1 Die Inventor™ Story

1 Die Inventor™ Story
Die Geschichte der 3D-CAD-Software Inventor™ beginnt bereits in den frühen 80erJahren. Damals, in einer Zeit, in der 2D-CAD-Systeme den Markt dominierten,
übernahm die Firma Autodesk® mit dem Programm AutoCAD die weltweite Marktführerschaft.
Ebenfalls zu dieser Zeit brachte Autodesk® das heute unter dem Namen 3D Studio
Max, kurz 3DS-Max, bekannte Multimediaprogramm auf den Markt und begab sich
damit erstmals in den 3D-Bereich.
Seit dieser Zeit baute die Firma Autodesk® ihr 3D-Programmangebot ständig aus,
ging wichtige Kooperationen mit leistungsfähigen Softwareherstellern ein und
übernahm die eine oder andere Entwicklungsabteilung verwandter Softwarehersteller.
Heute ist die Firma Autodesk® einer der Programmhersteller, der im 3D-Bereich so
gut wie alle Branchen abdeckt und mit einem Jahresumsatz von knapp unter
500 Mio. US-Dollar die Mitbewerber um 10er-Potenzen übertrifft.
Das Maschinenbau-/Metallbau-CAD-Programm Inventor™ ist dabei eines der leistungsfähigsten Programme, sowohl im Rahmen der Autodesk®-Produkte als auch
im Vergleich zu anderen auf dem Markt befindlichen 3D-CAD-Programmen, die
sich insgesamt nur noch auf eine Handvoll relevanter 3D-CAD-Programme reduziert haben.
Inventor™ profitiert dabei immer noch von der Kompatibilität zum AutoCAD DWGFormat, mit der es früheren und heutigen AutoCAD Anwendern möglich ist, ihren
2D-Zeichnungsbestand problemlos und ohne Datenverlust in 3D-Modelle zu überführen oder 3D-Gebilde aus AutoCAD bzw. aus Mechanical Desktop direkt in den
Inventor™ zu importieren.
Gerade die aktuelle Version Inventor™ 2009 legt in diesem Bereich weiter zu und
baut diese Kompatibilität immer noch weiter aus.
1.1
3D-CAD-Begriffe
Im Folgenden sollen in aller Kürze einige wenige Begriffe aus der 3D-CAD-Welt, die
in der Fachliteratur immer wieder in Erscheinung treten, erläutert werden. Nicht nur
deswegen, weil es ja nicht schaden kann, sondern auch, weil ein besseres Verständnis der Arbeitsweise eines CAD-Programms manches Problem im Umgang mit dem
Programm verständlicher macht.
Wer weiß denn schon, was die Inventor™-Online-Hilfe damit meint, wenn bei der
Funktion „Glätten“ (Smooth) von einem „G2“-Übergang die Rede ist!
11
1 Die Inventor™ Story
1.1.1
3D-Kernel
Ein 3D-CAD-Programmpaket besteht aus mehreren Komponenten. Im Innersten
wirkt das eigentliche 3D-Modellierpaket, im Inventor™ ist dies der ACIS-Kernel.
Mit ACIS bezeichnet man einen sehr leistungsfähigen Modellierkern (Programmbibliotheken, die CAD-Modellierfunktionalität zur Verfügung stellen), der zum Quasistandard bei vielen CAD-Programmen geworden ist. Es ist also ein Programmteil
des CAD-Systems, mit dem die konstruierten 3D-Komponenten verarbeitet werden.
Mit ACIS können auch Draht-, Flächen- und Volumenmodelle erzeugt, verwaltet
und manipuliert werden.
ACIS ist ein Kunstwort und steht für Alan, Charles, Ian (die Vornamen der früheren
Entwickler) und Spatial Technology Inc. (STI), der Firma, die diesen Programmteil
vertreibt (http://www.spatial.com/products/acis.html).
Ebenfalls von Spatial begründet wurde das zum ACIS-Kern passende Dateiformat
„*.SAT“, mit dem 3D-Daten gespeichert und zwischen Systemen ausgetauscht
werden können.
1.1.2
3D-Modellverwaltung
Zur 3D-Modellierung gehören außerdem die unterschiedlichen Arten und Weisen,
mit der 3D-CAD-Systeme die 3D-Arbeitsschritte, aus denen die 3D-Modelle entstehen, verwalten.
Die am häufigsten eingesetzten und hier kurz benannten Arten sind:
CSG (Constructive Solid Geometry)
CSG repräsentiert einen Modellbaum, d.h. eine strukturierte Auflistung von Volumenelementen und ihren booleschen Verknüpfungen: Vereinigung, Differenz
und Schnittmenge.
B-Rep (Boundary Representation)
Die B-Rep-Methode baut ein 3D-Modell aus seinen Flächenbestandteilen auf.
Flächenbestandteile sind dabei Flächen, Kanten und Punkte. Jede Fläche wird
durch Kanten und jede Kante durch Punkte gebildet. Insofern können über diese
Definitionen: Punkt (x, y, z)
Kante
Fläche
Körper beliebige 3D-Modelle
dargestellt werden.
Voxel- und Octree-Darstellung
In der Voxel-Darstellung bestehen ein 3D-Körper und sein Aufbau aus würfelförmigen "Volumen-Pixeln" = Voxel. Jedes ‚Voxel’ wird durch die Koordinaten
seines Mittelpunktes repräsentiert. Diese Methode ist sehr speicher- und rechenintensiv.
12
1.1 3D-CAD-Begriffe
BSP (Binary Space Partition)
In der BSP-Struktur wird die Lage der Polygone, aus denen ein 3D-Objekt besteht, aufbauend aufeinander beschrieben. Ein BSP-Baum (Binary Space Partition
Tree) ist ein binärer Baum, der den Gesamtraum auf jeder Ebene in zwei Teilräume unterteilt. Im Gegensatz zum Octree, dessen Begrenzungsebenen immer parallel zu den drei Dimensionen liegen, können die Teilräume eines BSP-Baums beliebig orientiert und platziert sein.
Sweep-Repräsentation
Im Darstellungsmodell der Sweep-Repräsentation wird ein 3D-Gebilde über die
Definition einer 2D-Kontur und einer Transformation der Kontur entlang eines
Pfades erstellt. Gespeichert werden dabei die Kontur- und die Pfadgeometrie.
