Sketcher Workbench/de

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Symbol des Arbeitsbereichs Sketcher

Einleitung

Mit dem Arbeitsbereich Sketcher können 2D-Skizzen für den Gebrauch in anderen Arbeitsbereichen erstellt werden. 2D-Skizzen sind der Ausgangspunkt für viele CAD-Modelle. Sie legen typischerweise die Profilquerschnitte und Rückgratkurven für die Verfahren zur Erstellung von 3D-Formen fest. Die endgültige Form eines Modells kann von mehreren Skizzen abhängen.

Zusammen mit booleschen Verknüpfungen, die im Arbeitsbereich Part festgelegt werden, bildet der Arbeitsbereich Sketcher, oder kurz "der Sketcher", die Basis der Methode "Konstruktive Festkörper-Geometrie", engl.: constructive solid geometry (CSG) zum Aufbau von Festkörpern. Zusammen mit den Verfahren des Arbeitsbereichs PartDesign bildet er auch die Basis der Methode Formelemente bearbeiten zum Aufbau von Festkörpern. Aber auch viele andere Arbeitsbereiche setzen Skizzen ein.

Der Arbeitsbereich Sketcher verwendet Randbedingungen (engl.: constraints, auch Beschränkungen, Zwangsbedingungen oder Einschränkungen genannt), die es ermöglichen, dasss 2D-Formen präzisen geometrische Festlegungen in Form von Längen, Winkeln und Lagebeziehungen (horizontal, vertikal, rechtwinklig, usw.) folgen. Ein mathematischer Gleichungslöser (kurz Löser) Löser (engl.: Solver) berechnet den mit Randbedingungen bestimmten Umfang der 2D-Geometrie und ermöglicht die interaktive Überwachung der Freiheitsgrade der Skizze.

Der Sketcher ist nicht für die Herstellung von technischen Zeichnungen (Blaupausen) vorgesehen. Sobald Skizzen eingesetzt wurden um ein Festkörper-Formelement zu erstellen, werden sie automatisch ausgeblendet und Randbedingungen sind nur im Skizzenbearbeitungsmodus sichtbar. Sollen nur 2D-Zeichnungen zum Ausdrucken erstellt werden, ohne dass 3D-Modelle benötigt werden, sollte der Arbeitsbereich Draft ausprobiert werden.

Eine vollständig bestimmte Skizze‎

Randbedingungen

Randbedingungen (auch Beschränkungen, Einschränkungen, Zwangsbedingung genannt) werden eingesetzt, um die Freiheitsgrade eines Objektes festzulegen (zu bestimmen). Beispielsweise besitzt eine Linie ohne Randbedingung 4 nicht bestimmte Freiheitsgrade (engl.: degree(s) of freedom, abgekürzt als "DoF"): Sie kann horizontal oder vertikal verschoben, sie kann gestreckt, oder gedreht werden.

Durch Vorgabe einer Ausrichtung, wie horizontal, vertikal oder eines Winkels (relativ zu einer anderen Linie oder zu einer der Achsen), wird ihr die Fähigkeit zu rotieren genommen, sodass 3 Freiheitsgrade übrig bleiben. Das Festsetzen eines der Punkte relativ zum Ursprung entfernt weitere 2 Freiheitsgrade. Und das Festlegen der Länge entfernt den letzten Freiheitsgrad. Die Skizze ist dann vollständig bestimmt.

Objekte können relativ zueinander ausgerichtet werden. Zwei Linien können durch je einen ihrer Endpunkte mit der Randbedingung KoinzidentFestlegen (deckungsgleich) verbunden werden. Zwischen den beiden Linien kann der Winkel eingestellt werden oder beide können rechtwinklig zueinander festgelegt werden. Eine Linie kann tangential an einem Bogen oder einem Kreis anliegen, usw. Eine Skizze kann auf verschiedene Arten festgelegt bzw. bestimmt werden. vollständig bestimmt bedeutet, dass die Kombination der Randbedingungen nur noch genau eine Lösung für die Berechnung zulässt. Siehe auch: Flipping.

