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1 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck Vorlesung Konstruktionslehre I (Technische Darstellung / CAD) PD Dr.-Ing. Frank Lobeck Universität.

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1 1 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck Vorlesung Konstruktionslehre I (Technische Darstellung / CAD) PD Dr.-Ing. Frank Lobeck Universität Duisburg Essen Campus Duisburg UNIVERSITÄT D U I S B U R G E S S E N

2 2 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck Inhalt 1. Einleitung Konstruktionslehre 2.Technisches Zeichnen 3.Grundlagen von CAD

3 3 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck Einleitung Konstruktionslehre

4 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 4 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Konstruktionslehre Unter Konstruieren versteht man die Summe aller Tätigkeiten, die zu einer Dokumentation führen, welche ein neues technisches Produkt vollständig beschreibt und so seine Fertigung ermöglicht. Dazu gehören Überlegungen, Konzepte, Berechnungen, Entwürfe und schließlich Stücklisten und Zeichnungen mit Material-, Bearbeitungs-, Maß- und Toleranz- Angaben.

5 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 5 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Darstellende Geometrie Schematische Übersicht der Konstruktionslehre Technisches Zeichnen CAD Mathe- matik Werkstoff- kunde Fertigungs- technik Konstruktions- lehre Mechanik

6 6 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck Technisches Zeichnen

7 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 7 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Allgemeines zum technischen Zeichnen Bedeutung von Zeichnungen Hoher Informationsgehalt im Vergleich zur Beschreibung mit Worten Vermittlung einer räumlichen Vorstellung in kürzester Frist Verständigungsmittel über die Sprachgrenzen hinweg Fertigungsvorschrift der Konstruktion an den Betrieb

8 8 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck Inhalt Technisches Zeichnen 1.Papierformat und Schriftfeld 2.Ansichten 3.Schnitte und Kanten 4.Darstellung von (Norm-) Teilen 5.Bemaßung 6.Toleranzen und Passungen 7.Maß-, Form- und Lagetoleranzen 8.Oberflächenbeschaffenheit 9.Sonstiges 10. Kontrolle von technischen Zeichnungen 11. Anwendungsbeispiele Anhang

9 9 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 1. Papierformat & Schriftfeld

10 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 10 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Papier-Endformate nach DIN 823 Ausgangsformat der Reihe A ist ein Rechteck x : y mit dem Seitenverhältnis 1 : 2 und einer Fläche von 1 m². Alle Formate sind sich dadurch ähnlich und können durch halbieren des nächst größeren Formates gewonnen werden. Aufgeteiltes Ausgangsformat DIN A0

11 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 11 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Papier-Endformate nach DIN 823 Blattgröße Reihe A Fertigformat (beschnitten) KurzzeichenSeitenlängen x : y A 0841 x 1189 A 1594 x 841 A 2420 x 594 A 3297 x 420 A 4210 x 297 A 5148 x 210

12 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 12 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Lage des Schriftfeldes Das Schriftfeld ist bei Format DIN A4 an der kurzen unteren Formatseite anzuordnen. Bei Formaten DIN A3 ist das Schriftfeld an der langen Formatseite in der unteren rechten Ecke anzuordnen. Die Blätter aller Größen können in Hoch- und Querlage verwendet werden (DIN 823). Schriftfeld Format DIN A 4Format DIN A 3

13 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 13 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Schriftfeld nach DIN 6771 (1) bis (8)Mindestangaben (9) und (10)nur bei bemaßten Fertigungszeichnungen erforderlich (11) bis (16)nach Bedarf auszufüllen a 4 5a

14 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 14 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 (1) Urheberschutz Eintrag: Schutzvermerk nach DIN 34 beachten

15 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 15 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 (2) Maßstäbe nach DIN ISO 5455 Natürliche Größe:M 1:1 Verkleinerungen:M 1:2; 1:5; 1:10; 1:20; M 1:50; 1:100; 1:200; M 1:500; 1:1000 (M 1:15 nur im Stahlbau ) Vergrößerungen:M 2:1; 5:1; 10:1; 20:1; 50:1 Der in der Zeichnung angewendete Maßstab ist in das Schriftfeld der Zeichnung einzutragen. Wenn mehr als ein Maßstab in einer Zeichnung benötigt wird, soll der Hauptmaßstab in das Schriftfeld und alle anderen Maßstäbe in der Nähe der Positions- nummer oder der Kennbuchstaben der Einzelheiten (oder des Schnittes) des betroffenen Teiles eingetragen werden. Die zusätzlich verwendeten Maßstäbe werden im Schriftfeld (in Klammer gesetzt) eingetragen.

16 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 16 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 (3) Werkstoffe und Rohteilabmaße / (4) Datum / (5) Name (3) Werkstoff und Rohteilmaße Angabe des verwendeten Werkstoffes mit Rohabmessungen und DIN-Norm z.B. Ø 42 x 137 DIN CrMo4 (4) Datum Datum der Fertigstellung eintragen (5) Name Nachname des Bearbeiters und des Zeichnungsprüfers eintragen.

17 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 17 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 (6) Benennung / (7) Firma, Zeichnungsersteller (6) Benennung (z.B. Getriebe, Antriebswelle, Flansch,...) Schriftgröße (mind.) 5 mm (7) Firma, Zeichnungsersteller Eintrag:Universität Duisburg-Essen Fachbereich 12 Maschinenwesen keine Abkürzungen, wie Uni, UD-E o. ä. !

18 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 18 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 (8) Zeichnungsnumerierung und Teilenummer Zeichnungsnumerierung: Gesamt-Zeichnung Zg.-Nr Gruppen-Zeichnung Nr.1 Zg.-Nr Einzelteil-Zeichnung 1 aus Gruppe 1 Zg.-Nr

19 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 19 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 (9) Allgemeintoleranzen Eintrag: Maße ohne Toleranzangabe nach ISO 2768 (m = mittel)

20 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 20 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 (9) Allgemeintoleranzen – Längenmaße Genauig- keitsgrad Obere und untere Abmaße in mm für Nennmaßbereich in mm 1) 0,5 1) bis 3 über 3 bis 6 über 6 bis 30 über 30 bis 120 über 120 bis 400 über 400 bis 1000 über 1000 bis 2000 über 2000 bis 4000 über 4000 bis 8000 über 8000 bis über bis über bis f (fein)±0,05 ±0,1±0,15±0,2±0,3±0,5±0,8---- m (mittel)±0,1 ±0,2±0,3±0,5±0,8±1,2±2±3±4±5±6 g (grob)±0,15±0,2±0,5±0,8±1,2±2±3±4±5±6±7±8 sg (sehr grob)-±0,5±1±1,5±2±3±4±6±8±10±12 1) Abmaße für Rundungshalbmesser und Schrägungen (Fasenhöhen) siehe folgende Folie 2) Bei Nennmaßen unter 0,5 mm sind die Abmaße direkt am Nennmaß anzugeben

21 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 21 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 (9) Allgemeintoleranzen – Runddungshalbmesser und Schrägungen Genauig- keitsgrad Obere und untere Abmaße in mm für Nennmaßbereich in mm 0,5 1) bis 3 über 3 bis 6 über 6 bis 30 über 30 bis 120 über 120 bis 400 f (fein) ±0,2±0,5±1±2±4 m (mittel) g (grob) ±0,2±1±2±4±8 sg (sehr grob) 1) Bei Nennmaßen unter 0,5 mm sind die Abmaße direkt am Nennmaß anzugeben

22 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 22 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 (9) Allgemeintoleranzen - Winkelmaße Genauig- keitsgrad Obere und untere Abmaße in Winkeleinheiten für Nennmaßbereich des kürzesten Schenkels in mm bis 10 über 10 bis 50 über 50 bis 120 über 120 bis 400 über 400 f (fein) ±1°±30±20±10±5 m (mittel) g (grob)±1°30±50±25±15±10 sg (sehr grob)±3°±2°±1°±30±20 Diese Norm gilt der Vereinfachung von Zeichnungen. Wenn kleinere Toleranzen notwendig oder größere Toleranzen zulässig und wirtschaftlicher sind, müssen sie einzeln angegeben werden.

23 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 23 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 (9) Allgemeintoleranzen – Grenzabmaße für Schweißkonstruktionen Tole- ranz- Klasse 3) Nennmaßbereich in mm 2 bis 30 über 30 bis 120 über 120 bis 400 über 400 bis 1000 über 1000 bis 2000 über 2000 bis 4000 über 4000 bis 8000 über 8000 bis bis 400 2) über 400 bis ) über ) Grenzabmaße für Längenmaße 1) in mm Grenzabmaße für Winkelmaße 4) in Grad und Minuten A ±1 ±2±3±4±5±6±20±15±10 B±2 ±3±4±6±8±10±45±30±20 C±3±4±6±8±11±14±18±1°±45±30 D±4±7±9±12±16±21±27±1°30±1°15±1° 1) Nennmaßbereiche bis über mm s. Normblatt 2) Länge des kürzesten Schenkels 3) In besonderen Fällen können auch Allgemein- toleranzen eingehalten werden, die nur 50% der Toleranzklasse A betragen. Der Kennbuchstabe für diese Toleranzklasse ist Z. 4) Gelten auch für nicht eingetragene Winkel von 90° oder Winkel regelmäßiger Vielecke. (Tabelle nach DIN 8570 T1)

24 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 24 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 (10) Oberflächen Eintrag: Oberflächen nach DIN ISO 1302

25 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 25 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Stückliste Die Stückliste nach DIN 6783 stellt eine Zusammenfassung aller zu dem betreffenden Bauteil gehörigen Zeichnungen / Zeichnungs- nummern dar und muss alle für die Montage erforderlichen Komponenten enthalten : zu fertigende Teile zu beschaffende Teile (Normteile, z. B. Schrauben, Muttern,...) und Zukaufteile (z. B. Ritzel, Lager,...) Bei Zukaufteilen gehört auch die Firmenadresse und evtl. die Bestellnummer in die Stückliste !

26 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 26 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Ausgefülltes Schriftfeld

27 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 27 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Zusammenbauzeichnung (Beispiel Bohrvorrichtung)

28 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 28 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Einzelteilzeichnung (Beispiel Bohrvorrichtung)

29 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 29 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Stückliste (Beispiel Bohrvorrichtung)

30 30 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 2. Ansichten

31 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 31 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Projektionsmethode / Klappmodell Die Vorderansicht ist die Hauptansicht in Gebrauchs- oder Fertigungslage. Die anderen Ansichten werden in die gleiche Darstellungsebene geklappt. Die gezeichnete Anordnung der sechs Ansichten des Körpers ist einzuhalten. Es sind nur so viele Ansichten dar- zustellen, wie zum eindeutigen Erkennen und Bemaßen eines Gegenstandes erforderlich sind. In den meisten Fällen genügen drei Ansichten (Vorderansicht, Seitenansicht von links, Draufsicht).

32 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 32 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Pfeilmethode (DIN 6) Die Ansichten dürfen auch beliebig zueinander angeordnet werden. Mit Ausnahme der Vorderansicht wird dann jedoch die Betrachtungsrichtung für jede nach dieser Methode dargestellten Ansicht durch einen Pfeil, bezogen auf die Vorderansicht, festgelegt. Die Pfeile und die zugehörigen Ansichten werden durch beliebige Großbuchstaben gekennzeichnet, die unmittelbar oberhalb bzw. rechts von der Pfeillinie und in unmittelbarer Nähe oberhalb der zugehörenden Ansichten einzutragen sind.

33 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 33 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Wahl der Ansichten günstigungünstig Die Hauptansicht (Vorderansicht) ist immer so zu wählen, dass möglichst wenig weitere Ansichten und Schnitte für die eindeutige Darstellung oder die vollständige Bemaßung erforderlich werden in den zusätzlichen Ansichten möglichst wenig verdeckte Kanten entstehen

34 34 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 3. Schnitte und Kanten

35 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 35 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Kantenarten Schnittlinie Die Schnittlinie ist die Linie, die die Lage einer Schnittebene oder den Schnittverlauf bei mehreren Schnittebenen kennzeichnet. Anmerkung: Die Schnittlinie ist eine breite Strichpunkt-Linie. Sichtbare Umrisse und Kanten Sichtbare Umrisse und Kanten werden durch breite Volllinien dargestellt. Verdeckte Umrisse und Kanten Verdeckte Umrisse und Kanten werden nur dann durch schmale Strichlinien dargestellt, wenn durch sie das Bild des Gegenstandes deutlicher wird oder wenn durch ihre Darstellung erheblicher Zeichenaufwand (z.B. zusätzliche Ansichten oder Schnitte) ohne Verlust an Deutlichkeit eingespart werden kann.

36 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 36 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Kantenarten Lichtkanten (gerundete Kanten) Lichtkanten werden, falls erforderlich durch schmale Volllinien dargestellt, sie berühren die Umrisslinien nicht. Die Lage der Linien für die gerundeten Kanten ergibt sich aus den Schnittpunkten der verlängerten Umrisslinien in der zugehörigen Ansicht. Auf diese Schnittpunkte werden auch Maße bezogen.

37 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 37 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Symmetrische Teile Bei symmetrischen Gegenständen darf an Stelle einer Gesamtansicht eine halbe Ansicht oder eine Viertelansicht gezeichnet werden. Diese Teilansichten symmetrischer Gegen- stände werden durch die Mittellinien begrenzt, die an ihren Enden durch zwei recht- winklig zu ihr angeordnete kurze parallele schmale Volllinien gekennzeichnet werden.

38 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 38 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Teilansichten Gegenstände dürfen abgebrochen oder unterbrochen dargestellt werden, wenn dadurch die Eindeutigkeit der Darstellung nicht beeinträchtigt wird.

39 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 39 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Einzelheiten nach DIN 406 Bei Einzelheiten, die bezogen auf die entsprechende Gesamtdarstellung vergrößert dargestellt werden, soll der Vergrößerungsmaßstab hinter dem Kennbuchstaben angegeben werden. Herausgezogene Einzelheiten dürfen ohne Bruchlinie und bei Schnitten ohne Schraffur dargestellt werden. Die Darstellung umlaufender Kanten darf entfallen.

40 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 40 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Angrenzende Teile Wenn die Darstellung angrenzender Teile notwendig ist, sind deren Umrisse in schmalen Strich-Zweipunktlinien (Linie DIN 15 - K) zu zeichnen. Das angrenzende Teil verdeckt nicht das Hauptteil, d.h. hinter dem angrenzenden Teil liegende Kanten und Umrisse des Hauptteils werden wie sichtbare Kanten gezeichnet.

41 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 41 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Anwendungsbereiche / Begriffe Schnitte Die Norm DIN 6 (Schnitte) gilt für die Darstellung von Schnitten in technischen Zeichnungen und anderen technischen Unterlagen, unabhängig von der Art der Erstellung (manuell oder rechnerunterstützt). Schnittebene Eine Schnittebene ist eine Ebene, die den dargestellten Gegenstand gedanklich trennt. Schnittfläche Die Schnittfläche ist die Fläche, die beim Trennen des Gegenstandes durch die Schnitt- ebene entstehen würde. Schnitt Ein Schnitt ist die Darstellung eines Gegenstandes, der durch eine oder mehrere Schnittebenen parallel zur Zeichenebene zerlegt ist, die zeigt, was sich in der Schnitt- ebene oder dahinter befindet.

42 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 42 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Begriffe Schnitte Horizontalschnitt Ein Horizontalschnitt ist ein waagerechter Schnitt durch den Gegenstand in einer Schnitt- ebene (im Regelfall von oben gesehen). Vertikalschnitt Ein Vertikalschnitt ist ein senkrechter Schnitt durch den Gegenstand, dessen Schnitt- ebene rechtwinklig zur Vorderansicht verläuft. Frontalschnitt Ein Frontalschnitt ist ein senkrechter Schnitt durch den Gegenstand, dessen Schnitt- ebene parallel zur Vorderansicht verläuft (im Regelfall von vorn gesehen). Profilschnitt Ein Profilschnitt ist ein Schnitt, bei dem von allen möglichen Schnittebenen die kleinste Schnittfläche dargestellt wird. Vollschnitt Ein Vollschnitt ist die Projektion eines Gegenstandes, die ganz als Schnitt gezeichnet ist.

43 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 43 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Begriffe Schnitte Halbschnitt Ein Halbschnitt ist die Darstellung eines symmetrischen Gegenstandes, der getrennt durch die Mittellinie, zur Hälfte als Ansicht gezeichnet ist. Teilschnitt Ein Teilschnitt ist eine Darstellung, bei der nur ein Teilbereich eines Gegenstandes als Schnitt gezeichnet ist. Ausbruch Ein Ausbruch ist ein Teilschnitt, der nur einen Teilbereich in einer Ansicht geschnitten darstellt. Teilausschnitt Ein Teilausschnitt ist ein Teilschnitt, der nur einen Teilbereich, ohne die zugehörende Ansicht, geschnitten darstellt. Die in den Schnittebenen liegenden, vorher verdeckten Kanten und Umrisse, werden durch die gedachte Zerlegung des Gegenstandes sichtbar und werden durch breite Volllinien (Linie DIN 15-A) dargestellt.

