Thread for Screw Tutorial/de

Einführung
Dieses Tutorium ist eine Sammlung von Techniken zum Modellieren von Schraubengewinden in FreeCAD. Es wurde für v0.19 aktualisiert, obwohl der Gesamtprozess seit v0.14, als das Tutorial ursprünglich geschrieben wurde, im Wesentlichen gleich geblieben ist. Der aktualisierte Inhalt konzentriert sich auf den Arbeitsbereich  PartDesign, um das Gewinde zu erstellen, verwendet aber nicht das Werkzeug  PartDesign WendelHinzufügen, da dieses erst später eingeführt wurde.

In herkömmlichen CAD Systemen wird von der Modellierung von Schraubengewinden abgeraten, da dies eine große Belastung für den Modellierungskern sowie für die Darstellung der Formen darstellt. In herkömmlichen Systemen muss ein Gewinde nicht direkt im 3D Raum dargestellt werden, da es in der technischen 2D Zeichnung, die zur Fertigung geschickt wird, mit seinen erforderlichen Eigenschaften angegeben werden kann. Mit der Popularisierung der additiven Fertigung (3D Druck) besteht nun jedoch ein echter Bedarf, 3D Gewinde zu modellieren, um sie genau so drucken zu können, wie sie entworfen wurden. Dafür ist dieses Tutorium gedacht.

Viele der hier vorgestellten Techniken wurden aus verschiedenen Forumsbeiträgen zusammengetragen:
 * Zusammenstellung von Gewindemodellierungstechniken
 * Erstellen eines Gewindes: Unerwartete Ergebnisse

Siehe auch hilfreiche Videos:
 * Einführung einer Strategie zur Konstruktion einer Schraube ohne die häufig auftretenden Probleme.

Denke daran, dass Gewindeformen viel Speicherplatz beanspruchen und dass ein einziges Gewinde in einem Dokument die Dateigröße erheblich erhöhen kann, weshalb dem Benutzer empfohlen wird, Gewinde nur dann zu erstellen, wenn dies absolut notwendig ist.



Methode 1. Verwendung von Dienstprogrammen und Teilen der Arbeitsbereiche
Die Verwendung von Dienstprogrammen und Teilen, die andere Leute erstellt haben, ist einfach und zeitsparend. Siehe Seite externe Arbeitsbereiche für Informationen über externe Werkzeuge.

Insbesondere werden drei Quellen empfohlen, die über den Addon-Manager installiert werden können:
 * Arbeitsbereich Fasteners, zum Hinzufügen sowie Befestigen verschiedener Verbindungselemente an Bauteilen. Die Schrauben und Muttern zeigen standardmäßig kein Gewinde, aber dies kann mit einer Option gesteuert werden.
 * Arbeitsbereich BOLTSFC, um Verbindungselemente aus der BOLTS-Bibliothek zu positionieren.





Methode 2. Verwendung von Makros (veraltet)

 * In der Vergangenheit wurden die Teile aus der BOLTS-Bibliothek mit dem Makro BOLTS eingefügt. Dies ist nun veraltet. Stattdessen wird der Arbeitsbereich BOLTSFC verwendet.


 * In der Vergangenheit wurde das autonome Screw-Maker-Makro von ulrich1a verwendet, um einzelne Bolzen, Schrauben und Unterlegscheiben zu erstellen. Dies ist nun veraltet. Der Arbeitsbereich Fasteners von shaise enthält das vollständige Screw-Maker-Makro zusammen mit einer Benutzerschnittstelle (GUI) zur Auswahl der richtigen Komponente.



Methode 3. Scheingewinde: nicht spiralförmig
In vielen Fällen brauchen wir keine echten Gewinde, wir brauchen nur ein visuelles Anzeichen dafür, dass die Gewinde vorhanden sein werden.