Es gibt zwei Arten von Randbedingungen: geometrische und maßliche. Sie sind im Abschnitt Werkzeuge weiter unten ausführlich beschrieben.

Randbedingungen bearbeiten

Wenn eine festlegende maßliche Randbedingung erstellt wird und wenn die Einstellung Wert erfragen, nach Erstellung einer maßlichen Randbedingung aktiviert ist (Standardeinstellung), öffnet sich ein Dialog zum Bearbeiten des Wertes.

Sketcher Randbedingungen bearbeiten

Es kann ein Zahlenwert oder ein Ausdruck eingegeben werden und es ist möglich der Randbedingung einen Namen zu geben, um ihre Verwendung in anderen Ausdrücken zu ermöglichen. Man kann die Checkbox Referenz aktivieren, um die Randbedingung in den anzeigenden Modus umzuschalten.

Um den Wert einer vorhandenen maßlichen Randbedingung zu ändern gibt es folgende Möglichkeiten :

Randbedingungen verschieben

Maßliche Randbedingungen können durch Ziehen in der 3D-Ansicht verschoben werden. MIt dem Mauszeiger über der Maßzahl die linke Maustaste gedrückt halten und die Maus bewegen. Die Symbole der geometrischen Randbedingungen werden automatisch positioniert und können nicht bewegt werden.

Profilskizzen

Um eine Skizze zu erstellen, die sich zum Erstellen von Festkörpern eignet, müssen folgende Regeln befolgt werden:

Diese Regeln gelten nicht für Hilfsgeometrie (Standardfarbe blau), die außerhalb des Bearbeitungsmodus nicht dargestellt wird oder wenn die Skizze für einen anderen Zweck eingesetzt wird. Abhängig von dem Arbeitsbereich und dem Werkzeug, das die Skizze verwendet, können weitere Einschränkungen gelten.

Werkzeuge

Die Werkzeuge des Arbeitsbereichs Sketcher sind im Menü Sketch und/oder mehreren Symbolleisten zu finden. eingeführt in 0.21: Fast alle Sketcher-Symbolleisten werden nur dann dargestellt, wenn sich eine Skizze im Bearbeitungsmodus befindet. Die einzige Ausnahme ist die Symbolleiste Sketcher, die nur dargestellt wird, wenn sich keine Skizze im Bearbeitungsmodus befindet.

Einige Werkzeuge stehen auch im Kontextmenü der 3D-Ansicht zur Verfügung, während sich eine Skizze im Bearbeitungsmodus befindet, oder in den Kontextmenüs des Sketcher-Dialogs.

eingeführt in 0.21: Ist eine Skizze im Bearbeitungsmodus, ist die Werkzeugleiste Struktur ausgeblendet, da dann keins ihrer Werkzeuge verwendet werden kann.

Allgemein

Symbolleiste Sketcher

Symbolleiste Sketcher-Bearbeitungsmodus

Symbolleiste Sketcher-Werkzeuge Bearbeitung

Andere

Skizzengeometrien

Dies sind Werkzeuge zum Erstellen von Objekten.

  • Ellipse um Mittelpunkt erstellen: Erstellt eine Ellipse durch Festlegen ihres Mittelpunktes, eines Endpunktes einer ihrer Achsen und eines Punktes im Verlauf ihres Umfangs. eingeführt in 1.0: Oder durch Festlegen beider Endpunkte einer Achse und eines Punktes im Verlauf ihres Umfangs.

Sketcher-Randbedingungen

Dies sind Werkzeuge zum Erstellen von Randbedingungen. Einige Randbedingungen erfordern den Einsatz von Hilfsrandbedingungen.

