Tutorial custom placing of windows and doors/de

Einleitung
Dieses Tutorial zeigt, wie man benutzerdefinierte Fenster und Türen in einem Gebäudemodell platziert. Es verwendet die Arbeitsbereiche Entwurf (Draft), Architektur (Arch) und Skizze (Sketcher).

Häufig benutzte Werkzeuge sind: Draft:Raster (Grid), Draft:Fang (Snap), Draft: Linienwerkzeug (Wire), Arch:Wand (Wall), Arch:Fenster (Window) und Sketcher:Neue Skizze (NewSketch). Der Anwender sollte mit der Einschränkung von Skizzen vertraut sein.

Dieses Tutorial wurde inspiriert von den Tutorials von jpg87, welche in folgenden FreeCAD-Foren gepostet wurden:
 * Arch Create a custom window
 * Arch : How to use your custom Window

See also the following thread for more information on the position of windows and doors.
 * Discussion: Orientation of Windows and Doors

See also the following page for some videos on how to align windows.
 * The workbench used to create architectural projects is called Arch

Einrichtung
1. Öffne FreeCAD, erstelle ein neues, leeres Dokument und wechsel zum Architektur-Arbeitsbereich.

2. Stelle sicher, dass Deine Einheiten im Menü korrekt eingestellt sind. Zum Beispiel ist gut geeignet, um mit den Abständen in einem typischen Gebäude umzugehen; setze außerdem die Anzahl der Nachkommastellen auf, um auch die kleinsten Teile eines Meters zu berücksichtigen.

3. Benutze die Schaltfläche, um ein Raster mit ausreichender Auflösung einzublenden. Das Erscheinungsbild des Rasters kannst Du im Menü ändern. Setze "Hauptlinien alle" auf, "Rasterabstand" auf und "Rastergröße" auf  (das Raster wird damit eine Fläche von 50m x 50m abdecken).

4. Zoome im 3D-Ansichtsfenster heraus, wenn Du zu nahe am Raster bist.

Jetzt sind wir bereit, um eine einfache Wand zu erstellen, in welcher wir Fenster und Türen positionieren können.

Wände erstellen
5. Benutze das Draft: Linienwerkzeug, um einen Linienzug zu erstellen. Gehe gegen den Uhrzeigersinn vor.
 * 5.1. Erster Punkt bei (0, 4, 0); gib im Dialog ein: ,   ,.
 * 5.2. Zweiter Punkt bei (2, 0, 0); gib im Dialog ein: ,   ,.
 * 5.3. Ditter Punkt bei (4, 0, 0); gib im Dialog ein: ,   ,.
 * 5.4. Vierter Punkt bei (6, 2, 0); gib im Dialog ein: ,   ,.
 * 5.4. Fünfter Punkt bei (6, 5, 0); gib im Dialog ein: ,   ,.
 * 5.5. Drücke um den Linienzug zu beenden.
 * 5.6. Drücke auf dem Nummernblock um eine isometrische Projektion des Modells zu erhalten.
 * Stelle sicher, dass die -Checkbox deaktiviert ist, wenn Du Absolut-Koordinaten eingibst.
 * Die Punkte können auch mit dem Mauscursor durch Anklicken der Rasterschnittpunkte unter Zuhilfenahme der Draft:Fang-Werkzeugleiste und der Raster-Methode definiert werden.
 * Du kannst die Konturen auch programmatisch durch Scripting in Python erstellen. Bedenke, dass die meisten Funktionen ihre Eingaben in Millimetern erwarten:

6. Wähle im Modellbaum aus und klicke auf das Arch:Wand-Werkzeug; die Wände werden daraufhin mit einer voreingestellten Breite (Dicke) von 0.2 m und einer Höhe von 3 m erstellt.





vordefinierte Türen und Fenster erstellen
7. Klicke auf das Werkzeug Arch:Fenster, wähle die Voreinstellung (preset) aus und ändere die Höhe auf 2 m.
 * 7.1. Ändere die Fangmethode auf Mittelpunkt und versuche die untere Kante der vorderen Wand auszuwählen. Wenn nötig verdrehe die 3D-Ansicht, um die Kante und nicht die Wandoberfläche anklicken zu können; wenn der Mittelpunkt aktiv ist, klicke um die Tür zu platzieren.
 * 7.2. Klicke noch einmal auf das Werkzeug Arch:Fenster und platziere eine weitere Tür, aber diesmal am Mittelpunkt der am weitesten rechts befindlichen Wand; verdrehe dazu die 3D-Ansicht soweit wie nötig.




