1 Die Inventor™ Story - Christiani Hochschule · 1 Die Inventor™ Story 12 1.1.1 3D-Kernel Ein 3D-CAD-Programmpaket besteht aus mehreren Komponenten. Im Innersten wirkt das eigentliche

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1 Die Inventor™ Story

Die Geschichte der 3D-CAD-Software Inventor™ beginnt bereits in den frühen 80er-Jahren. Damals, in einer Zeit, in der 2D-CAD-Systeme den Markt dominierten, übernahm die Firma Autodesk® mit dem Programm AutoCAD die weltweite Markt-führerschaft.

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 Softwareherstel-ler.

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 leis-tungsfähigsten 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 redu-ziert haben.

Inventor™ profitiert dabei immer noch von der Kompatibilität zum AutoCAD DWG-Format, mit der es früheren und heutigen AutoCAD Anwendern möglich ist, ihren 2D-Zeichnungsbestand problemlos und ohne Datenverlust in 3D-Modelle zu über-führen 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 Verständ-nis 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!


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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 (Programmbib-liotheken, die CAD-Modellierfunktionalität zur Verfügung stellen), der zum Quasi-standard 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 entste-hen, 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 Vo-lumenelementen 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 würfel-förmigen "Volumen-Pixeln" = Voxel. Jedes ‚Voxel’ wird durch die Koordinaten seines Mittelpunktes repräsentiert. Diese Methode ist sehr speicher- und rechen-intensiv.

1.1 3D-CAD-Begriffe

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BSP (Binary Space Partition)

In der BSP-Struktur wird die Lage der Polygone, aus denen ein 3D-Objekt be-steht, aufbauend aufeinander beschrieben. Ein BSP-Baum (Binary Space Partition Tree) ist ein binärer Baum, der den Gesamtraum auf jeder Ebene in zwei Teilräu-me unterteilt. Im Gegensatz zum Octree, dessen Begrenzungsebenen immer paral-lel zu den drei Dimensionen liegen, können die Teilräume eines BSP-Baums be-liebig 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 Metho-den, sondern speichern die 3D-Modelle als hybride Datenmodelle. Hybride Daten-modelle 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 3D-Modelle 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 analyti-schen Funktionen beschrieben werden können.

parametrisch definierbaren Geometrieelementen

Freiformgeometrien (Kurven, Flächen Körper), Splines, Bézier-Kurven, Basis-Splines und NURBS (Non Uniform Rational Basis Spline).

Diese Kurvenformen werden durch die Definition von Kontrollpunkten und ei-nem Kurvenverlauf, der mithilfe der Kontrollpunkte interpoliert wird, bestimmt.

Die Standard-Freiformkurve im Inventor™ ist NURBS, wobei jeder einzelne Kon-trollpunkt einen bestimmten Kurvenabschnitt formt und über seine Gewichtung einen stärkeren oder schwächeren Einfluss auf diese Kurvenform in diesem Ab-schnitt 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 ande-ren Element hergestellt werden soll.


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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 Elemen-tes 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 zusammentref-fen, 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 unüber-schaubar umfangreichen Normteilbibliothek die Bandbreite der Einsatzmöglichkei-ten 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™-Einsatz-bereichen, die einem das Staunen lehren. Etwa, wenn ein Häuslebauer eine mehr-fach 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,


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im Werkzeug-, Vorrichtungs-, Formen- und Modellbau,

in der blechverarbeitenden Konstruktion und

im Anlagenbau.

In diesen Konstruktionsbereichen fällt naturgemäß eine Vielzahl sehr unterschiedli-cher 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 Funktio-nen und Befehlen ausgestattet sind und mitunter auch in separaten Arbeitsumge-bungen 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 Verformungsberech-nungen, Kabel- und Leitungsmodul für das Verlegen elektrischer Anschlusslei-tungen 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.


