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Ingenieur, z.B. Maschinenbau oder Bauwesen

meine WIKIPEDIA-Editionen, eine Auswahl:
Ingenieur | Maschinenbau | Konstruktion | Produktentwicklung | CAD | DIN-Norm
Ich habe viele Wikipedia-Artikel aus mehreren Wissensgebieten be- oder überarbeitet, einige auch vollständig. Wegen der Fülle der Artikel stelle ich mein Wissen und meine Auffassung oft nur in deren Einleitungen dar, überarbeite diese in der Regel aber vollständig.
Die Links führen meistens direkt zur jeweils letzten Artikelversion, die durch meine Arbeit entstand. Ich verweise bewusst nicht auf die aktuelle Version, weil in ihr meine Arbeit wieder verloren gegangen sein kann.

Inhalt

1. Ingenieur und Handwerker  ↑ Anfang

Maschinen und Bauwerke gab es schon lange vor der wissenschaftlichen Ausbildung ihrer Erbauer. Viele wichtige Maschinen wurden von Mechanikern erfunden, zu denen zum Beispiel James Watt (Dampfmaschine) und Nicolaus Otto (Verbrennungsmotor) gehörten. Bekannte Unternehmen des Maschinenbaus wurden von Mechanikern gegründet, zu denen beispielsweise Carl Zeiss und Robert Bosch gehörten. Das legt die Frage nahe, was den Ingenieur vor dem Mechaniker auszeichnet. Selbst in von Meistern geführten Handwerksbetrieben sind heute auch Ingenieure angestellt, obwohl hier gleich wie in großen Betrieben das Erfinden nicht die Alltagsarbeit ist.

Der Mechaniker eignet sich Erfahrung an, indem er die erfolgreiche Arbeit seines Meisters und später die seine wiederholt. Bei Abwandlungen in kleineren Schritten werden die Grenzen der Funktionsfähigkeit in der Regel nicht überschritten. Im Zweifelsfall wird die neue, leicht andere Maschine etwas massiver und stärker gebaut, als es der Tradition entspricht. Die Herstell- und Betriebskosten könnten aber kleiner sein, denn nicht notwendiger Material- und Energiebedarf schlägt zu Buche.

Günstigere beziehungsweise optimalere Eigenschaften kann ein wissenschaftlich ausgebildeter Ingenieur errreichen. Er wiederholt auch aus Erfahrung, die sich aber nicht vorwiegend auf eine konkrete Maschine bezieht, sondern auf der Kenntnis möglichst vieler der in allen Maschinen wirksamen Naturgesetze (im Besonderen der physikalischen) beruht. Diese "wissenschaftliche Erfahrung" kann den Umfang negativer Überraschungen, die mit einer Neukonstruktion zu erleben sind, kleiner halten. Die Vorzeit bis zur Serienfertigung kann kürzer sein. Ich habe erlebt, dass zum Beispiel Spritzgußteile sofort ohne wesentliche Fehler anfielen, nachdem ein Ingenieur die geistige Vorarbeit übernommen hatte. Durch die vorher immer nötigen Änderungen an den Werkzeugen konnten Termine nicht eingehalten werden. Die eingesparten Änderungskosten waren das Mehrfache von dem, was der Ingenieur mehr kostete.

Eine typische Ingenieurs-Fähigkeit ist die festigkeits- und verformungsgerechte Gestaltung. Die alten Erfinder und Erbauer handelten vermutlich intuitiv richtig, denn wie fast alle Disziplinen der Ingenieurwissenschaft, entstand auch die Festigkeits- und Verformungslehre später. Und als sie vorhanden war, konnte man feststellen, dass wundersamerweise viele alte Gegenstände und Bauwerke (zum Beispiel Brücken von Hans Ulrich Grubenmann) optimal dimensioniert waren. Die vom einzelnen Objekt abstrahierten Gesetze können aber von jedermann angewendet werden, und sie sind richtiger als die gemeine Intuition.

