Werkstein für einen Baldachin des Freiburger Münsters
Aus Open-Naturstein
Steinmetzgerechte 3D-Konstruktion
Dr. Richard Stein
Das CAD-System AutoCAD ist ein 3D-CAD-System,das alle Voraussetzungen zur Erstellung komplexer Werksteingeometrien erfüllt. Dabei kann auch auf ein Aufmass bzw. auf Bestandspläne zurückgegriffen werden.
Exemplarisch an einem Werkstein für einen Baldachin des Freiburger Münsters sollen die Möglichkeiten und Vorteile der 3D-Konstruktion aufgezeigt werden. Die Erstellung des Werksteins erfolgt über das Modellieren mit Körpern. Diese Körper können zu einem neuen Körper durch Vereinigung zusammengefügt werden oder durch Differenzbildung abgezogen werden. Hieraus ergibt sich für den Steintechniker eine neue Situation. Er muss wissen, welche Teilkörper in welcher Zahl und räumlicher Lage benötigt werden um die gewünschte Werksteingeometrie zu erzeugen. Man unterscheidet bei den zur Verfügung stehenden Körpern zwischen Primitiven (z.B. Quader, Pyramide, Kugel usw.) und extrudierten Körpern. Ausgehend von Schablonen (geschlossene Polylinien) können durch Extrudieren vielfältige Profile erzeugt werden. Die Münsterbauhütte in Freiburg hat ihre Bestandspläne gescannt und in digitaler Form auf Datenträgern gespeichert. Der Plan kann ins CAD als Rasterbild eingefügt und so skaliert werden, dass diese Zeichnung zum Digitalisieren der benötigten Profile verwendet werden kann. Diese Profile werden als geschlossene Polylinien im CAD gezeichnet. Damit die Körper durch Extrusion erstellt werden können müssen weiterhin die Pfade (Achsen) für die Extrusion ermittelt werden. Die eigentliche Leistung bei der 3D-Konstruktion besteht darin,die erforderlichen Körper zu erkennen und sie zu erzeugen und die erforderlichen Achsen zu konstruieren und sie 3-dimensional darzustellen.
Weiterhin ist es erforderlich, Symmetrien zu erkennen und somit die Konstruktion auf wesentliche Körperteile zu reduzieren und durch Spiegeln bzw. Kopieren zu ergänzen. So reicht bei diesem Beispiel nur die Konstruktion eines Viertels des Baldachins. Für die Modellierung des Werksteines sind 17 Volumina erforderlich. Sie werden durch die Funktionen Extrusion und Rotation von Schablonen bzw. Konterschablonen erzeugt. Mit der Funktion Kappen werden auf die erforderliche Größe beschnitten.
Die blauen Körper werden durch den Befehl Vereinigung und die gelben Körper durch den Befehl Differenz zu der Werksteingeometrie zusammengefügt.
Hierbei ist auch eine Reihefolge der Vereinigung zu beachten. Dieses Beispiel zeigt, dass steinbautechnisches Wissen weiterhin erforderlich ist, jedoch die Durchdringung der Körper und das Ermitteln der Schnittkanten der Flächen vom CAD-Programm vorgenommen wird. Diese „neuen“ Konstruktionstechniken führen zu optisch kontrollierbaren 3D-Zeichnungen. Somit werden Darstellungsformen möglich, die bisher eines erheblichen Aufwandes bedurften.
Zieht man vom Quader die modellierte Werksteingeometrie ab, so erhält man die Hülle des Werksteins. Weist man dieser Hülle die Eigenschaften von Glas zu, so kann man in den Quader hineinschauen. Diese Hülle dient dazu, Konterschablonen für die Fertigung des Werksteines zu erstellen.
Der CAD-Bediener kann beliebige Schnittebenen festlegen, Schnittflächen erzeugen und sie als Schablonen im Maßstab 1:1 plotten.
Abschließend kann der Stein als virtueller Stein dargestellt werden. Der fertigen Werksteingeometrie wird die Materialstruktur von Sandstein zugewiesen. Weiterhin können Lichtquellen und Lichteinfallswinkel festgelegt werden. Nach dem Rendern entsteht ein Bild mit Schatten.
Der Vergleich vom virtuellen und realem Werkstein zeigt welches Leistungsvermögen das CAD-System besitzt und welche Möglichkeiten dem Restaurator sich eröffnen.
