TechDraw Geometric dimensioning and tolerancing/de

Konzept

Der Hauptzweck einer technischen Zeichnung besteht darin, dass andere verstehen, was der Konstrukteur mit welchen Toleranzen entworfen hat UND wie der Entwurf zu fertigen ist. Da die meisten Teile zu Baugruppen passen müssen, sind auch die geometrischen Beziehungen zu anderen Teilen wichtig. Um dies zu erreichen, wurde das System der Form- und Lagetoleranz (GD&T engl. Geometric Dimensioning and Tolerancing) entwickelt.

Nimm zum Beispiel dieses Teil:

In der Anwendung soll eine Achse durch die zwei Löcher des Bauteils gelegt werden. Das heißt, dass wir die folgenden Dinge festlegen müssen:

Den Durchmesser der Löcher und ihre Lage.
Dass die Löcher entlang einer bestimmten Achse verlaufen, die nicht senkrecht auf der XZ-Basisebene steht.
Dass das Achsenbauteil eine bestimmte Geradheit aufweisen muss.

Die Geradheit ist wichtig, da eine gebogene Achse nicht durch die Löcher passen würde. Die Ausrichtung des Lochs ist wichtig, da das Bohren der Löcher an der vorgesehenen Stelle ohne Berücksichtigung der Achse zu Bohrungen führen würde, durch die die Achse nicht passt. Es reicht also nicht nur den Durchmesser und die Position festzulegen. Der erste Punkt entspricht der "klassischen" Bemaßung, während es sich bei den beiden anderen um geometrische Informationen handelt; damit kommt die Form- und Lagetolerierung ins Spiel. Das Beispiel zeigt auch deutlich, dass Form- und Lagetoleranzen entscheidend dazu beitragen, dass sich Einzelteile gut zu Baugruppen zusammenfügen lassen.

Wenn man mit dem Konzept von GD&T nicht vertraut ist, empfehlen wir dringend, sich jetzt damit vertraut zu machen. Eine kurze Einführung findet man beispielsweise in diesem Video. Weitere Informationen zum Konzept der "maximalen Materialbedingung" findet man in [diesem Video: https://www.youtube.com/watch?v=UXZjTb3ZUQI]. Ausführliche Informationen zu allen Arten von GD&T-Funktionen findet man im Internet. Einige gute Erklärungen bietet beispielsweise [dieser YouTube-Kanal: https://www.youtube.com/c/Gdandtbasics/videos].

Form- und Lagetolerierung wird in den Normen ISO 1101 und ASME Y14.5 festgelegt.

TechDraws Möglichkeiten zur Einhaltung der gängigen Normen zur Form- und Lagetolerierung sind begrenzt (soweit es FreeCAD 0.20 betrifft), aber es lässt sich schon viel erreichen. Diese Wiki-Seite erklärt, was implementiert ist und welche Tricks für nicht implementierte Funktionen angewendet werden können. Hinweis: Diese Wiki-Seite dient nicht zur Erklärung der Form- und Lagetolerierung!

Bemaßung

TechDraw enthält mehrere Werkzeuge zum Erstellen unterschiedlicher Maße. Bitte bei den unterschiedlichen Maßen nachsehen, wie sie erstellt und bearbeitet werden.

Formatierung

Die Standardschrift für neue Maßeinträge wird in den Einstellungen unter Anmerkungsschriftart festgelegt. Die Standardschrifthöhe wird in den Einstellungen unter Anmerkungsschrifthöhe festgelegt.
Hinweis: Es wird empfohlen eine Schriftart zu verwenden, die ein Minus-Zeichen enthält, das genau so breit ist, wie das Plus-Zeichen, da so sichergestellt wird, dass Toleranzen, wie in den Normen für Form- und Lagetolerierung vorgegeben, dargestellt werden. So eine Schrift, die Bestandteil aller FreeCAD-Installationen ist, ist z.B. osifont.

Das Standardformat für neue Maßzahlen hängt von den Einstellungen unter Globale Dezimalstellen verwenden und Dezimalstellen ändern ab. Dies legt die Anzahl von Nachkommastellen fest; die Maßzahl bleibt in jedem Falle eine Fließkommazahl. Soll sie z.B. auf zwei Nachkommastellen festgelegt werden, heißt die Formatangabe "%.2f" (Fließkommazahl mit 2 Nachkommastellen).

Das Zahlenformat kann angepasst werden:

Auf das Maß in der Zeichnung oder auf das Dimension-Objekt in der Baumansicht doppelklicken.
Der Dialog Maßeintrag wird geöffnet und enthält im Feld Formatspezifikation die Formatangabe, die nach Bedarf angepasst werden kann.

Die Syntax der Formatangabe wird hier erklärt (engl.). Man kann auch dieses Online-Tool verwenden, um zu sehen, welche Formatangabe Zahlen formatiert.

