Leseprobe. Harald Vogel. Konstruieren mit SolidWorks ISBN: Weitere Informationen oder Bestellungen unter

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1 Leseprobe Harald Vogel Konstruieren mit SolidWorks ISBN: Weitere Informationen oder Bestellungen unter sowie im Buchhandel. Carl Hanser Verlag, München

2 5 Die Kunst des Mechanical CAD Wie man Stahlguss flexibel hält Konstruieren Sie nun die Bestandteile eines Stirnradgetriebes, die Sie dann, in den letzten Kapiteln, zur lauffähigen Maschine zusammenbauen. Fraglos ist das gussgerechte Gehäuse der schwierige Part die Gefahr, in eine Sackgasse zu geraten, ist groß. In den ersten Kapiteln haben Sie gesehen, wie Skizzen und Features im wahrsten Sinn des Wortes aufeinander aufbauen. Doch je weiter sich ein Modell entwickelt, desto mehr wird der gegenseitige Bezug zum Problem: Die Gefahr wächst, dass Skizzengeometrie und Features, Punkte und Ecken, Linien und Kanten durcheinander geraten und sich verknoten wie ein Topf Spaghetti. Hat man dann auch noch etwas vergessen oder muss etwas ändern, ist das Modell oft verloren: Allen Vokabeln der Werbetexter zum Trotz fordert gerade das MCAD planvolles Vorgehen. Doch man kann nicht jede Entwicklung vorhersehen. Es kommt immer wieder vor, dass man nachträglich Features verändert. Man muss also sein Modell so flexibel wie möglich halten, um Änderungen zu erleichtern oder überhaupt erst möglich zu machen. Um das zu illustrieren, wagen wir uns jetzt an eine mehrteilige Konstruktion: wir bauen ein Standgetriebe. 137

3 5 Die Kunst des Mechanical CAD Um das zweigeteilte Gehäuse zu bauen, gehen wir ähnlich vor wie ein Formenbauer: Wir definieren das Gehäuse in einem Stück. So erhalten wir automatisch zwei harmonisch zusammenpassende Hälften und vermeiden Anschlussfehler. Dazu bilden wir einen Grundkörper, an dem wir die Details oder Features anbringen. Erst zum Schluss nehmen wir die Teilung vor. 5.1 Der Grundkörper Der Grundkörper besteht aus einer linearen Austragung, die mit einem weiteren Profil der Seitenansicht geschnitten wird. Das Verfahren entspricht der Boole- schen Schnittmenge. Die Skizze des Körpers ist symmetrisch zur Vertikalen, also brauchen wir nur die rechte Hälfte zu zeichnen: Öffnen Sie ein neues Teil und speichern Sie es unter dem Namen GEHÄUSE. Fügen Sie eine neue Skizze auf der Ebene vorn ein. Zeichnen Sie eine vertikale Mittellinie und verknüpfen Sie sie deckungsgleich mit dem Nullpunkt, so dass sie voll definiert ist. Zeichnen Sie dann eine Horizontale nach rechts und eine Schräge, die im spitzen Winkel nach oben führt. Die Bildung automatischer Beziehungen verhindern Sie, indem Sie beim Zeichnen die (Strg)-Taste gedrückt halten Alternativfunktion: Der Bogen in der Linie Sie können innerhalb der Linienfunktion einen tangentialen Kreisbogen anschließen, indem Sie ohne zu klicken den Cursor auf den letzten Punkt zurück führen und wieder ausziehen, oder indem Sie die Taste A für Befehlsoptionen drücken. Der Cursor zeigt nun das Bogensymbol. Alternativ dazu nutzen Sie aus der Symbolleiste Skizze die Funktion Tangentialer Bogen: Zeichnen Sie zwei tangentiale Bogenstücke nacheinander nach Abb Das Ende des zweiten soll die Mittellinie deckungsgleich berühren. Zeichnen Sie vom Berührpunkt zwischen Bogen und Mittellinie eine horizontal festgelegte Linie. Markieren Sie sie für Konstruktion. Dies können Sie außer über den PropertyManager auch über die Symbolleiste Skizze, Konstruktionsgeometrie erreichen. 138

