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.

Vollständige Festlegung
Die oben gezeigten Dreiecke bestehen aus weissen Linien. Dies deutet darauf hin, dass der Freiheitsgrad ihres Entwurfs nicht Null ist. Man kann dies überprüfen, indem man an den Eckpunkten oder den Linien zieht und eine Änderung feststellt. Bei vollständiger Festlegung bleibt die Figur stabil, und alle Linien sind grün geworden.

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 Festlegungen
Die Verwaltung der parametrisierten Zeichnung erfolgt ohne direkten Bezug auf die in ihr enthaltenen geometrischen Figuren. Vorwiegend werden nur die Koordinatenwerte der in ihr enthaltenen Punkte festgehalten. Dass z.B. drei solche Punkte die Ecken eines Dreiecks sind, bleibt offen. Es kann somit passieren, dass nach einer Änderung eines Parameter-Wertes über einen Schwellwert hinaus eine andere, völlig unerwartete andere Zeichnung entsteht. Der Vorteil des parametrischen Arbeitens wird somit etwas geschmälert.

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.

Beispiel: Winkel aus zwei Linien
Es folgen ein paar unterschiedliche Festlegungs-Kombinationen für einen aus zwei Geraden gebildeten rechten Winkel. Die beiden ersten Kombinationen sind nicht resistent gegen Umkippen des Winkels bei größerer Änderung einer Dimension (10 mm horizontaler Abstand vom Koordinatenursprung).

Kombination 1



Die Längen der Winkel-Schenkel sind der der blauen Konstruktionslinie gleich gemacht:. Die Schenkel sind horizontal  bzw. vertikal  vorgeschrieben.

Beim Vergrößern des horizontalen Abstands vom Koordinatenursprung von 10 mm auf mindestens 51 mm kippt der Winkel um (Spiegelung um eine vertikale Achse).

Kombination 2



Die Länge des horizontalen Schenkels ist angegeben. Ihr ist die Länge des vertikalen Schenkels gleich gemacht:. Die Schenkel sind horizontal  bzw. vertikal  vorgeschrieben.

Beim Vergrößern des horizontalen Abstands vom Koordinatenursprung von 10 mm auf mindestens 82mm kippt der Winkel um (Spiegelung um eine horizontale Achse).

Kombination 3



Die Festlegungen sind denen in Kombination 1 gleich mit Ausnahme der Orientierung des horizontalen Schenkels. Sie ist mit dem Winkel 90° gegen den vertikalen Schenkel festgelegt:

Das Vergrößern des horizontalen Abstands vom Koordinatenursprung  bewirkt keine Änderung der Orientierung des Winkels (gestestet bis Abstand = 82 km).

Zusammenfassung
Die Untersuchungen haben folgendes gezeigt: größere Veränderungen der Längenmaße können dazu führen, dass sich die Orientierung einzelner Linien des Entwurfs ändert, weil mehrere Lösungen des dazugehörigen Gleichungssystems existieren. Die einzigen Festlegungen, die die Orientierung der Linien immer beibehalten, sind die Winkel und die vertikale/horizontale Distanz- Festlegungung. Die Unterschiede zwischen den übrigen Festlegungen bezüglich des Beibehaltens der Orientierung sind geringfügig.

Empfehlung
An kritischen Stellen Winkel-Festlegungen und horizontale/vertikale Distanz-Festlegungen anwenden, um den Entwurf stabiler gegen ungewollte Veränderungen zu machen.

Über-Festlegungen
Weil verschiedenartige Maßnahmen faktisch die gleiche Festlegung zur Folge haben können, kann es beim Arbeiten passieren, dass man "zu viel des Guten tut". Das FreeCAD-Programm ist grundsätzlich so ausgelegt, dass solche Fälle erkannt und zur Rücknahme einer Maßnahme aufgefordert wird. Dennoch gibt es auch unbemerkte Situationen, die zum Fehlverhalten des Proramms führen können.

Ein Beispiel ist im folgenden Bild gezeigt. Die beiden Geraden sind bereits auf gleiche Länge und horizontal   zueinander fluchtend  festgelegt, was aber beim über den gemeinamen Verbindungspunkt symmetrisch machen nicht als Über-Festlegung erkannt wird.

