Sketcher Tutorial/de

Einleitung
Der Skizzierer ist ein Werkzeug zur Erzeugung von 2D-Objekten zur Verwendung in der Teilekonstruktion. Der Skizzierer unterscheidet sich von herkömmlichen Zeichenwerkzeugen. Eine Möglichkeit, den Unterschied aufzuzeigen, ist die Konstruktion eines Dreiecks. Ein Dreieck ist vollständig durch 3 Werte definiert, die aus der folgenden Liste beliebig sein können: Seitenlänge, Winkel, Höhe, Fläche. Die einzige Ausnahme sind drei Winkel, die die Größe nicht definieren.

Um ein Dreieck aus 3 Längen auf herkömmliche Weise zu konstruieren, ist folgendes zu tun:
 * die Grundlinie zeichnen
 * zwei Kreise mit einem Radius anfertigen, der durch die beiden anderen Seitenlängen gegeben ist, oder alternativ die Koordinaten des dritten Knotens berechnen
 * die fehlenden beiden Seiten von den Endpunkten der Grundlinie bis zum Schnittpunkt der beiden Kreise oder dem berechneten Knoten zeichnen.



Die Triangle Seite zeigt eine Sammlung von Formeln zur Berechnung der fehlenden Informationen, um aus der Mindestangabe ein Dreieck zu zeichnen. Diese werden benötigt, wenn das Dreieck durch vorberechnete Koordinaten definiert werden soll.

Der Skizzierer ist anders. Die Formeln und die obigen Hilfskonstruktionen werden nicht benötigt. Um den Unterschied zu verstehen, ist es am besten, ein Dreieck selbst zu konstruieren.

Erste Skizze: ein Dreieck
Für die Anfertigung einer Skizze wird ein offenes Dokument benötigt. Wenn kein Dokument geöffnet ist, wird durch Klicken auf  ein neues Dokument erstellt. Der Skizzierer Arbeitsbereich muss ausgewählt werden:



Eine neue Skizze wird erstellt, durch klicken auf. Es erscheint ein Dialogfeld, in dem die Ausrichtung der neuen Skizze im 3D-Raum ausgewählt werden kann. In diesem Fall spielt es keine Rolle, so dass die xy-Ebene übernommen werden kann. Es wird eine neue leere Skizze erstellt und im Bearbeitungsmodus geöffnet. Es wird ein Gitter mit einem Koordinatensystem mit einem roten Punkt am Ursprung angezeigt.

Im Skizzierer ist es in Ordnung, ein beliebiges Dreieck mit dem  Polylinienwerkzeug zu zeichnen und seine Eigenschaften in einem späteren Schritt zu definieren. Jeder Klick in der Zeichenebene setzt einen Eckpunkt. Das Dreieck muss geschlossen sein. Für die letzte Linie ist also ein Klick auf den ersten erzeugten Knoten erforderlich. Vor dem Klicken sollte ein roter Punkt in der Nähe des Mauszeigers sichtbar sein.



Das Dreieck ist noch veränderbar. Die Eckpunkte können angeklickt und verschoben werden. Die Seiten werden dabei gedehnt oder gestaucht.

Wenn gewollt, so kann man die untere Seite wird wie folgt horizontal gemachen:
 * untere Seite anklicken
 * auf horizontal machen [[Image:Constraint_Horizontal.png|24px]] klicken



Das erstellte Dreieck ist flexibel. Ein Knoten kann mit der Maus berührt und herumgezogen werden. Die Seiten des Dreiecks folgen dem Knoten. Dasselbe kann mit einer Linie gemacht werden.

Jede Länge der Seite kann nun einfach durch Auswahl mit der Maus definiert werden: das ausgewählte Element färbt sich grün. Wenn man auf das Längenwerkzeug klickt, öffnet sich ein Dialog und die gewünschte Länge kann eingegeben werden. Das Bild unten zeigt ein Dreieck mit Seitenlängen von 35 mm, 27 mm und 25 mm. Die Grundlinie wurde horizontal festgelegt, indem sie ausgewählt und auf das horizontale Beschränkungswerkzeug geklickt wurde.



Das Dreieck selbst ist damit vollständig bestimmt. Die Zeichnung wäre aber erst "fertig" (fully constrained), wenn Lage und Drehrichtung relativ zum Koordinatensystem bestimmt wären.


 * Ein oder zwei gegebene Winkel: Zwei Seiten des Dreiecks müssen ausgewählt werden. Ein Klick auf [[Image:Constraint_InternalAngle.png|32px]] öffnet einen Dialog zur Definition des Winkels.




 * Rechtes Dreieck: Zwei Seiten des Dreiecks müssen ausgewählt werden. Ein Klick auf [[Image:Constraint_Perpendicular.png|32px]] setzt einen rechten Winkel zwischen den beiden Seiten.