44 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 44 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Kennzeichnung Schnittflächen Kennzeichnung der Schnittflächen Die Schnittflächen werden durch eine Schraffur gekennzeichnet. Schnittflächen eines Teiles werden in allen zueinander gehörenden Ansichten gleichartig schraffiert. Der Schraffurwinkel beträgt immer 45° oder 135° zu den Hauptumrissen oder zur Symmetrie- achse. Benachbarte Teile werden immer entgegengesetzt schraffiert. Kleine Schnittflächen haben einen geringeren Schraffurabstand als große. Besonders schmale Schnittflächen dürfen geschwärzt werden (z.B. Sicherungsringe).

45 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 45 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Teile, die nicht geschnitten dargestellt werden Zur Verdeutlichung des Schnittes werden bestimmte Teile oder Bereiche eines Teiles, auch wenn sie in der Schnittebene liegen, im Regelfall ungeschnitten dargestellt. Dazu gehören: 1. Teile, die in Längsrichtung dargestellt sind und keine Hohlräume aufweisen; z. B. Wellen, Bolzen, Keile, Stifte, Paßfedern, Achsen, Schrauben

46 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 46 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Teile, die nicht geschnitten dargestellt werden 2. Normteile, die die Darstellung vereinfachen z. B. Scheiben, Muttern

47 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 47 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Teile, die nicht geschnitten dargestellt werden 3. Bereiche eines Einzelteils, die sich als massive Elemente von der Grundform oder dem Profil eines Körpers abheben sollen. z. B. Rippen, Stege, Speichen

48 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 48 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Anordnung und Darstellung der Schnittebenen Wenn die Lage einer einzelnen Schnittebene eindeutig ist, wird sie nicht besonders angegeben.

49 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 49 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Im Winkel zueinander liegende Schnittebenen Liegen zwei Schnittebenen im Winkel zueinander, dann wird der Schnitt so dargestellt, als lägen die Schnittflächen in einer Ebene.

50 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 50 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Schnittebenen in runden Körpern Bei Schnitten von runden Körpern, z. B. von Flanschen müssen die Bohrungen in die Schnittebenen gedreht dargestellt werden. Es erübrigt sich dann die Angabe des Schnittverlaufs. Rippen, Speichen, Stege etc. werden nicht schraffiert

51 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 51 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Parallel versetzte Schnittebenen Wird ein Gegenstand durch zwei oder mehrere parallel versetzte Ebenen geschnitten, so wird die Lage der Schnittebenen sowie der Schnittverlauf durch eine abknickende Schnittlinie und die Blickrichtung durch Pfeile gekennzeichnet. Die Schraffur der versetz- ten Schnittebenen wird um eine halbe Schraffurbreite voneinander abgesetzt gezeichnet.

52 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 52 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Zuordnung und Kennzeichnung der Schnitte Wenn Schnitte oder Profilschnitte sich ihren Schnittebenen nicht eindeutig zuordnen lassen, sind zusätzliche Kennzeichnungen erforderlich. Die Buchstaben für die Kennzeichnung stehen am Anfang, am Ende und, wenn erforderlich, an den Knickstellen der Schnittlinie sowie unmittelbar über den entsprechenden Schnitten oder Profilschnitten.

53 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 53 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Zuordnung von Schnitten bei Wellen

54 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 54 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Halbschnitt Halbschnitte werden im Regelfall bei waagerechter Mittellinie unterhalb, bei senkrechter Mittellinie rechts von dieser angeordnet. Körperkanten, die bei einem Halbschnitt auf der Mittellinie liegen, sind darzustellen.

55 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 55 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Teilschnitt Ausbruch Die Begrenzungslinie eines Ausbruchs darf sich nicht mit Umrissen, Kanten oder Hilfs- linien decken. Sie wird als schmale Freihandlinie oder als Zickzacklinie gezeichnet.

56 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 56 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Teilschnitt Ausbruch in Schnittebene Wird ein Ausbruch innerhalb einer Schnittebene dargestellt, so wird die Ausbruch- schraffur um eine halbe Schraffurbreite zur Schnittschraffur versetzt gezeichnet.

57 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 57 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Teilschnitt Teilausschnitt Bei einem Teilausschnitt ist das Begrenzen der Schnittfläche durch eine Bruchlinie nicht erforderlich.

58 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 58 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Linienarten nach DIN 15

59 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 59 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Linienarten nach DIN 15

60 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 60 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Linienbreiten und Liniengruppen Liniengruppe zugehörende Linienbreite (Nennmaß in mm) für Linienart Maß- und Text- angaben; Graphische Symbole nach DIN Teil 2 A E (H) JB C D F G (H) K 0,25 0,35 0,5 0,7 1 1,4 2 0,25 0,35 0,5 0,7 1 1,4 2 0,13 0,18 0,25 0,35 0,5 0,7 1 0,18 0,25 0,35 0,5 0,7 1 1,4 Fettgedruckte Lienengruppen sind zu bevorzugen

61 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 61 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Rangfolge bei Überdecken von Linien Wenn sich zwei oder mehr Linien verschiedener Art überdecken, soll folgende Rangfolge eingehalten werden: sichtbare Kanten und Umrisse (Linienart A) verdeckte Kanten und Umrisse (Linienart F) Schnittebenen (Linienart J) Mittellinien (Linienart G) Schwerlinien (Linienart K) Maßhilfslinien (Linienart B)

62 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 62 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Beispiele für die Anwendung von Linienarten und Linienbreiten Die Bedeutung der Buchstaben und Ziffern siehe oben

63 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 63 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Beispiele für die Anwendung von Linienarten und Linienbreiten

64 64 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 4. Darstellung von (Norm-) Teilen

65 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 65 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Gewindedarstellung nach DIN 27 Außengewinde Metrische Gewinde erhalten ein "M" vor der Maßzahl. Innengewinde Werden Innengewinde im Schnitt dar- gestellt, so wird die Schraffur bis an den Kerndurchmesser gezeichnet. Gewinde- abschlußlinien sind stets breite Volllinien.

66 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 66 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Darstellung von verschraubten Teilen Merke Darstellung des Bolzengewindes geht vor Darstellung des Muttergewindes: Bolzen vor Mutter

67 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 67 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Darstellung und Bemaßung von Flanschen in Zeichnungen Bei symmetrischen Werkstücken kann ein Teil der Ansichten entfallen. Die Vorder- ansicht wird immer vollständig gezeichnet. Bei der Draufsicht bzw. Seitenansicht darf die innenliegende Hälfte wegfallen. Die Teilansicht schließt immer mit der Mittellinie ab. Die Symmetrie deutet man durch zwei parallele Striche an.

68 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 68 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Herausgeklappter Lochkreis Wird nur eine Flanschansicht gezeichnet, kann der Lochkreis ohne Umrisse heraus- geklappt werden. Die Bohrungen werden in diesem Fall als schmale Volllinien gezeichnet.

69 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 69 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Herausgeklappte Umrisse Einfache Umrisse dürfen in die Zeichenebene geklappt werden. Nur die in der Zeichen- ebene liegenden Umrisse stellt man als schmale Volllinien dar.

70 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 70 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Freistiche nach DIN 509 Form F für Werkstücke mit zwei rechtwinklig zueinander stehenden Bearbeitungsflächen Form E für Werkstücke mit einer Bearbeitungsfläche

71 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 71 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Zeichnerische Darstellung von Freistichen

72 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 72 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Vereinfachte Darstellungen in Zeichnungen nach DIN 30 Bohrungen dürfen bei eindeutiger Zuordnung mit Volllinie (breit) als Umriss ohne Schraffur dargestellt werden.

73 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 73 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Vereinfachte Darstellungen in Zeichnungen nach DIN 30 Sich wiederholende Formelemente werden nur einmal dargestellt. Die Wiederholungen werden durch Mittellinien und / oder Eintragen der Anzahl (z. B. 9x) angegeben. Dabei muss das erste Formelement vollständig dargestellt und gegebenenfalls bemaßt werden.

74 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 74 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Vereinfachte Darstellungen in Zeichnungen nach DIN 30 Bei Teilungen mit gleichen Lochdurchmessern (Schlitzen, Nuten, usw.) und längeren Maßketten darf eine vereinfachte Darstellung und Bemaßung erfolgen.

75 75 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 5. Bemaßung

76 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 76 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Bemaßung nach DIN 406 Die Größe des Werkstücks geht aus der Bemaßung hervor. Dazu gehören Maßlinien, Maßhilfslinien, Maßlinienbegrenzungen und Maßzahlen mit oder ohne Zeichen und Zusätze. Die Maßzahlen gelten stets für den Endzustand des dargestellten Teils. Jede Abmessung wird in der Zeichnung nur einmal bemaßt. Es darf aber auch kein Maß fehlen.

77 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 77 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Maßlinien Maßlinien (schmale Volllinie) Abstand von Körperkanten 10 mm Abstand von Maßlinien min. 7 mm Maßhilfslinien (schmale Volllinie) Sie ragen etwa 2 mm über die Maßlinenbegrenzung hinaus und berühren die Körperkanten.

78 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 78 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Maßlinien Maßlinienbegrenzungen (schmale Volllinie) Im Maschinenbau werden ausgefüllte Maßpfeile verwendet. d = Linienbreite der Körperkante Eine Kombination aus Maßpfeil und Punkt ist bei Platzmangel zulässig.

79 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 79 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Maßzahlen Werden grundsätzlich in Millimeter ohne Angabe der Maßeinheit angegeben. Höhe der Maßzahlen: LiniengruppeHöhe der Maßzahlen 0,7 0,5 0,35 5 mm 3,5 mm 2,5 mm Nicht maßstäblich gezeichnete Maßzahlen werden unterstrichen. Die Unterstreichung entfällt, wenn der Gegenstand abgebrochen dargestellt wird.

80 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 80 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Maßzahlen Maßzahlen müssen in Fertigungslage immer von unten und von rechts lesbar sein. Die Maßzahlen sollen möglichst nicht innerhalb des schraffierten Winkelbereichs von 30° stehen.

81 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 81 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Maßzahlen Maßzahlen sind übersichtlich anzuordnen, d. h. eng übereinander stehende Maßzahlen werden leicht versetzt eingetragen.

82 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 82 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Maßeintragung Die Bemaßung ist von sogenannten Maßbezugsebenen (MBE) bzw. Maßbezugslinien (MBL) aus vorzunehmen. Die Maßbezugsebenen und Maßbezugslinien sind auf Grund der Funktion bzw. der Fertigung festgelegt. Sie werden zuerst gefertigt. Kettenmaße sind zu vermeiden (s. nachfolgende Skizze; Maßangaben 30, 75, 45).

83 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 83 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Maßeintragung Maßlinien und Maßhilfslinien sollten sich nicht miteinander oder untereinander schneiden. Dies lässt sich aber nicht immer vermeiden. Es darf nicht an verdeckten Kanten bemaßt werden. Die Bemaßung soll möglichst außerhalb des Werkstückes angeordnet sein. richtigfalsch

84 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 84 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Maßeintragung Gesamtbreite und -länge des Werkstückes muss immer direkt entnehmbar sein. "Schießscheiben-Bemaßung" ist wegen der Unübersichtlichkeit zu vermeiden. Außerdem sollte das Durchmessermaß und das Tiefenmaß in einer Ansicht ein- getragen sein, da sie zusammen gehören.

85 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 85 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Bemaßungsarten Die Bemaßung in technischen Zeichnungen wird auf vier Arten durchgeführt. 1. Funktionsbezogene Bemaßung 2. Fertigungsbezogene Bemaßung 3. Prüfbezogene Bemaßung 4. Kostenoptimale Bemaßung Diese vier Arten sind entsprechend ihrer Prioritäten angeordnet. Die Funktionsbemaßung ist die wichtigste und wird vorrangig eingetragen. Alle Maße die keiner besonderen Funktion unterliegen werden dann fertigungsgerecht bemaßt, usw.

86 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 86 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Bedeutung 1. Funktionsbezogen: Das Einzelteil muss so bemaßt sein, dass es die gewünschte Funktion in der Maschine oder in dem Gerät richtig erfüllen kann. 2. Fertigungsbezogen: Das Einzelteil muss so bemaßt sein, dass es das Fertigungsverfahren insbesondere die Reihenfolge der Arbeitsgänge berücksichtigt. Die Maßangaben sollen ohne weitere Berechnung verwendbar sein. 3. Prüfbezogen: Das Einzelteil muss bei der Fertigung und später bei der Prüfung (Revision) gemessen werden können. 4. Kostenbezogen (eigentlich in 1-3 enthalten): Die Wirtschaftlichkeit, insbesondere die der Fertigung, muss gewährleistet sein.

87 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 87 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Funktionsbezogene Bemaßung

88 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 88 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Fertigungsbezogene Bemaßung

89 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 89 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Prüfbezogene Bemaßung

90 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 90 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Bemaßung nach DIN Maßstab Die Maßstäbe für die Darstellung von Gegenständen werden entsprechend DIN ISO 5455 angegeben. In nicht maßstäblichen Darstellungen wird im Schriftfeld anstelle der Maß- angabe ein waagerechter Strich gesetzt. In Zeichnungen mit Maßangaben müssen die Maße für das nicht maßstäblich Gezeichnete unterstrichen werden.

91 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 91 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Bemaßung nach DIN 406 Dies gilt nicht bei unter- oder abgebrochen dargestellten Gegenständen sowie nicht maßstäblich gezeichneten Maßlinien für Radien.

92 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 92 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Bemaßung nach DIN Maßkennzeichnung 2.1 Prüfmaße Maße, die bei Festlegung des Prüfumfangs besonders beachtet werden sollen, z. B. um die Funktion des Gegenstandes sicherzustellen, können durch einen Rahmen gekennzeichnet werden. Gegebenenfalls ist in der Zeichnung in der Nähe des Schriftfeldes die Bedeutung und der Prüfumfang, z. B. 100% oder Test... zu erklären.

93 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 93 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Bemaßung nach DIN Theoretische Maße Theoretische Maße nach DIN 7184 Teil 1 sind Maße, die zur Angabe der geometrischen Idealen (theoretisch genauen) Lage der Toleranzzone erforderlich sind. Sie werden durch einen rechteckigen Rahmen gekennzeichnet. 2.3 Hilfsmaße Maße, die für die geometrische Bestimmung eines Gegenstandes nicht erforderlich sind, werden als Hilfsmaße durch runde Klammern ( ) gekennzeichnet (DIN 406 Teil 1). 2.4 Rohmaße In Fertigungszeichnungen von Teilen, für die keine Rohteilzeichnung erstellt wird, können Rohmaße durch eckige Klammern [ ] gekennzeichnet werden (z. B. Maße mit Schrumpfzugaben oder Rohgußmaße). Gegebenenfalls ist in der Zeichnung über dem Schriftfeld die Bedeutung zu erklären.

94 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 94 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Abmaße bezogen auf die Maßbezugsebene Die Vorzeichen (+ oder -) der Abmaße sind abhängig von der zuerst fertigzustellenden Bezugsebene. Die Bezugsebene ist entsprechend der Funktion zu wählen. Beispiel a)Beispiel b)

95 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 95 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Koordinatenbemaßung Kartesische Koordinaten: Kartesische Koordinaten werden durch Längenmaße ausgehend vom Ursprung in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen angegeben. Für die Eintragung der Koordinatenwerte bestehen zwei Möglichkeiten: Angabe von Positionsnummern und Koordinatentabellen bezogen auf einen Koordinatenursprung Posxyd 11080ø ø ø ø ø6

96 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 96 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Koordinatenbemaßung direkte Angabe von Koordinaten bezogen auf einen Koordinatenursprung

97 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 97 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Richtung der Koordinatenachse Die Festlegung der positiven und negativen Richtung der Koordinatenachsen zeigt die folgende Zeichnung:

98 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 98 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Koordinatenbemaßung Polarkoordinaten: Polarkoordinaten werden ausgehend vom Ursprung durch einen Radius und einen Winkel festgelegt und werden von der Polarachse ausgehend entgegen dem Uhrzeigersinn positiv angegeben und in Tabellen eingetragen. Posrφ 15045°

99 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 99 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Koordinaten – Hauptsystem mit Nebensystem Das folgende Beispiel zeigt ein Koordinaten-Hauptsystem mit zwei Nebensystemen. Die entsprechenden Maße werden in Tabellen eingetragen. Die Ursprünge der Koordinatensysteme und die einzelnen Positionen erhalten fortlaufende Ziffern. Als Trennzeichen wird der Punkt angewendet.