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Autodesk Inventor Suite 2009

Autodesk Inventor Routed Systems Suite 2009

Autodesk Inventor Simulation Suite 2009

Autodesk Inventor Professional 2009

Autodesk Inventor • • • •

AutoCAD Mechani-cal

• • • •

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)


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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 zusätzliche Daten

3D-Austauschformat, 3D-CAD-Programme, 3D-Produktdaten, Internet, Browser, Office-Programme, PLM-Systeme

*.PNG Pixel 2D, Bilder, Internet, Browser

*.SAT Vektor, ACIS-Kernel

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®


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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™ Professi-onal (AIP) sehr günstig an. Für 104 Euro kann diese beim Inventor™-Fachhändler bestellt und bezogen werden. Diese Version ist eine Vollversion, mit der uneinge-schränkt gearbeitet werden kann, die jedoch nicht für gewerbliche Zwecke verwen-det 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 registrie-ren lassen. Diese Registrierung hat laut Mitteilung auf dieser Seite eine Gültigkeits-dauer von 24 Monaten.

1.1

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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 „Bauteilbear-beitung 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


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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, Ge-winde und Tabellen

Autodesk® empfiehlt Ihnen, die Einstellungen Ihres Rechners so zu definieren, dass die Verwaltung des virtuellen Speichers durch Microsoft Windows erfolgt.

1.5 Resümee

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1.4.4 Minimale Voraussetzungen für den kleinen Geldbeutel

Für Ausbildungszwecke oder für die Konstruktion kleiner Baugruppen oder einfa-cher 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 (Bibliothe-ken)

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.


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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 Aufga-ben 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.

3.4 2D-Abhängigkeiten, Constraints

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Ein Constraint (Einschränkung) oder eben eine 2D-Abhängigkeit wird bei den 2D-Skizzenelementen verwendet, um die Freiheitsgrade im Raum und gegenüber anderen 2D-Skizzenelementen einzuschränken. 2D-Abhängigkeiten (2D-Con-straints) 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 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.

2D Abhängigkeiten

stabilisieren Skizzen-

geometrien.

3 Grundlagen

52

3.4.1.3 Bedeutung der Abhängigkeiten

HORIZONTAL

macht Elemente horizontal.

VERTIKAL

macht Elemente vertikal.

FEST

legt den Endpunkt eines Skizzen-segments auf eine Position fest.

LOTRECHT

macht Elemente lotrecht.

PARALLEL

macht Elemen-te parallel.

KOLLINEAR

macht Elemente in ihrer Verlän-gerung achsen-gleich.

STETIG

MACHEN (G2)

glättet Spline-Über-gänge, z.B. von Splines zu Linien oder Splines (G2 = geometrische Stetigkeit dritten Grades).

TANGENTIAL

macht Elemente tangential.

KONZEN-TRISCH

macht Bogen, Kreise, Ellipsen und Arbeits-punkte konzen-trisch.

GLEICH

legt Ele-mente auf gleiche Länge fest.

SYMMETRISCH

macht Elemen-te in Bezug auf eine Achse symmetrisch.

KOINZIDENT

macht Elemente einer Skizze deckungsgleich.

(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 Vorein-

stellung des Programms.

Beispiel

Eine Linie, die annähernd horizontal gezeichnet wird, erhält dann automatisch

die Abhängigkeit HORIZONTAL zugewiesen, wenn sie nur innerhalb der voreinge-

stellten Lagetoleranz von der Horizontalität abweicht. Sie wird dann natürlich

auch automatisch horizontal ausgerichtet.

Alle Inventor 2D-

Abhängigkeiten


53

Wird dieser Automatismus nicht gewünscht, so kann er beim Skiz-

zieren 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 be-wirkt die geometrische Änderung des bemaßten Elements und der Elemente, die durch Abhängigkeiten mit diesem verbunden sind. Allerdings liegt hier, im Gegen-satz zu den allgemeinen Parametern, keine Bidirektionalität vor, d.h., die Bema-ßungsabhängigkeiten 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 Skizzenele-mentes und seiner Parameter ist bidirektional, d.h., ändert ein Element seine geo-metrische Form (z.B. die Länge), dann ändert sich automatisch auch der Parameter-wert, 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 unterschied-lichsten 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

3 Grundlagen

54

3.4.4 Abhängigkeiten beim Zeichnen einer Skizze

Abhängigkeiten werden bereits während des Skizziervorgangs automatisch ange-wendet 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).