Moderne CAD-Systeme, wie der Inventor™, benutzen nicht nur eine dieser Methoden, sondern speichern die 3D-Modelle als hybride Datenmodelle. Hybride Datenmodelle beschreiben die jeweilige 3D-Form in der für sie günstigsten oder in der
durch die Erzeugung vorbestimmten Variante.
1.1.3
Geometrieelemente
CAD-Programme arbeiten mit verschiedenen Geometrieelementen, um damit 3DModelle darstellen bzw. erzeugen zu können.
Im Wesentlichen kann unterschieden werden zwischen:
analytisch definierbaren Geometrieelementen
Linie, Bogen, Kreis, Parabel, Ellipse usw., alle Kurven, die mithilfe von analytischen Funktionen beschrieben werden können.
parametrisch definierbaren Geometrieelementen
Freiformgeometrien (Kurven, Flächen Körper), Splines, Bézier-Kurven, BasisSplines und NURBS (Non Uniform Rational Basis Spline).
Diese Kurvenformen werden durch die Definition von Kontrollpunkten und einem Kurvenverlauf, der mithilfe der Kontrollpunkte interpoliert wird, bestimmt.
Die Standard-Freiformkurve im Inventor™ ist NURBS, wobei jeder einzelne Kontrollpunkt einen bestimmten Kurvenabschnitt formt und über seine Gewichtung
einen stärkeren oder schwächeren Einfluss auf diese Kurvenform in diesem Abschnitt nehmen kann.
1.1.4
Kurvenübergänge, Stetigkeiten
Die geometrische Stetigkeit wird als Begriff dort verwendet, wo zwei geometrische
Elemente zusammentreffen und ein harmonischer Übergang von einem zum anderen Element hergestellt werden soll.
13
1 Die Inventor™ Story
Man unterscheidet drei definierte geometrische Stetigkeiten, die mit G0, G1 und G2
bezeichnet werden.
G0 = Stetigkeit der Lage
G1 = Stetigkeit der Tangenten
G2 = Stetigkeit der Krümmungen
Die Stetigkeit der Lage (G0) bedingt lediglich, dass der Anfangspunkt eines Elementes und der Endpunkt eines anderen dieselben X-, Y- und Z-Koordinaten haben, die
Richtungen können unterschiedlich sein (Ecken).
Die Stetigkeit der Tangenten (G1) bedingt, dass die Stetigkeit G0 vorliegt und dass
die beiden Tangenten, die an den Endpunkten der Elemente zusammentreffen,
richtungsgleich sind.
Die Stetigkeit der Krümmung (G2) bedingt, dass die Stetigkeit G1 vorliegt und dass
die beiden Krümmungsradien an den Endpunkten der Elemente, die zusammentreffen, gleich groß sind.
Im Inventor™ gibt es beispielsweise bei den 2D-Abhängigkeiten die Funktion STETIG
MACHEN G2 (früher GLÄTTEN, engl. Smooth), die beim Skizzieren vergeben werden
kann. Diese Funktion fügt einem Spline-Übergang automatisch eine G2-Stetigkeit
hinzu.
1.2
Einsatzgebiete und Funktionsbereiche
Schwerpunkt der Inventor™-Funktionalität ist zweifellos der Maschinenbau mit
seinen angrenzenden Gebieten. Wobei nicht zuletzt auch aufgrund der fast unüberschaubar umfangreichen Normteilbibliothek die Bandbreite der Einsatzmöglichkeiten von der Feinwerktechnik bis in den Schwermaschinenbau reicht.
1.2.1
Einsatzgebiete im Überblick
Alle möglichen Einsatzgebiete aufzuzählen wäre eine müßige Aufgabe, die auch nie
vollständig sein kann. Es gibt immer wieder Berichte von Inventor™-Einsatzbereichen, die einem das Staunen lehren. Etwa, wenn ein Häuslebauer eine mehrfach gewundene Treppe in sein Dachgeschoss mit schrägen Wänden einbauen
möchte und von der 2D-Konstruktion einfach überfordert ist.
Die Standardanwendungen eines so leistungsfähigen 3D-CAD-Programms liegen
neben den Nischenanwendungen vor allem in:
der mechanische Konstruktion,
in der Entwicklungskonstruktion im Maschinen- und Gerätebau,
14
1.2 Einsatzgebiete und Funktionsbereiche
im Werkzeug-, Vorrichtungs-, Formen- und Modellbau,
in der blechverarbeitenden Konstruktion und
im Anlagenbau.
In diesen Konstruktionsbereichen fällt naturgemäß eine Vielzahl sehr unterschiedlicher Aufgaben an, für die der Inventor™ Module zur Verfügung stellt, mit deren
Hilfe auch diese Probleme zu lösen sind.
1.2.2
Inventor™-Module
Module sind Inventor™-Erweiterungen, die zum Teil fest in das Grundprogramm
eingegliedert sind, zum Teil in den unterschiedlichen Versionen branchenspezifisch
zugeordnet sind oder, in der Version „Inventor™ Professional“, alle integriert sind.
Die Inventor™-Module sind in der Regel Arbeitsbereiche, die mit eigenen Funktionen und Befehlen ausgestattet sind und mitunter auch in separaten Arbeitsumgebungen angewendet werden.
Blechmodul, mit vielen speziellen Blechbearbeitungsbefehlen
Schweißmodul, mit Nahtvorbereitung, Nahterzeugung und -nachbereitung
Inventor™ Studio, ein Renderer, um fotorealistische Bilder erstellen zu können
Dynamische Simulation
Ansys-FEM, ein Finite-Elemente-Modul für Festigkeits- und Verformungsberechnungen, Kabel- und Leitungsmodul für das Verlegen elektrischer Anschlussleitungen und hydraulischer und/oder pneumatischer Rohrleitungen
Autodesk® Vault, ein PDM-System (Dokumenten- und Versionsverwaltung)
u.v.a.m.
Inventor™ wird in unterschiedlichen Ausstattungen, die jeweils mit keinen, mit
bestimmten oder mit allen Modulen ausgestattet sind, ausgeliefert.