 * Gleichseitig: Eine Seite muss auf eine definierte Länge gesetzt werden. Dann müssen alle Seiten ausgewählt werden. Ein Klick auf [[Image:Constraint_EqualLength.png|32px]] definiert zwei gleich lange Beschränkungen, um allen Seiten die gleiche Länge zu geben.



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Festlegungen (constraints)
Die gewünschten Werte (für Längen, Winkel u.a.) und andere quantitative Eigenschaften (wie Horizontalität, Rechtwinkligkeit, Gleichheit u.a.) zu den anfänglich nur als geometrische Grundfiguren (Dreiecke, Kreise, Rechtecke u.a.) in die Zeichnung aufgenommenen Formenelementen werden erst nachträglich bestimmt und festgelegt. Das Ersetzen der beim anfänglichen Zeichnen mehr oder weniger zufällig entstandenen und gespeicherten Werte und Eigenschaften durch die gewollten Werte und Eigenschaften wird als Festlegung/en ((constraint/s)) bezeichnet. Dabei wird vorwiegend zwischen dimensionalen (dimensional, z.B. die Seitenlängen) und geometrischen (geometric, z.B. die Horizontalität) Festlegungen (constraints) unterschieden, s.a. Kurzanleitung zum Parametrisieren.

Die oben angefertigten Dreiecke sind zwar vollständig bemaßt, aber die Gesamt-Konstruktion ist noch nicht komplett festgelegt (not fully constraint), denn die Lage (Abstände vom Koordinatenursprung und Winkel zu einer Koordinatenachse) der Dreiecke ist noch nicht eingegeben.

Festlegungen (constraints) sind nicht allein operative Vorgänge sondern auch mit Namen gekennzeichnete Größen. Der Wert einer solchen Größe ist z.B. der festgelegte Zahlenwert einer Dimension in Verbindung mit einer Einheit (z.B. Dreieck-Seitenlänge a = 25 mm). Eine geometrische Festlegung heisst zum Beispiel Horizontalität mit den Werten wahr (true) oder nicht wahr (falsch/false). Die in einer Zeichnung geltenden, mit Namen und Wert versehenen Festlegungen (constraints) sind das wesentliche Merkmal der sogenannten parametrischen CAD-Programme. Sie werden deshalb anstatt als Größen als Parameter bezeichnet. Die Verallgemeinerung einer bestimmten geometrischen Eigenschaft zu einer Variablen mit Namen (Parameter) macht sie im CAD-Programm leicht auffind- und veränderbar, was den Vorteil parametrischer Modellierung ausmacht.

Der Vorteil ist, dass die geometrischen Eigenschaften eines gezeichneten Entwurfs schnell veränderlich sind. Die mitunter aufwändige Zeichnungsänderung oder -neuanfertigung entfällt. Die Änderung des Wertes eines oder mehrerer Parameter führt sofort zur automatisch durchgeführten Änderung oder Neuanfertigung.

Die oben gezeigten Dreiecke haben weiße Linien. Dies ist ein Hinweis darauf, dass die Skizze noch einige Freiheitsgrade hat. Sie kann durch Ziehen an einigen Linien oder Punkten getestet werden. Wenn sich die Linie oder der Punkt bewegt, ist dieser Punkt nicht vollständig definiert. Eine Skizze, die keine Freiheitsgrade mehr hat, wird grün.

Zur vollständigen Festlegung einer Zeichnung in FreeCAD gehören nicht nur die dimensionalen und geometrischen Festlegungen. Die Positition der Figuren in der Zeichnung müssen auch relativ zum Zeichenblatt, respektive zum Koordinatensystem angegeben sein.

Wenn die Dreieckseigenschaften definiert sind, muss es immer noch in der Zeichenebene fixiert werden. Die Zeichenebene des Skizzierers hat ein Koordinatensystem. Der Ursprung des Koordinatensystems ist als roter Punkt in der Mitte der rosa x-Achse und der hellgrünen y-Achse sichtbar. Am einfachsten lässt er sich fixieren, indem ein Knoten ausgewählt und auf geklickt wird. Dadurch wird ein horizontaler und ein vertikaler Abstand vom Knoten zum Ursprung des Koordinatensystems hinzugefügt. Das Dreieck kann immer noch einen Freiheitsgrad für die Drehung haben. Daher benötigt eine Seite eine horizontale oder vertikale Beschränkung oder einen definierten Winkel zu einer der Koordinatensystemachsen. Das nächste Bild zeigt eine vollständig beschränkte Skizze. Alle Linien und Knoten haben jetzt eine grüne Farbe.



Mehr über Beschränkungen
Der Skizzierer kennt die Dreiecksformeln nicht aus Wikipedia. Stattdessen erstellt er ein Gleichungssystem für die 2-dimensionalen Koordinaten auf der Grundlage der gegebenen Randbedingungen. Dieses Gleichungssystem wird dann numerisch gelöst.

Beispiel: Aneinanderreihen gleich langer Strecken
Ein einfaches Beispiel ist die Aneinanderreihung von fluchtenden, gleich langen Geraden. Im folgenden Bild sind 3 Geraden die Festlegungen Parallelität  und Gleichheit   und  die Gesamtlänge 10 mm zugeordnet.