Wir können ein Scheingewinde erzeugen, indem wir eine nicht spiralförmige Bahn verwenden, zum Beispiel durch Drehen eines Sägezahnprofils oder durch Stapeln von Scheiben mit konischen Kanten. Dieses Scheingewinde ist durch einfache Kontrolle kaum von dem echten schraubenförmigen Gewinde zu unterscheiden. Diese Methode ist gut geeignet, um ein gewindeähnliches Objekt zu visualisieren, aber sie ist nicht nützlich, wenn wir ein echtes Gewinde in 3D drucken müssen.





Umlaufendes Sägezahnprofil

 * 1) Klicke auf.
 * 2) Klicke auf . Wähle.
 * 3) Zeichne eine geschlossene Skizze mit dem erforderlichen Innendurchmesser, Außendurchmesser um , Steigung , Zähnezahl , und Gesamthöhe.
 * 4) Wähle die Skizze aus und klicke dann auf . Wähle, und drücke.







Stapeln von Scheiben

 * 1) Wiederhole die ersten beiden Schritte aus dem vorherigen Abschnitt.
 * 2) Zeichne eine geschlossene Skizze mit dem erforderlichen Innendurchmesser, dem Außendurchmesser um  und der Steigung , aber zeichne nur einen einzelnen Zahn des Sägezahns.
 * 3) Wähle die Skizze aus und klicke dann auf . Wähle, und drücke.


 * 1) Wähle die, klicke dann auf . Wähle . Für ein Scheingewinde mit einer Steigung von , setze die  auf , und  auf , dann drücke . Dadurch werden zwei Scheiben erstellt, eine über der anderen.
 * 2) Du kannst weitere Scheiben hinzufügen, indem du den Wert der  im linearen Muster, und durch Erhöhen der, die die Gesamtlänge des Scheingewindes darstellt.

Die und  sind miteinander verwandt. Wenn die Länge zu groß ist, aber die Anzahl der Häufigkeiten nicht hoch genug ist, hast du getrennte Scheiben, und die Berechnung des Körpers wird fehlschlagen, da das resultierende Objekt immer ein einzelne aneinandergrenzende Festkörper sein muss. Um beispielsweise eine Gesamthöhe von zu erhalten, setze  auf  und  auf.

Wenn du möchtest, kannst du einen mit einem Durchmesser, der dem Innendurchmesser der Scheiben entspricht und so hoch ist wie die gesamte Gewindehöhe. Dadurch werden alle Scheiben zu einem einzigen Festkörper verbunden, wodurch gewährleistet wird, dass es keine getrennten Scheiben gibt.







Methode 4. Austragen eines vertikalen Profils


Arbeitsbereich PartDesign
Ein echtes Gewinde besteht aus einem geschlossenen Profil, das einen Festkörper entlang einer spiralförmigen Bahn austrägt.


 * 1) Im Workbench_Part.svg Part Arbeitsbereich, klicke auf  zum Erstellen einer . Gib ihm die entsprechenden Werte für ,  , und.
 * 2) Gehe zum Workbench_PartDesign.svg PartDesign Arbeitsbereich, und klicke auf.
 * 3) Klicke auf . Wähle.
 * 4) Zeichne eine geschlossene Skizze mit dem erforderlichen Profil für die Gewindezähne, normalerweise eine dreieckige Form. In diesem Fall werden wir eine Höhe von  verwenden, die etwas kleiner ist als die für den Spiralpfad verwendete Steigung . Das Profil darf keine Selbstüberschneidungen erzeugen, wenn es entlang der Spirale bewegt wird, weder zwischen den Windungen noch in der Mitte, daher kann die Skizze, wie sie für Stapelscheiben gezeigt wird, nicht verwendet werden.
 * 5) Wähle die Skizze aus und klicke dann auf . Im  klicke auf, und wähle das zuvor erstellte Spiralobjekt aus. Ändere dann  in  , so dass das Profil den Pfad ohne Verdrehung überstreicht; drücke dann.
 * 6) Wenn der Dialog nach einem Verweis fragt, wähle.
 * 7) Der schraubenförmige Wendel wird erstellt, aber es gibt keinen zentralen Körper oder Welle.
 * 8) Klicke auf  mit dem entsprechenden   und , um den Rest des spiralförmigen Gewindes zu berühren und automatisch mit ihm zu verschmelzen.
 * 9) Zusätzliche boolesche Operationen sind erforderlich, um die abrupten Enden der Wendels zu formen. Sie können z.B. additive Merkmale verwenden, um der Schraube einen Kopf und eine Spitze zu geben.