 * Die (Brüstungshöhe) ist der Abstand vom Fußboden bis zur unteren Fensterkante. Für Türen ist die  gewöhnlich 0 m weil Türen normalerweise bis zum Fußboden reichen; andererseits haben Fenster üblicherweise einen Abstand von 0,5 m bis 1,5 m zum Fußboden. Der Parameter  (Brüstungshöhe) kann nur während des ursprünglichen Erzeugens eines Fensters oder einer Tür mittels Voreinstellung (preset) eingegeben werden. Ist das Fenster oder die Tür erst einmal eingefügt, lässt sich seine Lage durch Editieren der Eigenschaft   der zugrundeliegenden Skizze modifizieren.

benutzerdefinierte Türen und Fenster erstellen
8. Wechsel zum Sketcher-Arbeitsbereich, wähle den Teil der Wand auf der rechten Seite aus, welcher keine Tür hat. Klicke auf NeueSkizze und wähle als Verknüpfungs-Methode. Wenn die vorhandene Geometrie Deine Sicht beeinträchtigt, klicke auf "Schnitt anzeigen", um diese auszublenden.

9. Zeichne eine ausgefallene Skizze, welche 3 geschlossene Linienzüge enthält. Stelle sicher, dass alle Linienzüge komplett beschränkt sind.
 * 9.1. Der äußere Linienzug ist der größte und wird die Hauptabmessungen des Fenster-Objektes sowie die Größe der Öffnung beim Einfügen in die Wand definieren. Stelle sicher, dass die Abmessungen passend bezeichnet werden, z.B. und . Eine Beschränkung definiert auch die Krümmung des äußeren Linienzuges. Gib ihm eine geeignete Bezeichnung, z.B..
 * 9.2. Der zweite Linienzug ist vom äußeren versetzt, zusammen definieren beide die Breite des (feststehenden) Fensterrahmens. Benenne den Versatz passend, z.B. . Er wird für den oberen und beide seitlichen Versätze verwendet. Der untere Versatz bewirkt, wenn auf Null gesetzt, dass der Fensterrahmen den Boden der Öffnung berühren wird - dies kann verwendet werden, um anstelle eines Fensters eine Tür zu modellieren. Gib ihm eine passende Bezeichnung, z.B..
 * 9.3. Der dritte, ganz innerste Linienzug ist versetzt zum zweiten und definiert mit diesem zusammen die Breite des Fensterflügel-Rahmens. Der innerste Linienzug definiert gleichzeitig die Größe der Scheibe. Gib auch diesen Versätzen aussagekräftigen Bezeichnungen, z.B. und.
 * 9.4. Um erfolgreich eine Skizze zu erstellen, verwende horizontale und vertikale Beschränkungen für die geraden Seiten. Verwende Konstruktions-(Hilfs-)geometrie und tangentiale Beschränkungen, um die oberen Kreisbögen korrekt zu plazieren. Wenn das Fenster wie im vorliegenden Fall symmetrisch ist, erwäge die Verwendung von Gleichheits-, Symmetrie- und Punkt-auf-Objekt-Beschränkungen, wenn es sinnvoll ist.