TANGENTIAL und LOTRECHT, zusätzliche vertikale Aus-richtung über einem Linien-beginn

KOINZIDENT und genauer An-schluss an einen Linienend-punkt (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


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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.

Genaue Anschlusspunkte an Linien-enden, Kreis- oder Bogenzentren oder Linienmittelpunkte sind groß und grün.

3.4.5 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 anschließen-den Zeigen auf das zu untersuchende Element angezeigt.

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 Maus-taste im Kontextmenü der Skizze und wählt ALLE ABHÄNGIGKEITEN EINBLENDEN. Sind alle Abhängigkeiten eingeblendet, so kann mit derselben Auswahl ALLE ABHÄNGIG-

KEITEN AUSBLENDEN gewählt werden.

Schneller ist dieser Vorgang mit den Funktionstasten F8 und F9 zu erledigen.

Alle Abhängigkeiten sind eingeblendet. Koinzidenzen werden ab der Inventor-Version 2009 nur noch als gelbe Quad-rate angezeigt.

Wird ein gezeichnetes Element mit dem Cursor überfahren, so werden die Ab-hängigkeiten in den betroffenen Ele-mentboxen gelb unterlegt.

Abhängigkeiten anzeigen

Abhängigkeiten ein- und

ausblenden

3 Grundlagen

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Werden stattdessen die Symbole mit dem Cursor überfahren, so leuchten die jewei-ligen Partnersymbole gelb auf, und die betroffenen Elemente werden rot dargestellt. Wird ein Koinzident-Quadrat überfahren, so erscheinen die dazu gehörenden Sym-bole.

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 Aus-wahl URSPRUNG DES BAUTEILS BEIM

ERSTELLEN DER SKIZZE AUTOMATISCH

PROJIZIEREN zu selektieren. Der Null-punkt 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 beabsich-tigten Vollbestimmung einer Skizze empfehlenswert ist, mit der Skizze im Null-punkt des Koordinatensystems begonnen, und dieser Anfangspunkt ist dann mit der Abhängigkeit FEST zu bestimmen.

3 Grundlagen

88

3.11 Tipps zur Bedienung

Im Folgenden einige Kleinigkeiten, welche die tägliche Arbeit erleichtern können.

3.11.1 Befehlswiederholung, Leertaste

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 WIEDER-

HOLEN genutzt werden.

3.11.2 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 ange-zeigt 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 automati-schen Abhängigkeiten vergeben.

Die automatische Abhängig-keit HORIZONTAL (Bild links) wird bei gedrückter STRG-Taste nicht mehr eingefügt.

3.11.3 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.

Automatik aus

Tangentialer Anschluss

Befehlswiederholung


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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 Gedachten Schnittpunkt in einer Skizze verwenden

Soll beispielsweise eine Linie in einer Skizze an einem gedachten Schnittpunkt zweier bereits gezeichneter Ele-mente 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 Abhängig-keit KOINZIDENT zu den beiden Referenzlinien hinzu.

3.11.6 Die Größe und die Anordnung von

Ursprungsebenen ändern

Bei den Ursprungsebenen geht das vorher be-schriebene 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 gesche-hen.

Lotrechter Anschluss

3 Grundlagen

90

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.

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.

3.11.8 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 Ein-

trag BEMASSUNG ANZEIGEN, tatsächlich öffnet sich aber ein Eingabefeld mit dem

Titel BEMASSUNG BEARBEITEN, mit dem man das entsprechende Maß ändern kann.

Eine weitere Möglichkeit ist, den Abstand oder den Winkel einer Arbeitsebene im Dialogfenster PARAMETER direkt zu ändern.