Beispiele:

Wenn man 2 Dezimalstellen verwendet, möchte aber für einen Winkel nur eine Dezimalstelle verwenden, dann verwendet man den Formatbezeichner %.1f.
Wenn man 2 Dezimalstellen verwendet, möchte aber nicht, dass nachgestellte Nullen ausgegeben werden (wenn man 4 anstatt 4,00 bevorzugt). Dann verwendet man diesen Formatbezeichner: %g. Das g verwendet die kürzestmögliche Ausgabe und lässt daher nachgestellte Nullen weg. Außerdem wechselt es bei Bedarf automatisch zur wissenschaftlichen Notation.

Mit der Eigenschaft Daten-EigenschaftInverted kann man Längenmaße negativ machen und Winkel aus dem Bereich 0–180° in den Reflexbereich 180°–360° umkehren.

Wird die Option Theoretisch genau im Dialog Maßeintrag aktiviert, wird das Maß mit einem rechteckigen Rahmen umgeben, um es als theoretisch genau zu kennzeichnen.

Man kann anstelle einer formatierten Zahl einen eigenen Text verwenden, indem man im Dialogfeld Bemaßung die Option Beliebiger Text auswählt. Dann wird der Inhalt des Feldes Formatbezeichner als Bemaßung gedruckt.

Mit den Eigenschaften Daten-EigenschaftX und Daten-EigenschaftY kann man die horizontale und vertikale Position des Maßtextes relativ zur Ansicht ändern. Alternativ kann man die Position auch durch Ziehen der Maßzahl oder des Maßtextes ändern.

Toleranzen

Erstellen

Ein Maß in der Zeichnung eintragen.
Entweder das Maß in der Zeichnung oder das Dimension-Objekt in der Baumansicht doppelklicken.
In dem geöffneten Dialog Maßeintrag wird unter Oberes Abmaß der Wert angegeben, um den eine Abmessung das (Nenn-) Maß überschreiten darf.
Dies ergibt eine symmetrische Toleranz, wie diese:
Für unterschiedliche Abmaße wird unter Unteres Abmaß der Wert angegeben, um den eine Abmessung das (Nenn-) Maß unterschreiten darf und die Option "Symmetrische Toleranz" wird deaktiviert.
Dies ergibt eine Toleranz mit unterschiedlichen Abmaßen, wie diese:

Entfernen

Um eine Toleranzangabe zu entfernen, werden sowohl "Oberes Abmaß" als auch "Unteres Abmaß" auf Null gesetzt

Formatierung

Die Standardschriftart für neue Toleranzen ist dieselbe wie für Bemaßungen. Die Standardschriftgröße wird durch die Einstellung Toleranz-Text-Größe in den Voreinstellungen festgelegt. Diese Skala ist ein Faktor der für die Dimension verwendeten Schriftgröße.

Das Standardzahlenformat für neue Toleranzen entspricht standardmäßig dem Format für die Bemaßung. Es kann im Bemaßungsdialog geändert werden.

Man kann anstelle einer formatierten Zahl einen eigenen Text verwenden, indem man im Dialogfeld Bemaßung die Option Beliebiger Text auswählt. Dann wird der Inhalt des Feldes Toleranz Formatbezeichner als Toleranztext gedruckt.

Geometrische Tolerierung

Geometrische Toleranzen werden mit der Funktion Hinweisfeld einfügen von TechDraw erstellt. Da die meisten Einträge einen Rahmen erfordern, ist es hilfreich, in den TechDraw-Einstellungen die Form des Hinweisfeldes auf Rechteck zu ändern.

Toleranzrahmen

Beispiel einer tolerierten Stange. (Der Gesamtlauf beinhaltet schon die Geradheit; sie ist hier nur als Beispiel hinzugefügt.)

Als Indikator für Form- und Lagetoleranzen wird der Toleranzrahmen verwendet, der mit dem Befehl Hinweisfeld einfügen von TechDraw erstellt wird:

Wurde ein Hinweisfeld hinzugefügt, dessen Form kein Rechteck ist, kann mit einem Doppelklick in der Baumansicht der Dialog Hinweiskreis geöffnet und darin unter Rahmenform der Eintrag Rechteck ausgewählt werden.
Das zugehörige Unicode-Zeichen für das zu beschreibende Merkmal im Eingabefeld Text hinzufügen. (Es kann aus der unter Symbolreferenz befindlichen Tabelle kopiert werden oder man verwendet TechDraw ErgänzungFormatierungAnpassen.)
Wird das Zeichen '|' im Eingabefeld Text eingegeben, wird ein neues Feld im Toleranzrahmen begonnen.

Es gibt keine Regel, die festlegt, ob oder wie ein Toleranzrahmen mit einer Hinweislinie verbunden wird; dafür kann man:

die Eigenschaft Hinweislinie sichtbar im Dialog Hinweisfeld auf Falsch setzen.
das Endsymbol auf Gefüllte Pfeilspitze oder Punkt setzen.