4 5.1 Der Grundkörper Bild 5.1: Praktisch: Die Linienfunktion enthält einen Modus für tangential anschließende Bogen. Verknüpfen Sie diese Linie tangential mit dem Bogen. So erreichen Sie, dass das Bogenstück stets rechtwinklig zur Mittellinie steht: Dies ist die Voraussetzung für einen tangentialen Übergang beim Spiegeln. Zudem können Sie ohne lästige Bemaßungsversuche zunächst mehrere Positionen ausprobieren, während beide Bogen harmonisch und simultan mitgehen. Wenn Sie die richtige Form gefunden haben, legen Sie sie fest (Abb. 5.2). Wählen Sie die Kontur und die vertikale ohne die horizontale Konstruktionslinie. Spiegeln Sie sie dann. Bemaßen Sie die rechte Seite der Skizze nach Abbildung 5.3, um sie voll zu bestimmen. Fangen Sie mit den Radien an und bemaßen Sie wie immer vom Kleinen zum Großen. Beenden Sie die Skizze und nennen Sie sie Skizze Grundkörper. Fügen Sie eine neue Skizze auf Ebene rechts ein. Wechseln Sie in die Normalansicht. Bild 5.2: Stellhebel: Mit diesem Trick bleibt das Ende des Bogens stets horizontal. Bild 5.3: Durch Skizzenbeziehungen kommt man bei dieser Skizze mit ganzen fünf Maßen aus. (Strg)

5 5 Die Kunst des Mechanical CAD Mehrfachauswahl mit (Strg)+Klick Zeichnen Sie das Trapez plus vertikaler Mittellinie nach Abbildung 5.4 links, wobei die rechte untere Ecke im Nullpunkt liegt. Bemaßen Sie die Unterkante mit 85 mm und den Neigungswinkel gegen die Mittellinie mit 3. Diesmal beschreiten wir beim Festlegen den umgekehrten Weg: Die Mittellinie wird mit Hilfe zweier Skizzenelemente symmetrisch gemacht. Klicken Sie bei der unteren Horizontalen den linken und den rechten Endpunkt sowie die Mittellinie an. Definieren Sie die Beziehung Symmetrisch. Damit ist sie festgelegt. Definieren Sie dann gleichfalls Symmetrie zwischen den beiden Schrägen und der Mittellinie. Drehen Sie die Ansicht etwas, so dass sie aussieht wie in Bild 5.4 rechts. Bild 5.4: Die Seitenansicht des Gehäuses ist so einfach, dass sich ein Halbprofil nicht lohnt. Definieren Sie zwischen einem der oberen Endpunkte und dem Scheitelpunkt der Skizze Grundkörper die Beziehung Horizontal. Damit ist auch die Seitenansicht voll definiert. Beenden Sie die Skizze und nennen Sie sie Skizze Schnitt rechts. Was ist nun der Vorteil der Verknüpfung zwischen den Skizzen? Nun, beide Skizzen werden den Grundkörper mit einer Boole schen Schnittmenge definieren. Darum ist es wünschenswert, dass die Seitenskizze die Grundskizze berührt, nicht aber durchstößt. Dies würde zu einem unvollständigen Körper führen. Deshalb ist die rechte Ecke auf dem Nullpunkt und damit der Ebene der Grundskizze fixiert. Außerdem werden die beiden Skizzen stets identische Höhe besitzen. 140

6 5.1 Der Grundkörper Da das Gehäuse in Längs- und Querrichtung symmetrisch ist, werden wir außerdem eine Mittelebene brauchen, und sie wird just durch die Mittellinie der Seitenansicht verlaufen: Wir haben nebenbei also noch Geometrie zum Aufhängen geschaffen. Extrudieren Sie nun die Grundskizze mit einem linearen Aufsatz im Modus Bis Eckpunkt bis zum weitestentfernten Endpunkt der Skizze Schnitt rechts. So ist der resultierende Körper stets lang genug, um die Seitenskizze vollständig einzuhüllen (Abb. 5.5). Bild 5.5: Automatik Teil 1: Die Extrusionshöhe richtet sich nach der Geometrie des Seitenschnitts. So überschneiden sich Körper und Skizzen stets vollständig. Wenn Sie nun den FeatureManager betrachten, bemerken Sie, dass die beiden Skizzen die Plätze getauscht haben: Der Grundkörper ist durch die Eckpunkt-Beziehung vom Seitenschnitt abhängig geworden und rutscht daher in der Hierarchie nach unten. Mit einem linear ausgetragenen Schnitt bringen Sie dann die Schrägen an. Da die Skizze in der Mitte steht, müssen Sie den Schnitt nach beiden Seiten definieren: benutzen Sie jeweils für Richtung 1 und Richtung 2 die Option bis nächste. Aktivieren Sie das Kästchen Umkehrung der Schnittseite, um nur den Innenteil zu behalten. Nennen Sie dieses Feature dann Schnitt rechts (Abb. 5.6). Probieren Sie nun mehrere Variationen der Grund- und der Seitenskizze, um die Wirksamkeit der Verknüpfungen zu prüfen: Ändern Sie die Bemaßungen, Breiten, Höhen usw. und aktualisieren Sie das Bauteil immer wieder. Der Körper sollte stets vollständig sein und keine abgeschnittenen Flächen aufweisen. Einzige Ausnahme probieren Sie s : Die Oberseite von Skizze Schnitt rechts ist breiter als die Unterseite. 141