Eine Übersicht über die verschiedenen Inventor™-Produkte zeigt die folgende
Tabelle der Firma Autodesk.
15
1 Die Inventor™ Story
Autodesk
Inventor
Suite
2009
Autodesk
Inventor Routed
Systems Suite
2009
Autodesk
Inventor
Simulation
Suite 2009
Autodesk
Inventor
Professional
2009
Autodesk Inventor
•
•
•
•
AutoCAD Mechanical
•
•
•
•
Cable and Harness
Design
•
•
Tube, Pipe, and
Flexible Hose Design
•
•
Stress Analysis (FEA)
•
•
Dynamic Simulation
•
•
•
•
Autodesk Vault
1.2.3
•
•
Inventor™-Schnittstellen
Neben den AutoCAD- oder Mechanical-Desktop-Dateien können auch Zeichnungen
und Modelle aus anderen CAD-Systemen importiert werden.
1.2.3.1
Importformate
Als Importformate werden unterstützt:
ACIS- bzw. SAT-Zeichnungen/Modelle (*.sat-Dateien)
STEP-Zeichnungen/-Modelle (*.ste-, *.stp- oder *.step-Dateien)
IGES-Zeichnungen/-Modelle (*.igs-, *.ige-, *.iges-Dateien)
DXF-Zeichnungen/-Modelle (*.dxf-Dateien)
3D-Flächendaten vom Autodesk® Alias-Studio
3D-Punktkoordinaten von Excel
Parasolid Files (*.x_b, *.x_t)
Pro/Engineer Files (*.prt, *.asm , *.g, *.neu*)
SolidWorks Files (*.prt, *.sldprt, *.asm, *.sldasm)
UGS NS Files (*.prt)
16
1.2 Einsatzgebiete und Funktionsbereiche
1.2.3.2
Exportformate
Zum Speichern/Exportieren von Inventor™-Zeichnungen/-Modellen steht ebenfalls
eine Reihe von Formaten zur Verfügung.
a) Export in andere 3D-CAD Systeme:
Parasolid Binary Files (*.x_b)
Parasolid Text Files (*.x_t)
Pro/Engineer Granite Files (*.g)
Pro/Engineer Neutral Files (*.neu*)
b) Export von Bauteilen und Baugruppen:
Typ
Art
Anwendung
*.DWF
Vektor
3D, Internet, Browser, Viewer
*.BMP
Pixel
2D, Bilder
*.GIF
Pixel
2D, Bilder, Internet, Browser
*.IGES
Vektor
3D-Austauschformat, 3D-CAD-Programme, Flächen
und Volumen
*.JPEG
Pixel
2D, Bilder, Internet, Browser
*.JT
Vektor und
3D-Austauschformat, 3D-CAD-Programme, 3Dzusätzliche Daten Produktdaten, Internet, Browser, Office-Programme,
PLM-Systeme
*.PNG
Pixel
2D, Bilder, Internet, Browser
*.SAT
Vektor, ACISKernel
3D-Austauschformat
*.STEP
Vektor, ISO 10303 3D-Austauschformat, CNC
*.STL
Vektor
3D-Austauschformat, Stereolithografie
*.TIFF
Pixel
2D, Bilder, Office-Programme
*.XGL
Vektor
OpenGL
*.ZGL
Vektor
OpenGL
c) Export von Inventor Zeichnungen:
Typ
Art
Anwendung
*.DWF
Vektor
Internet, Browser, Viewer
*.DWG
Vektor
AutoCAD
*.DXF
Vektor
Austauschformat, Autodesk®
17
1 Die Inventor™ Story
Typ
Art
Anwendung
*.BMP
Pixel
2D, Bilder
*.GIF
Pixel
2D, Bilder
*.JPEG
Pixel
2D, Bilder
*.PNG
Pixel
2D, Bilder
*.TIFF
Pixel
2D, Bilder
d) Export von Render-Dateien:
Sogenannte Render-Dateien werden im Inventor™ mithilfe des Inventor™ Studios
erstellt und erzeugen fotorealistische Abbildungen von Bauteilen oder Baugruppen,
die hervorragend z.B. für Publikationen, Dokumentationen etc. verwendet werden
können.
Inventor™ Studio kann diese gerenderten Darstellungen in die Dateiformate BMP,
JPEG und PNG exportieren.
1.2.4
Inventor™ für Schüler und Studenten
Für Lehrer, Schüler und Studenten bietet Autodesk® die Version Inventor™ Professional (AIP) sehr günstig an. Für 104 Euro kann diese beim Inventor™-Fachhändler
bestellt und bezogen werden. Diese Version ist eine Vollversion, mit der uneingeschränkt gearbeitet werden kann, die jedoch nicht für gewerbliche Zwecke verwendet werden darf. Ähnlich günstig sind für Schulen Klassenraumlizenzen für zehn
oder 20 Arbeitsplätze zu bekommen.
1.2.5
Inventor™ kostenlos?
Die günstigste, weil kostenlose Möglichkeit, als Schüler/Student mit dem Inventor™
arbeiten und lernen zu können, gibt’s unter der Internetadresse:
http://students.Autodesk®.com
Ist dort das unterrichtende Institut als Schule/Hochschule eingetragen, so können
dessen Schüler/Studenten kostenlos eine Inventor™-Version beziehen und registrieren lassen. Diese Registrierung hat laut Mitteilung auf dieser Seite eine Gültigkeitsdauer von 24 Monaten.
18
1.1
1.3
Hinweise zur Installation
Die Installation für die Übungen dieses Buches wurde mit der Option vollständige
Installation durchgeführt.
Während der Installation wird die in der folgenden Abbildung gezeigte Frage nach
der Möglichkeit der zu installierenden Bauteilbearbeitung gestellt.
Die Installation für die Übungen dieses Buches wurde mit der Option „Bauteilbearbeitung in Zeichnungen aktivieren“ durchgeführt.
Die Wahl der Bauteilbearbeitung bei der Installation ist insofern von Bedeutung, als
sie nachträglich nicht mehr geändert werden kann.