  • Abmessung: Es ist das kontextabhängige Werkzeug zum Erstellen von Randbedingungen des Arbeitsbereichs Sketcher. Basierend auf der aktuellen Auswahl stellt es passende maßliche Randbedingungen zur Verfügung aber auch geometrische Randbedingungen. eingeführt in 1.0
  • Horizontalen Abstand festlegen (XAbstandFestlegen): Legt den horizontalen Abstand zwischen zwei Punkten oder Endpunkten einer Linie fest. Ist ein einzelner Punkt vorausgewählt, bezieht sich der Abstand auf den Ursprung der Skizze.
  • Vertikalen Abstand festlegen (YAbstandFestlegen): Legt den vertikalen Abstand zwischen zwei Punkten oder den Endpunkten einer Linie fest. Ist ein einzelner Punkt vorausgewählt, bezieht sich der Abstand auf den Ursprung der Skizze.
  • Abstand festlegen: Legt die Länge einer Linie, den Abstand zwischen zwei Punkten, den senkrechten Abstand eines Punktes zu einer Linie fest; oder eingeführt in 0.21 den Abstand zwischen den Kanten zweier Kreise oder Kreisbögen oder zwischen der Kante eines Kreises oder Kreisbogens und einer Linie; oder eingeführt in 1.0 die Länge eines Kreisbogens.
  • Radius: Legt den Radius für Kreise, Kreisbögen oder B-Spline-Gewichtskreise fest.
  • Winkel festlegen: Legt den Winkel zwischen zwei Kanten, den Winkel zur horizontalen Achse der Skizze oder den überstrichenen Winkel eines Kreisbogens fest.

Sketcher-Werkzeuge

  • Kante zuschneiden: Stutzt eine Kante an den am nächsten liegenden Schnittpunkten mit anderen Kanten.
  • Kante teilen: Teilt eine Kante in zwei und überträgt dabei die meisten Randbedingungen.
  • Kante verlängern: Verlängert oder kürzt eine Linie oder einen Kreisbogen bis zu einer beliebigen Stelle oder bis zu einer Zielkante bzw. einem Zielpunkt.

Sketcher-B-Spline-Werkzeuge

Sketcher visuell

Veraltete Werkzeuge

Einstellungen

Zeichnungshilfen

Der Arbeitsbereich Sketcher besitzt einige Zeichnungshilfen und andere Funktionen, die bei der Erstellung von Geometie und beim Zuordnen von Randbedingungen helfen können.

Fortsetzen-Modi

Es gibt zwei Fortsetzen-Modi. Werden in den Voreinstellungen die Einstellungen Geometrie im "Fortsetzen-Modus" erstellen und Randbedingungen im "Fortsetzen-Modus" erstellen aktiviert (Standardeinstellung), dann werden die zugehörigen Werkzeuge nach dem Beenden erneut gestartet. Um ein Werkzeug im Fortsetzen-Modus zu beenden, wird die Esc-Taste oder die rechte Maustaste gedrückt. Dies muss wiederholt werden, wenn ein Werkzeug zur Geometrieerstellung im Fortsetzen-Modus schon Eingaben erhalten hat. Ein Werkzeug im Fortsetzen-Modus kann auch verlassen werden, indem ein anderes Werkzeug zum Erstellen von Geometrien oder Randbedingungen gestartet wird. Man beachte, dass das Drücken der Esc-Taste den Skizzenbearbeitungsmodus verlässt, wenn kein Werkzeug ausgewählt ist. Das Deaktivieren der Option Mit Esc den Bearbeitungsmodus der Skizze verlassen in den Voreinstellungen hilft, wenn man zu oft unbeabsichtig Esc drückttoo many times.