100 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 100 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Koordinaten – Tabelle Koordinaten- ursprung Koordinatentabelle (Maße in mm) Koordinaten Pos.xyr d Ø120H Ø120H Ø200H Ø320H Ø40H Ø40H °Ø °Ø °Ø °Ø °Ø °Ø °Ø °Ø °Ø °Ø °Ø °Ø30

101 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 101 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Bemaßung Durchmesser / Quadrat Durchmesserzeichen Bei der Bemaßung von runden Teilen und / oder Bohrungen muss vor der Maßzahl ein Ø-Zeichen stehen. Quadratzeichen Für das -Zeichen gilt das gleiche.

102 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 102 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Bemaßung Schlüsselweite Schlüsselweite Bei sechseckigen Formen, die mit einem Maulschlüssel angezogen werden sollen, muss SW (Schlüsselweite) vor die Maßzahl geschrieben werden.

103 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 103 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Bemaßung Kegel Kegel nach DIN 254 Maßeintragung Doppelkegel

104 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 104 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Nuten Bemaßung Kugel / Bogenlänge / Nuten Kugelbemaßung und Linsenkuppe Bogenlänge

105 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 105 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Bemaßung Paßfedernut Paßfedernut nach DIN Form 1 Paßfedernut nach DIN Form 2

106 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 106 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Paßfedernut Herstellung mit einem ScheibenfräserHerstellung mit einem Fingerfräser

107 107 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 6. Toleranzen und Passungen

108 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 108 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Fertigungsgerechte Tolerierung und Bemaßung – Freimaßtoleranz Bei der Herstellung eines Werkstückes ist es nicht möglich, das in der technischen Zeichnung vorgeschriebene Maß ohne Abweichung einzuhalten. Das vorhandene Fertigungsmaß (Istmaß) fällt immer etwas größer oder kleiner aus als das Zeichnungsmaß (Nennmaß). Daher muss von vornherein eine Toleranz festgelegt werden, so dass das Istmaß zwischen einem Größtmaß und einem Kleinstmaß liegen kann. Dieses tolerierte Nennmaß wird als Paßmaß bezeichnet. Die Toleranz richtet sich nach dem Verwendungszweck des Werkstückes. Aus wirtschaftlichen Gründen sollte die Toleranz sollte so groß wie möglich und so klein wie nötig gewählt werden. Nennmaß Istmaß Paßmaß

109 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 109 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Bezeichnung der Begriffe In diesem Beispiel sind die beiden Abmaße der Welle negativ und die beiden Abmaße der Bohrung positiv.

110 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 110 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Darstellung von Toleranzfeldern Eintragung von Abmaßen in Fertigungszeichnungen Toleranzen können durch Abmaße oder durch Kurzzeichen der ISO-Toleranzfelder angegeben werden. Die Abmaße sind hinter der Maßzahl mit den entsprechenden Vorzeichen einzutragen. Sie werden etwas kleiner als die Maßzahlen, jedoch nicht kleiner als 2,5 mm geschrieben (Mikroverfilmung!).

111 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 111 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Toleranzangaben Das obere Abmaß ist ohne Rücksicht auf das untere Vorzeichen höher, das untere tiefer zu setzen. Ist ein Abmaß gleich Null, so kann die Ziffer "0" weggelassen werden, wenn keine Miss- verständnisse zu erwarten sind.

112 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 112 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Toleranzangaben Dem Nennmaß werden in der Regel beide Abmaße hinzugefügt, bei gleichem oberen und unterem Abmaß steht das Abmaß jedoch nur einmal mit beiden Vorzeichen hinter der Maßzahl. Bei Absatzmaßen und Lochmitten- abständen dürfen ISO-Kurzzeichen nicht angewendet werden.

113 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 113 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Toleranzangaben Die Toleranzangabe muss funktionsbezogen sein, soll aber auch möglichst fertigungs- bezogen sein (z. B. dadurch zu erreichen, dass ein Abmaß gleich Null gesetzt wird). Prinzip:Nennmaß = Gutmaß = das bei der Fertigung zuerst erreichte Grenzmaß (Toleranzfeld liegt dann in Richtung der Werkstoffabnahme) Beispiel: wichtig:Außenmaße:Minus-Toleranz ! Innenmaße:Plus-Toleranz ! Größtmaß = Nennmaß = Gutmaß Größtmaß = Ausschußmaß Kleinstmaß = Ausschußmaß Kleinstmaß = Nennmaß = Gutmaß

114 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 114 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Toleranzen Nie engere Toleranzen fordern als unbedingt notwendig, da sich dadurch größere Ausschußquoten ergeben. So eng wie nötig und so weit als möglich

115 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 115 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Auslesepassung DIN 7185 Tp = TB + TW Tp = TiW + TiBTi =Teiltoleranzfeld Größe der Paßtoleranz bei Sortierung auf den i-ten Teil verringert. Bei Serienmassenfertigung kann man die Paßtoleranz trotz relativ grober Maßtoleranzen der Paßteile dadurch enghalten, dass man die Maßtoleranz in eine Anzahl Teiltoleranz- felder aufteilt und die Paßteile entsprechend sortiert und paart, z. B.: Wälzlager, Kolbenbolzen,.... Beispiel:Kugelsortierung

116 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 116 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Je nach Lage der Toleranzfelder des Innen- oder Außenmaßes werden unterschieden: Spielpassung Presspassung Übergangspassung Passungsarten

117 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 117 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Spielpassung Spielpassung ist eine Passung, bei der nach dem Paaren der Paßteile Spiel vorhanden ist.

118 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 118 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Presspassung Presspassung ist eine Passung, bei der nach dem Paaren der Paßteile Pressung vor- handen ist.

119 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 119 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Übergangspassung Übergangspassung ist eine Passung, bei der nach Lage der Ist-Maße innerhalb der Toleranzfelder nach dem Paaren Spiel oder Pressung vorhanden ist.

120 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 120 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Formelzusammenstellung Beispiel:Welle Ø30Bohrung Ø30 SpielpassungPreßpassungÜbergangspassung S G = G B - K W U G = G W - K B S G = G B - K W S K = K B - G W U K = K W - G B U G = G W - K B -0,5 -0,7 +0,4 +0,1 SpielpassungPreßpassungÜbergangspassung S G = 30,4 - 29,3 = 1,1U G = 29,5 - 30,1 = -0,6S G = 30,4 - 29,3 = 1,1 S K = 30,1 - 29,5 = 0,6U K = 29,3 - 30,4 = -1,1U G = 29,5 - 30,1 = -0,6 Legende: G = Größtmaß K = Kleinstmaß B = Bohrung W = Welle S G = Größtspiel S K = Kleinstspiel U G = Größtübermaß U K = Kleinstübermaß

121 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 121 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 ISO-Kurzzeichen für Passungen (Paßsystem Einheitsbohrung H) Eine Passung wird gekennzeichnet durch ihr Nennmaß, das für beide Teile gleich ist, und die entsprechenden Kurzzeichen für jedes der beiden zu paarenden Werkstücke. Dabei wird das Kurzzeichen zum Innenmaß (Bohrung) stets zuerst genannt.

122 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 122 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 ISO-Kurzzeichen für Passungen (Paßsystem Einheitsbohrung H) 25H7 - Kurzzeichen für das Innenmaß (Bohrung) Nennmaß 25g6 - Kurzzeichen für das Außenmaß (Welle) Das Kurzzeichen besteht aus einem Buchstaben und einer Zahl. Der Buchstabe gibt die Lage der Toleranz zur Nulllinie an. Daher erhalten Innenmaße (Bohrungen) stets Großbuchstaben und Außenmaße (Welle) Kleinbuchstaben. Die Zahl gibt die Qualität der Passung an. Sie ist ein Maß für die Größe des Toleranzfeldes. ISO-Kurzzeichen für Toleranzen sind hinter dem Nennmaß anzuordnen. Dabei sind solche für Innenmaße höher und für Außenmaße tiefer einzuzeichnen. Spielpassungen ergeben sich, wenn zu H die Buchstaben a-h oder zu h die Buchstaben A-H kommen. Preßpassungen ergeben sich, wenn zu H die Buchstaben p-z oder zu h die Buchstaben P-Z kommen. Übergangspassungen ergeben sich, wenn zu H die Buchstaben j-n oder zu h die Buchstaben J-N kommen.

123 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 123 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Paßsystem Einheitswelle h Im System Einheitswelle sind die Grenzmaße der Welle bei gleichem Nennmaß und gleicher Qualität immer gleich groß. Beim System der Einheitswelle liegt das Größtmaß aller Wellen an der Nulllinie und ist gleich dem Nennmaß. Das nötige Spiel oder Übermaß wird durch verschieden große Bohrungen erreicht. Vorteil: Wellen mit h-Toleranz werden fertig geliefert (Landmaschinenbau, Feinmechanik).

124 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 124 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Paßsysteme Paßsystem Einheitswelle Die Welle hat den Buchstaben h. Paßsystem Einheitsbohrung Die Bohrung hat den Buchstaben H.

125 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 125 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Toleranzfelder Paßsystem Einheitswelle Toleranzfelder für Bohrungen und / oder Innenmaße Paßsystem Einheitsbohrung Toleranzfelder für Wellen und / oder Außenmaße

126 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 126 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Angabe der Toleranzfeldgröße durch Qualitätszahl

127 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 127 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Abhängigkeit der Toleranzfelder vom Nennmaß

128 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 128 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Lage der Toleranzfelder durch Buchstaben

129 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 129 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Fertigungsgerechte Tolerierung (Freimaßtoleranzen) Für die meisten Fertigungsverfahren sind heute die Toleranzen, die in der Fertigung ohne zusätzlichen Mehraufwand eingehalten werden können, bekannt und in Normblättern oder Normblatt-Entwürfen festgehalten. Man spricht bei diesen Festlegungen in der Praxis von Freimaßtoleranzen. Im Normblatt heißt es:Maße ohne Toleranzangabe. Die Freimaßtoleranzen entsprechen der werkstattüblichen Genauigkeit, ihre Einhaltung wird nicht besonders nachgeprüft. Nur für die Fälle, in denen eine noch größere Genauigkeit aus Funktionsgründen unbedingt notwendig ist, muss eine zusätzliche Toleranzeinschränkung bei dem betreffenden Maß vorgenommen und auf der Zeichnung eingetragen werden.

130 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 130 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Fertigungsgerechte Tolerierung (Freimaßtoleranzen) Jede zusätzliche Toleranz muss fertigungsgerecht sein, also bei dem gewählten Fertigungsverfahren mit noch vertretbarem Mehraufwand erreicht werden können. Übertriebene Toleranzeinengungen, auch wenn sie herstellbar sind, verteuern die Fertigung. Beispiel:Drehteil 80 mm Fertigungstoleranz 75 µm wird auf 30 µm verkleinert, dies entspricht einer Einschränkung im Verhältnis 2,5 : 1 oder einem Übergang von der Qualität 9 zur Qualität 7. Die Kosten sind bei gleicher Oberflächengüte ca. 40% höher!

131 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 131 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Fertigungsgerechte Tolerierung (Freimaßtoleranzen) Die Toleranzen dürfen also nicht nach dem Gesichtspunkt der Herstellbarkeit festgelegt werden, sondern sind so groß zu wählen, wie es zur sicheren Funktionserfüllung gerade noch nötig ist. Gelegentliche Nacharbeit beim Aufeinandertreffen ungünstiger Grenzwerte kann sogar in Kauf genommen werden, wenn sich hierdurch kostspielige Toleranzverkleinerungen vermeiden lassen: dies ist eine Frage der mathematischen Wahrscheinlichkeitsrechnung, wie oft der Fall des Aufeinandertreffens ungünstiger Grenzwerte erwartet werden muss dies ist eine Frage der möglichen Folgen, die in einem solchen Fall sich ergeben könnten dies ist wiederum eine Frage der Kalkulation, was billiger ist: Nacharbeit oder Toleranzeinengung.

132 132 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 7. Maß-, Form- und Lagetoleranzen

133 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 133 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Maßtoleranzen Maße, die in der Zeichnung angegeben sind, können in der Herstellung nicht genau eingehalten werden. Daher werden die Maße durch ein Größtmaß und ein Kleinstmaß toleriert. Dieser Abstand zwischen Größtmaß und Kleinstmaß ist die Maßtoleranz. Für das nebenstehende Werkstück mit einer Soll-Höhe von 10±0,2 mm wurden bei einer Stichprobenkontrolle von vier Teilen folgende Maße ermittelt:

134 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 134 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Maßtoleranzen Die Oberflächen der vier zuvor dargestellten Werkstücke weisen sehr unterschiedliche Formen auf, welche aufgrund der Maßtoleranz zulässig sind. Aus Funktionsgründen kann es jedoch erforderlich sein, dass diese Fläche eben sein soll. Da eine vollkommen ebene Fläche nicht gefertigt werden kann, muss in diesem Fall auch die Ebenheit toleriert werden. Diese Toleranz bezeichnet man als Formtoleranz.

135 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 135 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Formtoleranzen Formtoleranzen begrenzen die zulässige Formabweichung einer Fläche oder einer Kante. Formtoleranzen sind nicht mit den Maßtoleranzen zu verwechseln. Sie können zusätzlich zu den Maßtoleranzen angegeben werden. Beispiel Ebenheit: Der Toleranzwert der Ebenheit ist der Abstand von zwei idealen parallelen Flächen. Die wirkliche Fläche muss nach der Fertigung zwischen diesen beiden Flächen liegen.

136 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 136 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Formtoleranzen h = SchrifthöheToleranzrahmengröße 2h x 2hStrichbreite 1/10h Mögliche Anordnung des Bezugspfeiles am Toleranzrahmen Begriffsbestimmung für das Eintragen der Formtoleranz

137 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 137 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Formtoleranzen FlächenformLinienformZylinderform RundheitEbenheitGeradheit Symbole für Formtoleranzen Eintragungsbeispiel: Aufgabe: Die Ebenheit der oberen Fläche darf eine Abweichung von 0,1 mm haben. Die Maßtoleranz des Werkstückes ist mit ±0,2 mm angegeben. Beachte, dass die Formtoleranz der Ebenheit keine Aussage zur Parallelität der oberen zur unteren Fläche macht.

138 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 138 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Lagetoleranzen Die Lagetoleranzen geben an, welche Abweichungen zweier Flächen bzw. Achsen untereinander noch zulässig sind. Toleranzrahmen mit Angabe einer Lagetoleranz 1. Der Bezugspfeil weist auf das tolerierte Element. 2. Symbol für die tolerierte Eigenschaft. 3. Toleranzwert (t) in der für die Zeichnung geltenden Maßeinheit. 4. Das Bezugselement kann entfallen, wenn z.B. kein Bezugselement vorhanden ist. 5. Bezugsdreieck mit Rahmen für den Bezugsbuchstaben.

139 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 139 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 RichtungstoleranzOrtstoleranzLauftoleranz ParallelitätPositionLauf RechtwinkligkeitKonzentrizitätRundlauf NeigungSymmetriePlanlauf Symbole für Lagetoleranzen

140 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 140 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Symbole für Lagetoleranzen Bei dem gezeichneten Werkstück wird die Forderung gestellt, dass die obere Fläche zur unteren Fläche parallel sein soll. Bei der normalen Bemaßung ist eine Abweichung von der Parallelität von ± 0,2 mm möglich. Soll die Maßtoleranz nicht verkleinert werden so ist die Abweichung der Parallelität von 0,05 mm nur mit Hilfe einer Lagetoleranz möglich.

141 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 141 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Vereinfachte Darstellung Lagetoleranz Rechtwinkligkeit Formtoleranz Ebenheit

142 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 142 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Toleranzelement: Fläche oder Linie Ist das tolerierte Element eine Fläche oder eine Linie, dann wird der Bezugspfeil im Abstand von mindestens 4 mm von der Maßlinie gezeichnet. Ist das Bezugselement eine Linie oder Fläche, dann steht das Bezugsdreieck entweder auf dem Bezugselement oder der Maßhilfslinie, jedoch von der Maßlinie abgesetzt.

143 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 143 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Toleranzelement: Achse oder Mittellinie Gilt die Toleranzangabe für eine Achse oder Mittellinie als toleriertes Element, dann wird der Bezugspfeil in Richtung der Maßlinie an einem der Pfeile der betreffenden Maßangabe gesetzt. Bei Platzmangel wird der Bezugspfeil auch anstelle eines der beiden Maßpfeile gesetzt, das gleiche gilt für das Bezugsdreieck.

144 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 144 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Lagetoleranzen nach DIN ISO 1101 (Auszug)

145 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 145 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Lagetoleranzen nach DIN ISO 1101 (Auszug)

146 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 146 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Toleranzen Die Toleranzangabe bezieht sich auf mehrere Achsen: Ist – LageIdeal – Lage Bezieht sich die Toleranzangabe auf alle durch die Mittellinien dargestellten Achsen oder Mittelebenen, dann steht der Bezugspfeil senkrecht auf dieser Mittellinie.