Sollten Sie Inventor™ mit anderen Optionen als den hier genannten installiert
haben, so kann es bei verschiedenen Beispielen im Buch möglich sein, dass Sie
diese auf Ihrem System nicht in jedem Detail eins zu eins nachvollziehen können.
Auf die zentralen Aspekte, die mit den Beispielen vermittelt werden sollen, hat dies
jedoch keinen Einfluss.
1.4
Systemvoraussetzungen
Autodesk® gibt die folgenden Hinweise für die Systemvoraussetzungen.
1.4.1
Hardware
Für die Konstruktion von Bauteilen und Zusammenbauten mit weniger als 1.000
Teilen:
Intel® Pentium® 4, AMD Athlon® 64 oder AMD Opteron®-Prozessor (oder besser)
mit 2 GHz oder höher
1 GB RAM (Minimum)
3,5 GB freier Festplattenspeicher
19
1 Die Inventor™ Story
Direct3D 10 - , Direct3D 9 – oder OpenGL-Grafikkarte mit mindestens 128 MB,
Inventor™ 2009 setzt als Default-Technologie DirectX bzw. Direct3D ein, kann
aber auf OpenGL-Unterstützung umgeschaltet werden.
Auflösung 1280 x 1024 (Minimum)
DVD-ROM-Laufwerk
Mauskompatibles Zeigegerät
Für die Konstruktion von Bauteilen und Zusammenbauten mit mehr als 1.000
Teilen:
Intel® Pentium® 4-, Intel® Xeon™- oder AMD Opteron™-Prozessor mit 3 GHz oder
höher
3 GB RAM oder mehr (maximal 4 GB)
3,5 GB freier Festplattenspeicher
CAD Workstation-geeignete Grafikkarte
1.4.2
Betriebssysteme
Ab Inventor 2009 wird Windows 2000 nicht mehr unterstützt, dafür sind auf den
DVD’s jeweils 32- und 64-Bit-Versionen enthalten.
Windows® XP Professional SP2
Windows® XP Professional x64 Edition SP2
Windows® Vista Home Basic und Premium
Windows® Vista Business
Windows® Vista Enterprice und Ultimate
1.4.3
Sonstige Anforderungen
Internet-Anschluss für Downloads und direkten Zugriff auf Serviceleistungen
Microsoft Internet Explorer 6 SP2 oder höher
Microsoft Excel 2003 oder höher für Konstruktionen mit iParts, iFeatures, Gewinde und Tabellen
Autodesk® empfiehlt Ihnen, die Einstellungen Ihres Rechners so zu definieren,
dass die Verwaltung des virtuellen Speichers durch Microsoft Windows erfolgt.
20
1.5 Resümee
1.4.4
Minimale Voraussetzungen für den kleinen Geldbeutel
Für Ausbildungszwecke oder für die Konstruktion kleiner Baugruppen oder einfacher Bauteile gibt Autodesk® an, dass Inventor™ 2009 auch mit den folgenden
Prozessoren und Rechnerausstattungen funktioniert.
512 MB RAM
1.5 GB freier Festplattenplatz für Inventor
1.8 GB freier Festplattenplatz für die Installation des Content Centers (Bibliotheken)
Zu empfehlen ist diese Minimalausstattung jedoch nicht.
1.5
Resümee
Inventor™ ist eines der leistungsfähigsten 3D-CAD-Systeme. Das sollte Sie nicht
verunsichern, sondern eher dazu motivieren, das Programm zu Ihrem Nutzen
einsetzen zu können.
Es ist nicht schwer!
Nicht das Lesen des Buches steht im Vordergrund, sondern das Machen, das
Selbsttun. Dafür ist es nötig, das hier behandelte CAD-Programm zur Verfügung zu
haben und damit arbeiten zu können.
21
1 Die Inventor™ Story
Es ist für das grundsätzliche Kennenlernen des Programms auch nicht unbedingt
nötig, die aktuellste Inventor-Version zur Verfügung zu haben. Es sind nur ganz
wenige Stellen in den Übungen, welche die Version Inventor 2009 erfordern. Fast
alles in diesem Buch kann auch mit den Inventor-Versionen 2008, 11, 10 und 9
erarbeitet werden, wenn auch manchmal mit etwas veränderter Optik der Icons und
der Dialogfenster.
Zu Beginn ist vor allem die Vielfalt der gebotenen Möglichkeiten erschreckend
groß; aber es ist hier wie so häufig der Fall, dass ca. 80 % der zu lösenden Aufgaben mit maximal 20 % der zur Verfügung stehenden Möglichkeiten gelöst werden
können.
Dies zu erkennen und damit rationell arbeiten zu können, dabei soll Ihnen dieses
Buch die richtige Unterstützung bieten und eine Hilfe sein.
Ich wünsche Ihnen dabei viel Freude!
Günter Scheuermann
PS: Alle Übungsdateien befinden sich auf der beiliegenden CD in der Regel auch für
ältere Inventor-Versionen. Lediglich bei den Übungsbeispielen, bei denen neue
Funktionen integriert sind, kann es sein, dass die Dateien nur ab der Version auf
der CD sind, ab der die Funktion zur Verfügung steht.
22
3.4 2D-Abhängigkeiten, Constraints
3.4
2D-Abhängigkeiten, Constraints
Ein Constraint (Einschränkung) oder eben eine 2D-Abhängigkeit wird bei den 2DSkizzenelementen verwendet, um die Freiheitsgrade im Raum und gegenüber
anderen 2D-Skizzenelementen einzuschränken. 2D-Abhängigkeiten (2D-Constraints) steuern die Lage und die Größe der gezeichneten Elemente in Skizzen.
Da Skizzen generell parametrisch und die Elemente voneinander abhängig sind,
verändern sie ihre Gestalt, wenn eine ihrer geometrischen Eigenschaften verändert
wird. Damit die Skizze (und später auch das Bauteil) ihre generell definierte Form
beibehält, müssen 2D-Abhängigkeiten vergeben werden.
Es lassen sich grundsätzlich drei Arten von 2D-Abhängigkeiten unterscheiden:
Absolute geometrische Abhängigkeiten
Relative geometrische Abhängigkeiten
Bemaßungs- und/oder parametrische Abhängigkeiten
3.4.1
Geometrische 2D-Abhängigkeiten
Die geometrischen 2D-Abhängigkeiten in einer Skizze bestimmen hauptsächlich die
Lage und die Form der skizzierten Elemente. Hier unterscheidet man zwischen den
absoluten und den relativen Abhängigkeiten.
