Konstruktion CAD in Heiligenhafen, Konstruktionen CAD in Heiligenhafen, Schleswig-Holstein

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CAD

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Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig. Für andere Bedeutungen der Abkürzung, siehe CAD (Begriffsklärung)
Ein virtuelles Bauteil in räumlicher (3D) Ansicht (CAD-Programm CATIA)
Arbeitsschritte mit CAD in Zeitraffer im CAD-Programm NX

CAD (von engl. computer-aided design [kəmˈpjuːtə ˈeɪdɪd dɪˈzaɪn], zu Deutsch rechnerunterstütztes Zeichnen, rechnerunterstützter Entwurf oder rechnerunterstützte Konstruktion) bezeichnet ursprünglich die Verwendung eines Computers als Hilfsmittel beim technischen Zeichnen. Die mit Hilfe des Computers angefertigte Zeichnung wird auf dem Bildschirm sichtbar gemacht und kann auf Papier ausgegeben werden.

Inzwischen ist in fast allen CAD-Anwendungen die dritte Dimension (3D) hinzugekommen. Damit bezeichnet CAD auch die Bildung eines virtuellen Modells dreidimensionaler Objekte mit Hilfe eines Computers. Von diesem können die üblichen technischen Zeichnungen abgeleitet und ausgegeben werden. Ein besonderer Vorteil ist, vom bereits virtuell bestehenden dreidimensionalen Objekt eine beliebige räumliche Abbildung zu erzeugen. Durch die mit erfassten Materialeigenschaften können rechnerunterstützte technische Berechnungen (zum Beispiel mit Finite-Elemente-Programmen) unmittelbar anschließen.

CAD hat das Zeichenbrett und viele Routine-Tätigkeiten verdrängt. Betroffen sind alle Zweige der Technik: Architektur, Bauingenieurwesen, Maschinenbau, Elektrotechnik und all deren Fachrichtungen und gegenseitige Kombinationen bis hin zur Zahntechnik. Fertigungsmaschinen für technische Objekte können direkt vom Computer aus angesteuert werden.

CAD wird als Grafikdesign auch dort angewendet, wo ausschließlich Bildhaftes herzustellen ist.

Inhaltsverzeichnis

Am Anfang war CAD lediglich ein Hilfsmittel zum technischen Zeichnen. Der Zusatz 2D wurde erst nötig, als technische Objekte mit Computerhilfe nicht mehr nur gezeichnet, sondern als virtuelle dreidimensionale Körper (3D) behandelt werden konnten.

Mit Hilfe eines sogenannten 2D-CAD-Systems werden genau wie beim Zeichnen von Hand Ansichten und Schnitte in der Regel räumlich ausgedehnter Körper erstellt. Die Zeichnungen werden zuerst auf dem Bildschirm sichtbar gemacht und dann auf Papier geplottet oder gedruckt.

Die vormals von Hand gezeichnete Linie ist auch das Grundelement in einem CAD-System. Daraus bestehen die “vorgefertigten” Basis-Objekte des Systems: Gerade, Kreis, Ellipse, Polylinie, Polygon oder Spline. Die interne Darstellung dieser Objekte ist vektororientiert, das heißt, dass nur ihre Parameter gespeichert werden (zum Beispiel die beiden Endpunkte einer Geraden oder der Mittelpunkt und der Radius eines Kreises). Auf diese Weise ist der Speicherbedarf im Computer klein (Gegenteil: Pixelgraphik). Das Objekt wird aus den wenigen Daten erst bei der Ausgabe erstellt.

Man fügt den Objekten noch wählbare Attribute wie Farbe, Linientyp und Linienbreite hinzu. Mit der Möglichkeit, die Objekte mit sogenannten Werkzeugen zu bearbeiten und die virtuelle Zeichnung zu bemaßen und zu beschriften, sind fast alle Tätigkeiten auf Papier auch im CAD-System ausführbar.[1]

Werkzeuge ermöglichen und erleichtern zum Beispiel das Erzeugen, Positionieren, Ändern und Löschen von Objekten, Zeichnen von Hilfslinien, Finden von ausgezeichneten Punkten der Objekte (zum Beispiel End- und Mittelpunkte von Linien, Mittelpunkte von Kreisen usf.), Zeichnen von Lotrechten, Tangenten und Äquidistanten zu Objekt-Linien und das Schraffieren geschlossener Linienzüge. Die vollständige Bemaßung wird erstellt, nachdem lediglich deren Endpunkte (zum Beispiel ein Längenmaß) oder das Objekt (zum Beispiel ein Bogen für dessen Radius) ausgewählt wurden. Die Genauigkeit der Abmessungen ist ein Vielfaches von denen in einer klassischen Zeichnung. Indirekt erzeugte Maße müssen nicht aufwändig errechnet werden, sie lassen sich aus der CAD-Zeichnung ablesen.

Sich wiederholende Objekte können gleich von Anfang an “in Serie” erzeugt werden. Objekt-Gruppen lassen sich als Ganzes verändern, zum Beispiel strecken oder stauchen oder auch nur proportional vergrößern oder verkleinern.

Ein organisatorisches Hilfsmittel ist die Anfertigung der Zeichnung in Teilen auf verschiedenen Ebenen (Layertechnik). Das entspricht der Anfertigung einer klassischen Zeichnung auf mehren transparenten Papieren, die übereinander gelegt das Ganze darstellen.

Darstellungen von Norm- und Wiederholteilen können in einer Bibliothek abgelegt und von dort wieder bezogen und eingefügt werden. Teilbereiche lassen sich vergrößert darstellen (Zoom), so dass eine geringe Bildschirmauflösung (1600×1200 Pixel sind für CAD-Anwendungen eine geringe Auflösung) nicht hinderlich ist.

Moderne CAD-Systeme haben auch Schnittstellen zur Erweiterung der Funktionalität mittels Makros.