147 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 147 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Formtoleranzen nach DIN ISO 1101 (Auszug)

148 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 148 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Eintragung der geforderten Toleranz Die Ebenheitstoleranz der oberen Werkstückfläche ist mit 0,02 mm festzulegen. Für den kleineren Zylinder ist eine Zylinderformtoleranz von 0,01 mm anzugeben.

149 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 149 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Eintragung der geforderten Toleranz Die Konzentrizitätstoleranz des Außendurchmessers zur Bohrungsachse ist mit 0,05 mm festzulegen. Die Planlaufabweichung der linken Stirnfläche zur Achse des kleinen Zylinders darf 0,01 mm nicht überschreiten.

150 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 150 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Eintragung der geforderten Toleranz Die Rundlaufabweichungen der Bohrungsfläche zu den beiden äußeren Zylinderflächen darf 0,08 mm nicht überschreiten. Die schräge Fläche muss zur unteren Fläche einen idealen Winkel von 30° bilden und zwischen zwei parallelen Ebenen liegen, deren Abstand maximal 0,05 mm betragen darf.

151 151 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 8. Oberflächenbeschaffenheit

152 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 152 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Angabe der Oberflächenbeschaffenheit in Zeichnungen nach DIN Die Norm DIN ISO 1302 gibt Symbole und zusätzliche Angaben für die Kennzeichnung der Oberflächenbeschaffenheit in Zeichnungen an. Auswahl der Oberflächenbeschaffenheit Die Fertigungskosten steigen mit zunehmender Oberflächenqualität. Jedes Fertigungs- verfahren hat sein eigenes Verhältnis von Rauheit und Kosten. Oberflächen sollen - genau wie Maß-, Form- und Lagetoleranzen - aus wirtschaftlichen Gründen nach folgendem Grundsatz bearbeitet werden: So grob wie möglich, nicht feiner als nötig. Rauheitswerte sind so gut wie nicht berechenbar, es sind Erfahrungswerte. Zwischen der Maßtoleranz und der Rauheit besteht kein gesetzmäßiger Zusammenhang.

153 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 153 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Symbol für die Angabe der Oberflächenbeschaffenheit Grundsymbol. Die Bedeutung muss durch zusätzliche Angaben erklärt sein. Darf nicht mehr bearbeitet werden. Oberfläche verbleibt im Anlieferungszustand. Für die Kennzeichnung einer materialabhebend zu verarbeitenden Oberfläche ohne nähere Angaben. Symbol für materialabtrennende Bearbeitung mit Angabe des Fertigungsverfahrens.

154 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 154 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Symbol für materialabtrennende Bearbeitung mit den 6 möglichen Angaben Die industrielle Fertigung von Werkstücken mit großer Genauigkeit und in größeren Stückzahlen erfordert mehrere Beurteilungsmerkmale. Nach Norm können die Symbole durch Zahlen oder Kurzzeichen ergänzt werden. In den meisten Fällen wird man mit der Angabe des Rauheitswertes auskommen. Die zusätzlichen Angaben werden um eine Schriftgröße kleiner geschrieben als die in der Zeichnung, jedoch darf aus Gründen der besseren Lesbarkeit auch die gleiche Schriftgröße benutzt werden.

155 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 155 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Rauheitswert (Mittenrauhwert) R a in m oder Rauheitsklasse N1 - N12. Der Rauheitswert legt die obere Grenze der Rauhtiefe fest. Fertigungsverfahren gefräst oder Oberflächenbehandlung (z. B. verchromt). Wortangabe gibt den Endzustand an. Bezugsstrecke in mm. Bestimmte Oberflächengüte durch Angabe dieses Bereiches. Rillenrichtung Bearbeitungszugabe z. B. Guß- und Schmiedestück Andere Rauheitsangaben in Klammern (R t ; R z ) Symbol für die Angabe der Oberflächenbeschaffenheit c (f) d b a e

156 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 156 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Darstellung der drei unterschiedlichen Rauheitsmaße 1. Arithmetischer Mittenrauhwert R a 2. Rauhtiefe R t 3. Gemittelte Rauhtiefe R z Diese drei Rauheitsmaße stehen untereinander in keinem mathematischen Zusammen- hang. Eine genaue Umrechnung von R a und R t ist nicht möglich. Deshalb arbeiten auch die Messgeräte mit unterschiedlichen Rechensätzen. Die DIN ISO 1302 schreibt nicht vor, welche Rauheitsgröße verwendet oder bevorzugt werden soll. Entscheidend ist, welche Messgeräte angeschafft werden sollen.

157 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 157 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Rauheitswert R a Die im Bild schraffierten Flächen stellen die Erhebungen bzw. Vertiefungen gegenüber der geometrisch idealen Werkstückoberfläche der Nulllinie dar. Die unterhalb dieser Linie liegenden Flächen stellt man sich nach oben geklappt vor. Die Inhalte der jetzt insgesamt über der Nulllinie liegenden Flächen werden addiert. Dividiert man die Summe der Flächeninhalte durch die Bezugslänge 1, dann erhält man eine mittlere Erhebung. Das ist der arithmetische Mittenrauhwert.

158 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 158 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Rauhtiefe R t Als Rauhtiefe bezeichnet man den größten senkrechten Abstand der höchsten Erhebung von der tiefsten Vertiefung innerhalb der Bezugsstrecke. Darstellung der Rauhtiefe R t

159 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 159 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Gemittelte Rauhtiefe R z Zur Ermittlung von R z wird die Bezugslänge 1 zunächst in fünf gleichlange Strecken unterteilt. Innerhalb dieser Teilstrecken wird dann die jeweilige Rauhtiefe R t ermittelt. R z ist der arithmetische Mittelwert aus diesen fünf Einzelrauhtiefen.

160 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 160 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Fertigungsgerechte Tolerierung und Bemaßung – Oberflächenbeschaffenheit und Toleranzbreite Oberflächengüte und Toleranz stehen in Wechselwirkung zueinander: Engere Toleranzen führen zwangsläufig zu feineren Oberflächen, obwohl eine unverrückbare Festlegung nicht besteht. Oberflächenbeschaffenheit und Toleranzbreite beeinflussen die Fertigungskosten: Beispiel:Bearbeitungskosten für den Außendurchmesser eines Stahlzylinders Kosten für Feinschlichten = 100 % Arbeitsgang Toleranzbreite in µm Kosten in % Schruppen (R Z 100µm), R a 12,5 Schlichten (R Z 12µm), R a 3,2 Feinschlichten (R Z 6,3µm), R a 0,8 Schleifen (R Z 1,5µm), R a 0,1 Läppen (R Z 0,5µm)

161 161 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 9. Sonstiges

162 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 162 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Werkstückekanten nach DIN 6784 Kantenzustand: Die Norm 6784 legt sprachunabhängige Zeichnungsangaben für Kantenzustände fest. Bei Außenkanten unterscheidet man die Kantenzustände gratig, scharfkantig und gratfrei. Bei Innenkanten unterscheidet man die Kantenzustände Übergang, scharfkantig und Abtragung.

163 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 163 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Symbolelemente & Kantenmaße a Bedeutung Symbolelemente: Symbol- element Bedeutung Außenkante Innenkante +gratigÜbergang -gratfreiAbtragung gratig oder gratfrei Übergang oder Abtragung Kantenmaße a: Kantenbereich einer InnenkanteKantenbereich einer Außenkante

164 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 164 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Empfohlene Kantenmaße

165 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 165 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Größe der Symbole mit Zusatzfeldern Schrifthöhe h3, Linienbreite für Symbole d 0,350,50,71 Linienbreite für Beschriftung 1 / 10 h Die Länge und Richtung des Symbols kann den Gegebenheiten in der Zeichnung angepasst werden. Feld a 1 : Gratrichtung beliebig Feld a 2 : Gratrichtung vorgegeben nach oben Feld a 3 : Gratrichtung vorgegeben nach unten

166 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 166 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Anordnung der Symbole in Zeichnungen

167 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 167 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Nr.BeispielBedeutungErläuterung 1. Außenkanten 1.1gratig bis 0,1 mm, Gratrichtung beliebig 1.2gratig, Grathöhe und Gratrichtung beliebig 1.3gratig bis 0,1 mm, Gratrichtung vorgegeben 1.4gratfrei bis 0,5 mm 1.5gratfrei im Bereich von 0,1 mm bis 0,3 mm 1.6gratfrei, Abtragung beliebig 2. Innenkanten 2.1mit Abtragung bis 0,5 mm 2.2mit Abtragung im Bereich von 0,1 mm bis 0,3 mm, Abtragrichtung beliebig 2.3mit Übergang bis 0,5 mm 2.4mit Übergang im Bereich von 0,1 mm bis 0,5 mm Beispiele für Zeichnungsangaben

168 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 168 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Beispiele für Zeichnungsangaben Eine Angabe ±0,05 mm an einer Außenkante bedeutet wahlweise gratig bis 0,05 mm oder gratfrei bis 0,05 mm (scharfkantig). In der früheren Ausgabe dieser Norm wurden die Kantenzustände durch Formbuchstaben und die Maße verschlüsselt angegeben. Weitere Angaben von Kantenzuständen Sind zusätzlich zu einer allgemeinen Angabe weitere Angaben von Kantenzuständen erforderlich, dann werden diese neben die allgemeine Angabe in Klammern gesetzt.

169 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 169 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Härteangaben Besonders belastete Bauteile oder Bereiche von Bauteilen müssen nach der Fertigung ihrer Funktion entsprechend zusätzlich wärmebehandelt werden. Beispiele für Härteangaben in Zeichnungen: Härten, Anlassen, Vergüten Die Angaben für die Wärmebehandlung des ganzen Teiles durch Härten, Anlassen sowie Vergüten zeigen Bild 1-3. Neben der Wortangabe, z. B. gehärtet, ist die Härteangabe in HRC mit einer entsprech- enden Plus-Toleranz zu versehen. In Bild 3 ist bei der Angabe der Brinellhärte HB 2,5 / 187,5 hinter der Abkürzung HB der Kugeldurchmesser sowie die zugehörige Prüfkraft nach DIN angegeben. vergütet HB 2,5 / 187,5 gehärtet 58+4 HRC gehärtet und angelasasen 59+4 HRC 1 3 2

170 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 170 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Härteangaben Randschichthärten Beim Randschichthärten werden die randschichtgehärteten Bereiche durch breite Strichpunktlinien außerhalb der Körperkanten gekennzeichnet (Bild 4-6). In Bild 5 ist der Verlauf der Randschichthärtung im Zahn durch schmale Strichpunktlinien verdeutlicht und eine Meßstelle angegeben. Ergibt sich bei der Randschichthärtung eines Teiles durch Flammhärten eine Schlupfzone, so wird ihre Lage durch ein Symbol gekennzeichnet (Bild 6).

171 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 171 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Härteangaben Einsatzhärten Das Einsatzhärten von Werkstücken kann allseitig (Bild 7), mit unter- schiedlicher Oberflächenhärte bzw. Einsatzhärtungstiefe oder stellenweise (Bild 8) durchgeführt werden. Im letzten Falle ist der einsatzgehärtete Bereich durch breite Strichpunktlinien außerhalb der Körperkanten zu kennzeichnen. 8

172 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 172 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Härteangaben Nitrierhärten Beim Nitrierhärten unterscheidet man die Nitrierung des ganzen Teiles (Bild 9) oder eine örtlich begrenzte Nitrierung (Bild 10). Im letzten Falle sind die Bereiche des Werkstückes, die nitriert werden müssen, durch breite Strichpunktlinien außerhalb der Körperkanten zu kennzeichnen.

173 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 173 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Zeichnerische Darstellung Schweißen und Löten

174 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 174 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Zeichnerische Darstellung Schweißen und Löten

175 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 175 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Zeichnerische Darstellung Schweißen und Löten Doppelkehlnaht unter- brochen, gegenüberliegend ohne Vormaß (gegenüberliegende Kehlnaht- maße können verschieden sein). Doppelkehlnaht unterbrochen, versetzt mit Vormaß. Das Zeichen für unterbrochene, versetzte Doppelkehlnähte bei einem Vormaß ist Z.

176 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 176 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Bezeichnungsbeispiel Schweißzeichen ringsum-verlaufende Naht Montagenaht 6Nahtdicke Kehlnaht, hohl 111Lichtbogenhandschweißen DIN 8563-BGBewertungsgruppe wWannenposition DIN 1913-E 5122 RR6Stabelektrode

177 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 177 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Radialwellendichtringe Form AForm ASSymbolische Darstellung

178 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 178 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Filzringe und Filzringstreifen nach DIN 5419 FilzringRingnut d1d1 bd2d2 Für Wellendurch- messer zul. Abw. d3d ±0, ±0, ±0, ±0, ±0, ±0, ±0,56,5±0, ±0, ±0, ±0, ±0,67,5±0,5 Anwendungsbeispiel: Der Filzring und auch der Filzstreifen darf im Grunde der Ringnut (Maß d5) nicht aufsitzen.

179 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 179 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Darstellung von Federn in technischen Zeichnungen nach DIN ISO 2162 (Auszug) Druckfedern DIN 2095 in Ansicht Zugfedern DIN 2097 im SchnittSinnbild

180 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 180 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Normteile

181 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 181 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Normteile

182 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 182 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Normteile

183 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 183 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Normteile

184 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 184 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Normteile

185 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 185 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Normteile

186 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 186 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Normteile

187 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 187 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Normteile

188 188 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 10. Kontrolle von technischen Zeichnungen

189 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 189 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Anforderungen an eine Zeichnung Vollständigkeit, Übersichtlichkeit, Fehlerfreiheit, Einsparung überflüssiger Schnitte und Ansichten, keine Doppelangaben, keine übertriebenen Anforderungen an die äußere Aufmachung, Bleistiftzeichnung - Tuschezeichnung (Mikroverfilmung), Zeitersparnis durch Einzeichenmethode, evtl. Pausfähigkeit - Pausen billigstes Vervielfältigungsverfahren.

190 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 190 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Kontrollfragen zur Darstellung Anordnung:Ist das Teil in der Gebrauchslage gezeichnet? Ausnahme: Bei Einzelteilzeichnungen von Drehteilen liegt die Symmetrieachse horizontal. Ansichten: Sind alle Ansichten und Schnitte vorhanden, die erforderlich sind, um das Teil eindeutig darzustellen? Sind die Ansichten richtig geklappt, wenn nicht, sind sie bezeichnet (z. B. Ansicht in Richtung X)? Schnitte:Wurden die Schnittführungen in Bezug auf das Vorstellungs- vermögen nicht zu kompliziert gelegt und sind Richtungsänderungen der Schnittführungen größer oder gleich 90 Grad? Sind die Schnitte entsprechend den angegebenen Richtungspfeilen richtig geklappt?

191 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 191 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Kontrollfragen zur Darstellung Schnitte:Wurde daran gedacht, dass die folgenden Teile nicht geschnitten, sondern nur aufgebrochen werden dürfen? 1. Keile, Paßfedern, Rippen, Arme, Stangen, Zähne (auch bei Schrägverzahnung), wenn sie in Längsrichtung in der Zeichnung liegen. 2. Stifte, Nieten, Zapfen, Bolzen, Achsen, Wellen, Schrauben, Muttern, Unterlegscheiben, wenn ihre Symmetrieachse in der Zeichenebene liegt. Vollständigkeit:Wurde an Folgendes gedacht: Mittellinien, Schraffuren, umlaufende Kanten, das Ausfüllen von Schriftfeld und Stückliste (Werkstoff, DIN-Nr., Halbzeuge, etc.).

192 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 192 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Kontrollfragen zur Bemaßung Bezugskante:Geht die Bemaßung von einer sinnvollen Bezugsfläche oder Kante aus und wird diese zuerst bearbeitet? Wichtige Maße:Sind die folgenden nach ihrer Wichtigkeit geordneten Maße direkt der Zeichnung zu entnehmen? 1. Prüfmaße (tolerierte Maße). 2. Maße, die für die einzelnen Bearbeitungsschritte erforderlich sind. 3. Maße, die für die Funktion wichtig sind (z. B. Nutbreiten, Loch- abstände, Achsabstand). Sichtbare Kanten:Wurden nur sichtbare Kanten bemaßt? Maßanordnung:Wurde nur dort bemaßt, wo die Gestalt des Stückes eindeutig und unverzerrt dargestellt ist? Stehen die für einen Bearbeitungsgang erforderlichen Maße beieinander (z. B. Durchmesser, Länge und evtl. Lochkreisdurch- messer bei einer Bohrung; Breite, Tiefe und Abstand vom Wellenabsatz bei einer Ringnut)?

193 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 193 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Kontrollfragen zur Bemaßung Haupt- und Anschlußmaße:Sind in der Zusammenbauzeichnung nur Haupt- und Anschlußmaße, diese aber vollständig, angegeben? Kettenmaße:Wurden unnötige Kettenmaße vermieden? Unwichtige Maße:Wurden die Maße weggelassen, die sich bei der Bearbeitung zwangsläufig ergeben oder deren Einhaltung unwichtig ist? Toleranzen:Sind alle einzuhaltenden Toleranzen und Passungen angegeben? Passungen:Wurden Doppelpassungen vermieden? Durchmesser:Ist bei runden Teilen der Durchmesser (nicht Radius) angegeben und das Durchmesserzeichen vor der Maßzahl eingetragen. Radien:Sind die Maßzahlen an Radien, deren Krümmungsmittelpunkt nicht dargestellt ist, mit einem vorangestellten R versehen?

194 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 194 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Kontrollfragen zur Herstellung Oberflächen- zeichen:Sind alle Flächen durch Oberflächenzeichen definiert? 1. Die überwiegende Oberflächengüte in der Nähe des Schriftfeldes (dann aber nicht mehr in der Zeichnung selbst!). 2. Bei Flächen, deren Oberflächengüte von der überwiegenden abweicht, jeweils auf der betreffenden Fläche und einmal in Klammern neben der Angabe für die überwiegende Oberfläche. Härtezonen:Sind die zu härtenden oder anderweitig zu behandelnden Zonen gekennzeichnet? Wortangaben:Sind die zur Herstellung erforderlichen Wortangaben vorhanden? 1. Wenn ein bestimmtes Bearbeitungsverfahren gefordert wird (Angaben bei dem zugehörigen Oberflächenzeichen, z. B. geschliffen). 2. Wenn eine bestimmte Arbeitsfolge verlangt wird (z. B. nach dem Härten geschliffen, gemeinsam gebohrt mit Teil Nr. 3).

195 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 195 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Kontrollfragen zur Herstellung Stückliste:Sind alle Teile geordnet in der Stückliste, die als Bestellunterlage dient, aufgeführt (z. B. Gußteile, Drehteile, Normteile und eventuell Leerfelder für Nachträge)?

196 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 196 V-Maschinenelemente © – IPD Beispiel: Buchse Arbeitsgänge:Außendrehen, Bohren, Innendrehen, Gewindeschneiden, Nuten fräsen. Besonderheiten:Außen und Innensitz mit Freistich, Gewinde mit Gewindeauslauf, Funktionsbemaßung für Sicherungsnut.

197 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 197 V-Maschinenelemente © – IPD Beispiel: Buchse a) Zeichnungsgerechte Darstellung Längsschnitt (Vollschnitt oder Halbschnitt), Querschnitt durch Paßfedernut, Fertigungslage, Gewindedarstellung nach DIN 27. b) Zweckmäßige Gestaltung Freistich Form E oder F nach DIN 509: arbeitserleichternd, da Drehstahl auslaufen kann; für Schleifbearbeitung zwingend, Feingewinde für Ø > 30 mm zweckmäßig, Regelgewinde-Steigung zu grob, Gewindeauslauf nach DIN 76 notwendig, wenn Gewinde auf der Drehbank geschnitten wird, Rillendurchmesser ca. 0,5 mm kleiner als Kerndurchmesser, Gewindeanfasung im Regelfall 120°, Regelfall ohne Eintragung, Gewindesitz nicht als Zentriersitz verwenden!

198 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 198 V-Maschinenelemente © – IPD Beispiel: Buchse c) Fertigungsgerechte Tolerierung und Bemaßung Bezugskante: rechte Stirnseite, nach dem Umspannen die linke Stirnseite Freistiche ohne Bemaßung, Gewindeauslauf gegebenenfalls im vergrößerten Maßstab als Einzelheit herauszeichnen, für übersichtliche Maßeintragung:Längenaußenmaße z. B. nach oben Längeninnenmaße z. B. nach unten herausziehen! Bemaßung der Sicherungsnut von der linken Bezugskante unzweckmäßig: Freimaßtoleranz der Gesamtlänge wirkt sich aus ! Funktionsbemaßung zum Absatz hin zweckmäßig !

199 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 199 V-Maschinenelemente © – IPD Beispiel (Getriebewelle) Getriebewelle (Antriebswelle) Freimaßtoleranzen mittel : bei unzweckmäßigen Kettenmaßen bei Stufenmaßen für Gesamtmaß

200 200 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 11. Anwendungsbeispiele

201 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 201 V-Maschinenelemente © – IPD Beispiel (Getriebewelle) Arbeitsgänge:Drehen zwischen Spitzen, Nuten fräsen a) Zeichnungsgerechte Darstellung Welle horizontal in der Fertigungslage zeichnen! Längsansicht, kein Vollschnitt, Schnitte durch Paßfedernuten, Format- und Maßstabswahl nach DIN 823 (Maßstab möglichst 1:1), Beschriftung und Zahlen nach DIN 16:von vorn und von rechts lesbar, Linien nach DIN 15, z. B.: 0,7 mm breite Vollinie:sichtbare Kanten... 0,35 mm schmale Vollinie:Maßlinien, Maßhilfslinien... 0,5 mm Strichlinie:nicht sichtbare Kanten 0,35 mm Strichpunktlinie:Mittellinien... 0,7 mm Strichpunktlinie:Schnittlinien... 0,35 mm Freihandlinie:Bruchlinien

202 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 202 V-Maschinenelemente © – IPD Beispiel (Getriebewelle) b) Zweckmäßige Gestaltung Zentrierung zum Spannen zwischen Spitzen nach DIN 332, notwendiges Ausrunden der Absätze (Kerbwirkung): Radien nach DIN 250, Fasen unter 30° oder 45° zum leichteren Fügen bei Festsitzen, Fügen mit Holzhammer oder bei größeren Übermaßen unter der Presse, Abmessungen der Wälzlager nach Wälzlager-Katalog oder DIN 620/625, notwendige Schulterhöhen und Rundungen nach Wälzlager-Kat. oder DIN 5418, Abmessungen der Paßfedernuten nach DIN 6885, Normaldurchmesser für alle tolerierten Durchmesser nach DIN 3, Kupplungsnabe (Durchmesser, Länge, Paßfedernut) nach DIN 748. Werkstoff/Halbzeug:Ø lg. DIN 1013 St 50-2 (Stücklistenangabe) Qualität:DIN Toleranz:80 ± 1,0 (80 Ø für kurze Bundlänge ausreichend) auf Länge gesägt: 325 ± 1,0

203 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 203 V-Maschinenelemente © – IPD Beispiel (Getriebewelle) c) Fertigungsgerechte Tolerierung und Bemaßung Längenmaße: Bezugskante: rechte Stirnseite, nach dem notwendigen Umspannen die linke Stirnseite, Maßeintragung nicht mit Kettenmaßen (Toleranzsummierung!), Freimaßtoleranzen: fein, mittel, grob (DIN 7168), Summe Freimaßtoleranzen bei Kettenmaßen:± 1,4 mm bei Stufenmaßen:± 0,8 mm beim Gesamtmaß:± 0,5 mm Toleranzausgleich bei der nicht bemaßten Bundlänge, Zusätzliche Toleranzeinengung bei den Längenmaßen erübrigt sich, da fertigungsgerechte Lagerung der Getriebewelle vorgesehen ist: Anpassung der Getriebedeckel bei Montage!

204 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 204 V-Maschinenelemente © – IPD Beispiel (Getriebewelle) Durchmesser: für Wälzlager: k6 (Festsitz für Wälzlager), die Passung beinflußt das Wälzlagerspiel! Passung für Kupplungs- und Zahnradnabe: m6 (Festsitz), Zeichnungseintragung durch Passungskurzzeichen. Paßfedernut: Passung der Breite der Nut: N9 oder P9 (Festsitz), für die Herstellung der Nut: Maßeintragung der Nuttiefe t, für die Maßprüfung der Nut: Maßeintragung d - t, Ausrundung des Nutgrundes ca. 0,5 mm nach Norm, ohne Eintragung.

205 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 205 V-Maschinenelemente © – IPD Beispiel (Getriebewelle) Bearbeitung: Hohe Oberflächengüte wegen wechselnder Beanspruchung unzweckmäßig (Drehriefen = Kerben), für Passungssitze in der Qualität 6, für übrige Flächen. Sammelbearbeitungszeichen, Bearbeitungszeichen zum Maß! 12,5 R Z =100 0,8 3,2 R Z =6,3 R Z =25

206 206 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck Anhang

207 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 207 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Wichtige Zeichnungsnormen AbmaßeDIN406 AllgemeintoleranzenDIN ISO2768 Ansichten, SchnitteDIN6 Angabe f. Stirnräder in ZeichnungenDIN3966 AusgangsformatDIN823 AuslesepassungDIN7185 Axonometrische ProjektionDIN5 BemaßungDIN406 BeschriftungDIN6776 BezugslinieDIN406 BlattgrößenDIN813 Blattgrößen und MaßstäbeDIN823 BogenlängeDIN406 BolzenDIN1433 BruchdarstellungDIN6 DarstellungenDIN6 Darstellungen von: Gewinden, Schrauben und MutternDIN27 ZahnräderDIN37 Darstellung u. Sinnbilder von FedernDIN29 DraufsichtDIN6 EinzelheitDIN406 Faltung auf A4 für OrdnerDIN824 FasenDIN406 FedernDIN ISO2162 Festigkeitsklassen von MutternDIN ISO898 T2 Festigkeitsklassen von SchraubenDIN ISO898 T1 FilzringeDIN5419 Form- und LagetoleranzenDIN ISO1101 FreisticheDIN509 gehärtete TeileDIN6773 GewindebezeichnungenDIN202 GewindedarstellungDIN ISO6410 GewindedarstellungDIN27 Grenzabmaße für Schweißkonstr.DIN8570 T1 Halbmesser (=Radius)DIN406 ISO-NormschriftDIN ISO 6776 KantenmaßeDIN6784

208 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 208 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Wichtige Zeichnungsnormen KegelbemaßungDIN ISO3040 Kennzeichnung der Oberfläche durch: RauhheitsmaßeDIN3142 KugelbemaßungDIN ISO3040 Kurzzeichen für Profile, Stangen, Bleche u. ä.DIN1353 LagetoleranzenDIN ISO1101 LinienartenDIN15 LiniengruppenDIN15 MaßanordnungDIN406 Maßeintragung in ZeichnungDIN406 Maße ohne ToleranzangabeDIN ISO2768 MaßstäbeDIN ISO5455 MittenrauhwertDIN ISO1302 MittenrauhwertDIN 4678 MorsekegelDIN228 MutternbezeichnungenDIN ISO898 T2 MutterndarstellungDIN ISO6410 NeigungDIN406 T2 NormmaßeDIN323 NormschriftDIN406 NormschriftDIN ISO6776 Normschrift: schrägeDIN 16 SenkrechteDIN 17 OberflächenzeichenDIN ISO1302 Oberflächenzeichen mit Zuordnung: der RauhtiefenDIN 3141 Oberflächen & OberflächenzeichenDIN140 PapierformateDIN476 PaßfedernDIN6885 PaßfedernutenDIN6885 PaßmaßeDIN406 Passungen System EinheitsbohrungDIN7154 System EinheitswelleDIN7155 PositionsnummernDIN ISO 6433 PreßschweißenDIN1911

209 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 209 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Wichtige Zeichnungsnormen QuadratzeichenDIN6 Radial-WellendichtringeDIN3760 RadienDIN406 RauhtiefenDIN ISO1302 Rändel- und KordelteilungDIN 82 RückansichtDIN6 RunddichtringeDIN3770 RundungenDIN250 SchlüsselweiteDIN475 SchmelzschweißenDIN1912 SchnitteDIN6 Schriftfelder für Zeichnungen und StücklistenDIN6771 SchutzvermerkDIN34 SchweißzeichenDIN1912 SehnenlängeDIN406 SeitenansichtDIN6 SenkungenDIN75 Sicherungsringe für WellenDIN471 für BohrungenDIN472 StücklisteDIN6771 Stücklisten, Form und GrößeDIN6783 Stufung der Maße für die Rauheit von OberflächenDIN4763 Technische Zeichnungen BenennungenDIN199 VerbindungsschweißenDIN1912 Vereinfachung f. KleindarstellungenDIN30 Vordrucke für ZeichnungenDIN6781 Zeichnungsvordrucke, Schriftfelder und StücklistenDIN6771 ZentrierbohrungenDIN332 Zulässige Abweichungen für Maße ohne ToleranzangabeDIN ISO2768

210 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 210 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Literaturverzeichnis 1. Vorlesungsunterlagen Prof. Dr. D. Wissussek Institut für Konstruktionstechnik und Kolbenmaschinen Universität Duisburg – Essen 2. Hoischen Technisches Zeichnen Girardet 3. Böttcher / Forberg Technisches Zeichnen B. G. Teubner 4. Klein Einführung in die DIN – Normen B. G. Teubner 5. Fucke / Kirch / Nickel Darstellende Geometrie für Ingenieure 6. Marx Darstellende Geometrie Verlag H. Dähmlow 7. Barner / Flohr Darstellende Geometrie Quelle & Meyer 8. Fritz Reutter Darstellende Geometrie Bd. 1 G. Braun 9. Wikipedia Online Enzyklopädie 10. Roloff / Matek Maschinenlemente Vieweg Verlag

211 211 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck Grundlagen CAD

212 212 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck Inhalt: Grundlagen CAD 1. Einführung, Begriffe, Trends 2.3D-CAD – Methodik des Parametrischen Konstruierens 3.Arbeitsweise in SolidWorks 4.Teile / Baugruppen / Zeichnungen 5.Schnittstellen 6.3D Modellierung / Datenstrukturen

213 213 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck Einführung

214 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 214 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 CAD im CIM-Verbund CAD Entwicklung, Konstruktion, Berechnung CAP AV, NC, Prüfplanung CAQ Qualitäts- sicherung Auftrag Ein Aus PPS Disposition, Materialwirtschaft, Zeitwirtschaft Konstr.- auftrag Qualitäts- vorgaben Qualitäts- daten CIM Stamm- daten Fertigungs- auftrag Fertigmeldung Fertigungs- Auftragsdaten soll ist Fertigungssteuerung CAM Auftragsverfolgung Betriebsdatenerfassung NC-Progr. Arbeitspläne Qualitäts- daten Quelle: Eigner /Maier

215 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 215 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Heutiges Ziel: integrierte Datenverarbeitung mit gemeinsamer Datenbasis Vertrieb Angebots- und Auftragsbearbeitung Auftrags- einplanungKonstruktion Arbeitsplanung NC- Programmierung Einkauf Materialwesen Fertigungs- steuerung Fertigung Montage Qualitäts- wesen Auftrags- bearbeitung Rechnungs- wesen Kunde CAD / CAM Lieferung Anfrage Angebot Auftrag Gemeinsame Datenbasis Produktmodell Zugriffe auf gemeinsame DatenbankInformations- und Materialflüsse Quelle: Henning

216 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 216 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Entwicklung und Einsatz der CAD-Technik in Deutschland Heutiges Ziel: - Produktdatenmodell - Einbettung CAD in virtuellen Produktaufbau: - Digital Mock Up Voraussetzung dafür: 3D Tuschezeichnung, Stücklisten und Berechnungen auf Papierdokumenten 2D-CAD verdrängt das Zeichenbrett, separate Berechnungsprogramme 2D-CAD und parallel 3D-Modellierer 3D-Volumenmodelle, Integriert: 2D und Berechnung CAD- Einsatz 1997 in Deutschland 1 : Entwicklung mit / auch Verwendung von Flächenmodellierern: ~ 15% Volumenmodellierern: ~ 26 % Hybridmodellierern: ~ 5 % Entwicklung mit 2D: ~ 60 % Vergleich zu USA : 3D-Anteil : ~ 60 % 2D-Anteil : ~ 40 % Entwicklung des CAD-Einsatzes Quelle: VDI-Z 65,5 % 51 % 6,4 % 1,7 % 4,8 % 2,2 % CAD-Einsatzbereiche 1996/1998 Rest: sonstige Anwendungen Quelle: CADcircle nur 2D nur 3D-Solid nur 3D-Flächen Installierte CAD Arbeitsplätze: 2001:21 Prozent 3D- Installationen Prognose 2003:26 % Quelle: CADcircle

217 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 217 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Trend: Nutzung von PDM-Systemen (Stand 2001) Quelle: TechConsult (2001) Anteil der Arbeitsstätten mit EDM/PDM- Einsatz 2001 bis 2003 (gesamt): Wachstumsmarkt PDM, Stand % der Betriebe verfügen mittlerweile über PDM, wobei die höchste Zahl der Installationen im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Automobilindustrie zu finden ist. In den kommenden zwei Jahren wird sich die installierte Basis nach den Angaben der Befragten insgesamt um 33% ausdehnen. Am stärksten wird der Zuwachs wieder in den genannten Bereichen ausfallen, die auch jetzt die wichtigsten Anwender stellen, nämlich im Maschinen- und Anlagenbau mit +45% und im Fahrzeugbau mit +53%. Der Schwerpunkt der PDM-Installationen liegt derzeit und in der nahen Zukunft erwartungsgemäß bei Unternehmen mit mehr als 500 Mitarbeitern. Die größten Zuwachsraten wird es aber in den nächsten zwei Jahren bei Unternehmen ab 100 Mitarbeiter geben Nicht geplant 2002 Geplant bis Ende 2003 Ab 2004 geplant

218 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 218 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Ingenieuraufgaben im CAD-Umfeld - Systemhandhabung - Organisation und Steuerung des CAD-Einsatzes - Systembetreuung, firmenspezifische Anpassung und Erweiterung - Externe Einführungs- und Anwendungsberatung, anwendungsspezifische Auftragsentwicklung - Systementwicklung Zunahme Systemwissen Zunahme Maschinenbauwissen

219 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 219 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Einsatz von CAD in der Produktentwicklung Planen - Konzipieren - Festlegen von Teilfunktionen und Suchen nach Lösungsprinzipien sowie Bausteinen zur Erfüllung der Funktionen - Kombinieren der Lösungsprinzipien/Bausteine zum Erfüllen der Gesamtfunktion - Erarbeiten von Konzeptvarianten Entwerfen - Erstellen eines maßstäblichen Entwurfs - Gestalten und Optimieren der Einzelteile Ausarbeiten - Erstellen von Fertigungszeichnungen - Ableiten von Stücklisten - Informieren (z.B. Lieferantenzeichnungen, Projektmeetings...) - Dokumentieren (z.B. Erstellen von Montageanleitungen...) Ablauf nach VDI-Richtlinie 2222

220 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 220 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Fixe Kosten des CAD-Einsatzes Fixe Kosten Einmalige Kosten Laufende Kosten Hardwarekosten Softwarekosten Installationskosten Mitarbeiterschulung Raumvorbereitung Hardwarewartung Softwarewartung Systembetreuung Interne Schulung Raumkosten Quelle: Koch Rechner / Server Netzwerk Plotter/ Drucker Monitore Systemkosten Anpassungskosten Konstruktion und Zeichnungserstellung NC-Programmierung, Datenbank Anwenderschulung Systemschulung

221 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 221 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Unternehmensvorteile durch CAD-Einsatz - Senkung der - Personalkosten - Produktkosten - Gemeinkosten - Verkürzung der Durchlaufzeiten - Erstellzeitvorteil - Mehrfachverwendungs- vorteil - Verbesserung der - Produktqualität - Marktstellung Produktivitätssteigerung

222 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 222 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Auswirkungen des CAD-Einsatzes auf Tätigkeitsprofile Berechnen Wiederholteile Entwerfen Zeichnen Ändern Stückliste Kontrolle Informieren Nebenzeiten Sonstiges Indirekte Konstruktions- tätigkeit 40% Direkte Konstruktions- tätigkeit 60% Nicht durch CAD beeinflussbar 12% 3% 13% 7% 5% 9% 33% 3% 15% c p 10 c p 5 c p 3 c p 5 c p :Produktivitätssteigerungs- bzw. Beschleunigungsfaktor ohne CADmit CAD Quelle: Vajna, Weber, Schlingensiepen, Schlottmann CAD/CAM für Ingenieure, Vieweg-Verlag

223 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 223 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Kostenfestlegung und -verursachung Quelle: Vajna, Weber, Schlingensiepen, Schlottmann CAD/CAM für Ingenieure, Vieweg- Verlag

224 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 224 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Zeitliche Entwicklung der Produktivität Zeit Produktivität Entwicklung von Standards + Manipulierung + Makros Erstellzeit- vorteile Zus. Personal- aufwand Einführung CAD Quelle: Henning

225 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 225 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Anforderungen an 2D-CAD-Programme - Einfache und strukturierte Handhabung - Zeichnungserstellung nach gültigen Normen - Assoziative Datenstruktur - Schnittstellen: - Dateischnittstelle (DXF, IGES) - Programmschnittstelle ( fremde Programmteile) - Datenbankschnittstelle( Zeichnungsverwaltung) - Makrosprache - Teilestruktur - Variantentechnik - Auswahlmöglichkeiten bei Ändern und Löschen - Normteileverwaltung - Rasterdatenverarbeitung (Altzeichnungen)

226 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 226 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Einsatz von 2D und / oder 3D Erzeugung reiner 2D-Teile wie flache Blechteile oder Schemazeichnungen sowie einfache Rotationseinzelteile. Hier stellt 3D einen zusätzlichen Aufwand dar, dem kein Nutzen gegenübersteht. Vorteil 2D im Konstruktionsprozess: Es ist daher wichtig, dass man mit einem integrierten 2D/3D- CAD-System auch komfortabel in 2D arbeiten kann.

227 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 227 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Anforderungen an 3D-CAD-Programme (Auswahl) - Einfache und strukturierte Handhabung - Assoziative Datenstruktur - Teilestruktur - Makrosprache - Variantentechnik - Auswahlmöglichkeiten für Manipulierung - Schnittstellen: - Dateischnittstelle (IGES 3D, STEP) - Programmschnittstelle ( fremde Programmteile) - Datenbankschnittstelle ( Teileverwaltung) - Informationsbereitstellung für das Produktdatenmodell - Objektorientierung und Feature-Basierung - Berechnungsprogramme z.B. FEM - räumliche Kinematik - Prototypen entspricht 2D Kaum / Keine Realisierung in 2D möglich

228 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 228 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Gründe für Migration - Altsystem erreicht technologische Lebensdauer, mangelnde Zukunftsperspektiven - Unzufriedenheit aufgrund gravierender Mängel des Altsystems - Wunsch nach Nutzung effizienterer Technologien - 3D-Modellierung- Wissensverarbeitung - Parametrisierung- Feature-Basierung - Objektorientierung - Anpassung an EDM/PDM- und Workflow-Management-Systeme Gemeinsame Datenbasis: Produktdatenmodell - Datenaustausch als Kundenforderung - Veränderte Anforderungen an das CAD/CAM-System

229 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 229 V-Maschinenelemente © – IPD Übertragung des bestehenden Datenbestandes auf das neue System - Übertragung des Anwendungs-Know-How ( anwendungsspezifische Programme und Werkzeuge) des Altsystems auf das neue System - Variantenprogramme - Menüs - Kommandofolgen (in Makros) - Schulungsaufwand - Arbeitsausfall bei Ablösung des Altsystems Schwierigkeiten bei der Migration

230 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 230 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Beurteilungsmerkmale von CAD-Systemen Hardware: Systemart, Rechnertyp, Leistungskennzahlen, RAM, Grafikbeschleunigung, Plattenspeicher, Bildauflösung und -wiederholfrequenz, Spezialhardware (Tablett), Ausbaufähigkeit, Anschlussmöglichkeiten, Vernetzung, Übertragungsraten,... Betriebssystem:Möglichkeiten, Geschwindigkeiten, Netzwerksoftware, Entwicklungs- potential, Aufwärtskompatibilität, Sicherheiten,... CAD-Software:Leistungsniveau, Datenstruktur, Beschreibungselemente, Teile, (allgemein) Assoziativität, Variantentechnik, Parametrisierung, Schnittstellen, Erweiterung und Anpassung, Online-Hilfe, Menüs, Sinnfälligkeit, Darstellung, Makros, Freihandsymbole, Anwendungsmodule z.B. Stücklistengenerierung,... 2D-Software:Bemaßungsstandards, Schriftarten, Symbole, Rahmen, Geometrieelementerzeugung und Manipulierung, Schraffur Gesamtkosten:Anschaffung, laufende Kosten, variable Kosten, Personalkosten

231 231 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck Parametrik

232 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 232 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Parametrische CAD-Systeme CatiaUnigraphicsI-DEASSolidWorksSolidEdge Die Mehrzahl der modernen 3D-CAD Systeme sind so genannte Parametrische Systeme. Durch parametrisches Konstruieren wird vor allem die Erstellung von Varianten stark vereinfacht.

233 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 233 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Variantentechnik: Arten von Varianten Formvariante Gestaltvariante Geometrie-Änderung Spezielle Parametrik-Zusatzmodule Neuaufbau des Modells bei Änderung der Parameter Nachteil: Komplizierte Parameterdefinition, fehleranfällig Traditionell: Topologie-Änderung Individuelle Variantenprogramme Interaktive Eingabe der Parameter Erstellung eines Modells mit festen Werten

234 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 234 V-Maschinenelemente © – IPD 2009

235 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 235 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Definition Parametrik Die Parametrik-Funktionalität eines CAD-Systems ermöglicht die Verwendung variabler Größen (Parameter) für die Eigenschaften und Abhängigkeiten in und zwischen Produktmodellen. Das CAD-System muss dabei das Produktmodell aktualisieren und die Konsistenz des Modells hinsichtlich systeminterner Regeln prüfen und sicherstellen Quelle: CEFE AG41

236 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 236 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Parametrische CAD-Systeme: Funktionsweise Erstellung einer unmaßstäblichen SkizzeEinfügen der BemaßungÜberschreiben der MaßeVolumen erzeugen durch Feature Extrudieren Ableitung einer Zeichnung

237 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 237 V-Maschinenelemente © – IPD 2009

238 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 238 V-Maschinenelemente © – IPD 2009

239 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 239 V-Maschinenelemente © – IPD 2009

240 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 240 V-Maschinenelemente © – IPD 2009

241 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 241 V-Maschinenelemente © – IPD 2009

242 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 242 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Grundlagen der Parametrik Der Aufbau der Geometrie im Entwicklungsprojekt kann zunächst skizzenhaft erfolgen. Durch Anbringen von Bemaßungen und Überschreiben der Werte erfolgt die Detaillierung der Geometrie. Das CAD-System ist in der Lage, die bereits erstellte Geometrie durch die Veränderung der Parameter zu bearbeiten. Die Bemaßungen entsprechen Randbedingungen an die Geometrie.

243 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 243 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Constraint- System Parametrische Abhängigkeiten Randbedingungen sind vereinfacht in zwei Bereiche aufteilbar: Explizite Constraints Implizite Constraints Die Gesamtheit der Randbedingungen zur Abbildung einer Konstruktionsabsicht bildet ein Randbedingungssystem / Constraint- System.

244 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 244 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Explizite Randbedingungen / Constraints: Beispiel d 3 =d 1 (d) +7 d 2 =d 1 (d) +2h 1 =d+1 h 2 =h-h 1 (d)-1 d 1 =d +1 - zusätzliche Randbedingungen (Constraints) h d h-h 1 (d)>4 - unabhängige Variable (Eingangsparameter) - abhängige Variable (gesteuerter Parameter)

245 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 245 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Parameter-Tabellen In Tabellen können Werte für Parameter eingegeben werden. Die Zeilen der Tabelle entsprechen den verschiedenen Konfigurationen des Modells Das CAD-System erstellt diese Konfigurationen automatisch austragen

246 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 246 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Explizite Constraints: Generelle Möglichkeiten Diskrete Werteingabe Gleichungsangabe Verwenden von Wertetabellen Verwenden von logischen Ausdrücken Steuerung von Formelementen über logische Abfragen Zuweisung eines Wertes für einen Parameter, z.B. p1=1 Zuweisung einer Längen- oder Winkelangabe über Bemaßung in Skizzen Zuweisung eines Parameterwertes über andere Parameter: a=2*b Erstellen von Konfigurationen über Parametertabellen

247 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 247 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Implizite Randbedingungen / Constraints: Beispiel äqui:äquidistant, tang:tangential sym:symmetrisch orth:orthogonal äqui: tang sym orth

248 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 248 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Bestimmtheit des Constraint- Systems Ein Constraint- System ist unterbestimmt, wenn keine eindeutige Lösung oder eine unendlich große Anzahl von Lösungen existiert. 20 vollständig bestimmt, wenn genau eine eindeutige Lösung existiert überbestimmt, wenn zu viele Contraints existieren ,0555

249 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 249 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Gestaltvarianten mit Parametrik Variante 0: unbearbeitetVariante 1: FaseVariante 2: RundungVariante 3: Vierkant Beispiel: Erzeugen einer Welle mit unterschiedlichen WellenendenLösung: Erstellung der Varianten mit Hilfe von Konfigurationen

250 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 250 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Zusammenfassung Quelle: CEFE AG41 Variantenprogramme werden explizit programmiert. Als Ergebnis einer CAD-Variantenkonstruktion entsteht mit Hilfe eines Variantenprogrammes (interaktives Festlegen der variablen Größen) sequentiell ein Modell mit festen Werten. Durch Parametrisierung erhalten Bauteile eine implizite Programmierung. Es entsteht eine Instanz mit Größen, die weiterhin variabel bleiben können. Das vorhandene Randbedingungssystem wird sequentiell gelöst.

251 251 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck Arbeitsweise mit SolidWorks

252 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 252 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Der SolidWorks-Bildschirm Modellfenster Feature- manager Infos Statuszeile Menü- leiste Symbolleisten Windows Standard- steuerung Symbole Workbench 3 Hauptebenen Koordinatensystem Einfüge- marke

253 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 253 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Mausfunktionen Selektieren, von Elementen. Durch gleichzeitiges Drücken der STRG-Taste können mehrere Elemente gewählt werden. Bei gedrückter Taste kann eine Auswahlbox aufgespannt werden. Rotieren, der Bildschirmansicht. Kontextmenu. Abhängig von der Position des Cursors wird ein kontextsensitives Menu aufgerufen. STRG + Verschieben, der Bildschirmansicht. UMSCHALT + Zoomen, der Bildschirmansicht. Verkleinern bzw. Vergrössern Hinweis: Bei Verwendung einer Maus mit einem Rad, kann mit Hilfe des Rads auf die aktuelle Cursorposition (statt die Bildschirmmitte) gezoomt werden.

254 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 254 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 SolidWorks Dokumentarten

255 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 255 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Menu: Extras -> Optionen

256 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 256 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Feature Manager Bauteil Hauptebenen, Koordinatensystem Zusätzliche Informationen hier: Material, Beleuchtung… Hauptkörper Feature (Block.1) (Konstruktionselemente) Skizzendefinition Alle Informationen (Parameter, Material, Bedingungen etc.) Entstehungsgeschichte Hierarchischer Aufbau Selektion der Geometrie in Feature Manager erlaubt nachträgliche Änderungen der Konstruktion Einfügemarke

257 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 257 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Feature Manager

258 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 258 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Skizzen In 2D-Skizzen können Konturen erstellt werden, die anschließend in einen 3D-Körper überführt werden Erstellung einer Skizze in einer Ebene. Starten der Skizzen-Umgebung mit: Einfügen -> Skizze Oder Symbol: Danach Ebene oder ebene Fläche wählen. (vordefinierte Ebene oder ebene Körperfläche) Skizzen können nachträglich verändert werden. Dazu wird die Skizze im Feature Manager ausgewählt. (Kontextmenu: Skizze bearbeiten)

259 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 259 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Menüleisten Skizzenbeziehungen Skizzierwerkzeuge Beziehungen hinzufügen Beziehungen anzeigen/löschen Linie Mittelpunkt-Kreisbogen Tangentialer Kreisbogen Kreisbogen 3Pt Kreis Spline Bemaßungen Punkt Elemente übernehmen Spiegeln Verrundung Offset Elemente Trimmen Skizze 3D-Skizze Verschieben, Kopieren Mittellinie Konstr.- geo Bemaßungen Rechteck Beziehungen hinzufügen Beziehungen anzeigen/löschen

260 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 260 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Beziehungen hinzufügen / anzeigen Beziehungen hinzufügenBeziehungen anzeigen/löschen

261 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 261 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Einfügen von Gleichungen

262 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 262 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Operatoren und Funktionen in Gleichungen

263 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 263 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Kennzeichnung von Maßen rechte Maustaste auf Bemaßung klicken: Eigenschaften 1 2 Maß durch Erläuterungstext kennzeichnen 3

264 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 264 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Baugruppen – Allgemeine Dokumentenstruktur Baugruppe (Assembly) Teil (Part) Zeichnung (Drawing) Kolben Bolzen Hülse Hierarchischer Link Assembly – Assembly Assembly – Part Erste Stückliste Logischer Link

265 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 265 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Baugruppen – Product Structure

266 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 266 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Menüleiste: Baugruppe Verknüpfung Komponente bearbeiten Komponente ein- / ausblenden Komponente verschieben Komponente drehen Änderung des Unterdrückungsstatus Komponente einfügen

267 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 267 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Baugruppe: Verknüpfung Ausgerichtet: platziert die Komponenten so, dass die normalen Vektoren für die ausgewählten Flächen in die gleiche Richtung zeigen. Gegenausgerichtet (Auf): platziert die Komponenten so, das die normalen Vektoren für die ausgewählten Flächen in die entgegengesetzte Richtung zeigen. Am nächsten: platziert die Komponenten entweder ausgerichtet oder gegenausgerichtet, je nachdem, welche Bedingung mit der geringsten Verschiebung erfüllt werden kann.

268 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 268 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Ableiten einer Zeichnung Vorgehensweise (Auswahl): - Teil, für das eine Zeichnung erstellt werden soll, öffnen. - Neue Zeichnung öffnen: Datei, Neu, Zeichnung - Formatvorlage auswählen - U.U. Formatvorlage bearbeiten: rechte Maustaste in Vorlage klicken, Vorlage bearbeiten, Zum Beenden rechte Maustaste in Vorlage klicken, Blatt bearbeiten - Fenster nebeneinander anordnen - Teil aus dem Feature-Baum auf das Zeichenblatt ziehen durch Drücken und Halten der linken Maustaste : 3 Standard-Ansichten werden erzeugt. oder z.B. : - Fenster nebeneinander anordnen, das Teil in die gewünschte Ansicht drehen - In die Zeichnung gehen, Einfügen, Zeichenansicht, Benannte Ansicht anwählen - In das Teilfenster klicken, aktuelle Ansicht im Auswahlmenü wählen - Im Zeichnungsfenster die Position der Ansicht digitalisieren

269 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 269 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Ableiten einer Zeichnung: 3 Standard-Ansichten

270 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 270 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Feature im Bereich Zeichenansicht Standard 3 Ansichten Hilfsansicht benannte Ansicht Projizierte Ansicht relative Ansicht

271 271 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 3D-Modellierung Einführung, Modelle, Modellerzeugung

272 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 272 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Trends in der CAD-Technik Einsatz unter Windows NT PDM/EDM-Verwaltung Getrennte Speicherung aller Daten Unix- Workstation Parametrisches Modell Feature- Modellierung ( -Baum) Erweiterung der Flächenmodellierung Virtueller Produktaufbau: DMU Reines 3D- Geometrie- modell Durchgängig dreidimensionales Modellieren Nutzung neuer Erkenntnisse und Werkzeuge der Informatik: Objektorientierung Schnittstellen wie STEP in der praktischen Einführung Modulkonzepte, offene Systeme, Internet, Multimedia allgemein Bereich 3D Bereich Daten/Rechnersysteme

273 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 273 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Vorteile einer durchgängigen 3D- Modellierung Geometrisch vollständige Bauteilrepräsentation Erweiterte, intelligente CAD-Funktionen sind teilweise nur auf Basis von 3D-Repräsentationen möglich/sinnvoll z.B. - Kopplung CAD/FEM, - Kinematikanalysen - Analysen auf Fertigungs- und Montagegerechtheit durch Kopplung von CAD/NC und NC-Simulationen,... 3D-Bauteilrepräsentationen werden zusätzliche Funktionen der genannten Art überhaupt erst möglich und wirtschaftlich machen. Vermeidung / Minimierung von Konstruktionsfehlern Erleichterung der Kommunikation Unterstützung der simultanen Produktentwicklung im Team (Simultaneous/concurrent Engineering) und neuer Formen der Arbeitsteilung in und zwischen Unternehmen Nutzung neuer Technologien zur schnellen Versuchsteileherstellung (Rapid Prototyping, z.B. mittels Stereolitographie (Format STL) nur auf Basis von 3D-Bauteilrepräsentation möglich Minimierung der zu erstellenden und zu verwaltenden Dokumente Direkte Ableitung von Montage-, Bedienungsanleitungen, Produktkatalogen etc.

274 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 274 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Möglichkeiten des Arbeitens mit Features Feature- basiertes Modellieren ( Feature Based Modeling/Design): Die Konstruktion erfolgt überwiegend (ausschließlich) mit vordefinierten und in Bibliotheken angelegten Features. Nach dem Aufruf eines Features erfolgt die teilweise automatische Erzeugung der Konstruktionsergebnisse (einschl. der parametrischen Bezüge) Feature- Erkennung ( Feature Recognition / Extraction): Der Weg zur Erstellung eines Entwurfes ist gleichgültig. Wichtig ist nur die (digitale) Repräsentation des Endergebnisses. Diese Repräsentation wird von speziellen Softwarepaketen nachträglich daraufhin untersucht, ob Teilbereiche mit hinterlegten Feature-Beschreibungen übereinstimmen. Nach dem (nachträglichen) Erkennen können die zu den Features gehörenden nicht- geometrischen Informationen zugeordnet und weiterverarbeitet werden. Die Feature-Erkennung erfordert in der Regel Methoden und Werkzeuge der Künstlichen Intelligenz (Mustererkennung, Pattern Matching)

275 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 275 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Ziele der Feature-Technologie Das Wissen des CAD-Systems über die behandelten Objekte bleibt nicht auf einen Ausschnitt der untersten Ebene (nämlich auf den ausschließlichen Geometrieaspekt) beschränkt, sondern es werden Zusammenhänge so abgebildet, wie sie der Anwender (Konstrukteur) sieht. Features kann man als ganzes ansprechen, verändern, löschen usw. Mit Features sind auch nicht-geometrische Informationen verbunden (sehr häufig Fertigungsinformationen), die man zu anderen Zwecken auswerten und weiterverarbeiten kann. (z.B. zur Arbeitsplangenerierung, NC-Programmierung, Herstellungskostenermittlung). Bedingung zum Integrieren von Features in CAD/CAM-Systeme: O bjektorientierte Architektur mit Parametrik

276 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 276 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Merkmale objektorientierter Systeme Objekte sind die zentralen Strukturelemente in Form von Produkten, Baugruppen, Bauteilen, Flächen, Kanten, Punkten, Features, Gestaltungszonen etc. Jedem Objekt sind Daten und Verhaltensweisen (Methoden) fest und voneinander untrennbar zugeordnet. Objekte können hierarchisch geordnet werden (Abstraktion, Klassenbildung), wobei sich Daten und Verhaltensweisen systematisch und automatisch weitervererben, sofern sie nicht umdefiniert werden. Jedes Objekt kann von außen (vom Anwender oder von Anwendungsprogrammen) nur über genau spezifizierte Schnittstellen angesprochen und verändert werden (Abkapselung). Der Anwender muss sich nicht um den inneren Aufbau der Objekte und die damit verbundene Konsistenzhaltung kümmern. Unterschiedliche Objekte verhalten sich -je nach ihrer inneren Struktur- unterschiedlich; die Namen der Methoden können allerdings gleich sein. (Polymorphie). Objekte können frei miteinander kommunizieren (Austausch von Botschaften). Dadurch ergibt sich eine andere (einfacher zu programmierende, zu testende und in der Anwendung wesentlich flexiblere) Art von Programmcode und damit eine andere Art des Programmablaufes.

277 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 277 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Datenmodelle Aufgabe von Datenmodellen: möglichst naturgetreue Nachbildung eines Ausschnitts der realen Welt formale Beschreibung aller in einer Datenbank enthaltenen Daten In kommerziellen DV-Anwendungen werden vier Arten von Datenmodellen eingesetzt: hierarchische Datenmodelle netzwerkartige Datenmodelle relationale Datenmodelle objektorientierte Datenmodelle Quelle: RPK, Uni Karlsruhe

278 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 278 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Datenmodelle: Hierarchisches Datenmodell - basiert auf der Datenstruktur Baum - einfach und effiziente Abbildung auf physischen Speicherstrukturen (z.B. Array, lineare Liste) - Jeder Zugriff muss von dem Wurzelelement aus starten - genau ein Weg zu jedem Element - nur 1:n Beziehung - reale Welt lässt sich häufig NICHT in strengen Hierarchien abbilden (Bsp. Firma, Abteilung, Projekte, Mitarbeiter) - Erzwingung der strengen Hierarchie führt zu Redundanzen HIERARCHISCHES MODELL A B C D PARENT CHILD Kennzeichen - Ebenen von Objekten - immer ein Wurzelsegment - nur eine gerichtete Assoziation zwischen Parent und Child - Art der Assoziation: 1: 1, 1:n -jedes logische Element besitzt einen Eingang (außer Wurzel) und 0:n Ausgänge - n:m Assoziationen führen durch mehrfach 1:n Assoziationen zu Datenredundanz - Zugriff nur von oberster Ebene möglich Quelle: RPK, Uni Karlsruhe

279 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 279 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Datenmodelle: Netzwerkartiges Datenmodell - Basiert auf Datenstruktur Graph bzw. Netz - Lässt sich nicht so einfach wie hierarchisches Datenmodell auf physischen Speicherungsstrukturen abbilden - kein ausgezeichnetes Wurzelsegment, Zugriffe von jedem Element aus möglich - zu jeden Element führen i. a. mehrere Wege - n:m Beziehungen möglich - besser geeignet zur Abbildung der realen Welt - keine Redundanzen Die Netzdaten-Modelle besitzen für den Einsatz in CAD-Systemen große Bedeutung Kennzeichen - keine zyklische Strukturen - Assoziationen der Art 1:1, 1:n - n:m Assoziation über `link. record` - jede Ownerausprägung besitzt innerhalb eines Sets beliebig viele Ausgänge - jede Memberausprägung be- sitzt innerhalb eines Sets genau einen Eingang - sonst wie allgemeines Netzwerk (DBTG = DATA BASE TASK GROUP) (CODASYL = Conference on Data System Languages) A A B B C A einfache Form komplexe Form Zyklische Form Kennzeichen - keine Ebenen - kein Wurzelsegment - jede Assoziation zwischen Objekt möglich - 1:1, 1:n, n:1, n:m - jedes logische Element besitzt 0-n Eingänge und 0-m Aus- gänge - jede logische Elementaus- prägung besitzt 0-n Eingänge und 0-m Ausgänge - Zugriff zu jedem Element möglich allgemeinCODASYL-DBTG NETZWERKARTIGES MODELL A A B B C D OWNER } einfache Form (SET) MEMBER komplexe Form Quelle: RPK, Uni Karlsruhe

280 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 280 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Datenmodelle: Relationales Datenmodell - basiert auf der Datenstruktur Tabelle - Tabelle dient sowohl der Darstellung der Elemente als auch der Beziehungen zwischen den Elementen - übersichtlich, aber relativ aufwendige Darstellung (Platzbedarf) - n:m Beziehungen möglich - einfache Abbildung auf phys. Speicherungsstrukturen - aufgrund der weiten Verbreitung relationaler DBS (das sind DBS, die auf dem relationalen Datenmodell basieren) wird das relationale Datenmodell als klassisches Datenbankmodell bezeichnet RELATIONALES MODELL korrespondiert mit Relation A(a, b, c) Relation B (d, e, f) Entities Relation C (a, d)Assoziation Domänen (a, b, c, d, e, f) Attribute Kennzeichen - Assoziationen der Art 1:1 und n:1 direkt darstellbar - Assoziationen der Art n:m über Linkrelation - durch Normalisierung der Relationen höhere Integrität des Modells - keine Unterscheidung zwischen Entities und Assoziationen - sonst wie allgemeines Netzwerk Quelle: RPK, Uni Karlsruhe

281 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 281 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Datenmodelle: Objektorientiertes Datenmodell -basiert auf Objekten und Beziehungen zwischen Objekten, Struktur dem netzwerkartigen Datenmodell ähnlich -Objekte des Datenmodells entsprechen meist Objekten der realen Welt - Objekten sind Attribute und Methoden zugeordnet, die auf Objekte wirken. - Beziehungen zwischen Objekten sind direkt durch Referenzen (Zeiger) darstellbar, n:m Beziehung möglich - keine Redundanzen Objektorientierte Datenmodelle gewinnen auch in kommerziellen CAD-Systemen zunehmend an Bedeutung. OBJEKTORIENTIERTES MODELL korrespondiert mit Klasse A Klasse B Entities Klasse A Ref_b:B; a : typ_a; b : typ_b; c : typ_c; Klasse B Ref_d: D; d: typ_d; e : typ_e; f : typ_f; Entity Assoziation Entity Assoziation Kennzeichen - alle Assoziationen direkt als Referenzen darstellbar (Zeiger) - Linkrelation entfällt - durch Normalisierung der Klassen höhere Integrität des Modells - Unterschiede zwischen Entities (Klassen) und Assoziationen (Referenzen) Quelle: RPK, Uni Karlsruhe

282 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 282 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Datenmodelle: Datenstrukturschemata LP2 Linie Punkt L1 L2 P1 P2 P3 LP1LP3LP4 L1 L2 L1 P1 P2 P3 Link-Record LP Set LP-P Set LP-L 1:n n:m LP=Linie-Punkt Linie-Punkt LiniePunkt LNR PNR LNR,PNR Linie (LNR,... ) Punkt ( PNR,... ) Linie-Punkt ( LNR, PNR ) Klasse Linie: [ start_punkt: Punkt; end_punkt: Punkt; verschiebe_linie(); ] Klasse Punkt: [ x: real; y: real; z: real; zu_linie: list[i:n] of Line erzeuge_punkt(); ] HIERARCHISCHE DATENSTRUKTUR NETZWERKARTIGE DATENSTRUKTUR RELATIONALE DATENSTRUKTUR OBJEKTORIENTIERTE DATENSTRUKTUR SCHEMA SCHEMAAUSPRÄGUNG allgemein CODASYL-DBTG Quelle: RPK, Uni Karlsruhe

283 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 283 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Datenmodelle: Beispiel Tetraelder Fläche 3 Fläche 1 Fläche 2 Fläche 4 Kante 4 Kante 2 Kante 3 Kante 5 Kante 6 Kante 1 Eckpunkt 2 Eckpunkt 1 Eckpunkt 4 Eckpunkt 3 Quelle: RPK, Uni Karlsruhe

284 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 284 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Datenmodelle: Beispiel Tetraelder, Hierarchisches Datenmodell Fläche 3 Fläche 1 Fläche 2 Fläche 4 Kante 4 Kante 2 Kante 3 Kante 5 Kante 6 Kante 1 Eckpunkt 2 Eckpunkt 1 Eckpunkt 4 Eckpunkt 3 Schema: Tetraeder Fläche Kante Eckpunkt 1:4 1:3 1:2 Schemaausprägung: T1 F1F2F3F4 K1K2 K1K3 K4 K5 K6 E1 E2 E3 E4 Quelle: RPK, Uni Karlsruhe

285 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 285 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Datenmodelle: Beispiel Tetraelder, Netzwerkartiges Datenmodell Fläche 3 Fläche 1 Fläche 2 Fläche 4 Kante 4 Kante 2 Kante 3 Kante 5 Kante 6 Kante 1 Eckpunkt 2 Eckpunkt 1 Eckpunkt 4 Eckpunkt 3 Schemaausprägung: Tetraeder Fläche Kante Eckpunkt 4:1 3:2 2:3 Schema: Tetraeder Fläche Kante Eckpunkt 1:4 1:3 1:2 1:1 1:2 1:3 T1 F1 K1K2 K3 F2 F3 F4 K4K5K6 E1 E2E3E4 Quelle: RPK, Uni Karlsruhe

286 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 286 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Datenmodelle: Beispiel Tetraelder, Relationales Datenmodell Fläche 3 Fläche 1 Fläche 2 Fläche 4 Kante 4 Kante 2 Kante 3 Kante 5 Kante 6 Kante 1 Eckpunkt 2 Eckpunkt 1 Eckpunkt 4 Eckpunkt 3 Schema: Schemaausprägung: Tetraeder(T-Nr,...) Fläche(F-Nr,...) Kante(K-Nr,...) Eckpunkt(E-Nr,X,Y,Z,) Tetraeder-Fläche(T-Nr,F-Nr) Fläche-Kante(F-Nr,K-Nr) Kante-Eckpunkt(K-N.,E-Nr) Tetraeder-Fläche Tetraeder Fläche Fläche-Kante Kante Kante-Eckpunkt Eckpunkt T-Nr F-Nr K-Nr E-Nr XYZ Y1 Y2 Y3 Y4 X1 X2 X3 X4 Z1 Z2 Z3 Z4 E1 E2 E3 E4 E1 E4 E1 E3 E4 E2 E3 E2 E4 E1 E2 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K1 K2 K3 K1 K5 K6 K3 K4 K5 K2 K4 K6 F1 F2 F3 F4 F1 F2 F3 F4 F1 F2 F3 F4 T1 Quelle: RPK, Uni Karlsruhe

287 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 287 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Datenmodelle: Beispiel Tetraelder, Objektorientiertes Datenmodell Fläche 3 Fläche 1 Fläche 2 Fläche 4 Kante 4 Kante 2 Kante 3 Kante 5 Kante 6 Kante 1 Eckpunkt 2 Eckpunkt 1 Eckpunkt 4 Eckpunkt 3 Schema: Schemaausprägung: Klasse Tetraeder { Fläche1: Fläche; Fläche2: Fläche; Fläche3: Fläche; Fläche4: Fläche; } Klasse Fläche { Kante1: Kante; Kante2: Kante; Kante3: Kante; } Klasse Kante { Punkt1: Eckpunkt; Punkt2: Eckpunkt; } Klasse Eckpunkt { x: REAL; y: REAL; z: REAL; } F1 F2F3 F4 K1 K2 K3K4K5K6 E1 E2 E3E4 Kante1 Kante2 Kante3 Kante1 Kante2 Kante3 Kante1 Kante2 Kante3 Kante1 Kante2 Kante3 Punkt1 Punkt2 Fläche1 Fläche2 Fläche3 Fläche4 Punkt1 Punkt2 x:X1 y:Y1 z:Z1 x:X2 y:Y2 z:Z2 x:X3 y:Y3 z:Z3 x:X4 y:Y4 z:Z4 T1 Punkt1 Punkt2 Punkt1 Punkt2 Punkt1 Punkt2 Punkt1 Punkt2 Quelle: RPK, Uni Karlsruhe

288 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 288 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Datenmodelle für CAD-Anwendungen Vorteile relationaler und objektorientierter Datenmodelle beim Einsatz für CAD-Anwendungen: Konsistenz werden die Koordinaten von z.B. E1 geändert, so müssen beim hierarchischen Datenmodell 6 Werte geändert werden. Beim relationalen, netzwerkartigen und objektorientierten Datenmodell ist nur ein Wert zu ändern. Speicherplatz Beim hierarchischen Datenmodell werden einzelne Elemente mehrfach gespeichert (z.B. Kanten). Beim relationalen Datenmodell entstehen viele und z.T. sehr große Tabellen. Beim netzwerkartigen und objektorientierten Datenmodell wird jedes Element nur einmal gespeichert. Quelle: RPK, Uni Karlsruhe

289 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 289 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Modelltechniken 3D-Modell 3D-Drahtmodell3D-Flächenmodell 3D-Volumenmodell BR/BRep Boundary Representation CSG Contructive Solid Geometry Hybridmodell CSG - BR Zellmodell Contructive Solid Geometry Andere Analytisch exakter Modellierer Facetten- Modellierer Approximativer Modellierer Halbraum- Modellierer Grundkörper- Modellierer CSG- Modellierer Darstellung mittels BR-Facettenmodell 3D-Systemklasse: 3D-Modelltyp: BR- Modellierer mit CSG Backup Einfache Zellmodellierer Octree- Modellierer Freiformflächen möglich Quelle: Grätz: Handbuch der CAD-Technik.....

290 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 290 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Vergleich der 3D-Modelltechniken 3D-Drahtmodell3D-Flächenmodell3D-Volumenmodell - Mehrdeutigkeit - keine geometrische Integrität - keine physikalischen Eigenschaften - keine Kollisionsprüfung - keine Richtung für Material - keine Flächenintegrität - praktisch keine physika- lischen Eigenschaften - Kollisionsprüfung nur über Flächendurchdringung - Richtung für Material - physikalische Eigenschaften exakt berechenbar - Kollisionsprüfung möglich

291 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 291 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Vergleich BRep CSG BRep-DatenstrukturCSG-Datenstruktur gespeichert: geometrische Primitive des Objektes Relationen Charakteristika: explizite Datenstruktur, evaluiert komplexe Netzwerkstruktur Elemente des modellierten Objektes direkt manipulierbar Möglichkeiten des Anbringens technologischer Informationen an beliebige Elemente des Objektes keine Info über Verknüpfungshistorie gespeichert: Volumenprimitive mit Transformationen Verknüpfungshistorie (boolesche Operationen) Charakteristika: implizite Datenstruktur, nicht evaluiert binäre Baumstruktur, kompakte Speicherung alle Elemente in ihrer Gesamtheit manipulierbar, wobei jedes für sich seine autonome Existenz behält. keine Info über wirkliche Flächen und Kanten des Objektes +

292 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 292 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Vorteile des Volumenmodells Papier2D-Daten Volumenmodelle Darstellung und Erfassung Prozessplanung Datenaufbereitung Berechnung des Werkzeugwegs Zeitblöcke

293 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 293 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Mehrdeutigkeit der Modelldarstellung Mehrdeutigkeit Benutzerfreundlichkeit 2D 3D- Drahtmodell 3D- Flächenmodell 3D- Volumenmodell 1. Generation 3D- Volumenmodell 2. Generation

294 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 294 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Vorteile des Volumenmodells Aufgabe Paralleler statt serieller Prozess Fertigung Kontrolle/ Analyse Konstruktion Konzept KonstruktionKontrolle/ AnalyseFertigung Zeit Mehr Zeit für einzelne Abläufe bei parallelem Prozess Concurrent Engineering

295 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 295 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Anforderungen an 3D-CAD-Programme (1) - Vollständigkeit des Modells - Im Maschinenbau fast durchgängige Verwendung von Volumenmodellen - Integration von Freiformflächen ( z.B. NURBS) - Produktdatenmodell - Generierungstechniken - Boolesche Operationen mit Volumenprimitiven - Expansion von 2D-Profilen - Formelemente (Feature-Design) - 3D- Digitalisierung realer Körper - Änderung des 3D-Modells - Grundlegende Manipulationsfunktionen ( Ziehen, Verschieben, Rotieren von Flächen) - Konsistenzprüfung - Variantenkonstruktion - Handhabung des Modells - 3D- Digitalisierung - Identifizierung von Kanten, Flächen, Körpern - Verändern der Ansicht

296 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 296 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Anforderungen an 3D-CAD-Programme (2) - Darstellungsmöglichkeiten - Hidden-Line-Darstellungen - Perspektivische Darstellungen - Shading - Fotorealismus ( Raytracing) - Animationen - Stereodarstellungen - 2D-Funktionalität durch interne oder externe Module - Bemaßung - Erstellung normgerechter technischer Zeichnungen - Assoziativität zwischen 3D- und 2D-Teil ( 2D- zu 3D-Teil ) - Schnittstellen - CAM-Kopplung - Dateischnittstellen - Programmschnittstellen - Flexibilität der Datenstruktur - z.B. Existenz von nicht zu Körpern gehörigen Flächen, Punkten, Kanten

297 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 297 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Anwendungsbereiche von Volumensystemen Technische Dokumentation Generieren beliebiger Ansichten und Schnitte aus einem konsistenten Modell Blechverarbeitung: Biegen und Abwicklung Räumliche Bewegungsabläufe, Kinematikanalyse Kollisionsuntersuchungen und Einbaustudien Prototyp und Modellbau Formenbau beim Spritzgießen

298 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 298 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Anwendungsbereiche von Volumensystemen Erstellung von technischen Dokumentationen - Montage- und Servicekataloge - Wartungshandbücher mit räumlichen Explosionszeichnungen - Zusammenbauzeichnungen - Realistische Darstellungen für Angebot und Design- Preview - Illustrationen für Präsentationen und Zeitschriften - Qualitätssicherung: z.B. Überprüfung der Montierbarkeit

299 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 299 V-Maschinenelemente © – IPD D-Generierungstechniken - Boolesche Operationen ( Addition, Subtraktion, Durchschnitt) - Expansion zweidimensionaler Profile ( Extrudieren, Rotieren ) - Formelementkonstruktion ( Feature- Design ) - 3D- Digitalisierung ( Scannen ) - Freiformflächen- Generierungstechniken ( Sweeping, Lofting, Skinning)

300 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 300 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Boolesche Operationen += -= = Addition Subtraktion Schnitt

301 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 301 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Geometrieerstellung von Freiformflächen Austragungsbahn Profil AustragungsrichtungProfile Skinning Sweeping Lofting

302 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 302 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 mathematische Verfahren für Freiformflächen Bezier-Splines - keine lokale Manipulation durch Hinzufügen oder Löschen von Punkten - viele Stützpunkte für gute Anpassungsfähigkeit bewirken hohen Polynomgrad - für Freiformkurven und -flächen - relativ stabil Nachteile: - langsamere Algorithmen als bei analytischen Geometriearten - numerische Genauigkeit nur schwer zu erzielen - keine exakte Nachbildung analytischer Kurven - große Datenmengen B-Splines - Stützpunkte können hinzugefügt und gelöscht werden, dadurch lokale Manipulation im Bereich weniger Punkte möglich - Stützpunkte haben keinen Einfluss auf den Grad der Kurve - für Freiformkurven und -flächen - relativ stabil Nachteile: - langsamere Algorithmen als bei analytischen Geometriearten - numerische Genauigkeit oft nur schwer zu erzielen - keine exakte Nachbildung analytischer Kurven - große Datenmengen NURBS (Non-uniform rational B-Splines) - Entpricht B-Splines mit einem weiteren Freiheitsgrad - Gewichtung jedes Polygon- punktes; eine hohe Gewichtung bewirkt, dass die Fläche dichter an den Polygonpunkt rückt - exakte Wiedergabe analytischer Geometrie - für Freiformkurven und -flächen Nachteile: - langsamere und instabilere Algorithmen als bei analytischen Geometriearten - nicht alle Modelloperationen( z.B. Lofting) lassen sich ohne weiteres umsetzen

303 303 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 PD Dr.-Ing. F. Lobeck Schnittstellen

304 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 304 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Schnittstellen - Dateischnittstelle (z.B. STEP, IGES 3D) - Programmschnittstelle ( fremde Programmteile über API) - Datenbankschnittstelle ( Teileverwaltung)

305 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 305 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Datenaustausch durch Dateischnittstelle CAD/CAM- System A CAD/CAM- System B Neutrales Datenformat Preprozessor A Postprozessor A Preprozessor B Postprozessor B

306 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 306 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Datenaustauschformate ACIS Eigentlich ist ACIS ein Geometriekern, der ein Non-Manifold B-Rep Modell mit der Beschreibung komplexer Freiformflächen basierend auf der NURBS Darstellung realisiert. Das ACIS-Datenmodell kann um Attribute erweitert werden. Attribute können beliebig komplexe Objekte sein. STL: Stereolithographie Language Schnittstellenformat für den Austausch von Geometriedaten zwischen CAD-Systemen und Rapid Prototyping Maschinen.Grundlage für den Austausch ist das Triangulationsverfahren, bei dem die Kontur durch Dreiecke angenähert wird. DXF:Drafting Exchange Format ASCII-Austauschformat des CAD-Systems AutoCAD von Autodesk. Hat sich aufgrund der großen Verbreitung von AutoCAD als Austauschformat etabliert. IGES:Initial Graphics Exchange Specification IGES dient zur Übertragung von Produktinformationen, die entweder in Form von Zeichnungen oder auch in Form strukturierter, geometrischer Modelle vorliegen können. Mögliche geometrische Modelle sind Kanten-, Flächen- und Volumenmodelle (als Verknüpfungsmodelle, CSG, oder als topologisch, geometrische Modelle, BREP, sowie Finite-Element-Netze). Die Beschreibung der Flächen erfolgt analytisch oder approximativ durch Freiformflächen 3. Grades. SET: Standard déchange et de transfer SET wurde entwickelt, um alle im CAD/CAM Bereich anfallenden Daten zu übertragen. Besondere Merkmale sind die hierarchische Strukturierung und das kompakte Dateiformat. STEP: Standard for the Exchange of Product Model Data Internationale Norm, die ein Produktmodellschema, Übertragungs- und Archivierungsformate definiert, das alle im Produktlebenszyklus enthaltenen Informationen beinhaltet. Das integrierte Produktmodell von STEP basiert auf Partialmodellen, die für bestimmte Teilaufgaben konzipiert wurden. VDAFS:Verband der deutschen Automobilhersteller - Flächenschnittstelle VDA-FS beschränkt sich auf den Austausch reiner Gestaltdaten auf der Basis der topologischen Verknüpfung von Freiformflächen (bis 5. Grades). VDAIS: Verband der deutschen Automobilhersteller- IGES Subset : IGES-Derivat (siehe oben) VDAPS: Verband der deutschen Automobilhersteller-Programmschnittstelle Schnittstelle zur Übertragung von parametrisierten Geometriedaten zwischen CAD-Systemen.Im deutschsprachigen Raum als systemneutraler Beschreibungsstandard für die Nutzung elektronisch verbreiteter Norm- und Kaufteilkataloge.

307 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 307 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 STEP: Standard for Exchange of the Product Model Data Ziel: Das Ziel von STEP ist es, eine eindeutige Repräsentation von computerinterpretierbaren Produktinformationen über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg zur Verfügung zu haben (Aufbau eines Produktdatenmodells). Situation heute: Mangel an ausreichenden Schnittstellen-Formaten macht teure manuelle Nachbesserung von übertragenen Daten notwendig (Zeitaufwand und Kosten) Resultierende Nachbesserungskosten in Deutschland betragen ca. 100 Millionen DM/Jahr (nur in der Automobilindustrie); 110 verschiedene eingesetzte CAD-Systeme in der deutschen Automobilindustrie Bedeutung von STEP: -Unterstützung der Open-Systems-Architektur -Systemneutrale Datenarchivierung (Langzeitarchivierung) -Verbessertes Automations-Potential für Entwicklung und Produktionsprozesse -Die Integration von CAD/CAM-Systemen überall in der Prozesskette ist die Voraussetzung für -wirtschaftliche Produkte -Der STEP-Standard ISO/IEC ist die Basis für die Integration von CAD/CAM-Systemen - Verbesserung des Austausches produktdefinierter Daten zwischen verschiedensten Programmsystemen Application Protocol AP214: Mit dem AP214 Prozessor können, neben den CAD Volumen- und Flächenmodellen, auch beschreibende Produktdaten für mechanische Komponenten übertragen werden. nach: ISO/IEC ( Entwicklungsbeginn 1984, Automobilbau: In der Normung: AP 214 ) Quelle:

308 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 308 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 STEP: Application Protocols Ein Application Protocol besteht aus folgenden Teilen: 1. Funktionsmodell der Anwendungen (Application Activity Model, AAM), die durch das Produktdatenmodell unterstützt werden. Das AAM dient zur Abgrenzung des Gültigkeitsbereichs der Norm. Das AAM wird unter Verwendung der SADT-Methode definiert. Im AAM werden die Datenklassen identifiziert, die Eingang, Ausgang, Methode oder Steuergröße der untersuchten Funktionen sind. 2. Das Produktdatenmodell aus Anwendersicht (Application Reference Model, ARM) beschreibt die im AAM identifizierten Datenklassen unter Verwendung einer Beschreibungsmethode. Zunehmend wird dafür EXPRESS-G eingesetzt. 3. Der dritte Hauptteil (Application Interpreted Model, AIM) enthält die Beschreibung des anwendungsspezifischen Produktdatenmodells unter Verwendung der vordefinierten Bausteine aus den Integrated Resources. Dabei wird eine Abbildung (Mapping) zwischen den Datenobjekten im ARM und denen im AIM definiert. Quelle:

309 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 309 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 STEP: Application Protocols Beispiel AP214: Core Data for Automotive Mechanical Design Processes Das Anwendungsdatenmodell ISO beschreibt die Produkt- und Betriebsmitteldaten von Entwicklungsprozessketten in der Automobilindustrie. In der jetzigen Form umfasst das AP214 die folgenden Datenklassen: Produktstruktur (organisatorische Daten, Baugruppenstruktur, Stücklistendaten), Geometrie und Topologie (Kanten-, Flächen-, Volumenmodelle), Darstellung von Geometrie (Farbe, Linienstärke, schattierte Darstellungen), Toleranzen, Bauteil- und Baugruppenbeschreibungen in Form von Zeichnungen, Kinematik, Materialangaben, Oberflächeneigenschaften. Quelle: Stand 2000

310 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 310 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Ausschnitt aus einer DXF-Datei... ENTITIES 0 LINE LINE LINE LINE ARC ENDSEC 0 EOF

311 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 311 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Ausschnitt aus einer STL-Datei (ASCII-Format) solid Part1 facet normal e e e+000 outer loop vertex e e e+002 vertex e e e+000 vertex e e e+002 endloop endfacet facet normal e e e+000 outer loop vertex e e e+002 vertex e e e+000 vertex e e e+000 endloop endfacet endsolid x z y Basisteil : Ausschnitt aus der STL-Datei :

312 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 312 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 CAD- System Programmschnittstelle CAD-Funktionen Datenstruktur Applikation (anwendungsspezifische Funktionen) Schnittstellenfunktionen

313 PD Dr.-Ing. F. Lobeck 313 V-Maschinenelemente © – IPD 2009 Merkmale einer CAD-Programmschnittstelle - Nutzung moderner Softwaretechniken (DLL, (DDE)) - Zugriff auf die CAD-Datenbasis Definition von CAD- Elementen Löschen von CAD- Elementen Sequentielle Verarbeitung der Datenbasis Verarbeitung von Attributen - Nutzung von Symbolbibliotheken - Bereitstellung interaktiver Arbeitstechniken Verifikation neuer / gelöschter Elemente Nutzung von Feedback-Funktionen


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