10. Wenn die Skizze vollständig eingeschränkt ist, drücke um die Skizze zu verlassen (Skizze beenden).
 * 10.1. Da während des Anlegens der Skizze die Oberfläche der Wand ausgewählt war, ist die Skizze ebenengleich zu dieser Wandoberfläche. Allerdings kann sie auch in der falschen Lage, von der Wand weg, sein. Wenn dies der Fall ist, passe die mittels  an. Setze  auf, so dass die Skizze zentriert in der Wand sowie 1m über dem Fußboden liegt.
 * 10.2. Du kannst die benannten Einschränkungen unter einsehen. Die Werte können verändert werden, die Skizze ändert sofort ihre entsprechenden Abmessungen.





11. Wechsele zurück zum Architektur-Arbeitsbereich und benutze - mit ausgewählter Skizze - die Funktion Arch:Fenster. Es wird ein Fenster erstellt und eine Öffnung in der Wand erzeugt. Da das Fenster aus einer benutzerdefinierten Skizze erstellt wurde und nicht mittels einer Voreinstellung, ist es erforderlich, seine Einzelkomponenten, d.h. fester Rahmen, Fensterflügel und Glasscheibe, für eine korrekte Darstellung zu bearbeiten.



Einrichtung des benutzerdefinierten Fensters
12. Wähle im Modellbaum den unter liegenden  und drücke  oder ändere die Eigenschaft  auf.

13. Klicke doppelt auf im Modellbaum um die Bearbeitung zu beginnen.
 * 13.1. Im Dialog befinden sich zwei Felder:  und . Es gibt 3 'Wires':,  und  sowie 1 'Component': . Die 'Wires' entsprechen den in der Skizze gezeichneten Linienzügen; Die 'Components' definieren die Bereiche in der Skizze, welche extrudiert werden, um Rahmen oder Glasscheibe mit realer Dicke zu erzeugen; diese Bereiche werden durch die Linienzüge begrenzt. Ein mittels Voreinstellung erzeugtes Fenster hat bereits 2 'Components':  und . Das benutzerdefinierte Fenster muss bearbeitet werden, um eine ähnliche Struktur zu erhalten.




 * 13.2. Klicke auf und dann auf , um es zu entfernen.


 * 13.3. Klicke auf, das öffnet einen Dialog zur Eingabe der Eigenschaften für eine neue Komponente wie , , , , ,  und . Vergib einen Namen wie etwa , wähle  als  aus und klicke auf  und dann . Diese sollten in der 3D-Ansicht hervorgehoben werden. Trage für  einen kleinen Wert ein:  und hake die Checkbox dahinter an, um den Default-Wert hinzuzufügen. Dieser Default-Wert ist die der Eigenschaft  zugeordnete Länge. Ein ähnlicher Default-Wert kann auch der Eigenschaft  zugeordnet werden. Klicke abschließend auf die Schaltfläche  , um die Bearbeitung der Komponente zu beenden.


 * 13.4. Klicke erneut auf, gib einen anderen Namen ein wie etwa , wähle  als  und klicke auf  und dann . Trage eine zweckmäßige  ein:  sowie bei  den Wert . Dann klicke auf.


 * 13.5. Klicke nochmals auf, gib einen anderen Namen ein, wie etwa , wähle als   und klicke auf . trage eine zweckmäßige  ein:  sowie bei  den Wert . Klicke dann auf  . Falls eine der drei Komponenten verändert werden soll, wähle diese aus und drücke  . Änderungen werden nur nach Bestätigen der Schaltfläche  gespeichert.




 * 13.6. Wenn alles festgelegt ist, klicke auf, um die Bearbeitung des Fensters abzuschließen. Die Skizze wird wieder ausgeblendet, die Ansicht zeigt nun verschiedene Solid-Elemente für ,  sowie . Gib einen Wert von  bei  ein, um eine Default-Dicke zu bestimmen, welche zu dem in der - Komponente spezifizierten Wert hinzuaddiert wird.





Vervielfältigung eines benutzdefinierten Fensters
14. Wähle und den zugrundeliegenden  im Modellbaum aus. Gehe dann zu und beantworte die Frage, ob nicht ausgewählte Abhängigkeiten dupliziert werden sollen, mit. Ein neues mit  wird an derselben Stelle wie die Original-Elemente erscheinen.