Das Beispiel auf der rechten Seite zeigt die beiden möglichen Layouts für Toleranzanzeigen.

Bezüge

Bezugsflächen im Sinne der GD&T-Definition sind Flächen, auf die sich die Toleranz bezieht. Sie werden als Hinweisfeld erstellt:

Nachdem ein Hinweisfeld hinzugefügt wurde, setzt man im Hinweisfeld-Dialogfeld End Symbol auf Filled Triangle (Gefülltes Dreieck).
Wenn die Blasenform noch kein Rahmen ist, setzt man Bubble Shape (Blasenform) auf Rectangle (Rechteck).
Das Hinweisfeld mit der Maus so ziehen, dass das Dreieck von der Bezugsfläche weg zeigt.
Da es üblich ist, eine gerade Linie für Bezugspunkte zu verwenden, sofern die Bezugsfläche nicht senkrecht zu X oder Y ist, sicherstellen, dass entweder die Eigenschaften Daten-EigenschaftX und Daten-EigenschaftOrigin X oder Daten-EigenschaftY und Daten-EigenschaftOrigin Y gleich sind, um eine gerade Hinweisfeld-Linie zu erhalten.

Beispiel eines Bezuges auf der Zeichnung

Symbolreferenz

Zum Einzetzen von Form- und Lagesymbolen enthält TechDraw das Werkzeug Formatierung anpassen.

Als Referenz findet man hier Listen mit Zeichen, die für geometrische Toleranzen verwendet werden:

Referenzkarte zur Form- und Lagetolerierung (entsprechend Tabelle 2 der ISO 1101-2017)
Art des Merkmals	Geometrische Eigenschaft	Unicode-Zeichen	Bezug erforderlich	Hinweise
Form	Geradheit	⏤ U+23E4	nein
Form	Ebenheit	⏥ U+23E5	nein
Form	Rundheit	○ U+25CB	nein
Form	Zylinderform	⌭ U+232D	nein
Form / Richtung / Ort	Profil einer beliebigen Linie	⌒ U+2312	ja	Kein Bezug nötig bei ausschließlicher Formtolerierung
Form / Richtung / Ort	Profil einer beliebigen Fläche	⌓ U+2313	Ja	Kein Bezug nötig bei ausschließlicher Formtolerierung
Richtung	Parallelität	∥ U+2225	ja
Richtung	Rechtwinkligkeit	⟂ U+27C2	ja
Richtung	Neigung	∠ U+2220	ja
Ort	Position	⌖ U+2316	ja	Kein Bezug nötig bei Tolerierung nach Norm ISO 5458.
Ort	Konzentrizität / Koaxialität	◎ U+25CE	ja	Heißt Konzentrizität im Zusammenhang mit Mittelpunkten und Koaxialität im Zusammenhang mit Mittlellinien. In der Norm ASME Y14.5 seit der Ausgabe von 2018 entfallen.
Ort	Symmetrie	⌯ U+232F	ja	In der Norm ASME Y14.5 seit der Ausgabe von 2018 entfallen.
Lauf	Rundlauf / Planlauf	↗ U+2197	ja
Lauf	Gesamtlauf	⌰ U+2330	ja

Symbole, die im Formelement-Kontrollrahmen (Feature Control Frame) verwendet werden, um die Beschreibung, Toleranz, Modifikatoren und Bezugspunkte eines Formelements anzugeben
Unicode-Zeichen	Modifikator	Hinweise
Ⓕ U+24BB	Free state	Gilt nur, wenn das Teil anderweitig fixiert ist
Ⓛ U+24C1	Geringste Materialbedingung (engl. LMC)	Nützlich zur Aufrechterhaltung der Mindestwandstärke
Ⓜ U+24C2	Maximaler Materialzustand (engl. MMC)	Bietet nur für ein Merkmal der Größe eine Bonustoleranz
Ⓟ U+24C5	Prognostizierte Toleranzzone	Nützlich bei Gewindebohrungen für lange Bolzen
Ⓢ U+24C8	Unabhängig von der Strukturgröße (engl. RFS)	Nicht Teil der Fassung von 1994. Siehe Absatz A5, Punkt 3. Siehe auch Absatz D3. Siehe auch Abbildung 3-8.
Ⓣ U+24C9	Tangentialebene	Nützlich für Schnittstellen, bei denen keine Form erforderlich ist
—	Kontinuierliche Merkmale	Identifiziert eine Gruppe von Merkmalen, die geometrisch als ein einziges Merkmal behandelt werden sollten
—	Statistische Toleranz	Erscheint in der Version des Standards von 1994, setzt eine angemessene statistische Prozesskontrolle voraus.
Ⓤ U+24CA	Ungleiches bilaterales	Wurde in der Version 2009 der Norm hinzugefügt und bezieht sich auf eine ungleiche Profilverteilung. Die Zahl nach diesem Symbol gibt die Toleranz in Richtung "Plusmaterial" an.