Software-Paket für Elektronik- und 3D-Flex-Designs: Schneller ans Ziel gelangen

Bild 1. Kaba, ein Hersteller von Zugangskontrollsystemen, konnte vor Kurzem das Design einer neuen Türschloss-Generation erfolgreich abschließen.
Bild 1. Kaba, ein Hersteller von Zugangskontrollsystemen, konnte vor Kurzem das Design einer neuen Türschloss-Generation erfolgreich abschließen.

Eine integrierte Systementwurfs-Designumgebung, die sowohl die elektronische als auch die mechanische Umgebung "kennt", ermöglicht allen beteiligten Teams den Zugriff auf beide Bereiche. Das Ergebnis sind Produktdesigns, die sich ohne größere Iterationen in die Prototypfertigung überführen lassen.

Traditionell sind die beiden Bereiche Elektronik und Mechanik stark miteinander verzahnt. Aus diesem Grund etablierte sich bereits in der Vergangenheit eine Datenübergabe aus der E-CAD- in die M-CAD-Welt. Erschwerend für diesen Prozess ist aber, dass bei Designrevisionen mehrere Dateniterationen zwischen den Software-Lösungen der Elektronik und Mechanik erforderlich sind. Seitens der Leiterplattenlayout-Software werden üblicherweise die Komponenten auf dem PCB entsprechend platziert, was im Wesentlichen zweidimensional erfolgt. Für diesen Arbeitsschritt wäre aber eine umfassende dreidimensionale Darstellung aller Komponenten – und nicht nur eine Angabe der maximalen Höhe – vorteilhaft, die beim Zusammenbau des Produkts Berührungen oder Überschneidungen verhindert.

Um solche unerwarteten Kollisionen beim Übergang von der virtuellen in die reale Umgebung zu vermeiden, existiert seit geraumer Zeit ein Ablauf, welcher sich von der Erstellung des ersten Konzepts bis hin zum physischen Layout erstreckt. Normalerweise reicht dies für eine Beurteilung der Passung zwischen Elektronik und Mechanik aus. Jedoch ist dieser Weg fehlerbehaftet, da es notwendig ist, Dateien in lesbarer Form zwischen den Software-Paketen zu exportieren und zu importieren. Ein mit M-CAD-Systemen erfahrener Ingenieur ist für eine gelungene Projektübergabe eine Voraussetzung. Außerdem stellt die Notwendigkeit, auf optimierte Bauteilebibliotheken zuzugreifen, um von einer projektierten Leiterplatte präzise dreidimensionale Ansichten zu erzeugen, eine weitere Herausforderung dar.

Um diese Probleme zu beheben, war es in der Vergangenheit üblich, frühzeitig Prototypen von Leiterplatten und Gehäusen anzufertigen und sie manuell auf die Passung hin zu überprüfen. Zu den Nachteilen dieses Verfahrens gehört es, dass mit hoher Wahrscheinlichkeit zusätzliche Iterationen des PCB- und/oder des Gehäusedesigns erforderlich sind. Um dieses zeitraubende Risiko zu minimieren, kann der Projektverantwortliche zwar Reserven einplanen; diese beruhen aber größtenteils auf Erfahrung und Intuition.

Bibliotheken mit dreidimensionalen Modellen

Ein großer Fortschritt ist die Verfügbarkeit von dreidimensionalen Komponentenmodellen sowohl für die E-CAD- als auch für die M-CAD-Umgebungen. Bauteilehersteller bieten solche Modelle zusammen mit den elektronischen Parametern ihrer Produkte an. Auch namhafte Bauelementedistributoren pflegen Datenbanken mit diesen Informationen. Es ist somit möglich und auch sinnvoll, diese Informationen in den Designwerkzeugen zu nutzen. Ein integriertes Paket, das sowohl die elektronische als auch die mechanische Umgebung kennt, kann die genannten Hindernisse überwinden und dem gesamten Team Zugriff auf beide Bereiche ermöglichen. Das Resultat ist ein Produktdesign, das frühzeitig die Ziele erfüllt und ohne größere Iterationen vom virtuellen Design zur Prototypfertigung und zur Produktion gebracht werden kann.

Zu den Unternehmen, die eine solche Lösung nutzen, gehört Kaba, ein Hersteller von Zugangskontrollsystemen. Erst kürzlich konnte Kaba erfolgreich das Design einer neuen Türschloss-Generation abschließen (Bild 1). Die zugehörigen elektronischen Steuerungen beherbergen mehr als 1000 Bauelemente in einem an der Tür angebrachten Gehäuse.

Stefan Wyss, Electronic Development Department Supervisor bei Kaba, und sein Entwicklerteam nutzen Altium Designer nicht nur für das funktionale Design, sondern auch zur Entwicklung und Verfeinerung der mechanischen Konfigurations- und Montagevorgänge neuer Produkte. Eine der Baugruppen, die Kaba mit Hilfe von Altium Designer entwickelte, besteht aus drei separaten Leiterplatten. Verbunden sind diese PCBs durch flexible Bereiche, die in zwei verschiedene Richtungen klappen, damit das Ganze in das zylinderförmige Gehäuse eines der Produkte des Unternehmens passt. In einer einzigen Designumgebung konnten Wyss und sein Team nicht nur vom elektronischen Design der starr-flexiblen Konstruktion in den mechanischen Bereich übergehen, sondern sich auch schnell ein dreidimensionales Bild der gesamten Baugruppe anzeigen lassen, die sich zudem frei im Raum drehen lässt.