15. Wähle den neuen aus. Gehe zur Eigenschaft und klicke auf das Erweiterungsfeld rechts neben dem Wert. Wähle in der 3D-Ansicht den Wandabschnitt auf der linken Seite aus, welcher noch kein Element hat. Verdrehe die Ansicht soweit wie nötig. Verändere zu [-1 m, 0 m, 0 m], um das Fenster zu zentrieren und klicke. Die Skizze und das Fenster sollten dann an der neuen Positionen erscheinen.
 * die Attachment Operation kann auch mit dem Part Arbeitsbereich ausgeführt werden durch Benutzung des Menü-Kommandos.



16. Du kannst die Abmessungen des neuen Fensters durch Ändern der benannten Parameter im unter  einstellen. Setze zum Beispiel auf  und  auf. Drücke dann +, um das Modell zu aktualisieren. Falls in der Wand kein vergrößertes Loch für das neue Fenster erscheint, wähle die Wand im Modellbaum mit Rechtsklick aus, klicke auf und drücke dann + noch einmal.

17. Diese Operationen haben die Position des neuen Fensters verändert, aber die Öffnung in der Wand sieht noch nicht korrekt aus. Sie ist schief, was daran liegt, dass das Loch nicht senkrecht zur Wandoberfläche liegt und daher andere Teile der Wand schneidet. Das Problem besteht darin, dass die -Information des originalen  beibehalten hat.



Normalenvektoren von Türen und Fenstern
18. Jedes Arch:Fenster-Objekt kontrolliert die Extrusion seines Körpers und der Wandöffnung mittels der Eigenschaft.

Die Normale ist ein Vector, welcher die Richtung senkrecht zur Wand anzeigt. Wenn ein Fenster oder eine Tür mittels Voreinstellung und dem Werkzeug Arch:Fenster direkt über einer Arch:Wand erzeugt wird, wird die Normale automatisch ermittelt und das resultierende Fenster (oder die Tür) korrekt ausgerichtet; Die ersten beiden Objekte und wurden auf diese Art erstellt.

In gleicher Weise wird eine Skizze, wenn durch Auswahl einer ebenen Oberfläche erstellt, auf diese Ebene ausgerichtet. Wenn dann das Werkzeug Arch:Fenster benutzt wird, verwendet das Fenster als Normale die zur Skizze senkrechte Richtung. Dies war der Fall beim dritten Objekt, dem benutzerdefinierten.

Wenn ein bereits exitierendes Fenster verschoben werden soll - wie im Fall mit dem duplizierten - muss der Sketch einer anderen Fläche zugeordnet (gemappt) werden. Bei Ausführung werden sowohl der Sketch als auch das Fenster verschoben, jedoch wird bei letzterem die Normale nicht automatisch aktualisiert und somit hat es falsche Informationen für die Extrusion. Die Normale muss deshalb manuell berechnet und in eingetragen werden.

Die drei Werte des Normalen-Vectors werden wie folgt berechnet:

Wobei den Winkel der lokalen Z-Achse bezogen auf die globale Y-Achse bezeichnet.

Wenn eine Skizze erzeugt wird, hat sie immer 2 Achsen: eine lokale X-Achse (rot) und eine lokale Y-Achse (grün). Wenn die Skizze auf die globale XY-Arbeitsebene bezogen ist, dann sind diese entsprechend daran ausgerichtet. Aber wenn eine Skizze auf die globale XZ- oder YZ-Ebene bezogen ist, wie es gewöhnlich bei Fenstern und Türen der Fall ist (die Skizzen "stehen aufrecht"), dann beschreibt die lokale Z-Achse einen Winkel zur globalen Y-Achse. Dieser Winkel variiert zwischen -180° und +180°. Der Winkel wird positiv betrachtet, wenn er sich - jeweils ausgehend von der globalen Y-Achse - entgegen des Uhrzeigersinns öffnet; und entsprechend negativ, wenn er sich im Uhrzeigersinn öffnet.