3.4.1.1
Absolute geometrische Abhängigkeiten
Die absoluten Abhängigkeiten stehen für sich alleine und bestimmen die absolute
Lage eines Elementes in Bezug auf das Koordinatensystem.
Absolute Abhängigkeiten sind:
Horizontal, Vertikal und Fest.
3.4.1.2
2D Abhängigkeiten
stabilisieren Skizzengeometrien.
Relative geometrische Abhängigkeiten
Die relativen Abhängigkeiten bestimmen immer die Lage oder die Form eines
Elementes in Bezug auf ein anderes.
Relative Abhängigkeiten sind:
Lotrecht, Parallel, Kollinear, Glätten, Tangential, Konzentrisch, Gleich, Symmetrisch
und Koinzident.
51
3 Grundlagen
3.4.1.3
Bedeutung der Abhängigkeiten
HORIZONTAL
VERTIKAL
FEST
LOTRECHT
PARALLEL
macht
Elemente
horizontal.
macht
Elemente
vertikal.
legt den
Endpunkt
eines
Skizzensegments
auf eine
Position
fest.
macht
Elemente
lotrecht.
macht Elemen- macht Elemente
te parallel.
in ihrer Verlängerung achsengleich.
STETIG
TANGENTIAL
KONZEN-
GLEICH
SYMMETRISCH
legt Elemente auf
gleiche
Länge fest.
macht Elemen- macht Elemente
te in Bezug auf einer Skizze
eine Achse
deckungsgleich.
symmetrisch.
Alle Inventor 2DAbhängigkeiten
MACHEN
(G2)
macht
glättet
Spline-Über- Elemente
tangential.
gänge, z.B.
von Splines zu
Linien oder
Splines (G2 =
geometrische
Stetigkeit
dritten
Grades).
KOLLINEAR
KOINZIDENT
TRISCH
macht
Bogen,
Kreise,
Ellipsen
und
Arbeitspunkte
konzentrisch.
(Icon der Versionen
vor 2008)
Absolute und geometrische Abhängigkeiten werden beim Zeichnen
von Elementen vom CAD-System dann auch automatisch vergeben, wenn
deren Lagetoleranz beim Zeichnen kleiner ist als die entsprechende Voreinstellung des Programms.
Beispiel
Eine Linie, die annähernd horizontal gezeichnet wird, erhält dann automatisch
die Abhängigkeit HORIZONTAL zugewiesen, wenn sie nur innerhalb der voreingestellten Lagetoleranz von der Horizontalität abweicht. Sie wird dann natürlich
auch automatisch horizontal ausgerichtet.
52
3.4 2D-Abhängigkeiten, Constraints
Wird dieser Automatismus nicht gewünscht, so kann er beim Skizzieren durch das gleichzeitige Drücken der Strg-Taste abgeschaltet
werden.
3.4.2
Bemaßungsabhängigkeiten
Die Bemaßungsabhängigkeiten werden den Skizzen als Bemaßung hinzugefügt.
Bemaßungen verhalten sich parametrisch, d.h., das Verändern einer Maßzahl bewirkt die geometrische Änderung des bemaßten Elements und der Elemente, die
durch Abhängigkeiten mit diesem verbunden sind. Allerdings liegt hier, im Gegensatz zu den allgemeinen Parametern, keine Bidirektionalität vor, d.h., die Bemaßungsabhängigkeiten bestimmen absolut die Größe (Länge, Winkel, Durchmesser
etc.) der Elemente. Diese Werte lassen sich nur durch die Änderung der Maßzahl
verändern.
3.4.3
Parametrische 2D-Abhängigkeiten
Parameter sind Größen, die einen veränderlichen Wert haben. Bei Skizzenelementen
beinhalten diese Parameter hauptsächlich messbare geometrische Informationen
(Längen, Winkel etc.). Die Assoziativität zwischen der Geometrie des Skizzenelementes und seiner Parameter ist bidirektional, d.h., ändert ein Element seine geometrische Form (z.B. die Länge), dann ändert sich automatisch auch der Parameterwert, der diese Eigenschaft (z.B. die Länge) bestimmt und umgekehrt.
Parameterwerte können auch von externen Programmen errechnet und importiert
werden. So kann beispielsweise eine Excel-Tabelle dazu dienen, die unterschiedlichsten Varianten eines Bauteils oder einer Funktionsgruppe zu erzeugen.
Parameter werden grundsätzlich vom CAD-System fortlaufend benannt, etwa mit
den Bezeichnungen d23, d24, d25 usw., sie können jedoch vom CAD-Anwender
umbenannt werden in Breite, Länge Höhe usw.
Parameterwerte können auch in Abhängigkeit von anderen Parametern errechnet
werden, d.h., es können die absoluten Werte durch Formeln ersetzt werden.
allgemeine Bemaßung
automatische Bemaßung
Parameterbearbeitung
53
3 Grundlagen
3.4.4
Abhängigkeiten beim Zeichnen einer Skizze
Abhängigkeiten werden bereits während des Skizziervorgangs automatisch angewendet und eingefügt. Wird beim Erstellen einer Skizze z. B. eine Linie zu einer
anderen als parallel erkannt, so fügt Inventor diese Abhängigkeit automatisch ein.
Zu sehen ist dieser Vorgang während des Zeichnens an den Abhängigkeitssymbolen
an beiden Elementen.
In den folgenden Abbildungen werden die jeweiligen Abhängigkeiten automatisch
vergeben. Sind einzelne Abhängigkeiten nicht erwünscht, so müssen diese nach
dem Zeichnen gelöscht werden (bzw. siehe auch Tipps zur Bedienung am Ende
dieses Kapitels).