Durch Zeichnen von Linien im Raum lassen sich Körper andeuten. Solche Linien bezeichnen zum Beispiel die Kanten eines Quaders. Ein Körper ist aber erst dann ausreichend simuliert, wenn er ein Volumen und Oberflächen, beides mit diversen physikalischen Eigenschaften hat. Solche mangelhaften Modelle werden im Unterschied zu genügenden Modellen gelegentlich als 2½D-Modelle bezeichnet.

Eine ebenfalls saloppe, aber anschaulichere Kennzeichnung eines Körpers mit nur 2½ anstatt 3 Dimensionen bezieht sich auf dessen Einfachheit. Es handelt sich um Körper, deren Entstehung man sich durch Ausdehnung ebener Konturen in die dritte Dimension vorstellen kann. Macht man ein dünnes Blatt (ist in Näherung eine Ebene) immer dicker, so erhält man zunächst ein Brett und zuletzt eine Säule, also Körper, in denen alle zur Ausgangsfläche parallelen Schnitte gleich aussehen. Als CAD-Werkzeug heißt dieses Vorgehen Extrusion.[2]

Eine Vorstufe zur Extrusion (ist ein 3D-Werkzeug) ist das Zeichnen mit Höhe.[3] Man erstellt zum Beispiel nicht nur ein Rechteck, sondern einen Quader, der aber lediglich mit Hilfe von zwei parallelen rechteckigen Konturen definiert ist. Sein Inneres und sein Oberfläche sind nicht festgelegt. Der Quader ist leer und hat durchsichtige Wände. Zusätzlich ist das Zeichnen mit Erhebung möglich.[4] Man kann damit ein zweites mit Höhe versehenes Objekt in einer parallelen Ebene zeichnen und erhält auf diese Weise zwei 2½D-Körper, die nicht auf derselben Ebene stehen. Eine von möglichen Steigerungen ist, den 2½D-Körper im Raum drehen zu können.

Beim Zeichnen mit Höhe und Erhebung haben die Objekte lediglich weitere Attribute bekommen. Der Fortschritt vom 2D- zum 2½D-CAD besteht deshalb hauptsächlich aus den Möglichkeiten, die modellierten Körper von einem gewählten Ansichtspunkt aus als räumliche Objekte darzustellen, das heißt zu zeichnen. Beim Quader waren zum Beispiel Linien von einer unteren Ecke zur zugehörigen obere Ecke hinzuzufügen. Linien sind per Definition körperlos, können aber als Drähte aufgefasst werden. Somit nennt man diese einfachste der CAD-Modellierungs-Arten neben Linien- oder Kantenmodell auch Drahtmodell. Um das Vordere vom Hinteren des massiv gemeinten Quaders unterscheiden zu können, musste das rechenintensive Werkzeug Verdeckte Kanten ausblenden entwickelt und zugefügt werden.[5]

Eine Variante zum Erzeugen von Drahtmodellen mittels Höhe und Erhebung ist das Zeichnen in mehreren sich schneidenden Ebenen. Je eine Oberflächen-Kontur eines 2½D-Körpers befindet sich in je einer Zeichenebene. Einfaches Beispiel ist die Darstellung eines Quaders in xy-, xz- und yz-Ebenen im räumlichen kartesischen Koordinatensystem.

Reine 2½D-CAD-Systeme werden heute nicht mehr angeboten, sind aber die Grundstufe in den meisten gängigen 3D-CAD-Systemen. Aus historischer Sicht war die 2½D-CAD-Technik eine Vorstufe zu den 3D-Systemen. Die ihr innewohnenden Begrenzungen ergaben sich vor allem durch die Langsamkeit und geringe Speicherfähigkeit der Computer, weniger durch noch nicht vorhandene aufwändigere Software.

Die mit 3D-CAD gelöste Aufgabe ist wesentlich anspruchsvoller, als in der Ebene (2D-CAD) oder im Raum (2½D-CAD) zu zeichnen. Im Computer wird ein virtuelles Modell eines dreidimensionalen Objektes erzeugt. Außer geometrischen werden auch physikalische Eigenschaften simuliert. Das geometrisch beschriebene sogenannte Volumenmodell wird zum sogenannten Körper-Modell, das zusätzlich physikalische Eigenschaften wie Dichte, Elastizitätskoeffizient, zulässige Verformungs- und Bruchspannung, thermische und elektrische Leitfähigkeit, und thermischen Ausdehnungskoeffizient und andere hat. Es hat eine Oberfläche mit Struktur und optischen Eigenschaften. Ein derart beschriebener Körper lässt sich virtuell wiegen, elastisch, plastisch und thermisch verformen. Seine Geometrie und seine Materialeigenschaften sind die Vorgaben zum Beispiel für ein Finite-Elemente-Programm, mit denen es bezüglich Verformung und Bruch untersucht wird. Man kann ihn beleuchten und seine optischen Eigenschaften dabei erkennen.

Ein Zwischenschritt ist das sogenannte Flächen-Modell. Es wird benutzt, wenn die Oberflächen-Form eines Gegenstandes primär wichtig ist. Bei Automobilen sind es die von der Ästhetik und vom momentanen Geschmack bestimmten ziemlich beliebigen Formen der Karosserie-Bleche, bei Flugzeugen die aus strömungstechnischen Optimierungen stammenden Formen der Flügel- und Rumpf-Bleche, die auch meistens keine mit bekannten Flächen-Gleichungen beschreibbare Formen haben. Das Flächen-Modell ist als Blechmodell vorstellbar, hat aber wie das Drahtmodell auch keine Masse. Seine Objekte sind lediglich geometrische Flächen.[6]

Volumen-Modelle werden in der Regel aus einfachen Grundkörpern (Quader, Pyramide, Zylinder, Kegel, Kugel, Torus) zusammen gesetzt, was durch die Möglichkeit ihrer Booleschen Verknüpfung begünstigt wird.[7] Zum Beispiel kann ein liegendes Dreikant-Prisma mit einem vertikalen Quader vereinigt werden, wenn ein Schornstein aus einem Hausdach herausragen soll. Durch Bewegen einer ebenen Kontur aus der Ebene heraus (auf einer Geraden: Extrusion | auf einem Kreisbogen: Rotation[8]) lassen sich ebenfalls Grundkörper gewinnen (ein Sonderfall ist der Torus: ein Kreis wird auf einem Kreis bewegt).

Modellierungsverfahren (nach steigender Komplexität)
Prinzip Beschreibung
Kantenmodell / Drahtmodell Es werden Körperkanten als "Drahtmodell" durch eine mathematische Beschreibung abgebildet. Bei größeren Flächen bildet ein Drahtgitter die Ansiche einer Fläche. Gedanklich spannt man ein Netz oder etwas Stoff über die Körperkanten bzw. den Stützdraht und erhält so das Flächenmodell.
Flächenmodell Die den Körper begrenzenden Flächen werden durch eine mathematische Beschreibung, zum Beispiel durch NURBS-Flächen, beschrieben. Zusätzlich wird in der Regel noch die Topologie der Flächen mit abgespeichert, das heißt, welche Fläche an welche andere Fläche grenzt.
Volumenmodell Neben den beschreibenden Flächen eines Körpers wird die Information gespeichert, auf welcher Seite der jeweiligen Fläche sich Materie befindet, das heißt die Fläche ist eine Begrenzungsfläche eines Volumens. Die Volumenbeschreibung dient zur Feststellung von Durchdringungen sowie zur Volumenbestimmung eines dargestellten Körpers.
Körpermodell Ein Volumenmodell das zusätzliche Information bezüglich des Werkstoffes und der Oberflächenbeschaffenheit hält. Ein Körpermodell besteht also aus Kanten, Flächen, dem dazugehörigen Volumen und nicht-geometrischen Informationen. Solche Modell sind auch eine Grundlage für physikalische Simulationen (Digital Mock-Up) die in vielen modernen CAD-Paketen als Modul enthalten sind.
Parametrisches Modell Hier werden geometrische Objekte, wie zum Beispiel Punkte, Linien, Kurven, Volumen, Körper und Flächen, mit ihren Bedingungen und Beziehungen zueinander assoziativ durch Parameter beschrieben. Dadurch wird der Charakter eines Modells zu einem neuen zusammengesetzten Parameter gebildet, wodurch das Modell selbst parametrisiert wird. Eine einmal konstruierte Schraube kann so, nur durch Veränderung z. B. des Parameters Gewindedurchmesser sofort beliebig große fertige Schrauben generieren. Das spart enorm Zeit, Speicherplatz und erlaubt zusätzlich effiziente (parametrierte) Normteilbibliotheken. Wesentlich wichtiger aber ist die Parametrierung im Entwicklungs- und Konzeptbereich. Dort ist es dem Konstrukteur sehr schnell möglich, ein Konzept zu modifizieren, ohne das zugrundeliegende Modell stets neu aufbauen zu müssen. Unbedingte Voraussetzung ist dabei eine saubere, fehlerfreie Parametrierung und ein logischer Aufbau der CAD-Modelle in seiner geometrischen Konstruktion durch den Benutzer bzw. Konstrukteur.
Parametrisches Modell mit Konstruktionshistorie Das Konstruktionsobjekt wird durch eine Reihe von Konstruktionsschritten (wie zum Beispiel Vereinen, Schneiden) aus Grundgeometrien wie Quader, Zylinder, Kegel, hergeleitet. Die Reihenfolge der Konstruktionsschritte sowie die geometrischen Parameter der Grundkörper werden gespeichert. Ein wesentlicher Vorteil des history-basierten Modellierens ist die hohe Flexibilität. Durch Änderungen an den einzelnen Konstruktionsschritten kann die Geometrie auch im Nachhinein vielfältig geändert werden, wenn die Konstruktionslogik der Erstellungslogik im CAD-System folgt.

CAD-Programme gibt es für zahlreiche verschiedene Anwendungsfälle und Betriebssysteme. Siehe dazu die Liste von CAD-Programmen und die Liste von EDA-Anwendungen. Anders als bei Officelösungen gibt es im Bereich CAD starke Spezialisierungen. So existieren oftmals nationale Marktführer in Bereichen wie Elektrotechnik, Straßenbau, Vermessung usw.

Mechanische CAD-Lösungen finden sich vor allem in den folgenden Bereichen:

  • Bauwesen
    • Architektur (CAAD)
    • Holzbau
    • Ingenieurbau
    • Historische Rekonstruktion
    • Städtebau
    • Wasserbau
    • Verkehrswegebau
  • Vermessungswesen
  • Produktdesign
  • Holztechnik
  • Maschinenbau
    • Anlagenbau
    • Fahrzeugbau
    • Formen- und Werkzeugbau
      • Verpackungsentwicklung und Stanzformenbau
    • Antriebstechnik
      • Schaltpläne in der Hydraulik
      • Schaltpläne in der Pneumatik
    • Mechanische Simulation,
      siehe auch Finite-Elemente-Methode (FEM/FEA)
  • Schaltpläne in der Elektrotechnik
  • Schiffbau
  • Zahnmedizin
  • Schmuck- und Textilindustrie

Ein weiteres Anwendungsgebiet ist der Entwurf von elektronischen Schaltungen. Entsprechende Programme werden oft auch unter den Begriffen eCAD und EDA zusammengefasst, insbesondere bei Anwendungen im Leiterplattenentwurf und der Installationstechnik (siehe unten).

Im Prozessverlauf einer elektrotechnischen Entwicklung für Leiterplatten stehen im Mittelpunkt:

  • der Entwurf der Schaltung in Form eines Schaltplans,
  • die Verifizierung der Funktion,
  • die Simulation unter verschiedenen Toleranz-Bedingungen, zum Beispiel mit der Software SPICE,
  • die Erstellung von Gehäuse und Bauteilbibliotheken,
  • die Überführung des Schaltplans in ein Layout (Leiterplatte),
  • die Optimierung der Bauteilplatzierung um Platz zu sparen,
  • die Ableitung von produktionswichtigen Daten wie etwa Stücklisten und Prüfplänen.