Wenn wir auf die bisher erstellte Geometrie schauen, sehen wir folgende Normalen:


 * Die lokale Z-Achse ist gleich der globalen Y-Achse ausgerichtet, deshalb ist der (angle) = Null. Der Normalenvektor ist
 * Die lokale Z-Achse ist gleich der globalen Y-Achse ausgerichtet, deshalb ist der (angle) = Null. Der Normalenvektor ist

oder ist.


 * Die lokale Z-Achse ist 90 Grad zur der globalen Y-Achse verdreht, deshalb ist der = 90 (positiv, weil gegen den Uhrzeigersinn öffnend). Der Nomalenvektor ist
 * Die lokale Z-Achse ist 90 Grad zur der globalen Y-Achse verdreht, deshalb ist der = 90 (positiv, weil gegen den Uhrzeigersinn öffnend). Der Nomalenvektor ist

oder ist.


 * Die lokale Z-Achse ist 45 Grad zur globalen Y-Achse gedreht, deshalb ist der = 45 (positiv, weil gegen den Uhrzeigersinn öffnend). Der Nomalenvektor ist
 * Die lokale Z-Achse ist 45 Grad zur globalen Y-Achse gedreht, deshalb ist der = 45 (positiv, weil gegen den Uhrzeigersinn öffnend). Der Nomalenvektor ist

oder ist.


 * Die lokale Z-Richtung wurde mit Hilfe des Draft: Mess-Werkzeugs ermittelt, indem damit der Winkel zwischen Wandverlauf und globaler Y-Achse (oder einer anderen daran ausgerichteten Linie) gemessen wird. Dieser Winkel beträgt ; Der gesuchte Winkel ist das Gegenstück dazu, also.
 * Die lokale Z-Richtung wurde mit Hilfe des Draft: Mess-Werkzeugs ermittelt, indem damit der Winkel zwischen Wandverlauf und globaler Y-Achse (oder einer anderen daran ausgerichteten Linie) gemessen wird. Dieser Winkel beträgt ; Der gesuchte Winkel ist das Gegenstück dazu, also.

Das bedeutet, dass die lokale Z-Achse 63.43 Grad von der globalen Y-Achse verdreht ist, deshalb beträgt der  -63.46 (negativ, because im Uhrzeigersinn öffnende). Der Normalenvektor ist:

Deshalb sollte in   geändert werden.

Nach Erledigung dieser Änderungen berechne das Modell mit + neu. Wenn das Loch in der Wand nicht aktualsiert wird, wähle diese im Modelbaum aus, rechtsklicke und wähle, drücke dann noch einmal auf +.

19. Die Extrusionsrichtung der Fenster ist gelöst, zusammen nut der Öffnung in der Wand.



Schlußbemerkungen
20. Wie demonstriert ist die anfängliche Platzierung der Arch: Fenster sehr wichtig. Der Anwender sollte entweder
 * das Werkzeug Arch: Fenster zum Einfügen eines vordefinierten Elements und automatischen Ausrichten an einer Wand benutzen, oder
 * eine Skizze auf die gewünschte Wand projizieren und das Fenster danach aufzubauen.

Wenn das Fenster bereits vorhanden ist und verschoben werden soll, muss die zugrundeliegende Skizze auf die neue Fläche umprojiziert werden und die Eigenschaft des Fensters neu berechnet werden.

Die neue Normalen-Richtung kann durch Messen des der neuen Wand in Bezug zur globalen Y-Achse und unter Berücksichtigung, ob der Winkel positiv (gegen den Uhrzeigersinn) oder negativ (im Uhrzeigersinn) ist, durch Verwendung einer einfachen Formel ermittelt werden:

Die Richtigkeit der Berechnungen kann überprüft werden, indem der absolute Betrag des Normalenvektors mit den folgenden Formeln ermittelt wird - er muss "eins" sein: