3D-Cad Entwurf mit Autodesk Inventor

2Bezugssystem

2.1Grundlagen

Jede INVENTOR Komponente besitzt mit dem URSPRUNG ein Referenzsystem. Dieses Kapitel behandelt die systematische Verwendung der Arbeitselemente des Ursprungs. Die konsequente Nutzung der Arbeitselemente des Ursprungs ist die Voraussetzung für stabile und gezielt änderbare Strukturen. Zudem ist sie die Basis der Top-Down Vorgehensweise sowie die Grundlage der Modularisierung und die Bedingung der Wiederverwendung von Komponenten.

Der Ursprung ist sowohl im Modellbrowser als auch im Arbeitsbereich sichtbar. Die Arbeitselemente können in beiden Bereichen aktiviert werden.

Abbildung 2-1: Ursprung

■Die Elemente des Ursprungssystems sind:

■YZ-Ebene

■XZ-Ebene

■XY-Ebene

■X-Achse

■Y-Achse

■Z-Achse

■Mittelpunkt

■Man unterscheidet zwischen rechts- und linkshändigen Koordinatensystemen, wobei standardmäßig rechtshändige Koordinatensysteme den positiven Drehsinn bezeichnen. Zur Überprüfung der Händigkeit nimmt man die rechte Hand mit abgespreiztem Daumen, Zeigefinger und Mittelfinger (Drei Finger Regel). Der Daumen zeigt in die positive X-Richtung und der Zeigefinger in die positive Y-Richtung. Zeigt die positive Z-Achse in die gleiche Richtung wie der Mittelfinger, so handelt es sich um ein rechtshändiges System, andernfalls um ein linkshändiges.

■Die Inventor Farbenkonvention der Ursprungsachsen ist: XYZ = RGB (Rot-Grün-Blau). Die Anzeige wird über die Extras > Anwendungsoptionen > Anzeige aktiviert.

Abbildung 2-2

■Die Darstellung im Arbeitsbereich ist für den Bauteil Ursprung und den Baugruppen Ursprung identisch.

■Die Größe der Ursprungsebenen passt sich der Skizzengröße an, wenn Größe autom. ÄNDERN aktiviert ist (RMB [Rechte Maus Taste] auf entsprechende Ebene).

2.2Beziehungen zwischen Komponenten

Für den Aufbau einer Baugruppe muss die Position der platzierten Komponenten bestimmt werden. Dies kann mittels Flächen, Kanten oder Punkten erfolgen. Allerdings kann die Verwendung von Bauteilgeometrie zu einem instabilen Modell führen, da nach Modelländerungen die Bezüge von Abhängigkeiten verschwinden können. Beziehungen zwischen Komponenten auf Grundlage von Arbeitselementen sind davor geschützt, d.h. Position und Geometrie werden entkoppelt. Hierzu gibt es eine "unterhaltsame", jedoch absolut zutreffende Darstellung, die BORN Technik (B.O.R.N - Base Orphan Reference Node7). Mit dieser Bezeichnung wird das Ursprungssystem als Standard Basis Merkmal einer jeden Inventor Komponente beschrieben: Der Basis Bezugs Knoten (base reference node) ist Waise (orphan), hat also keine Eltern und damit keine Historie. Er ist unabhängig und kann nicht gelöscht werden. Jeder Bezug auf Ursprungselemente ist damit garantiert stabil.

(14)Komponenten müssen einen Bezug zum Ursprung besitzen. Diese Anforderung ist alternativlos.

Diese Anforderung ist z.B. auch eine Empfehlung der VDI 22098:

Unabhängig von der gewählten Vorgehensweise sollte im 3-D Modell von Anfang an ein festes Referenzsystem definiert werden. Eine Referenz ist in diesem Zusammenhang ein Bezug auf Koordinaten oder Koordinatensysteme, auf Geometrie-Elemente oder auf Bauteile. (März 2009 S. 62).

Leitfaden zu Beziehungen zwischen Komponenten:

■Grundsätzlich gibt es keinen Unterschied im Verhalten von Einzelteilen oder Baugruppen.

■Werden Komponenten in einer Baugruppe platziert, können Beziehungen zwischen deren Arbeitselementen aufgebaut werden, also

■zwischen dem Ursprung der Baugruppe und den Arbeitselementen der Komponenten,

■sowie zwischen den Arbeitselemente der Komponenten,

■oder beides.

■Einschränkung: Hat eine Komponente einer UBG [Unterbaugruppe9] noch Freiheitsgrade, können in der Baugruppe keine Beziehungen zu dieser UBG definiert werden (Die Überbestimmung kann mit dem Status Flexibel der UBG gelöst werden.)

Abbildung 2-3

■Die folgende Abbildung verdeutlicht nun, dass das Beziehungsnetz zwischen Komponenten schnell komplex werden kann.