Wegen der besonderen Anforderungen haben sich Spezialbereiche mit teilweise stark unterschiedlichen Entwicklungsmethoden gebildet, besonders für den computerbasierten Chipentwurf, d. h. die Entwurfsautomatisierung (EDA) für analoge oder digitale Integrierte Schaltkreise, zum Beispiel ASICs. Damit verwandt ist das Design von programmierbaren Bausteinen wie Gate Arrays, GALs, FPGA und anderen Typen programmierbarer Logik (PLDs) unter Benutzung von zum Beispiel VHDL, Abel.

Auch in der klassischen Installationstechnik finden sich zahlreiche Anwendungsbereiche für Computersoftware. Ob große Hausinstallationen für Industrie oder öffentliche Gebäude oder der Entwurf und die Umsetzung von SPS-basierten Steuerungsanlagen – selbst in diesem Sektor wird heute das individuelle Design der jeweiligen Anlage stark vom Computer unterstützt.

Im Bereich der Mikrosystemtechnik besteht eine besondere Herausforderung darin, Schaltungsdaten mit den mechanischen Produkt-Konstruktionsdaten (CAD) zusammenzuführen und mit solchen Daten direkt Mikrosysteme herzustellen.

Systembedingt können beim Datenaustausch nicht alle Informationen übertragen werden. Während reine Zeichnungselemente heute kein Problem mehr darstellen, ist der Austausch von Schriften, Bemaßungen, Schraffuren und komplexen Gebilden problematisch, da es keine Normen dafür gibt. Selbst auf nationaler Ebene existieren in verschiedenen Industriezweigen stark unterschiedliche Vorgaben, was eine Normierung zusätzlich erschwert.

Die meisten Programme setzen auf ein eigenes Dateiformat. Das erschwert den Datenaustausch zwischen verschiedenen CAD-Programmen, weshalb es Ansätze zur Standardisierung gibt. Als Datenaustauschformat für Zeichnungen und zur Archivierung von Unterlagen wird heute üblicherweise das Format DXF des Weltmarktführers Autodesk verwendet.[9][10]

Es ist zwischen CAD-systemneutralen und CAD-systemspezifischen Datenformaten zu unterscheiden. Wesentliche CAD-systemneutrale Datenformate sind VDAFS, IGES, SAT, IFC und STEP sowie für spezielle Anwendungen die STL-Schnittstelle. Die Datenformate im Einzelnen:

  • Das DXF-Format hat sich als Datenaustauschformat für Zeichnungen weitgehend etabliert, es wird als einziges Format von allen CAD-Systemen unterstützt und ist zum Industriestandard geworden.[11] Manche der CAD-Systeme können DXF-Dateien nur als 2D-Daten lesen und schreiben, dabei gehen häufig CAD-systemspezifische Besonderheiten wie Bemaßungen, Schraffuren usw. verloren oder können im Zielsystem nicht äquivalent dargestellt werden.
  • Das DWF (engl. Design Web Format) wurde ursprünglich von Autodesk für den Datenaustausch per Internet konzipiert, unterstützt alle Elemente von DXF und ist hochkomprimiert. Es konnte sich jedoch nicht durchsetzen. DWF-Dateien waren mit Plugins in Browsern darstellbar.[12]
  • VDA-FS – Datenaustauschformat für Flächen, entwickelt vom Verband Deutscher Automobilbauer (VDA), in der Vergangenheit Quasi-Standard für diesen Bereich;
  • IGES – Datenaustauschformat für 2D-Zeichnungen und 3D-Daten (Flächen), in vielen CAD-Anwendungen als Austauschformat üblich und möglich. Löst aufgrund der besseren Einsetzbarkeit VDAFS mehr und mehr ab, ist umfangreicher und systemunabhängiger als DXF einsetzbar, allerdings nicht so weit verbreitet und mit den gleichen Schwächen.
  • STEP – ein standardisiertes Dateiaustauschformat, welches international entwickelt wurde. STEP gilt als die beste Schnittstelle für Geometriedaten. Wobei auch Informationen wie Farben, Baugruppenstrukturen, Ansichten, Folien und Modellattribute übergeben werden können. Ebenfalls zur Übertragung von Zeichnungsdaten nutzbar (dort aber nicht so mächtig wie im 3D-Bereich). STEP wird nicht von allen CAD-Systemen unterstützt.
  • VRML97-ISO/IEC 14772, wurde ursprünglich als 3D-Standard für das Internet entwickelt. Die meisten 3D-Modellierungswerkzeuge ermöglichen den Im- und Export von VRML-Dateien, wodurch sich das Dateiformat auch als ein Austauschformat von 3D-Modellen etabliert hat. Für den Einsatz als CAD-CAD Austauschformat ist es eher nicht geeignet, wohl aber zur Übergabe an z. B. Animations- und Renderingsoftware.
  • STL - aus Dreiecksflächen aufgebaute Modelle. Wird vorwiegend zur Übergabe an Rapid Prototyping Systeme verwendet.
  • IFC - ein für die Gebäudetechnik entwickelter offener Standard. Es werden keine Zeichnungen, sondern technische Daten und Geometrien übergeben. Entwickelt wurde es vom buildingSMART e.V. (bis April 2010 Industrieallianz für Interoperabilität e.V.). Es ist ein modellbasierter Ansatz für die Optimierung der Planungs-, Ausführungs-, und Bewirtschaftungsprozesse im Bauwesen. Die Industry Foundation Classes - IFC - sind ein offener Standard für Gebäudemodelle. Der IFC Standard ist unter ISO 16739 registriert.

Mit den CAD-systemneutralen Formaten gelingt in der Regel nur die Übertragung von Kanten-, Flächen- und Volumenmodellen. Die Konstruktionshistorie geht in der Regel verloren, damit sind die übertragenen Daten in der Regel für eine Weiterverarbeitung nur bedingt geeignet. CAD-systemspezifische Datenformate ermöglichen die Übertragung der vollständigen CAD-Modelle, sie sind jedoch nur für wenige Systeme verfügbar.