Das nächste Bild zeigt ein unerwartetes Ergebnis, nachdem die Gesamtlänge zunächst auf 1000 mm erhöht und dann auf 5 mm reduziert wurde: 2 Linien (die rechten) sind jetzt aufeinander gefaltet. Die dritte (die linke) hängt an diesem 2er-Packet. Alle Linien sind wie vorgegeben gleich lang, untereinander parallell und zueinander fluchtend (teils rückwärts). Das Maß zwischen Anfangs- und Endpunkt (der vorherigen Kette) ist wie gefordert 5 mm.



Für dieses Problem gibt es folgende (für die manche aber keine) Lösung: Statt der Festlegung auf Parallelität wird zwischen den Linien ein 180°-Winkel festgelegt. Dann ist die nach Parameterwerte-Änderungen im Programm stattfindende Neuberechnung der Zeichnung eindeutig.

Im Beispiel kann das angegebene Maß nun beliebig geändert werden.



Anmerkung: Das Zeichnen aneinanderhängender Linien erfolgt mit Vorteil mittels Werkzeug Linienzug.

Bei mehreren inkrementellen Abmessungen in einer geraden Linie kann es ratsam sein, zuerst eine Zick-Zack-Linie zu zeichnen und dann die 180°-Beschränkungen festzulegen. Das hilft, keine zu vergessen, oder eine zweimal zu setzen.

Die folgende Tabelle zeigt einige Beschränkungskombinationen für die Definition eines einfachen Krümmers. Die Kombination wurde getestet, indem die horizontale Abmessung von 10 mm Länge auf größere Werte vergrößert wurde, bis der Krümmer seine Ausrichtung umkehrt. Die Tabelle dokumentiert für jede gezeigte Beschränkung die geänderte Länge an der Stelle, an der das Umklappen erfolgt.

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Problematische Kombination von Beschränkungen
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Konstruktionslinien - Schritt für Schritt Beispiel
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Die Aufgabe ist, ein Rechteck mit der Seitenlänge mit dem goldenen Schnitt zu bilden. Wikipedia zeigt, wie man zwei Linien mit einem Längenverhältnis des Goldenen Schnittes konstruiert.



Der Skizzierer ist ein perfektes Werkzeug, um ein Rechteck mit dem goldenen Schnitt für die Seitenlänge zu konstruieren. Die Größe des Rechtecks kann später geändert werden, ohne eine neue Konstruktion zu erstellen. Die Konstruktionsschritte für den Goldenen Schnitt nach Wikipedia sind:


 * 1) Mit einem Liniensegment AB konstruiere ein Lot BC am Punkt B, wobei BC die halbe Länge von AB hat. Zeichne die Hypotenuse AC.
 * 2) Zeichne einen Bogen mit Mittelpunkt C und Radius BC. Dieser Bogen schneidet die Hypotenuse AC im Punkt D.
 * 3) Zeichne einen Bogen mit Mittelpunkt A und Radius AD. Dieser Bogen schneidet das ursprüngliche Liniensegment AB im Punkt S. Punkt S teilt das ursprüngliche Segment AB in die Liniensegmente AS und SB mit Längen im goldenen Schnitt.

Hier ist eine Schritt für Schritt Erklärung, wie dies erreicht werden kann.


 * Erstelle eine neue Skizze, wie am Dreiecksbeispiel erläutert.
 * Zeichne in der Skizze ein Rechteck. Verwende die [[Image:Sketcher_CreateRectangle.svg|32px]] Schaltfläche. Die folgende Abbildung zeigt das Rechteck. FreeCAD hat dem Rechteck horizontale und vertikale Beschränkungen hinzugefügt. Dieses Rechteck kann nicht gedreht werden.



Das Rechteck sollte in der Mitte des Koordinatensystems bleiben. Um dies zu erreichen, wird eine Symmetriebeschränkung zu einer horizontalen Linie hinzugefügt. Dies geschieht, indem zuerst die beiden Knoten der horizontalen Linie und dann die vertikale Achse des Koordinatensystems ausgewählt werden. Die Symmetriebeschränkung wird durch Klicken auf die Schaltfläche hinzugefügt. Dasselbe geschieht für eine vertikale Linie, aber stattdessen wird jetzt die horizontale Achse als Symmetrieachse ausgewählt. Die Abbildung unten zeigt das Ergebnis. Das Rechteck bleibt nun in der Mitte und kann nur in der Größe verändert, aber nicht verschoben werden.



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Um die Länge von BC zu definieren, muss die Linie am Bogen enden. Dies geschieht durch die Einstellung einer Koinzidenzbeschränkungsbedingung zwischen dem letzten Bogenpunkt und dem C Punkt, wie unten dargestellt. Beide Punkte müssen ausgewählt werden, und die Erstelle Koinzidenz Schaltfläche   muss angeklickt werden.



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Übung: elastische Skizze
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