7 5 Die Kunst des Mechanical CAD Bild 5.6: Automatik, Teil 2: Der Schnitt verläuft stets von Fläche zu Fläche. Mit der detaillierten Vorschau können Sie bereits in der Skizze nachprüfen, ob der gewünschte Effekt erzielt wird Eine Frage der Priorität Im FeatureManager steht der Grundkörper nun wieder an erster Stelle. Ist so was möglich? Sind die beiden Features nun etwa über Kreuz voneinander abhängig? Ja und nein. Genau genommen ist der Grundkörper nur von der Skizze des Seitenschnitts abhängig. Diese war jedoch bereits vorhanden. Der Schnitt rechts dagegen orientiert sich an Flächen, er ist also vom Aufsatz-Feature des Grundkörpers abhängig. Und diese Abhängigkeit hat logischerweise höhere Priorität: Ohne Körper gibt es Skizzen, aber keine Flächen. Die Hierarchie ist also eindeutig, oder besser gesagt: unzweideutig. Zum Beweis: Wenn Sie beide Features löschen und es mit den Skizzen andersherum versuchen, werden Sie es nicht schaffen. 5.2 Die Mittelebene Wir definieren nun die Mittelebene, die den Grundkörper in der Vertikalen teilt. Die erforderliche Geometrie haben wir bereits definiert, doch wir brauchen noch einen Punkt, den wir mit der Ebenenfunktion einfangen können: Öffnen Sie die Skizze Schnitt rechts und fügen Sie auf dem Schnittpunkt zwischen der oberen Querlinie und der Mittellinie einen Punkt ein. Achten Sie dar- 142

8 5.2 Die Mittelebene auf, dass er voll definiert ist, sonst müssen Sie noch eine Skizzenbeziehung Schnittpunkt oder Mittelpunkt zur Querlinie setzen. Schließen Sie die Skizze und blenden Sie sie über das Kontextmenü ein. Fügen Sie eine Referenzeben ein, die die Ebene vorne und den eben erzeugten Punkt als Referenzelemente besitzt. Nennen Sie sie Mittelebene Die bessere Strategie: Flirting with disaster Sie fragen sich, warum Sie die Mittelebene trotz des vorhandenen Volumenkörpers auf eine Skizze beziehen sollen. Praktischer könnte man sie doch mit Hilfe des Mittelpunktes der unteren Körperkante definieren. Warum wählen wir also nicht die bequeme Variante? Speichern Sie die Datei. Löschen Sie dann die Features Grundkörper und Schnitt rechts, nicht aber die absorbierten Features laut Abfrage. Denn das sind die Skizzen. Ergebnis: Der Körper ist verschwunden, nur die Skizzen und die Mittelebene sind noch vorhanden. Sonst gibt es keinerlei Probleme oder Fehlermeldungen. So weit, so gut. Schließen Sie die Datei ohne zu speichern und laden Sie sie neu. Blenden Sie den Volumenkörper ein. Öffnen Sie die Mittelebene über das Kontextmenü, Feature bearbeiten, löschen Sie den Eintrag des Punktes aus dem Auswahlfeld und definieren Sie stattdessen den Mittelpunkt der Körperkante. Die Ebene sollte nun wieder im Editor erscheinen. Bestätigen Sie (Abb. 5.7). Wenn Sie nun erneut das Austragungs-Feature des Grundkörpers löschen, erhalten Sie eine ominöse Fehlermeldung: Der Punkt... befindet sich nicht mehr im Modell. Das kann er auch nicht, denn er war Teil des Körpers, den Sie gerade gelöscht haben. Mit dieser Definition haben Sie die Mittelebene auf virtuellen Sand gebaut ein beliebter, weil scheinbar folgenloser Fehler: Wenn Sie nun Skizzen auf der Ebene definieren und später das Referenzfeature den Volumenkörper ändern oder löschen, so wird sich der Fehler in all diesen Skizzen fortpflanzen und Sie werden eine Weile mit Fehlermeldungen zu kämpfen haben. Um solche Überraschungen zu vermeiden, gewöhnen Sie sich an, die Hierarchie- Pyramide so flach und einfach wie möglich zu halten: Denken Sie parallel und bauen Sie nicht eins aufs andere und noch ein drittes obendrauf denn das bedeutet, wie man in Australien sagt, flirting with disaster. Schließen und laden Sie die Datei wieder neu und blenden Sie die Mittelebene einstweilen aus. Bild 5.7: Eine bequeme Definition, die aber böse Folgen haben kann. 143