Für die Weitergabe von PCB-Daten zur Erstellung von Belichtungsfilmen für Leiterplatten hat das so genannte Gerber-Format und das neuere Extended Gerber-Format große Bedeutung (siehe Fotografischer Film).

Der Begriff „Computer-Aided Design“ entstand Ende der 50er Jahre im Zuge der Entwicklung des Programmiersystems APT, welches der rechnerunterstützten Programmierung von NC-Maschinen diente.[13]

Am MIT in Boston zeigte Ivan Sutherland 1963 mit seiner Sketchpad-Entwicklung, dass es möglich ist, an einem computergesteuerten Radarschirm interaktiv (Lichtstift, Tastatur) einfache Zeichnungen (englisch Sketch) zu erstellen und zu verändern.

1965 wurden bei Lockheed (Flugzeugbau, USA) die ersten Anläufe für ein kommerzielles CAD-System zur Erstellung technischer Zeichnungen (2D) gestartet. Dieses System, CADAM (Computer-augmented Design and Manufacturing), basierend auf IBM-Großrechnern, speziellen Bildschirmen, und mit hohen Kosten verbunden, wurde später von IBM vermarktet und war, zumindest im Flugzeugbau, Marktführer bis in die 1980er Jahre. Es ist teilweise in CATIA aufgegangen. Daneben wurde eine PC-basierende Version von CADAM mit dem Namen HELIX entwickelt und vertrieben, das aber praktisch vom Markt verschwunden ist.

An der Universität Cambridge, England, wurden Ende der 1960er Jahre die ersten Forschungsarbeiten aufgenommen, die untersuchen sollten, ob es möglich ist, 3D-Grundkörper zu verwenden und diese zur Abbildung komplexerer Zusammenstellungen (z. B. Rohrleitungen im Chemieanlagenbau) zu nutzen. Aus diesen Arbeiten entstand das System PDMS (Plant Design Management System), das heute von der Fa. Aveva, Cambridge, UK, vermarktet wird.

Ebenfalls Ende der 1960er Jahre begann der französische Flugzeughersteller Avions Marcel Dassault (heute Dassault Aviation) ein Grafikprogramm zur Erstellung von Zeichnungen zu programmieren. Daraus entstand das Programm CATIA. Die Mirage war das erste Flugzeug, das damit entwickelt wurde. Damals benötigte ein solches Programm noch die Leistung eines Großrechners.

Um 1974 wurden B-Spline Kurven und Flächen für das CAD eingeführt.[14]

In diesem Artikel oder Abschnitt fehlen folgende wichtige Informationen: Hier fehlt jetzt die gesamte mittlere Datentechnik der 32-bit-Superminirechner und der Workstations (Digital Equipment Corporation, Prime Computer, Data General, Hewlett-Packard, Sun Microsystems, Apollo Computer, Norsk Data, etc.), auf denen so bedeutende CAD-Pakete wie MEDUSA und CADDS bsp. von ComputerVision liefen. Auch ME10, I-DEAS. --Jbergner 08:40, 29. Jan. 2012 (CET)
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Nachdem Anfang der 1980er Jahre die ersten Personal Computer in den Firmen standen, kamen auch CAD-Programme dafür auf den Markt. In dieser Zeit gab es eine Vielzahl von Computerherstellern und Betriebssysteme. AutoCAD war eines der ersten und erfolgreichsten CAD-Systeme, das auf unterschiedlichen Betriebssystemen arbeitete. Um den Datenaustausch zwischen diesen Systemen zu ermöglichen, definierte AutoDesk für sein CAD-System AutoCAD das DXF-Dateiformat als „neutrale“ Export- und Importschnittstelle. 1982 erschien AutoCAD für das Betriebssystem DOS. Das Vorgehen bei der Konstruktion blieb jedoch beinahe gleich wie zuvor mit dem Zeichenbrett. Der Vorteil von 2D-CAD waren sehr saubere Zeichnungen, die einfach wieder geändert werden konnten. Auch war es schneller möglich, verschiedene Versionen eines Bauteils zu zeichnen.

In den 1980er Jahren begann wegen der sinkenden Arbeitsplatzkosten und der besser werdenden Software ein CAD-Boom. In der Industrie wurde die Hoffnung gehegt, mit einem System alle anstehenden Zeichnungs- und Konstruktionsaufgaben lösen zu können. Dieser Ansatz ist aber gescheitert. Heute wird für jede spezielle Planungsaufgabe ein spezielles System mit sehr leistungsfähigen Spezialfunktionen benutzt. Der Schritt zur dritten Dimension wurde durch die immer höhere Leistungsfähigkeit der Hardware dann gegen Ende der 1980er Jahre auch für kleinere Firmen erschwinglich. So konnten virtuelle Körper von allen Seiten begutachtet werden. Ebenso wurde es möglich, Belastungen zu simulieren und Fertigungsprogramme für computergesteuerte Werkzeugmaschinen (CNC) abzuleiten.

Seit Anfang der 2000er Jahre gibt es erste Ansätze, die bis dahin immer noch zwingend notwendige Zeichnung verschwinden zu lassen. In die immer öfter vorhandenen 3D-Modelle werden von der Bemaßung über Farbe und Werkstoff alle notwendigen Angaben für die Fertigung eingebracht. Wird das 3D-Modell um diese zusätzlichen, geometriefremden Eigenschaften erweitert, wird es zum Produktmodell, unterstützt beispielsweise durch das STEP-Datenformat. Die einzelnen einheitlichen Volumenobjekte werden zu Instanzen unterschiedlicher Klassen. Dadurch können Konstruktionsregeln und Verweise zwischen einzelnen Objekten (z. B. Fenster wird in Wand verankert) realisiert werden.