Abstand einer Arbeitsebene ändern Winkel einer Arbeitsebene ändern


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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 (Abhän-gigkeit FEST), dann werden vollständig be-stimmte Elemente in einer anderen Farbe (im Farbschema Millennium Schwarz anstelle von Grün) dargestellt. Ist eine Skizze voll be-stimmt, 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.

3 Grundlagen

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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 Bohrungs-mittelpunkt.

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 grundsätzli-che Art der Bemaßung festgelegt.

Neben der Radius- oder der Durchmesserbemaßung ist es bei einem Bogen möglich,

den Bogenwinkel,

die Bogenlänge oder

die Sehnenlänge


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zu bemaßen. Die Auswahl geschieht immer über dasselbe Kontextmenü einer Bema-ßung: 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 Funkti-on zum Öffnen eines weite-ren Fensters derselben Datei über FENSTER NEUES

FENSTER.

Mit den weiteren Befehlen im Menü FENSTER können die geöffneten Fenster angeordnet werden.

3.11.13 Rasterlinien und Fangfunktion

Bereits in Kapitel 2 wurde darauf hingewiesen, dass im Menü EXTRAS DOKUMENT-

EINSTELLUNGEN auf der Registerkarte SKIZZE die Größe des Rasters der Skizzierumge-bung eingestellt werden kann.

3 Grundlagen

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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 ‚gefan-gen’ 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

UND 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.

Größe 1 (Voreinstellung)

Größe 2

Größe 3

10 Die Belastungsanalyse – FEM

272

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 se-hen, mit der es die folgende Bewandtnis hat.

Unter anderem soll an diesem Bauteil eine Biege-beanspruchung, ausgelöst durch eine Druckbelas-tung, 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.


273

10.3.1 Das Festlegen einer Bauteilseite

Um ein Bauteil belasten zu können, muss es irgendwo festgehalten wer-den, da es sonst bei einer Belastung einfach wegflutscht.

Eine einfache Möglichkeit ist, eine Bauteilfläche mit der Funktion FEST-

GELEGTE ABHÄNGIGKEIT zu fixieren. Diese Fläche verhält sich jetzt so, als wenn sie mit einer überdimensiona-len Schweißnaht an einem unendlich festen Körper festgeschweißt wäre – sie ist starr.

10.3.2 Die Zugbeanspruchung mit einer Einzelkraft

Die Zugbeanspruchung wird mit einer Ein-zelkraft 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

den Button die einzelnen Kraftkom-ponenten eingestellt werden.

Das Ergebnis der Aktualisierung ist die so benannte Vergleichsspannung, die hier eigentlich keine ist, da nur eine reine Zug-beanspruchung vorliegt.

Festgelegte Abhängigkeit

Kraft

Belastungsanalyse –

Aktualisierung

10 Die Belastungsanalyse – FEM

274

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.

10.3.4 Eine Torsionsbeanspruchung mit einem Drehmoment

Das Drehmoment, das die Torsions-spannung erzeugt, wurde ebenfalls auf die vordere Stirnfläche aufge-bracht.

Druck

Belastungsanalyse –

Aktualisierung

Moment


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Das Ergebnis zeigt auch hier sehr schön sowohl die Spannungsvertei-lung als auch die Verformung des Bauteils.

Die weiteren Analysemöglichkeiten am Beispiel dieses Modells zeigen unten links die Verteilung der Ver-formung (DEFORMATION) und unten rechts die SICHERHEITEN (Sicherheits-faktor) in Bauteilbereichen.

Erwähnt werden sollte noch das über den Button BELASTUNGSANALYSE – EIN-

STELLUNGEN erreichbare Dialogfenster, in dem z.B. das Berechnungsnetz an-gezeigt und verändert werden kann.

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1 Die Inventor™ Story - Christiani Hochschule · 1 Die Inventor™ Story 12 1.1.1 3D-Kernel Ein 3D-CAD-Programmpaket besteht aus mehreren Komponenten. Im Innersten wirkt das eigentliche