Abbildung 2-4

■Im Vergleich zu Flächen sind Arbeitselemente die bessere Referenz. Verteilte Beziehungen sind zwar stabil, erhöhen jedoch die Komplexität des Modelles. Viele im Raum verteilte Ursprünge erschweren das Verständnis der Beziehungen. Je weniger, desto besser! Ideal ist der Bezug auf einen Ursprung. Deshalb ist es notwendig, die Struktur von Beziehungen zu planen.

■Eine geringe Komplexität ist die wichtigste Anforderung an die Konzeption des Ursprunges. Ein einfaches Konzept des Ursprung Systems erleichtert die Handhabung eines 3D-Modelles.

2.3Entwicklung eines Ursprungsystems

Eine Skizze wird nicht an einer beliebigen Stelle auf einem Blatt Papier erstellt. Beim Arbeiten mit einem 3D-System macht das keinen Sinn. Den Komponenten wird schließlich eine genaue Position im dreidimensionalen Raum zugeordnet. 3D-Modelle werden im dreidimensionalen Raum platziert. Mit den Richtungsachsen des dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems [X, Y, Z] und dem absoluten Nullpunkt (Pol) [X=0, Y=0, Z=0] hat jedes 3-D-Modell eine eindeutige Orientierung relativ zu den Richtungsachsen sowie eine eindeutige Position relativ zum Ursprung.

Im Einzelnen erfolgt die Definition eines Ursprungs mit folgenden Schritten:

(15)Allgemein kann angenommen werden, dass die Orientierung und Position einer Komponente bekannt sind, bevor deren Entwurf begonnen wird. Diese Annahme bezieht sich nicht nur auf Baugruppen, sondern ebenso auf deren Bauteile. Diese Information kann also systematisch im Modell integriert werden.

(16)Für Konstruktionsaufgaben gleichen Typs sollte eine Festlegung bezüglich der Orientierung und der Position des Maschinen-Koordinatensystems vereinbart werden. Diese Konvention gilt im Allgemeinen auch für alle Unterbaugruppen und Bauteile.

(17)Nach der Definition der Orientierung muss die Position des Maschinen-Nullpunktes bestimmt werden.

(18)Wenn der Ursprung einer UBG nicht deckungsgleich mit dem der Maschine sein kann, muss ein Versatz der Position des Ursprunges gefunden und definiert werden. Diese Definition ist entscheidend für das Verhalten und die Handhabung der Baugruppe, z.B. beim Platzieren der Komponente.

(19)Die Verwendung von BENUTZERKOORDINATENSYSTEMEN (BKS) erleichtert die Handhabung von UBG's mit Versatz.

(20)Die Gestaltung des Ursprungsbezuges von Bauteilen leitet sich im Wesentlichen vom Ursprung der Baugruppe ab, in der die Komponente platziert wird.

(21)Die Wahl der Arbeitsebene für die 1. Skizze ergibt die Basis für die Orientierung eines Bauteiles.

(22)Mit der Auswahl der Achse, die für die Ausrichtung die Geometrie genutzt wird, ist die Orientierung abgeschlossen.

(23)Die Beziehung zur zweiten Achse bestimmt die Position des Bauteiles.

(24)Fazit: Arbeitselemente bilden die Schnittstelle zwischen Baugruppen sowie zwischen Baugruppen und UBG´s. Eine Schnittstelle ist eindeutig, wenn alle Arbeitsebenen deckungsgleich sind. Die Modell-Schnittstelle und die tatsächlichen geometrischen Schnittstellen können unterschiedlich sein.

Beispiel:

Unterschiedliche Gestaltungen des Ursprunges eines Bauteils

Abbildung 2-5

2.4Bemerkungen und Tipps zum Arbeiten mit dem Ursprung

■Nach dem Platzieren in einer Baugruppe erscheinen Komponenten in der Orientierung ihres Ursprungs auf dem Bildschirm.

■Werden Komponenten aus der Zwischenablage eingefügt, wird die erste Komponente automatisch am Ursprung fixiert (ohne Abhängigkeiten).

■Mit der Sichtbarkeit einer Komponente auf dem Bildschirm, kann mit RMB > Am Ursprung fixiert platzieren jedes Bauteil oder jede Baugruppe am Ursprung fixiert werden (Einfügen mit Gruppe Komponenten > platzieren).

■Hinweis zum Fixieren: Mit Ursprungsbeziehungen ist eine Komponente bestimmt, mit Fixieren nicht. (Eine der wenigen sinnvollen Anwendung von Fixieren ist: Mit der Konvertierung z.B. eines komplexen Produktmodelles gehen alle Abhängigkeiten verloren. Um ein versehentliches Verschieben von Komponenten zu verhindern, müssen alle Komponenten fixiert werden (Alle Komponenten im Modellbrowser markieren, RMB > Fixieren).

■Ist der Ursprung von Komponenten richtig orientiert...