  1. qCad: Grundlegende CAD Konzepte [1].
  2. ISBN 3-8272-5955-X, S. 780.
  3. ISBN 3-8272-5955-X, S. 703.
  4. ISBN 3-8272-5955-X, S. 703
  5. ISBN 3-8272-5955-X, S. 735
  6. ISBN 3-8272-5955-X, S. 753.
  7. ISBN 3-8272-5955-X, S. 777.
  8. ISBN 3-8272-5955-X, S. 781.
  9. Autodesk ist Weltmarktführer bei CAD-Software
  10. Diplomarbeit an der HS Bochum, 3.1.2.1., 3. Absatz
  11. DXF intern
  12. http://www.autodesk.de/adsk/servlet/index?siteID=403786&id=8995333
  13. ISBN 3-446-19176-3, S. 42.
  14. Michael E. Mortenson: Geometric Modeling. 3. Auflage. Industrial Press, New York 2006, S. 10.


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Heiligenhafen

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Wappen Deutschlandkarte
54.37277777777810.9744444444447Koordinaten: 54° 22′ N, 10° 58′ O
Basisdaten
Bundesland: Schleswig-Holstein
Kreis: Ostholstein
Höhe: 7 m ü. NN
Fläche: 18,12 km²
Einwohner:

9.221 (31. Dez. 2010)[1]

Bevölkerungsdichte: 509 Einwohner je km²
Postleitzahlen: 23771–23774
Vorwahl: 04362
Kfz-Kennzeichen: OH
Gemeindeschlüssel: 01 0 55 021
Adresse der
Stadtverwaltung:
Am Markt 4–5
23774 Heiligenhafen
Webpräsenz: www.stadt-heiligenhafen.de
Bürgermeister: Heiko Müller (parteilos)
Lage der Stadt Heiligenhafen im Kreis Ostholstein
Marktplatz

Heiligenhafen (Plattdeutsch: Hilligenhaven) ist eine Kleinstadt im Kreis Ostholstein, Schleswig-Holstein, auf der östlichen Spitze der Halbinsel Wagrien an der Ostsee.

Inhaltsverzeichnis

Der Ortskern liegt an einer Bucht (deren künstlich abgetrennter Teil als Binnensee bezeichnet wird, jedoch Zugang zur Ostsee hat), die durch eine vorgelagerte Landzunge, bestehend aus Steinwarder und Graswarder, von der Ostsee getrennt ist. Der Graswarder ist Vogelschutzgebiet. In der Nähe des Ortes befindet sich auch eine Steilküste, man kann hier also drei für die Ostseeküste typische Elemente des Uferbereiches überblicken, das Kliff, die Strandwälle und den Sandstrand.

Heiligenhafen, wahrscheinlich als Hafenstadt gegründet, wird in den schriftlichen Quellen des 13. Jahrhunderts bereits mehrfach erwähnt und ist wohl zwischen 1249 und 1259 aus den Kolonistendörfern Helerikendorp und Tulendorp sowie aus den Dörfern Kerstinbuerfeld, Küsdorp und Vrysgard entstanden.

Die einwandfreie Deutung des Namens, der über die Jahre einige Wandlungen erfahren hat, ist bis heute nicht gelungen. So könnte der erste Teil aus dem Wort „heilig“ oder aus dem Begriff „Hallig“ entstanden sein und der Teil „hafen“ wohl auf den Zweck der Gründung hindeuten.

Über die erstmalige Verleihung der Stadtrechte gibt es keine exakten Quellen. Allerdings gehen die Verfasser verschiedener Stadtchroniken davon aus, dass dies etwa um 1250 erfolgt sein muss. Urkundlich nachweisbar wurde Heiligenhafen 1305 durch den Grafen Gerhard II. auf seinem Schloss in Grube mit dem „Lübschen Rechte“ belehnt. Danach galten die Heiligenhafener als Bürger und konnten im Gegensatz zu der im Umland wohnenden Bevölkerung nach eigenem Recht richten. Wahrscheinlich war diese Urkunde aber nur eine Bestätigung für schon früher verliehene Rechte, denn bei jedem Regierungswechsel musste sich die Stadt das Privileg erneut bestätigen lassen.

Die Geschichte der Stadt war sehr wechselvoll. Sehr stark litt sie 1320 nach einer Überschwemmung. Fünf Jahre später, als Graf Johann III. den Heiligenhafenern durch eine Urkunde die Erlaubnis über die zollfreie Ausfuhr ihrer Erzeugnisse gab, blühte die Stadt auf. Sie wurde Hauptausfuhrhafen des Oldenburger Landes. Durch das verliehene Marktrecht durfte sich die Stadt ein Stadtsiegel geben, das heute noch das Stadtwappen und die Stadtflagge ziert. Die nächsten Jahrhunderte war Heiligenhafen als sogenannter königlicher Anteil direkt dem dänischen König unterstellt.

1391 brannte die Stadt bis auf acht Häuser nieder. 1428 wurde sie von dem Dänenkönig Erik VII. restlos zerstört. Die folgende ruhige und stetige Aufwärtsentwicklung wurde durch den Dreißigjährigen Krieg unterbrochen. So musste Heiligenhafen 1625 wegen der wachsenden Not das 1437 erworbene Dorf Klaustorf wieder verkaufen. Von 1627 bis 1630 wütete die Pest und brachte die Stadt an den Rand des Ruins. Auch die folgenden Jahrzehnte brachten durch Kriege, Feuersbrünste und Sturmfluten neues Leid über die Bevölkerung. Erst 1720 zog wieder Frieden und eine lange Zeit Ruhe ein.

Die Kriege in Schleswig-Holstein haben Heiligenhafen nur am Rande berührt. Spürbarer wurden die Heiligenhafener in den Zweiten Weltkrieg und seine Folgen hineingezogen, zumal Heiligenhafen 1938 Garnisonsstadt geworden war. Nach dem Krieg wurde die wagrische Halbinsel von den Engländern zum Gefangenengebiet erklärt und die gefangenen deutschen Soldaten wurden in Kasernen und Scheunen interniert. Um die Flucht der Soldaten zu verhindern, wurden die Boote der Heiligenhafener Fischer auf die Reede gefahren und dort versenkt.