Vergleicht man heutige Gegenstände oder Bauwerke, die einerseits von einem Handwerker, andererseits von einem Ingenieur entworfen wurden, erweist sich, dass die des Ingenieurs in der Regel leichter sind. Ich erinnere mich an einen kleinen Schienenwagen, der in einem Ingenieurschulinstitut entworfen, als Prototyp gebaut und verwendungsgemäss erprobt worden war. Er war so leicht, dass ihn eine Person auf die Schienen setzen konnte, war fest genug und verformte sich unter Last (diverse Messinstrumente) unmerklich in erträglichem Maße. Sein kommerzieller Anwender - ein Vermessungsunternehmen - übergab ihn samt Konstruktionsunterlagen einer mechanischen Werkstätte zur Serienfertigung. Dort wurden die Wandstärken der verwendeten Hohlbalken auf diejenigen Maße verdoppelt, die man bei ähnlichen bekannten Gitterwerken (Geländer u.a.) wählte. Zum Tragen dieses Wagens waren jetzt zwei Personen erforderlich.

Eine vergleichbare Situation entsteht, wenn nach Normen und Bauvorschriften gearbeitet wird. Mit ihnen ist Überdimmensionierung vorprogrammiert, unabhängig davon, wer sie anwendet. Es gilt: "Sicher ist sicher, und leichtes Bauen sei kaum billiger." Trotzdem, mich stört überdimensioniertes Bauen gleich viel wie unästhetisches Bauen.

2. Ingenieur – Wikipedia  ↑ Anfang

Wichtig waren mir:

Einleitung,
Berufsbild und
Ingenieur im Bild der Öffentlichkeit

3. Produktentwicklung - Wikipedia  ↑ Anfang

Das hier Geschilderte erlebte ich unter dem Titel Methodisches Konstruieren in den 70er Jahren. Bis zu dieser Zeit gab es keine eigentliche Ausbildung für die Tätigkeit des Konstruierens. Die Studenten wurden lediglich mit den mechanischen Grundlagen und den Maschinen- bzw. Bauelementen bekannt gemacht, die dann an einfachen bekannten Konstruktionen zu üben waren. In der Industrie wurde die Arbeit mehrheitlich von gelernten technischen Zeichnern, die mit den Jahren zu Konstrukteuren arrivierten, gemacht. Die mangelnde Ausbildung und die möglicherweise der Not gehorchende industrielle Tradition waren für Ingenieur-Absolventen keine gute Voraussetzung und kein Anreiz, sich für die Arbeit in einem Konstruktionsbüro zu bewerben. Einerseits wurde mit dem Schlagwort "Engpass Konstruktion" die Situation dauernd beklagt, andererseits war oft zu hören (auch an den Schulen), dass Konstruieren Intuition und nicht erlernbar sei. Es war aber längst an der Zeit, auch das Konstruieren als eine der wichtigsten Ingenieurtätigkeiten wissenschaftlich zu fördern und zu vermitteln. Ich nahm damals Nachhilfestunden bei mehreren inzwischen einschlägig tätigen Hochschullehrern und gab das Erlernte auch zeitweise an Studenten weiter. Vor diesem Hintergrund überarbeitete ich den Wikipedia-Artikel Produktentwicklung.

4. CAD - Wikipedia  ↑ Anfang

Das erste CAD-Programm, das ich kennen lernte, lief noch auf einem Großrechner. Das war Anfang der 80er Jahre, und das Programm hiess EUKLID. Damit war es schon damals möglich, Flächen im Raum zu zeichnen und davon aus einer beliebigen Richtung gesehene Ansichten auf Papier zeichnen zu lassen, wobei nicht sichtbare Kanten - wenn auch mit erheblichem Zusatzaufwand - ausgeblendet werden konnten. Die Arbeit der Benutzer war aufwändig. Es gab noch keine graphischen Eingabehilfen. Die Eingaben erfolgten als Text, der in kleinen Portionen auf Lochkarten zu übertragen war, bevor diese im Rechenzentrum in den Großrechner eingelesen wurden.

Ich besitze noch Unterlagen von zwei unterschiedlichen Anwendungen, die ich damals vornahm:
1. Darstellung einer mehrfach klappbaren Stabstruktur (Fahrradrahmen) in mehreren Zuständen,
2. Einfügen aneinandergereihter Kubusse in einen kubischen Raum (Einbauküche),
    Ansichten aus beliebiger Richtung (verdeckte Kanten unterdrückt).
Diese Unterlagen (Eingabetexte und erhaltene Abbildungen) befinden sich am Ende als Anhang.