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Zeichnen mit Hilfslinien
Zum Zeichnen lassen sich Hilfslinien - auch Konstruktuionslinien genannt - benutzen. Zu ihrer Anfertigung ist in den Hilfslinien-Modus (Konstruktions-Modus) umzuschalten:  (Alternativ: Zeichnen > Skizzengeometrien > Konstruktionsmodus). Die Linien in den Icons der Zeichen-Werkzeuge werden blau und die im Folgenden gezeicheten Hilfslinien ebenfalls. Diese werden nur während des Zeichnens angezeigt. Nach dem Schließen des Zeichnen-Modus' sind sie ausgeblendet.

Eine bereits gezeichnete Linie kann durch Klicken auf dasselbe Icon zur Hilfslinie gemacht werden, und umgekehrt.

Konstruktionslinien können ebenso wie normale Linien Festlegungen unterworfen werden.

Im ersten Teil dieser Übung - beim Zeichnen von Dreiecken - waren Hilfslinien nicht erforderlich. Bei komplexeren Entwürfen können sie hilfreich sein.

Beispiel: Zeichnen eines Rechtecks mit Seitenverhältnis im Goldenen Schnitt
Im folgenden Bild ist eine Vorschrift für die geometrische Konstruktion  des Goldenen-Schnitt-Verhältnisses gezeigt.



Die Konstruktionsschritte sind:


 * 1) eine Linie AB und eine dazu senkrechte, halb so lange Linie BC zeichnen; rechtwinkliges Dreieck vervollständigen: Hypotenuse AC zeichen
 * 2) einen Bogen um Punkt C mit Radius BC zeichnen (Bogen schneidet die Hypotenuse AC im Punkt D)
 * 3) einen Bogen um Punkt A mit Radius AD zeichnen (Bogen schneidet die Linie AB im Punkt E)

Der Punkt E teilt die Linie AB in die Segmente AE und EB im Verhältnis des Goldenen Schnitts (etwa 1,618 : 1).

1/1,618 ist die Hälfte von Wurzel aus 5, abzüglich 1/2. Die zeichnerische Konstruktionsvorschrift nutzt die Tatsache, dass in einem rechtwinkligen Dreieck mit Kathetenlängen 0,5  und 1  die Hypotenusenlänge  die Hälfte von Wurzel aus 5 ist.

Arbeitsschritte in in FreeCAD:


 * 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 mittig über dem Koordinatenursprung liegen:
 * 1) die Endpunkte der linken Seite und die x-Achse auswählen,
 * 2) auf Symmetrie [[Image:Constraint_Symmetric.png|24px]] klicken,
 * 3) Vorgänge mit unterer Seite und y-Achse wiederholen.

Damit ist auch seine Lage relativ zum Koordinatensystem festgelegt. Als vorgegebene Länge des Rechtecks werden 100 mm eingetragen:
 * untere Rechteck-Seite auswählen, auf horizontaler Abstand [[Image:Constraint_HorizontalDistance.png|24px]] klicken und 100 mm eintragen.

Das Rechteck bleibt nun zentriert und kann nur noch in der Höhe geändert werden. Die Ermittlung des Höhen-Werts ist die gestellte Aufgabe.



Die obere horizontale Linie soll der Strecke AS des oben gezeigten Dreiecks entsprechen. Eine der Strecke SB entsprechendede Gerade wird rechts angefügt.

Nur das Rechteck ist Objekt der Zeichnung. Alle zur Konstruktion seines Seitenverhältnisses im Goldenen Schnitt verwendeten Linien sind Hilfslinien und werden blau dargestellt. Umschalten in den Hilfslinien-Modus:


 * klicken auf Hilfslinien Sketcher AlterConstruction.png.

Die angefügte Linie wird etwas fallend gezeichnet, damit sie nicht automatisch auf horizontale Orientierung festgelegt wird. Entsprechend der obigen Empfehlung werden im Folgenden dafür Winkel-Festlegungen vorgenommen.

Im folgenen Bild ist zu erkennen, dass der Anfangspunkt der angefügten Geraden sich nicht mit der Rechteck-Ecke deckt. Der automatisch Fang versagt leider oft. Es muss aber ohnehin nachgeholfen werden, damit die Gerade mit dem Rechteck verbunden wird.
 * die beiden getrennten Punkte auswählen und auf Punkt zu Punkt [[Image:Constraint_PointOnPoint.png|24px]] klicken.

Diese Maßnahme (geometrische Festlegung: "Koinzidenz-Festlegung") ist auch mehrmals bei der Erstellung des folgenden Dreiecks zu ergreifen, damit dieses geschlossen ist und nicht aus nur an seinen Enden aufeinander liegenden losen Geraden besteht. Die Mittel- und Anfangspunkte der im Dreieck zu zeichnenden Kreisbögen müssen auf diese Weise ebenso mit den jeweiligen Bezugspunkten identisch gemacht werden, weil sonst ihr von diesen Punkten bestimmter Radius nicht korrekt aufgenommen wird.