Durch den Flüchtlingsstrom aus den ehemaligen Deutschen Ostgebieten stieg die Einwohnerzahl Heiligenhafens sprunghaft von 3.500 auf 10.700 an. Bürgermeister und Stadtverordnete standen vor der Aufgabe, für die in großen Barackenlagern untergebrachten Flüchtlinge und Vertriebenen neue Wohnungen zu schaffen. Durch Programme, die vom Bund, Land und Kreis unterstützt wurden, entstanden neue Wohnblocks und der Siedlungsbereich der Stadt dehnte sich erheblich aus. Der Altstadtbereich mit seinen Straßenzügen und dem Markt blieb in seiner ursprünglichen Form erhalten.

Seit der Kommunalwahl 2008 haben die CDU sechs, die SPD und die Wählergemeinschaft BFH je fünf, Bündnis 90/Die Grünen zwei Sitze und die FDP einen Sitz.

Blasonierung: „In Silber über silbernen und blauen Wellen, in denen vier silberne Fische paarweise übereinander schwimmen, eine durchgehende rote Quadermauer; darauf sechs aneinandergereihte rote Giebelhäuser mit Toren und Uhlenloch, das zweite und fünfte besteckt mit einer roten Fahne, darin ein silbernes Nesselblatt; zwischen den Fahnen ein roter Schild mit silbernem Nesselblatt.“[2]

Die Große Bürgergilde zu Heiligenhafen gehört zu den ältesten Gilden Deutschlands und feiert jährlich im Juni das große Gildefest.

Im Heimatmuseum Heiligenhafen wird ein historischer Einblick in die Stadtgeschichte Heiligenhafens gewährt.

Etwas außerhalb von Heiligenhafen befinden sich die als Naturdenkmal geschützten bronzezeitlichen Grabhügel Struckberg und Tweltenberge.

In Heiligenhafen ist das Seenotrettungsboot Heiligenhafen der DGzRS stationiert.

Den Mittelpunkt der Stadt bildet der Altstadtbereich mit der 750 Jahre alten Stadtkirche mit ihrem Treppengiebelturm, dessen Bauform ohne unmittelbaren dänischen Einfluss nicht zu erklären ist, dem 1992 neu gestalteten Marktplatz mit dem als Wohnhaus gebauten Rathaus von 1882 und den Bürgerhäusern, die zum Teil im Rahmen der Städtebauförderung saniert worden sind. Dieser Altstadtbereich wird in West-Ost-Richtung durch die Bergstraße und den Thulboden und in Süd-Nord-Richtung durch die Mühlenstraße und die Brückstraße getrennt. Im Ortskern und im Bereich des Hafens findet man gut erhaltene Häuser aus vergangenen Jahrhunderten. Besonders sehenswert sind die Häuser an den Straßen Thulboden (zum Beispiel das Heimatmuseum), Hafenstraße (zum Beispiel „Alter Salzspeicher“), Bergstraße und Brückstraße.

  • Rathaus am Markt

Seit 1977 finden jährlich die 10-tägigen Hafenfesttage statt. Als besonderes Event kann der „Rock am Kirchberg“ hervorgehoben werden, der erstmals 1982 im Rahmen der Hafenfesttage stattfand, und sich mit der Zeit für viele zum Höhepunkt der Festtage entwickelt hat.

  • siehe Liste der Kulturdenkmale in Heiligenhafen
Denkmal für den Heiligenhafener Fischer Gottlieb Friedrich Stüben, der 1864 preußische Soldaten unter Xavier von Mellenthin an dänischen Kriegsschiffen vorbei durch den Fehmarnsund lotste, wodurch die dänischen Besatzer überrascht wurden

Heiligenhafen ist ein staatlich anerkanntes Seeheilbad und bis heute ein wichtiger Fischereistandort. Außerdem gibt es hier ein großes psychiatrisches Krankenhaus. Westlich des Stadtzentrums befindet sich ein großer Ferienpark, östlich die Fehmarnsundbrücke im Verlauf der Vogelfluglinie. Tourismus, Fischerei, Handel, Handwerk und die Klinik für Psychiatrie, Psychotherapie und Neurologie sowie verschiedene Banken und Behörden bestimmen heute die Beschäftigungsstruktur der Bevölkerung. Ein neues Gewerbegebiet „Dührenkamp“ wurde 1998 im Osten der Stadt erschlossen. Ein interkommunales Gewerbegebiet zusammen mit der Stadt Oldenburg, der Gemeinde Großenbrode, der Gemeinde Gremersdorf und der Stadt Heiligenhafen ist als weiterer Gewerbe- und Industriestandort in Planung. In Heiligenhafen befinden sich viele auf dänische Kunden spezialisierte Lebensmittelgroßgeschäfte, die vor allem ein im Vergleich zu Dänemark preisgünstiges Sortiment an alkoholischen Getränken bereithalten. Dies führt zu einem lebhaften „Versorgungstourismus“ – vornehmlich mit Bussen aus Skandinavien – auf den sich mittlerweile auch die deutschen Discounter eingestellt haben.

Der Fremdenverkehr bildet eine der Haupterwerbsquellen in Heiligenhafen. Als Ende des 19. Jahrhunderts der Seehandel immer mehr an Bedeutung verlor, blieben als Erwerbsquellen im Wesentlichen die Landwirtschaft, das Handwerk und die Fischerei. Der Fremdenverkehr kam 1872 hinzu. 1895 wurde die „Deutsche Badegesellschaft Heiligenhafen“ gegründet, die von der Stadt auf 100 Jahre den gesamten Küstenstreifen vom Hohen Ufer bis zur Ostspitze des Graswarders pachtete. Sie versuchte, den Tourismus in Heiligenhafen zu beleben. Dies gelang jedoch nur bis 1914. Danach hatte die Gesellschaft praktisch aufgehört zu existieren. Erst nach dem Zweiten Weltkrieg erfolgte ein bis zum heutigen Tag kontinuierlicher Ausbau des Seebades.

