfordert erfahrungsgemäß mehrere Entwicklungsschleifen im Strakprozess (Bild 1).

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Das Design der Class-A-Flächen steht am Anfang des Entwicklungsprozesses und dringt in immer neue Bereiche des Fahrzeugs vor. Längst werden alle sichtbaren Flächen eines Pkw als Class-A-Flächen ausgeführt. Die Ansprüche steigen jedoch. Seit kurzem wird den so genannten Grauzonen – dazu gehören zum Beispiel Türeinstiegsbereiche oder Kofferraumverkleidungen – immer mehr Bedeutung beigemessen, die nun auch innerhalb des Strakprozesses bearbeitet werden. Zu den großen Herausforderungen im Strak gehören die Verläufe von Highlights (das heißt von Lichtreflexionen, beispielsweise über die ganze Länge des Autos) sowie die Anmutung und der Verlauf von Kanten und Fugen. Ein extrem hoher Arbeitsaufwand steckt in der Erzeugung von Verrundungen und Eckverrundungen. Während es bereits in mehreren CAD-Systemen Möglichkeiten zur automatischen Verrundung gibt, müssen Eckverrundungen wegen ihrer Komplexität bisher manuell erzeugt werden. Eine Automatisierung hierfür würde einen erheblichen Effektivitätsgewinn im Strak bedeuten. Beim Entwurf der Class-A-Flächen gibt es vor allem dort viel zu tun, wo mehrere Freiformflächen beziehungsweise Kanten aufeinander treffen. Dabei handelt es sich um äußerst sensible Flächen, welche bedeutende Auswirkungen auf das Erscheinungsbild einer Form haben. Grundsätzlich gibt es im Interieur wesentlich mehr zu strakende Bauteile als im Exterieur und damit auch mehr Bauteiltrennungen und Ecken. Verschärft wird die Situation im Interieur dadurch, dass unterschiedliche Materialien zum Einsatz kommen, zum Beispiel Holz, Kunststoff, Textilien und Aluminium. Die Außenhaut besteht dagegen hauptsächlich aus Stahl- und Aluminiumlegierungen sowie bei Anbauteilen aus Kunststoff- und Verbundwerkstoffen. Was sich am Claymodell noch darstellen lässt, ist für die meisten Flächenmodellierungssysteme schwierig, insbesondere wenn es darum geht, die Flächen parametrisch zu entwerfen. Eine möglichst hohe Durchdringung der Class-A-Flächenmodellierung mit parametrisch konstruierten und änderbaren Flächen ist wiederum eine Forderung, die aus der Verdichtung der Entwicklungszyklen resultiert. Die wachsende Zahl von Modellen und Derivaten und die immer weiter reichende Kollaboration im Entwicklungsprozess erhöhen dabei den Bedarf an parametrisch konstruierten Flächen. Die Fähigkeiten zum Verrunden von Ecken, die das in Catia integrierte Class-A-Modellierungssystem Icem Shape Design (ISD) besitzt, hat Dirk Bauschke für seine Diplomarbeit an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg in der Technischen Entwicklung bei der AUDI AG untersucht. Das Bild 2 zeigt die im Fahrzeugbau vorkommenden Eckverrundungen.

Die Fahrzeughersteller haben grundsätzlich den Anspruch, eine optisch glatte Außenhaut zu erzielen. Mit jeder Bauteiltrennung wird dieser Eindruck unterbrochen. Mit steigenden Qualitätsansprüchen der Kunden wird daher das Bestreben immer größer, die Trennung zwischen den Bauteilen so gering wie möglich zu halten. Dazu gehören die Fugenmaße, die Verrundungen und die Ecken eines Bauteils. Die Ansprüche an eine Eckverrundung sind ein Spiegelbild der gesamten Strakarbeit. Hier treffen Forderungen aus dem Design, dem Werkzeugbau und vom Gesetzgeber zusammen, die bei der Strakerstellung berücksichtigt werden müssen.

Aufgrund der Komplexität beziehungsweise der Algorithmen in den jeweiligen CAD-Systemen bevorzugen viele Strakkonstrukteure noch den manuellen Aufbau einer Eckverrundung. Allerdings gibt es inzwischen verschiedene Ansätze bei der Gestaltung von Eckverrundungen und ihrer Umsetzung in Software Anwendungen.

Sind bereits Flächen parametrisch konstruiert, so ist es im Änderungsprozess und insbesondere bei Eckverrundungen oft erforderlich, die mit den Parametern verbundene Intelligenz der jeweiligen Fläche zu verwerfen und die Flächen über explizites Konstruieren, also über die Manipulation von Kontrollpunkten der Fläche, zu modellieren. Auf diese Weise entstehen dann Verrundungen mit der gewünschten Stetigkeit und Anmutung, jedoch auf Kosten der Assoziativität der Konstruktion. Das Ziel in der Entwicklung von Class-A-Flächenmodellierungssystemen muss die Unterstützung der parametrisch-assoziativen Konstruktion sein, bei der auch dann, wenn der Strakkonstrukteur mit expliziten Methoden am Datenmodell arbeitet, die Parameter des einzelnen Bauteils sowie die Assoziativität innerhalb der gesamten Baugruppe erhalten bleiben. Ganz konkret dürfen dabei weder die Beziehungen zu den benachbarten Geometrie-Flächen noch die Historie des Bauteils verloren gehen.

Die Untersuchung der Eckverrundungsfähigkeiten von unterschiedlichen Flächenlösungen ergab, dass Icem Shape Design mit einer automatischen Eckverrundung nahezu alle Anforderungen der Strak-Konstrukteure an ein Class-A-Flächenmodellierungssystem erfüllen wird und ihnen somit – als bisher einziges System am Markt – zu einer greifbaren Effizienzsteigerung verhelfen könnte (Bild 4). Welche Vorteile eine durchgehend parametrisch-assoziative Entwicklung von Class-A-Flächen hat, lässt sich so erläutern: In den Eckverrundungen spiegeln sich alle hochwertig aufgebauten Flächen wider. Alle Fehler, die in den Class-A-Flächen gemacht wurden, wird man an den Ecken wiederfinden. Bislang müssen Ecken manuell aufgebaut werden. Bei den vielen Iterationen im Strakprozess kostet das enorm viel Zeit. Eine automatische Eckverrundungsfunktion kann dazu beitragen, die Entwicklungszeit zu verkürzen und die Prozessschritte enger aneinander zu rücken. Das ist ein guter Grund, von der Class-A-Software die entsprechenden parametrisch-assoziativen Funktionen zu erwarten.

Dieser Fachartikel basiert auf einer Diplomarbeit von Dirk Bauschke in Zusammenarbeit mit der Audi AG, Ingolstadt, Abteilung Fahrzeuggeometrie/Strak (I/EK-P2) und der Icem Technologies GmbH, Hannover. Die Diplomarbeit wurde von Prof. Dipl.-Ing. Gerhard Tecklenburg (HAW Hamburg), Dipl.-Ing. (FH) Michael Waldeck (Audi AG) und Dr. Matthias Eck (Icem Technologies GmbH) betreut. -fr-

www.icem.com

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