AutoCrear

Automatische 3D Luft- und Kriechstreckenanalyse

PROBLEM

Elektrische Baugruppen enthalten Netze mit unterschiedlichen Spannungen, zwischen denen sich Kurzschlüsse entweder durch Funkenüberschläge durch die Luft (Luftstrecke) oder über Isolatoroberflächen (Kriechstrecke) bilden können. Um dieses Risiko zu minimieren, unterliegen alle stromführenden Geräte strengen Sicherheitsnomen bezüglich Mindestabständen zwischen unterschiedlichen elektrischen Netzen, die jedoch in der CAD Designphase bislang nur abgeschätzt oder manuell vermessen werden können. Dies ist ein sehr zeitaufwändiges und zugleich ungenaues Unterfangen und führt häufig zu teuren und unnötigen Produktionsschleifen, im schlimmsten Fall sogar zu Rückruf einer kompletten Baureihe.

Funkensprung

LÖSUNG

AutoCrear bietet eine robuste und effiziente softwarebasierte Analyse aller Luft- und Kriechstrecken auf CAD Daten elektrischer Baugruppen. Durch jahrelange Forschung gelang es dem Team von e-laborate Innovations, die enorme Komplexität der entsprechenden Distanzmetriken zu beherrschen und eine exakte Bestimmung von Luft- und Kriechstecken selbst auf größeren Baugruppen zu ermöglichen. Entwicklern von elektrischen Baugruppen steht damit erstmals ein robustes Werkzeug zur Verfügung, um sämtliche Normverletzungen bereits in der Designphase zu erkennen und gezielt zu beseitigen, sowie eine umfassende und einheitliche Dokumentation hinsichtlich Luft- und Kriechstrecken zu erstellen und damit den Produktionsprozess massiv zu optimieren.

 

AutoCrear - Lösung für Luft- und Kriechstrecken

AutoCrear ist eine Standalone-Lösung, die den kompletten Workflow einer Luft- und Krichstreckenanalyse in einem einzigen Programm vereint:

  •  Anwendbar für alle CAD Systeme
  •  Keine spezielle Vorbereitung der Daten notwendig
  •  Integrierter leistungsfähiger 3D Viewer
  •  Bequemer Workflow und Ergebnisverwaltung
  •  Automatische Generierung eines Analysereports

WORKFLOW

Import from CAD System (Catia, Solidworks, NX, Creo)

 

In der Basisversion kann AutoCrear das universelle Datenformat STEP einlesen. Zum direkten Importieren aller weiterer CAD Formate sind sogenannte "Interface Extensions" verfügbar.

Für Benutzer des CAD Systems Creo bietet e-laborate Innovations ein kostenloses Plug-in, die sogenannte "AutoCrear Creo Gateway". Diese ermöglicht das Starten einer AutoCrear Session direkt von Creo aus, wobei die aktive Baugruppe automatisch importiert wird.

CTI Werte zuweisen

Der CTI Wert ist ein entscheidender Materialparameter für eine Luft- und Kriechstreckananalyse, der in AutoCrear mit wenigen Mausklicks bequem und effizient für ganze Bauteile oder einzelne Oberflächen gesetzt werden kann. Die Standardfarbgebung des AutoCrear 3D Viewers bietet ein umgehendes Feedback über die eingestellten Materialeigenschaften.

Spezielle Einzelteile

Einige spezielle Einzelteile wie z.B. Schrauben oder Federn besitzen gewisse Freiheitsgrade bezüglich ihrer geometrischen Lage, die das Analyseergebnis signifikant beeinflussen. AutoCrear bietet automatische Vorverabeitung solcher spezieller Bauteile zur Eliminierung diese Freiheitsgrade.

Verklebungen

Ob zwei angrenzende Isolatoren verklebt sind oder nicht hat einen entscheidenden Einfluss auf Luft- und Kriechstrecken. AutoCrear berücksichtigt diesen Aspekt, indem Verklebungen (cementations) explizit definiert werden können.