Von 1969 bis 1972 entstand im Westen außerhalb der Ortslage und in unmittelbarer Strandnähe ein Ferienpark mit rund 1.700 Appartements. In diesem Gebiet befinden sich heute zahlreiche Freizeiteinrichtungen wie ein RehaZentrum, ein Wellnesscenter, Kinderspielplätze, Tennisplätze, ein Kino sowie Kegel- und Bowling-Bahnen und ein Musik- und Veranstaltungspavillon mit 200 Sitzplätzen. Im Bereich des Hauptbadestrandes ist ein Erlebnisbereich geschaffen worden, der in seiner Vielfältigkeit (Grillplatz, Veranstaltungsbühne, Beach-Volleyball, Bolzplatz, Boule-Bahn, Skater-Anlage, Spielplätze) allen Altersgruppen Rechnung trägt.

Im Bereich Ferienpark und Steinwarder ist der Tourismus zu Hause. Ein neues Hallenbad mit Beachvolleyball-Feld und einigen Geschäften und Restaurants bieten bei wechselhaftem Wetter eine Alternative zum Sandstrand und der Steilküste.

Heiligenhafen befindet sich am Endpunkt der A 1 (Anschlussstelle Heiligenhafen-Mitte). Ein 2,9 km langes Teilstück der A 1 zur Anschlussstelle Heiligenhafen-Ost soll 2011 fertig gestellt sein. Im weiteren Verlauf wird die an die A 1 anschließende B 207 Richtung Fehmarn und Dänemark als Hinterlandanbindung der geplanten Festen Fehmarnbelt-Querung bis 2018 vierstreifig ausgebaut werden. Entlang der A 1 / B 207 verläuft die Europastraße 47 über die „Vogelfluglinie“, die nach etwa 25 km den Fährhafen Puttgarden am Fehmarnbelt erreicht.

In Heiligenhafen verkehren zwei Überlandbuslinien, die von der Autokraft im Rahmen der Verkehrsgemeinschaft Ostholstein betrieben werden:

  • 5804 Neustadt (Holst) – Oldenburg (Holst) – Heiligenhafen (– Burg – Puttgarden) und
  • 5811 (Oldenburg –) Heiligenhafen – Burg (Fehmarn) – Puttgarden

Außerdem gibt es zwei innerstädtische Linien. Von April bis September verkehrte bis zum Jahr 2011 einmal täglich der Bäderbus von und nach Hamburg.[3]

In der Nachbargemeinde Großenbrode befindet sich der geografisch nächstgelegene Bahnhof. Hier halten Züge des Regionalverkehrs. Der nächste Bahnhof, an dem Züge des Fernverkehrs halten, befindet sich in Oldenburg in Holstein. Beide Bahnhöfe sind über Linienbusse mit Heiligenhafen verbunden. Der Bahnhof Heiligenhafen als Endpunkt einer Stichstrecke von der Vogelfluglinie mit dem ehemals kleinsten Bahnbetriebswerk der Deutschen Bundesbahn ist zwischenzeitlich geschlossen worden. Die Gleise wurden demontiert.

Auch an die Belange behinderter und älterer Menschen wurde durch einen behindertengerechten Badesteg, einen rollstuhlgerechten Strandweg und entsprechende Spielgeräte gedacht.

In unmittelbarer Nähe der Innenstadt befindet sich ein Yachthafen mit rund 1.000 Liegeplätzen und moderner Infrastruktur (Sanitärgebäude, Slip-Anlage, Grillplatz und Spielplatz).

Für Angler gilt Heiligenhafen bereits seit den 1960er Jahren als beliebter Ausgangspunkt für Hochseeangeltouren mit Ausgangspunkt im Fischereihafen. Zielfische sind vor allem Dorsche und diverse Plattfische.

Naturfreunde finden auf dem Steinwarder, im Naturschutzgebiet auf dem Graswarder, am Hohen Ufer oder in der nahen Umgebung wunderschöne Wander- und Erholungsmöglichkeiten.

  • Eugen Petersen (1836–1919), Archäologe
  • Wilhelm Jensen (1837–1911), Lyriker und Schriftsteller
  • Gerhard Poppendiecker (* 1937), Politiker (SPD)
  • Theodor Storm (1817–1888) wurde durch einen Aufenthalt in Heiligenhafen 1881 zur Novelle Hans und Heinz Kirch inspiriert, deren Schauplatz hier angesiedelt ist.
  • Fritz Graßhoff (1913–1997), Zeichner, Maler und Schriftsteller, war nach dem Krieg hier interniert und schrieb 1945 Das Heiligenhafener Sternsingerspiel.
  • Rainer Jarchow (* 1941), Initiator der größten deutschen AIDS-Hilfsorganisation, war hier drei Jahre Pastor

.

  • Heinrich Scholtz, Chronik der Stadt Heiligenhafen verfaßt und herausgegeben im Jahre 1743 von dem damaligen Hauptpastor Heinrich Scholtz. Neudruck. Heiligenhafen 1930
  • Elisabeth Fuchs: Heiligenhafen. Lebensformen in einer fremdenverkehrswirtschaftlich orientierten deutschen Kleinstadt. 1984
  • Hans Friedrich Rothert: Die Anfänge der Städte Oldenburg, Neustadt und Heiligenhafen. 1970
  • Jörgen Heinritz: 650 Jahre Hafen Heiligenhafen. Eine Dokumentation. Hrsg.: Stadt Heiligenhafen. Eggers, Heiligenhafen 2000, ISBN 3-9802249-2-9.
  • Norbert Fischer & Sonja Jüde & Stefanie Helbig & Gabriele Rieck (Hrsg.): Der Graswarder – Küstenlandschaft der Ostsee. DOBU-Verlag, Hamburg, erscheint März 2011, etwa 250 S., mit zahlreichen farbigen Abb., ISBN 3-934632-42-4, EAN 9783934632424 (in Vorbereitung)
  1. Statistikamt Nord: Bevölkerung in Schleswig-Holstein am 31. Dezember 2010 nach Kreisen, Ämtern, amtsfreien Gemeinden und Städten (PDF-Datei; 500 kB) (Hilfe dazu)
  2. Kommunale Wappenrolle Schleswig-Holstein
  3. Bäderbus eingestellt


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