Die nächste Abbildung zeigt, wie durch Auswahl der rechten Rechteck-Seite und der neuen Geraden und Klick auf Winkel festlegen  die Winkel-Festlegung 90°gesetzt wird.



Die Strecke BC (halbe Länge von AB) wird mittels eines Hilfspunktes wie folgt gefunden:
 * klicken auf Punkt [[Image:Sketcher_Point.png|24px]] und Punkt in etwa in Mitte von AB einfügen

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Damit dieser Punkt zu einem der oberen Rechteckseite wird:
 * Punkt und Rechteckseite anwählen und auf Punkt zu Linie Constraint PointOnObject.png en.

Die genaue Mittigkeit wird wie folgt gefunden:
 * linken oberen Eckpunkt des Rechtecks (A), rechten Endpunkt (B)  der angefügten Linie und Hilfspunkt  auswählen (Auswahl-Reihenfolge einhalten),
 * klicken auf aufHilfspunkt und Symmetrie [[Image:Constraint_Symmetric.png|24px]].



Im unteren Bild ist im Punkt B eine vertikale Linie als Entwurf für die Dreiecksseite BC angehängt worden. Ihre Richtung wurde mittels Winkelangabe (s. oben) relativ zur horizontalen blauen Linie festgelegt.

Ihre Länge wird wie beim Zeichnen mit dem Zirkel gewonnen:
 * Punkt B auswählen und auf  Bogen erstellen Sketcher Arc.png   klicken,
 * Hilfspunkt anklicken und Bogen etwa 90° nach oben ziehen und Endpunkt setzen.



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.



Im nächsten Bild ist das Dreieck mit der Hypotenuse AC komplettiert (Schritt 1 der Konstruktionsvorschrift) und der Teilpunkt D (Schritt 2) auf ihr wie folgt gefunden worden.


 * Bogen mit Mittelpunkt C und Radius CB über die Hypotenuse AC zeichnen ( Bogen erstellen Sketcher Arc.png ),
 * Endpunkt des Bogens zu einem Punkt der Hypotenuse machen (Punkt zu Linie Constraint PointOnObject.png ).

Der Schritt 3 der Konstruktionsvorschrift zum Finden des Teilpunktes D wurde vorbereitet:
 * Bogen mit Mittelpunkt A und Radius AD bis nahe zur oberen Rechteck-Seite zeichnen ( Bogen erstellen Sketcher Arc.png )



Die rechte obere Ecke des Rechtecks soll mit dem Teilpunkt E identisch sein.
 * rechte obere Ecke und unteren Endpunkt des Bogens auswählen (anstatt des getrennten Anklickens s. oben gezeigte Alternative mit Überstreichen beider Punkte),
 * auf Punkt zu Punkt[[Image:Constraint_PointOnPoint.png|24px]] klicken.

Da die Breite des Rechtecks vorgegeben ist, wird sich die Größe des Hilfs-Dreiecks ändern.



Es fehlt noch die Änderung der Rechteck-Höhe auf die Distanz EB, was in nachfolgender Abbildung gezeigt wird:
 * rechte Rechteckseite und blaue Horizontale EB auswählen,
 * klicken auf Gleichheit[[Image:Constraint_EqualLength.png|24px]].



Das Rechteck ist nun im Verhältnis des Goldenen Schnittes geteilt. Seine Höhe ist 61,8 mm (100mm /1,618). Man kann sie messen, der angezeigte Wert wird aber nicht fixiert, da die Zeichnung unter Beteiligung der Hilfslinien bereits vollständig bestimmt ist (das Rechteck wird in leuchtendem Grün angezeigt).



Nach dem Ende der Zeichen-Arbeit ("Schließen" in der Combo-Ansicht) wird das pure Rechteck (weiße Linien, im gewünschten Seitenverhältnis) sichtbar. Die blauen Hilfslinien und die rot eingetragenen Festlegungen (Maß 100 und geometrische Festlegungs-Symbole) sind ausgeblendet.

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Das Rechteck steht nun zur weiteren Benutzung (z.B. zum Erzeugen eines Quaders mit dieser Grundbfläche im Arbeitsbereich Körper-Entwurf (partDesign)) zur Verfügung.

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