Arbeitsbereich Part
Dieser Arbeitsgang kann auch mit den Werkzeugen dem Part Arbeitsbereich durchgeführt werden.
 * 1) Im Workbench_Part.svg Part Arbeitsbereich, klicke auf  zum Erstellen einer . Gib ihm die entsprechenden Werte für .,  , und.
 * 2) In diesem Fall benötigst du keinen . Wechsle zum Workbench_Sketcher.svg Skizzierer Arbeitsbereich,  und klicke dann , und wähle die globale XZ Ebene.
 * 3) Kehre dann zurück zum Workbench_Part.svg Part Arbeitsbereich, und verwende.
 * 4) Wähle die entsprechende Skizze aus  und klicke auf den Pfeil, um sie an  zu übergeben.
 * 5) Klicke auf, und wähle alle Kanten der vorhandenen Spirale in der 3D Ansicht. Klicke auf.
 * 6) Stelle sicher, dass die  und  angehakt sind. Das Erhalten eines Volumenkörpers ist der Schlüssel, um Part Boolsche Operationen mit dem resultierenden Wendel durchführen zu können, andernfalls wird nur eine Fläche erzeugt.
 * 7) Klicke auf, um das Dialogfeld zu verlassen und den Wendel zu erzeugen.

Nun kannst du fortfahren, andere Grundelemente wie, oder andere Formen, um auszuführen, und  hinzuzufügen, um den Bau der Schraube abzuschließen.





Tips für den Erfolg

 * Wenn das Profil die Wendel austrägt, darf sich die resultierende feste Wendel nicht berühren oder sich selbst schneiden, da es sich dann um einen ungültigen Festkörper handelt. Dies gilt sowohl für das Profil, das sich entlang der Wendel bewegt, als auch für Schnittpunkte in der Mitte der Spirale. Versuche, damit boolesche Operationen durchzuführen (Vereinigen oder Schneiden), werden sehr wahrscheinlich fehlschlagen. Prüfe die Qualität der Wendel mit ; wenn Selbstüberschneidungen gemeldet werden, musst du die Steigung der Spirale erhöhen.



Im Allgemeinen vermeide Geometrie deckungsgleich mit Elementen der Austragung, wie z.B. tangentiale Flächen oder Kanten, die Flächen berühren, mit denen sie nicht verbunden sind. Um eine guten boolesche Vereinigung herzustellen, muss sich die ausgetragene Wendel und der Zylinder überschneiden. Prüfe die Qualität der Vereinigung mit ; Wenn komplanare Flächen gemeldet werden, erhöhe den Radius des Zylinders um einen kleinen Betrag.
 * Wenn ein Zylinder zu einer Wendel hinzugefügt wird, um den Hauptschaft einer Schraube zu bilden, darf der Zylinder das Wendelprofil nicht berühren. Das heißt, der Zylinderradius und der Innenradius des Gewindes dürfen nicht gleich groß sein, da dies sehr wahrscheinlich zum Versagen eines Vereinigungsvorgangs führt.
 * Wenn die Wendel und der Zylinder tangential verlaufen, kann es bei nachfolgenden booleschen Operationen mit einem dritten Festkörper fehlschlagen, selbst wenn die erste Vereinigung erfolgreich ist.
 * Dies ist eine Einschränkung des OpenCASCADE-Technology- (OCCT-) Kerns; im Allgemeinen kommt er mit Operationen zwischen komplanaren Flächen nicht gut zurecht.