Automatische Randbedingungen

In Skizzen, für die Automatische Randbedingungen aktiviert ist (Standardeinstellung), werden mehrere Randbedingungen automatisch angelegt. Das Symbol der vorgesehenen automatischen Randbedingung wird neben dem Mauszeiger angezeigt, wenn er richtig positioniert ist. Ein Klick mit der linken Maustaste legt diese Randbedingung fest. Diese Einstellung gilt pro Skizze und kann im Sketcher-Dialog geändert werden oder durch Ändern der Ansicht-EigenschaftAutoconstraints (siehe Eigenschaften) der Skizze.

Die folgenden Randedingungen werden automatisch festgelegt:

Einrasten

eingeführt in 0.21

Es ist möglich auf Rasterlinien und Rasterschnittstellen einzurasten, auf Kanten von Geometrien und Mittelpunkten von Linien und Kreisbögen sowie auf bestimmte Winkel. Bitte beachten, dass Einrasten selbst keine Randbedingungen erstellt. Nur wenn Automatische Randbedingungen eingeschaltet ist, wird das Einrasten auf einer Kante eine Randbedingung Punkt auf Objekt festlegen anlegen. Aber auch das einfache Auswählen eines Punktes auf der Kante hätte dann das gleiche Ergebnis.

In-Ansicht-Parameter

eingeführt in 1.0

Abhängig von der ausgewählten Option in den Voreinstellungen können nur die maßlichen In-Ansicht-Parameter (On-View-Parameters) aktiviert werden oder beide, die maßlichen In-Ansicht-Parameter und die zum Festlegen von Positionen. Letztere ermöglichen die Eingabe von exakten Koordinaten, z.B. für den Mittelpunkt eines Kreises oder den Startpunkt einer Linie. Maßliche Parameter ermöglichen die Eingabe exakter Maße und Winkel z.B. für den Radius eines Kreises oder die Länge und den Winkel einer Linie. In-Ansicht-Parameter stehen nicht für alle Werkzeuge zur Verfügung.

Bestimmung des Mittelpunktes eines Kreises mit aktivierten Positionsparametern

Bestimmung des Radius eines Kreises mit aktivierten Maßparametern

Werden Werte eingegeben und mit Enter oder Tab bestätigt, werden die zugehörigen Randbedingungen automatisch hinzugefügt. Werden zwei Parameter gleichzeitig angezeigt, z.B. die X- und die Y-Koordinate eines Punktes, ist es möglich einen Wert einzugeben und den anderen durch Auswahl eines Punktes festzulegen. Abhängig vom Objekt können weitere Randbedingungen erforderlich sein, um es vollständig zu bestimmen. Randbedingungen, die sich aus In-Ansich-Parametern ergeben, haben Vorrang vor denen, die aus Automatischen Randbedingungen resultieren.

Kreisbogen, für den alle In-Ansicht-Parameter eingegeben wurden, mit den resultierenden automatisch erstellten Randbedingungen

Koordinatenanzeige

Ist die Voreinstellung Während der Bearbeitung Koordinaten neben dem Eingabezeiger anzeigen aktiviert (Standardeinstellung), werden die Parameter des aktuellen Werkzeugs zur Geometrieerstellung (Koordinaten, Radius oder Länge und Winkel) neben dem Mauszeiger angezeigt. Dies wird deaktiviert, während in-Ansicht-Parameter angezeigt werden.

Auswahlmethoden

Während sich eine Skizze im Bearbeitungsmodus befindet, können folgende Methoden eingesetzt werden:

Elemente in der 3D-Ansicht auswählen

Wie auch anderswo in FreeCAD kann ein Element in der 3D-Ansicht mit einem einzelnen Klick mit der linken Maustaste ausgewählt werden. Die Ctrl-Taste muss aber nicht gedrückt werden, wenn mehrere Elemente ausgewählt werden; sie kann aber gedrückt werden, was den Vorteil hat, dass nicht die ganze Auswahl verloren geht, wenn man sich verklickt. Kanten, Punkte und Randbedingungen können auf diese Weise ausgewählt werden.