54
TANGENTIAL und LOTRECHT,
zusätzliche vertikale Ausrichtung über einem Linienbeginn
KOINZIDENT und genauer Anschluss an einen Linienendpunkt (grüner Punkt)
KOINZIDENT und TANGENTIAL
KOINZIDENT und genauer
Anschluss an die Mitte einer
Linie (grüner Punkt)
KOINZIDENT auf einer Linie an
beliebiger Position (gelber
Punkt)
PARALLEL, zusätzliche
horizontale Ausrichtung an
einem Linienendpunkt
3.4 2D-Abhängigkeiten, Constraints
Die Zielpunkte beim Zeichnen von Konturen haben, wie in den Bildern zuvor zu
sehen war, zwei verschiedene Farben und Größen:
Allgemeine Zielpunkte beim Zeichnen
sind klein und gelb.
3.4.5
Genaue Anschlusspunkte an Linienenden, Kreis- oder Bogenzentren oder
Linienmittelpunkte sind groß und grün.
Abhängigkeiten anzeigen, ein- und ausblenden
Die Abhängigkeiten eines einzelnen Elementes werden mit einem Klick auf das
Icon zum Anzeigen von geometrischen 2D-Abhängigkeiten und dem anschließenden Zeigen auf das zu untersuchende Element angezeigt.
Abhängigkeiten anzeigen
Die Abhängigkeiten des großen Bogens
(KOINZIDENT und TANGENTIAL) werden angezeigt.
Wird der Cursor auf ein Abhängigkeitssymbol
bewegt, so wird dieses Symbol gelb und die
betroffenen Elemente werden rot dargestellt.
Um alle Abhängigkeiten auf einmal anzuzeigen, klickt man mit der rechten Maustaste im Kontextmenü der Skizze und wählt ALLE ABHÄNGIGKEITEN EINBLENDEN. Sind
alle Abhängigkeiten eingeblendet, so kann mit derselben Auswahl ALLE ABHÄNGIGKEITEN AUSBLENDEN gewählt werden.
Schneller ist dieser Vorgang mit den Funktionstasten F8 und F9 zu erledigen.
Abhängigkeiten ein- und
ausblenden
Alle Abhängigkeiten sind eingeblendet.
Koinzidenzen werden ab der InventorVersion 2009 nur noch als gelbe Quadrate angezeigt.
Wird ein gezeichnetes Element mit dem
Cursor überfahren, so werden die Abhängigkeiten in den betroffenen Elementboxen gelb unterlegt.
55
3 Grundlagen
Werden stattdessen die Symbole mit dem Cursor überfahren, so leuchten die jeweiligen Partnersymbole gelb auf, und die betroffenen Elemente werden rot dargestellt.
Wird ein Koinzident-Quadrat überfahren, so erscheinen die dazu gehörenden Symbole.
3.4.6
Abhängigkeiten löschen
Zum Löschen einer Abhängigkeit markiert man die Abhängigkeit und drückt die
ENTF-Taste, oder man wählt im Kontextmenü LÖSCHEN.
Die zu löschende Abhängigkeit wird
definitiv aus der Skizze entfernt. Die
entsprechende Abhängigkeit zwischen
den betroffenen Elementen ist danach
nicht mehr vorhanden.
3.4.7
Skizzenbestimmung und 2D-Freiheitsgrade
Grundsätzlich ist es empfehlenswert,
im Dialogfenster ANWENDUNGSOPTIONEN
auf der Registerkarte SKIZZE die Auswahl URSPRUNG DES BAUTEILS BEIM
ERSTELLEN DER SKIZZE AUTOMATISCH
PROJIZIEREN zu selektieren. Der Nullpunkt erscheint dann in jeder Skizze
als projizierter Punkt auf den mit
koinzidenten Abhängigkeiten Bezug genommen werden kann.
Ist die oben genannte Option nicht ausgewählt, dann sollte, was bei einer beabsichtigten Vollbestimmung einer Skizze empfehlenswert ist, mit der Skizze im Nullpunkt des Koordinatensystems begonnen, und dieser Anfangspunkt ist dann mit der
Abhängigkeit FEST zu bestimmen.
56
3 Grundlagen
3.11
Tipps zur Bedienung
Im Folgenden einige Kleinigkeiten, welche die tägliche Arbeit erleichtern können.
3.11.1
Befehlswiederholung
AutoCAD-Anwender kennen das - und Inventor-Anwender vermissten das schon
immer: das schnelle und einfache Wiederholen eines Befehls mittels der Leertaste
bzw. dem Kontextmenü.
Inventor 2008 bietet diese Funktionalität. Um den
letzten Befehl in Inventor nochmals aufzurufen,
genügt es, die Leertaste zu drücken. Alternativ
kann auch im Kontextmenü die Funktion WIEDERHOLEN genutzt werden.
3.11.2
Automatik aus
88
Im Skizziermodus die automatischen Abhängigkeiten abschalten
Beim Skizzieren erkennt Inventor vermeintlich automatisch, ab wann z.B. eine Linie
als horizontal gelten soll. In diesem Fall wird die Abhängigkeit HORIZONTAL angezeigt und dem Element hinzugefügt.
Soll nun eine z.B. Linie leicht schräg gezeichnet werden, so müsste das Zeichnen
beendet, die Abhängigkeit angezeigt, die Abhängigkeit gelöscht und die Linie
geändert werden. Vier überflüssige Arbeitsschritte, die vermieden werden können.
Halten Sie beim Zeichnen die Taste STRG gedrückt, dann werden keine automatischen Abhängigkeiten vergeben.
Die automatische Abhängigkeit HORIZONTAL (Bild links)
wird bei gedrückter STRGTaste nicht mehr eingefügt.
3.11.3
Tangentialer Anschluss
Befehlswiederholung, Leertaste
Linienanfang tangential an einem Kreis
oder Boden beginnen
Wenn man den Linienanfang an einem Kreis oder an
einem Bogen ansetzt und dabei die Taste SHIFT drückt oder
die linke Maustaste gedrückt hält, dann bleibt die Linie
beim weiteren Ziehen des Endpunktes am Anfangspunkt
immer tangential zum Kreis oder Bogen.
3.11 Tipps zur Bedienung
3.11.4
Linienanfang lotrecht zu einer anderen
Linie
Wenn man den Linienanfang an einer anderen Linie
ansetzt und dabei die Taste SHIFT drückt, dann bleibt die
Linie beim weiteren Ziehen immer lotrecht zur Bezugslinie.