 * Der innere Zylinder hat eine Nahtlinie. Du solltest vermeiden, den Anfang der Wendel entlang dieser Naht zu platzieren. Drehe entweder die Spirale oder den Zylinder um einige Grad.


 * Der Radius des Spiralpfades spielt keine Rolle, es sei denn, die Spirale ist verjüngt. Alles, was zählt, ist die Steigung und die Höhe der Spirale. Das bedeutet, dass du eine einzige, verwenden kannst um mehrere Gewinde mit gleicher Steigung zu erzeugen. Was die Position der resultierenden Wendel bestimmt, ist die Position des Profils Skizze.


 * Halte das Gewinde kurz, d.h. mit einer geringen Anzahl von Windungen. Lange Gewinde neigen dazu, bei boolschen Operationen zu versagen. Wenn du viele Windungen hinzufügen musst, ziehe in Betracht, zuerst ein kurzes Gewinde zu erstellen und dann, um das gleiche Muster mehrmals zu duplizieren.


 * Für die 3D Visualisierung und den 3D Druck kann es in Ordnung sein, den Zylinder und das Gewinde unverschmolzen zu lassen, d.h. mit Schnittpunkten zwischen den beiden Volumenkörpern. Die Reduzierung der Anzahl der booleschen Operationen führt zu weniger Speicherverbrauch und kleineren Dateien.



Vor- und Nachteile

 * Edit_OK.svg Leicht verständlich.
 * Edit_OK.svg Sehr natürliche Art der Festlegung eines Gewindeprofils.
 * Edit_OK.svg Keine Probleme mit der Netzbildung des resultierenden Objekts, im Gegensatz zu Methode 5.


 * Edit_Cancel.svg Aufgrund der Ungültigkeit sich selbst überschneidender Austragungen ist es nahezu unmöglich, ein Gewinde ohne Lücke zwischen den einzelnen Zähnen zu erzeugen, d.h. ohne gerade zylindrische Fläche an den Innenseiten des Gewindes.
 * Edit_Cancel.svg Boolesche Operationen sind erforderlich, um einen einzigen zusammenhängenden Festkörper zu erhalten. Die Berechnung boolescher Operationen nimmt relativ viel Zeit in Anspruch und schlägt häufig fehl.
 * Edit_Cancel.svg TGewinde mit einer großen Anzahl von Windungen sind problematisch.



Allgemein
Die Idee besteht darin, einen horizontalen Querschnitt des Gewindes entlang einer Helix auszutragen. Das Hauptproblem hierbei ist die Ermittlung des Profils, das zur Herstellung eines solchen Gewindes verwendet werden soll.



Wenn man einen Kreis als horizontales Profil verwendet (der Kreis muss außerhalb des Ursprungs platziert werden, dieser Versatz definiert die Tiefe des Gewindes), wird das Gewindeprofil sinusförmig sein.

Um ein Standard Sägezahnprofil zu erhalten, muss ein Paar gespiegelter archimedischer Spiralen zu einem Draht verschmolzen werden. Es entsteht eine Herzform, die von einem Kreis kaum unterscheidbar wird, wenn die Tiefe des Gewindes im Vergleich zu seinem Durchmesser gering ist. Deshalb ist auf dem obigen Bild ein "dickes" Gewinde dargestellt.



Generieren des Profils
Es ist nicht einfach, das horizontale Profil zu ermitteln, um ein bestimmtes vertikales Profil zu erhalten. Für einfache Fälle wie dreieckig oder trapezförmig kann es manuell konstruiert werden. Alternativ kann es konstruiert werden, indem man mit Methode 4. ein kurzes Gewinde erzeugt und ein Stück davon durch ein Part Schnittmenge zwischen einer horizontalen ebenen Fläche und dem Gewinde erhält.