Elektrische Netze bestehen aus einer Reihe von elektrisch leitenden Bauteilen, die auf dem gleichen Potential liegen. AutoCrear fasst anfangs alle sich berührenden leitende Teile automatisch zu elektrischen Netzen zusammen. Der User kann Netze weiter manuell zusammenfassen und jedes Netz mit Name und Typ versehen. Dabei stehen folgende Typen von Netzen zur Verfügung, die in separaten Listen verwaltet werden:
  • Potential Potential: Dem Netz wird mit einer Spannung versorgt. Ein Netz dieses Typs kann sowohl Quelle als auch Ziel einer Luft- und Kriechstrecke sein.
  • Grounded Grounded: Das Netz ist explizit geerdet. Netze dieses Typs können lediglich als Ziele eines Pfades auftreten.
  • Potential-Free Potential-Free: Es liegt weder eine Spannung an dem Netz an noch ist es geerdet (z.B. Schrauben). Solche Netze können als Zwischenquellen fungieren und eine Luft- und Kriechstrecke verkürzen.
  • Touchable Touchable: Das Netz ist prinzipiell potentialfrei, kann jedoch temporär geerdet sein wenn es von einer Person berührt wird. Solche Netze können sowohl als Ziele als auch als Zwischenquellen auftreten.
Typen electrischer Netze Visualisierung electrischer Netze

Zur Durchführung einer Luft- und Kriechstreckenanalyse muss AutoCrear die entsprechenden Normgrenzen sowie die erlaubte Sprungdistanz für Kriechstrecken zwischen den elektrischen Netzen kennen. Diese Information kann dem Programm auf zwei verschiedene Arten vermittelt werden.

a) Normtabellen

Die Mindestabstände bezüglich Luft- und Kriechstrecken sind durch Industriestandards festgelegt und hängen unter anderem von der Spannungsdifferenz und der verwendeten Isolierstoffklasse ab. AutoCrear bietet die Möglichkeit, Normtabellen einmalig zu definieren und anzuwenden.

Normtabellen

b) Freie Parameter

Alternativ lassen sich die entsprechenden Distanzen auch manuell für jedes Netzpaar eingeben. Das erlaubt eine von Industriestandards abweichende Berechnung.

Freie Parameter

Nachdem die vorigen Schritte durchgeführt wurden, kann eine automatische Luft- und Kriechstreckenanalyse entweder für eine einzelne Quelle oder für die vollständige Baugruppe durchgeführt werden.

Die Laufzeit für eine vollständige Analyse hängt von der Größe der Baugruppe ab und kann zwischen wenigen Sekunden für kleine bis moderate Baugruppen (< 10MB) bis zu wenigen Stunden für extrem große Baugruppen (> 200MB) in Anspruch nehmen.

Die Berechnung berücksichtigt sämtliche relevante Aspekte hinsichtlich Luft- und Kriechstrecken:

Luft- und Kriechstrecken können über potentialfreie Leiter (z.B. Schrauben) abkürzen. Dieser Aspekt wird von AutoCrear automatisch berücksichtigt.

Shortcut
Abkürzung über Schraube

In gewissen Industriestandards wird der Kriechstrecke eine bestimmte Sprungdistanz gestattet. Dies erlaubt es einer Strecke direkt über eine Nut hinwegzuspringen, falls der entsprechende Parameter dies zulässt.

Kriechstrecke mit Sprungdistanz 1.2mm Kriechstrecke mit Sprungdistanz 0.9mm Kriechstrecke mit Sprungdistanz 0.4mm

Beispiel: Kriechstrecke über eine 1mm breite Nut mit verschiedenen Spungdistanzen

Sprungdistanz verkürzt Pfad

Die Sprungdistanz kann nicht nur an Nuten die Gesamtdistanz signifikant verkürzen, sondern auch an diversen anderen Stellen wie z.B. nicht-konvexer Kanten. Dieser Aspekt macht eine exakte Bestimmung der Kriechstrecke extrem komplex und wird in AutoCrear vollständig berücksichtigt.

Results Tab

Nach abgeschlossener Analyse sind sämtliche Luft- und Kriechwege, die innerhalb der eingestellten Distanz liegen, zur weiteren Betrachtung verfügbar. Icons liefern ein sofortiges visuelles Feedback über den Grad der Normverletzung zwischen den einzelnen Netzpaaren:

  • Rot: Grobe Verletzung
  • Gelb: Schwache Verletzung
  • Grün: Keine Verletzung
Für jedes mögliche Quelle / Ziel-Paar stehen alle möglichen Pfade in aufsteigender Reihenfolge in einer Liste zur Verfügung. Bei Selektion eines Pfades wird dieser nicht nur im 3D Fenster dargestellt, sondern es stehen noch weitere Optionen zur Verfügung.

Eine Markierung kann gesetzt werden, um eine Normverletzung explizit zu bestätigen (Violation), zu Überstimmen (OK) oder den Pfad mit einem Fragezeichen zu versehen (Unknown).

Für jeden Pfad können Kommentare hinzugefügt werden, die automatisch mit dem Erstellungsdatum und dem Benutzernamen versehen werden. Die erlaubt eine Kommunikation über individuelle Pfade mit anderen Teammitgliedern.

Kommentare

Pfade befinden sich oftmals tief im Inneren einer Baugruppe und sind von mehreren Komponenten verdeckt. AutoCrear bietet spezielle Funktionen um diese Pfade effizient zu detektieren, wie das automatische Setzen der Kamerapostition an den Anfang bzw. das Ende des Pfades, das Hervorheben eines Pfades, das automatische Ausblenden aller unbeteiligten Komponenten oder das setzen eines sogenannten "Path Window".

Pfadfeatures:

Für jeden Pfad können eine Reihe von Kamerapositionen gespeichert werden um ein wiederholtes Durchforsten der Resultate zu vereinfachen. Die gespeicherten Kamerapositionen dienen zudem auch für die Generierung von Screenshots bei der Erstellung eines automatischen Analysereports.

Path Window

Beispiel des "Path Window"-Features, in dem ein "Fenster" in die den Pfad verdeckenden Elemente der Baugruppe geschnitten wird, so dass der Pfad vollständig zu sehen ist.

Aus den Ergebnissen einer Analyse kann ein automatischer Report entweder als pdf- oder html-Dokument erzeugt werden. Dabei können folgende Inhalte automatisch inkludiert werden:

  •   Eine Titelseite inklusive Firmenlogo und allgemeinen Informationen über die Baugruppe
  •   Eine Liste der Komponenten der Baugruppe inklusive eines Screenshots und der zugeordneten Meta-Informationen
  •   Eine Liste aller elektrischer Netze inklusive Screenshots und zugeordneter Eigenschaften
  •   Eine Kurzzusammenfassung der Analyse mit Auflistung der verwendeten Analyseparameter für jedes Netzpaar inklusive dem Grad der gefundenen Normverletzung
  •   Eine detaillierte Liste aller Pfade zwischen jedem einzelnen Netzpaar inklusive Screenshots (basierend auf den gespeicherten Kamerapositionen) und hinterlegter Kommentare und Markierungen für jeden Pfad

Dokumentation:
PDF

In jedem beliebigen Arbeitsschritt kann ein sogenanntes AutoCrear Session File (.acs) gespeichert werden, das alle nötigen Informationen zur Wiederaufnahme der Session enthält.

  •   Die vorverarbeitete Geometrie der Baugruppe
  •   Die zugewiesenen Metadaten
  •   Die elektrischen Netze
  •   Die Analyseparameter
  •   Die Resultate

Am Ende des Workflows kann die Sessiondatei als digitales 3D-Dokument einer Analyse angesehen werden, die mithilfe des kostenlosen AutoCrear Viewers von jedem anderen Teammitglied betrachtet werden kann. Die ursprünglichen CAD Daten sind dabei nicht mehr notwendig, da die Geometrie der Baugruppe in der Sessiondatei mitgespeichert wird. Der kostengünstige AutoCrear Extended Viewer ermöglicht ein zusätzliches Bearbeiten der Ergebnisse.

Wiederverwendung

Wiederverwendung von Ergebnissen

Nach einer Anpassung oder Änderung der Baugruppe ist meist eine erneute Analyse notwendig. Sämtliche Benutzereingaben, die in einer vorherigen AutoCrear Session getätigt wurden, können automatisch wiederhergestellt werden.

VORTEILE

ZeitZeit

Konstrukteure von elektrischen Baugruppen verbringen eine nicht unerhebliche Zeit mit manuellen Messungen und Dokumentationen der Luft- und Kriechstrecken ihres CAD Designs. Abhängig von der Komplexität des Designs kann dies einige Tage / Wochen in Anspruch nehmen. Mit AutoCrear reduziert sich dieser Prozess auf wenige Minuten / Stunden.

SicherheitSicherheit

Manuelle Messungen sind nicht nur zeitaufwändig, sondern auch ungenau. Normverletzungen können übersehen werden, was hohe Risiken nach sich zieht und bis zum Rückruf einer Produktreihe führen kann. AutoCrear verhindert dieses Szenario durch die exakte Berechnung aller Luft- und Kriechstrecken.

QualitätQualität

Kompaktheit ist oft ein wichtiges Qualitätsmerkmal für elektrische Baugruppen. Je dichter elektrische Netze verbaut werden, umso höher ist jedoch das Risiko einer Verletzung der vorgeschriebenen Mindestabstände bezüglich Luft- und Kriechstrecken. Ingenieure planen daher Sicherheitsabstände ein, die ein kompakteres Design verhindern. Mithilfe von AutoCrear lassen sich elektrische Netze so nah wie möglich platzieren ohne geltenden Normen zu verletzen, was eine sichere Kompaktifizierung der Produkte ermöglicht.

KostenKosten

In jedem Fall lassen sich mit AutoCrear die Kosten einsparen, die ein Ingenieur sonst zwangläufig mit manuellen Messungen und Dokumentationen von Luft- und Kriechstrecken an elektrischen Baugruppen aufwendet. Diese Einsparung lässt sich zwischen 2.000 und 10.000 Euro pro Bauteil beziffern. Falls eine Normverletzung übersehen wird, kommt es in der Regel durch spätere Nachbesserungen zu unnötigen Schleifen im Produktionsprozess oder gar zu einem Rückruf, was Kosten in Millionenhöhe verursachen kann. AutoCrear bietet eine Versicherung gegen dieses worst-case Szenario.

PRODUKTE

Feature AutoCrear AutoCrear Ext. Viewer AutoCrear Viewer
MCAD Daten importieren + - -
Sessions laden + + +
Sessions speichern + + -
3D Viewer + + +
Metadaten zuweisen + - -
Elektrische Netze definieren + - -
Luft- und Kriechstreckenberechnung durchführen + - -
Luft- und Kriechwege anzeigen + + +
Markieren, Kommentieren, Pfade löschen + + -
Automatisches Dokumentationsfeature + + -

INTEGRATION VON AUTOCREAR IN IHR SYSTEM

AutoCrear kann sowohl als eigenständiges Tool, welches gängige CAD-Formate unterstützt, als auch als Plugin für PTC Creo bezogen werden. Neben dem Softwarepaket bieten wir Ihnen eine individuelle Integration von AutoCrear in Ihre Produktionspipeline in Kombination mit Schulungen an, damit Sie eigene Analysen effizient durchführen können. Außerdem ermöglicht Ihnen unser Angebot einer Luft- und Kriechstreckenanalyse als Dienstleistung ein erstes Kennenlernen unseres Verfahrens. Wenn Sie an AutoCrear interessiert sind, kontaktieren Sie uns bitte.

DOWNLOAD AUTOCREAR