Ausnahme ist, wenn der Anfangspunkt die Mitte der
anderen Linie ist, dann funktioniert es nicht.
3.11.5
Lotrechter Anschluss
Gedachten Schnittpunkt in einer Skizze verwenden
Soll beispielsweise eine Linie in einer Skizze an einem
gedachten Schnittpunkt zweier bereits gezeichneter Elemente beginnen, so ruft man zuerst im Kontextmenü die
Funktion SCHNITTPUNKT auf, markiert dann die erste,
danach die zweite Referenzlinie und erhält danach den
Schnittpunkt bereits angezeigt.
Der Linienanfangspunkt befindet sich jetzt genau am
gedachten Schnittpunkt.
Gleichzeitig fügt Inventor der neuen Linie die Abhängigkeit KOINZIDENT zu den beiden Referenzlinien hinzu.
3.11.6
Die Größe und die Anordnung von
Ursprungsebenen ändern
Bei den Ursprungsebenen geht das vorher beschriebene Verfahren erst mal nicht. Um diese
Funktionalität auch bei den Ursprungsebenen zu
erhalten, muss man im Objektbrowser bei der
jeweiligen Ebene die Option GRÖSSE AUTOM. ÄNDERN
ausschalten.
Bei einer sichtbar geschalteten Ursprungsebene
kann dies auch in der Arbeitsumgebung geschehen.
89
3 Grundlagen
3.11.7
Die Größe und die Anordnung von Arbeitsebenen ändern
Fährt man mit dem Cursor von innerhalb der
Ebene auf eine Ecke zu, so erscheint das
Symbol zum Verändern der Größe. Fasst man
die Arbeitsebene jetzt am Eckpunkt, so lässt
sich ihre Größe ändern.
3.11.8
Fährt man mit dem Cursor von außerhalb der
Ebene auf eine Ecke zu, so erscheint das
Symbol zum Verschieben. Fasst man die
Arbeitsebene jetzt am Eckpunkt, so lässt sich
ihre Position verschieben.
Die Definition von Arbeitsebenen ändern
Die Ursprungsebenen lassen sich nicht ändern.
Die zusätzlich erstellten Ebenen können, je nachdem, von welchen Elementen sie
abhängig sind, geändert werden.
Bei einer parallelen Ebene kann der Abstand,
bei einer winkelabhängigen Ebene kann der Winkel geändert werden.
Das Kontextmenü einer Arbeitsebene zeigt im Objektbrowser den Eintrag BEMASSUNG ANZEIGEN, tatsächlich öffnet sich aber ein Eingabefeld mit dem
Titel BEMASSUNG BEARBEITEN, mit dem man das entsprechende Maß ändern kann.
Abstand einer Arbeitsebene ändern
Winkel einer Arbeitsebene ändern
Eine weitere Möglichkeit ist, den Abstand oder den Winkel einer Arbeitsebene im
Dialogfenster PARAMETER direkt zu ändern.
90
3.11 Tipps zur Bedienung
Dazu muss man aber wissen, welcher Parameter die Arbeitsebene referenziert. Das
wiederum kann man nur in der Titelzeile der Eingabefelder zum Ändern der Maße
lesen; siehe Bilder vorher: BEMASSUNG BEARBEITEN: D0, mit dem Parameter d0, bzw.
BEMASSUNG BEARBEITEN: D1, mit dem Parameter D1.
In jedem Fall wird die Arbeitsebene tatsächlich erst geändert, wenn
Sie auf die Schaltfläche AKTUALISIEREN geklickt haben – vorher nicht!
3.11.9
Skizze voll bestimmen
Eine Skizze ist nur dann zu 100% stabil, wenn sie voll bestimmt ist, d.h., wenn alle
geometrischen Eigenschaften festgelegt sind. Um dies zu überprüfen, dafür gibt es
mehrere Möglichkeiten:
a) Wurde ein Punkt der Skizze fixiert (Abhängigkeit FEST), dann werden vollständig bestimmte Elemente in einer anderen Farbe (im
Farbschema Millennium Schwarz anstelle
von Grün) dargestellt. Ist eine Skizze voll bestimmt, dann ist sie vollständig schwarz.
oder
b) Markiert man einen Punkt der Skizze und
versucht, diese anhand des Punktes mit der
Maus zu verschieben (ziehen), dann muss das
in jede Richtung gehen, ohne dass sich die
Geometrie der Skizze verändert.
oder
c) Klickt man den Button Autom. Bemassung,
dann wird angezeigt, wie viele Maße für eine
Vollbestimmung noch benötigt werden. Mit
Anwenden werden, je nach Aktivierung der
Kontrollkästchen, die fehlenden Maße und
die Abhängigkeiten hinzugefügt.
91
3 Grundlagen
3.11.10 Bemaßung in einer Zeichnung an einen gedachten Schnittpunkt
Um eine Bemaßung zu einem gedachten Schnittpunkt hin zu realisieren, ist das
Vorgehen in der Reihenfolge der obigen Bilder nötig.
Erster Schritt: erste Linie zur Bemaßung anklicken.
Zweiter Schritt: im Kontextmenü SCHNITTLINIE selektieren.
Dritter Schritt: zweite Linie, die nicht parallel sein darf, anklicken
Ganz rechts: die fertige Bemaßung vom gedachten Schnittpunkt zum Bohrungsmittelpunkt.
3.11.11 Bogen- und Durchmesserbemaßung in Zeichnungen
Insbesondere an Bögen können die unterschiedlichsten Maße angebracht werden.
Inventor unterstützt fast alle.
Über die Kontextmenüauswahl OPTIONEN kann zwischen
einer einfachen und der vollständigen Bemaßung
umgeschaltet werden.
Im Kontextmenü einer Bemaßung:
BEMASSUNGSTYP wird die grundsätzliche Art der Bemaßung festgelegt.
Neben der Radius- oder der Durchmesserbemaßung ist es bei einem Bogen möglich,
den Bogenwinkel,
die Bogenlänge oder
die Sehnenlänge
92
3.11 Tipps zur Bedienung
zu bemaßen. Die Auswahl geschieht immer über dasselbe Kontextmenü einer Bemaßung: BEMASSUNGSTYP.