Anfang der 90er Jahre begann ich endlich, meine technische Zeichnungen mit AUTOCAD auf einem Personalcomputer anzufertigen. Etwa 2001 bis 2003 hatte ich Zugriff auf eine inzwischen "echte" 3D-Software, nämlich auf UNIGRAPHICS. Für meine anschliessend nur noch privaten Anwendungen bin ich beim AUTOCAD 2000 geblieben. Es erwies sich, dass der Aufwand für die Einarbeitung in solche in der Regel übertrieben ausgestattete Software-Pakete vom Nutzen (faszinierendes Handling und Abbilden räumlicher Objekte) nicht aufgewogen wird.

Der Wikipeia-Artikel erschien mir oberflächlich, ich erkannte die von mir erlebte Entwicklung und die Beurteilung dessen, wozu CAD nützlich sein kann - auch mit CAD ist ein PC kein deus ex machina - zu wenig deutlich. Ich schrieb ein paar Verbesserungen hinein.

5. DIN-Norm - Wikipedia  ↑ Anfang

Die Empfehlungen des Deutschen Institutes für Normung DIN (früher Deutsche Industrie-Norm) sind zum Nutzen aller (z.B Hersteller und Verbraucher). Ihre Anwendung ist wohl nützlich, aber nicht verbindlich. Man könnte durchaus eine Metallschraube mit beliebigem Durchmesser herstellen und verwenden. In den meisten Fällen ist es vorteilhaft, z.B. nicht M9, sondern eine marktgängige, in einer DIN-Reihe enthaltene Schraube M8 oder M10 zu wählen. Es war mir wichtig zu betonen, dass ein DIN-Blatt kein Gesetzblatt ist. Nur gelegentlich macht sich der Gesetzgeber das Vorhandensein zweckdienlicher Normen zunutze und legt die zwangsläufige Anwendung durch Gesetze oder Verordnungen fest. Beispiel: Mindest-Querschnitte und -Höhen für Schornsteine (passend zum jeweiligen Anwendungsfall).

Die Normen verschiedener Länder und die internationalen Normen (z.B. ISO, International Standard Organisation) ähneln sich und dienen dem gleichen Zweck.

6. Anhang: CAD-Beispiele (EUKLID)  ↑ Anfang

6.1 Rahmen eines klappbaren Fahrrads

Bei dieser Anwendung ging es mir vor allem darum, die zu wählende Schiefe des zentralen Klappgelenkes eines von mir entworfenen Klappvelos (Klapp-Rad 28") zu prüfen. Die Lenksäule solte sich nach dem Klappen in einer zum Hinterbau parallelen Ebene befinden. EUKLID war ja schon mehr als ein Zeichenprogramm. Es enthielt Drehungen und Schiebungen im Raum und damit anspruchsvolles räumliches Denken, das ich parallel zu meiner eigenen Kopfarbeit einsetzen konnte. Am mit ihm erstellten und auf Papier abgebildeten virtuellen Fahrrad - gestreckt und geklappt - kontrollierte ich meine Entwurfsarbeit.

Abb.1 Eingabetext für klappbares Fahrrad

Die im Eingabetext (Abb.1) handschriftlich markierten Zeilen bewirken Schieben und Drehen von Teilen (in Realität wäre eine leicht andere Reihenfolge nötig, weil sonst Kollisionen enstünden). Die Rohre, Arme und Pedale sind als sehr schmale Flächen (FACE), und die Sattelfläche, die vordere und eine hintere Gabel zusammen mit den Radachsen als endlich große Flächen (FACE) dargestellt. Für die Räder und das Kettenblatt sind ebenfalls Flächen (REGPOL) gewählt. Schiebungen und Drehungen werden mit den Attributen T (Translation) und R (Rotation) erreicht.

Abb.2 Klappbares Fahrrad: gestreckte Darstellung

Abb.3 Klappbares Fahrrad: geklappte Darstellung

6.2 Einbauküche

Das folgende Bild zeigt eine bereits in den 1980er Jahren mögliche räumliche Darstellung einer in 3D-CAD entworfenen Möbelgruppe.

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