Rechteckauswahl in der 3D-Ansicht

Rechteckauswahl in der 3D-Auswahl funktioniert ohne den Einsatz von Std RechteckAuswahl oder Std RechteckElementAuswahl:

  1. Sicherstellen, dass kein Werkzeug aktiv ist.
  2. Eine der folgenden Möglichkeiten auswählen:
    • In einen leeren Bereich klicken und ein Rechteck von links nach rechts aufziehen, um Elemente auszuwählen, die vollständig innerhalb des Rechtecks liegen.
    • In einen leeren Bereich klicken und ein Rechteck von rechts nach links aufziehen, um auch Elemente auszuwählen, die das Rechtecks berühren oder die sich nur teilweise darin befinden.

Es können nur Kanten und Punkte mit einer Rechteckauswahl ausgewählt werden, aber keine Randbedingungen.

Verbundene Geometrie in der 3D-Ansicht auswählen

eingeführt in 1.0

Ein Doppelklick auf eine Kante in der 3D-Ansicht wählt alle Kanten aus, die direkt oder indirekt mit dieser Kante über Endpunkte verbunden sind. Die Kanten müssen nicht mit der Randbedingung Koinzident festlegen verbunden sein, sie müssen nur die gleichen Koordinaten aufweisen.

Auswahl im Sketcher-Dialog

Kanten und Punkte können auch im Abschnitt Elemente des Sketcher-Dialogs ausgewählt werden und Randbedingungen im Abschnitt Randbedingungen dieses Dialogs.

Kopieren, Ausschneiden und Einfügen

eingeführt in 1.0

Die Standard-Tastaturkürzel Ctrl + C, Ctrl + X und Ctrl + V können zum Kopieren, Ausschneiden und Einfügen ausgewählter Skizzengeometrien einschließlich der zugehörigen Randbedingungen eingesetzt werden. Diese Werkzeuge stehen aber auch im Menü unter Skizze → Sketcher-Werkzeuge zur Verfügung. Sie können innerhalb derselben Skizze eingesetzt werden aber auch zwischen unterschiedlichen Skizzen oder verschiedenen Instanzen von FreeCAD. Da die Daten als Python-Code in die Zwischenablage kopiert werden, können sie auch auf andere Weise verwendet werden (z.B. im Forum geteilt werden).

Bewährtes Vorgehen

Jeder CAD-Benutzer entwickelt im Laufe der Zeit seine eigene Arbeitsweise, aber es gibt einige nützliche allgemeine Grundsätze, denen man folgen kann.