3.11.12 Ein Bauteil in mehreren Fenstern
Manchmal kann es sinnvoll sein, ein Bauteil gleichzeitig in verschiedenen Fenstern
aus unterschiedlichen Blickwinkeln und Zoomeinstellungen zu sehen bzw. zu
bearbeiten.
In der Menüleiste gibt es
hierzu im Menü die Funktion zum Öffnen eines weiteren Fensters derselben Datei
NEUES
über FENSTER
FENSTER.
Mit den weiteren Befehlen
im Menü FENSTER können
die
geöffneten
Fenster
angeordnet werden.
3.11.13 Rasterlinien und Fangfunktion
DOKUMENTBereits in Kapitel 2 wurde darauf hingewiesen, dass im Menü EXTRAS
auf der Registerkarte SKIZZE die Größe des Rasters der Skizzierumgebung eingestellt werden kann.
EINSTELLUNGEN
93
3 Grundlagen
Eine weitere Einstellung, die beim Zeichnen u.U. hilfreich sein kann, finden Sie im
Menü EXTRAS ANWENDUNGSOPTIONEN auf der Registerkarte SKIZZE.
Dort können Sie einstellen, ob beim Zeichnen die eingestellten Rasterpunkte ‚gefangen’ werden sollen oder nicht.
Ist die Option RASTER FANGEN aktiviert, kann nur
auf den eingestellten Rasterpunkten gezeichnet
werden.
Bemaßungen und Abhängigkeiten bleiben von
der Rastereinstellung unberührt, d.h., auch eine
Bemaßung, die nicht zum Raster passt, wird
ausgeführt.
3.11.14 Größe der Abhängigkeitsboxen verändern
Im vorher beschriebenen Fenster gibt es auch die Einstellmöglichkeit ABHÄNGIGKEIT
FHG SYMBOLMAßSTAB, für die Größeneinstellung der Abhängigkeitsboxen und
der Freiheitsgradsymbole (FHG) im Skizzierbereich. Die Größe kann im Bereich von
0.2 bis 5 festgelegt werden. Der Standardwert ist 1.
UND
Größe 1 (Voreinstellung)
Größe 2
Größe 3
94
10 Die Belastungsanalyse – FEM
10.3
Beispiel einer FEM-Untersuchung
Für das folgende Beispiel wird ein Bauteil benötigt, das wie folgt konstruiert werden
soll.
Ein einfaches Bauteil mit drei Löchern. Das
Dreieck ist gleichseitig, die Löcher sind
durchgehend.
Die Dicke des Bauteil wurde auf 10 mm
extrudiert.
Im vorderen Bereich ist eine Kante zu sehen, mit der es die folgende Bewandtnis
hat.
Unter anderem soll an diesem Bauteil eine Biegebeanspruchung, ausgelöst durch eine Druckbelastung, dargestellt werden. Die Druckbelastung soll
im vorderen Bereich der Oberfläche des Bauteils
wirken – und nicht auf der ganzen Oberfläche.
Um dies zu erreichen, muss sich in diesem Bereich
eine eigene abgegrenzte Fläche befinden, die in
diesem Beispiel dadurch erreicht wurde, dass über
eine weitere Skizze ein Absatz mit der Tiefe
0,001 mm erzeugt wurde. Auf diesen Absatz wirkt
dann die Druckbelastung.
272
10.3 Beispiel einer FEM-Untersuchung
10.3.1
Das Festlegen einer Bauteilseite
Um ein Bauteil belasten zu können,
muss es irgendwo festgehalten werden, da es sonst bei einer Belastung
einfach wegflutscht.
Festgelegte Abhängigkeit
Eine einfache Möglichkeit ist, eine
Bauteilfläche mit der Funktion FESTGELEGTE ABHÄNGIGKEIT zu fixieren.
Diese Fläche verhält sich jetzt so, als
wenn sie mit einer überdimensionalen Schweißnaht an einem unendlich
festen Körper festgeschweißt wäre –
sie ist starr.
10.3.2
Die Zugbeanspruchung mit einer Einzelkraft
Die Zugbeanspruchung wird mit einer Einzelkraft als Belastungsart ausgeführt, die
an der gegenüberliegenden Seite angreifen
soll.
Die Kraft greift zentrisch an der Stirnfläche
an und steht senkrecht auf ihr.
Sollte das nicht so sein, so können über
Kraft
die einzelnen Kraftkomden Button
ponenten eingestellt werden.
Das Ergebnis der Aktualisierung ist die so
benannte Vergleichsspannung, die hier
eigentlich keine ist, da nur eine reine Zugbeanspruchung vorliegt.
Belastungsanalyse –
Aktualisierung
273
10 Die Belastungsanalyse – FEM
10.3.3
Eine Biegebeanspruchung mit einer Drucklast
Für diese Biegebeanspruchung
wurde beim Erzeugen des Bauteils
der vordere Absatz mit der Tiefe
0,001 mm erzeugt, der aufgrund
seiner kleinen Tiefe eigentlich
keiner ist, aber dafür die Drucklast
von 7 MPa = 7 N/mm2 = 70 bar
aufnehmen kann.
Das Ergebnis der Aktualisierung
zeigt hier auch sehr schön die
Verformung, die in einer extra
Auswertung angezeigt werden
kann.
Druck
Belastungsanalyse –
Aktualisierung
10.3.4
Eine Torsionsbeanspruchung mit einem Drehmoment
Das Drehmoment, das die Torsionsspannung erzeugt, wurde ebenfalls
auf die vordere Stirnfläche aufgebracht.
Moment
274
10.3 Beispiel einer FEM-Untersuchung
Das Ergebnis zeigt auch hier sehr
schön sowohl die Spannungsverteilung als auch die Verformung des
Bauteils.
Die weiteren Analysemöglichkeiten
am Beispiel dieses Modells zeigen
unten links die Verteilung der Verformung (DEFORMATION) und unten
rechts die SICHERHEITEN (Sicherheitsfaktor) in Bauteilbereichen.
Erwähnt werden sollte
noch das über den Button
BELASTUNGSANALYSE – EINSTELLUNGEN
erreichbare
Dialogfenster, in dem z.B.
das Berechnungsnetz angezeigt und verändert
werden kann.
275