9 5 Die Kunst des Mechanical CAD Bild 5.8: Einfach, weil doppelt symmetrisch: Die Skizze der Grundplatte. 5.3 Die Montageplatte Nun wird es Zeit für die nächste Skizze: Die Bodenplatte, an der das Gehäuse mit dem Boden oder dem Maschinenbett verschraubt wird. Blenden Sie den Volumenkörper über dessen Kontextmenü aus. Blenden Sie dafür die Skizze Grundkörper sowie die Skizze Schnitt rechts ein. Öffnen Sie eine neue Skizze auf Ebene oben und zeichnen Sie eine vertikale Mittellinie durch den Nullpunkt. Fügen Sie dann eine horizontale Mittellinie hinzu, die Sie mit dem gleichen Punkt verknüpfen, der vorher schon zur Platzierung der Mittelebene diente (Abb. 5.8). Zeichnen Sie ein Rechteck um den Nullpunkt. Verknüpfen Sie jeweils zwei gegenüberliegende Seiten und die parallele Mittellinie symmetrisch. Stellen Sie eine räumliche Ansicht ein, so dass alle drei Skizzen erkennbar sind. Verknüpfen Sie eine der kurzen Seiten deckungsgleich mit der benachbarten Ecke der Grundskizze. Die Wirkung der Verknüpfung ist, dass die Grundplatte an der schmalen Seite stets bündig mit dem Gehäuse bleibt. Bemaßen Sie die Breite mit 145 mm. Damit ist die Skizze voll bestimmt. Alternativ dazu können Sie auch eine der Längsseiten mit der Grundskizze vermaßen und für gleiche Breite 30 mm definieren. Das hätte den Vorteil, dass sich die Breite der Grundplatte und damit auch der künftigen Lochleiste nach der Breite des Gehäuses richtet. Bringen Sie eine Skizzenverrundung mit 10 mm Radius an jeder Ecke an. Tun Sie dies in einem Arbeitsgang, so erhalten alle vier Radien automatisch die Beziehung Gleich. 144

10 5.4 Die Dichtflächen Schließen Sie die Skizze und nennen Sie sie Skizze Montageplatte. Extrudieren Sie die Skizze mit einem linear ausgetragenen Aufsatz blind um 12 mm nach unten. Dies erreichen Sie, indem Sie die Schaltfläche Richtung umkehren aktivieren. Nennen Sie dieses Feature Montageplatte. 5.4 Die Dichtflächen Wir gestalten das Gehäuse zwar als Ganzes, doch zur Produktion müssen wir es früher oder später teilen. Wir brauchen also einen breiten Rand, über den die beiden Hälften öldicht miteinander verschraubt und die Wälzlager korrekt eingespannt werden können. Deshalb soll die Teilung auf der Ebene der beiden künftigen Wellen liegen. Zunächst benötigen wir wieder eine Ebene. Sie wird später die Trennebene des Gehäuses darstellen, weshalb wir ihr auch genau diesen Namen geben: Fügen Sie die Trennebene parallel zur Ebene oben ein. Der Abstand beträgt 85 mm (Abb. 5.9). Bild 5.9: Die Trennebene ist der Ausgangspunkt für alle wellenbezogenen Features. 145