  • Eine Reihe einfacher Skizzen ist einfacher handzuhaben als eine komplexe einzelne Skizze. Beispielsweise kann eine erste Skizze für die grundlegenden 3D-Funktionen (entweder ein Block oder ein Drehteil) erstellt werden, während eine zweite Skizze Löcher oder Ausschnitte (Taschen) enthalten kann. Einige Details können weggelassen werden, um später als 3D-Formelemente realisiert zu werden. Es können Verrundungen in einer Skizze vermieden werden, wenn zu viele vorhanden sind, und diese als 3D-Formelemente hinzugefügt werden.
  • Es sollte immer ein geschlossenes Profil erstellt werden, da die Skizze sonst keinen Volumenkörper, sondern eine Reihe offener Seitenflächen erzeugt. Sollen einige der Objekte nicht in die Erstellung eines Volumenkörper einbezogen werden, können sie mit dem Werkzeug Hilfsgeometrie umschalten in Konstruktionselemente umgewandelt werden.
  • Die Funktion Automatische Randbedingungen kann aktiviert werde, um die Anzahl der Randbedingungen zu begrenzen, die manuell hinzugefügt werden müssen.
  • Nach einer allgemeinen Regel sollten zuerst geometrische, danach maßliche Randbedingungen verwendet werden und Sperren als letztes. Aber nicht vergessen: Regeln sind dazu da, gebrochen zu werden. Wenn Probleme beim Bearbeiten einer Skizze auftreten, kann es hilfreich sein, zuerst einige Objekte festzulegen, bevor ein Profil vervollständigt wird.
  • Eine Skizze sollte möglichst mit der Randbedingung Sperren auf den Ursprung (0,0) ausgerichtet werden. Wenn die Skizze nicht symmetrisch ist, setzt man einen ihrer Punkte auf den Ursprung oder wählt einfache runde Zahlen für die festzulegenden abstände.
  • Hat man die Möglichkeit, zwischen den Randbedingungen Abstand festlegen und Horizontalen Abstand festlegen bzw. Vertikalen Abstand festlegen zu wählen, sollte eine der letzteren bevorzugt werden. Horizontalen Abstand festlegen und Vertikalen Abstand festlegen sind vom Berechnungsaufwand her günstiger.
  • Im Allgemeinen eignen sich die folgenden Randbedingungen am besten: Horizontal und Vertikal Festlegen, Horizontalen und Vertikalen Abstand festlegen, (Punkt-zu-Punkt) Tangential festlegen. Wenn möglich sollten die folgenden nur begrenz eingesetzt werden: Abstand festlegen, (Kante-zu-Kante) Tangential festlegen von, Punkt auf Objekt festlegen; Symmetrie festlegen.
  • Wenn Zweifel an der Gültigkeit einer Skizze bestehen, nachdem diese vervollständigt wurde (Elemente werden grün), schließt man das Sketcher-Dialogfeld und verwendet Skizze Überprüfen.

Flipping

Das Phänomen, dass eine vollständig bestimmte Skizze nach einer größeren Änderung an einem ihrer Abmaße, einen unerwarteten neuen Zustand annimmt, ist als "Flipping" bekannt. Im Beispiel unten ändert sich die Form der Skizze komplett, wenn man eine Maßangabe ändert. Man beachte, dass die Skizze mit der neuen Form noch immer vollständig bestimmt ist.

Originale Skizze (links), und dieselbe Skizze nach dem Vergrößern des Wertes von 20 mm auf 1000 mm (rechts)

Methoden um Flipping zu reduzieren

Maßangaben in kleinen Schritten anpassen

Dies ist nicht immer anwendbar, aber das Anpassen der Maßangaben in kleineren Schritten kann funktionieren.

Einen anderen Gleichungslöser verwenden

Der LevenbergMarquardt-Gleichungslöser, der nicht der Standard-Gleichungslöser ist, ist weniger anfällig für Flipping. Siehe Sketcher-Dialog für weitere Informationen.

Horizontale und vertikale Maßangaben verwenden

Das Verwenden der Maßangaben (Randbedingungen) Horizontal und Vertikal anstatt der Randbedingung Gleichheit kann Flipping vermeiden. Punkte, die mit diesen Randbedingungen festgelegt wurden, tauschen ihre Plätze nicht. Im obigem Bild sind die hinzugefügten (orangefarbenen) maßlichen Randbedingungen mit den originalen Maßangaben über Ausdrücke verknüpft.

Winkelmaßangaben verwenden

Das Verwenden von Winkel-Maßangaben anstatt der Randbedingungen Horizontal und Vertikal kann auch funktionieren. Der Winkel, der mit Winkelmaßangaben zwischen Kanten festgelegt wurde, verändert sich nicht. 180° wird nicht zu 0°, 90° wird nicht zu 270°, usw. In der Abbildung wurden alle horizontalen und vertikalen Radbedingungen ausgetauscht, aber das Austauschen von nur zwei Randbedingungen hätte schon ausgereicht.

Anleitungen

Skripten

Die Seite Sketcher Skripten enthält Beispiele für die Erstellung von Randbedingungen aus Python-Skripten.

Beispiele

Ein paar Ideen, was mit den Sketcher-Werkzeugen erstellt werden kann, findet man unter: Sketcher Beispiele.


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(FIXME)

Anwenderdokumentation