Profil für ein dreieckigförmiges Gewinde

 * 1) Erstelle zuerst eine archimedische Spirale in der XY Ebene
 * 2) Setze die Anzahl der Windungen auf 0.5
 * 3) Setze den Radius auf den Innenradius des Gewindes, der Außenradius entspricht diesem plus der Schnitttiefe.
 * 4) Stelle das Wachstum auf die doppelte Schnitttiefe des Gewindes ein.
 * 5) Part Spiegel die Spirale gegen die XY Ebene
 * 6) Part Verschmelzen die Spirale und den Spiegel, um einen geschlossenen Draht zu erhalten, der wie ein Herz geformt ist.



Profil für beliebigen Querschnitt



 * 1) Erstelle ein vertikales Schnittprofil. Stelle sicher, dass die Höhe der Skizze mit der Steigung des Gewindes übereinstimmt, das du benötigst.

Fertig.
 * 1) erstelle eine Helix1 mit einer Höhe, die der Steigung entspricht, und einer Steigung, die der Gewindesteigung entspricht, und einem Helixradius von 0,42*Nenndurchmesser des Gewindes.
 * 2) trage das Schnittprofil entlang der Helix1 aus. Hake an Erzeuge Volumenkörper und Frenet.
 * 3) Erstelle einen Kreis mit dem Nennradius des Gewindes in der x-y-Ebene.
 * 4) Erstelle eine Fläche aus dem Kreis. (Part Arbeitsbereich: erweitertes Dienstprogramm zum Erstellen von Formen oder Entwurf Hochstufen und ErstelleFläche = true)
 * 5) die Fläche mit dem Sweep Profil schneiden# einen Klon aus dem Schnitt erstellen (Entwurf Arbeitsbereich)
 * 6) Herabstufung des Klons, um einen Draht zu erlangen. (Entwurf Arbeitsbereich) Dieser Draht ist das horizontale Profil, das für diese Methode benötigt wird.
 * 7) Erstelle eine Spirale mit dem Radius des Nennradius des Gewindes und einer Steigung des Gewindes und der Höhe des benötigten Gewindes.
 * 8) Trage den Draht entlang der Spirale aus. Hake Vollmaterial und Frenet an.

Die Schritt-für-Schritt Anleitung wurde diesem Forumsantwort von Ulrich1a entnommen. ("Erstellen eines Gewindes: Unerwartete Ergebnisse"), leicht modifiziert.

Die Schritte werden auch in Aktion gezeigt auf dieses Video von Gaurav Prabhudesai ("FreeCAD : Wie Gewinde erstellen").



Vor- und Nachteile

 * Edit_OK.svg eine gebrauchsfertige, massive Gewinde-auf-einer-Stange Massivform wird direkt durch die Austragung erzeugt.
 * Edit_OK.svg Es werden weniger oder sogar keine booleschen Operationen erforderlich, so dass die Generierungsgeschwindigkeit im Vergleich zu Methode 4. sehr hoch ist.
 * Edit_OK.svg Gewindeenden werden sofort schön geschnitten
 * Edit_OK.svg lange Gewinde sind kein Problem, es sei denn, es ist eine boolesche Operation erforderlich. Andernfalls wird sie nicht viel besser als Methode 4. sein.
 * Edit_OK.svg Gewinde ohne Lücke sind kein Problem.


 * Edit_Cancel.svg die Festlegung des Gewindeprofils ist kompliziert.
 * Edit_Cancel.svg Die Verwendung des Standardnetz mit einem auf diese Weise erzeugten Gewinde erzeugt hässliche Netze, was zu Problemen führen kann. Andere Netze sind besser, z.B. scheint Mefisto die besten Ergebnisse zu liefern.
 * Edit_Cancel.svg großer Speicherplatzbedarf gemäß der Zusammenstellung von Gewinde-Modellierungstechniken.



Allgemein
Wendelförmige Splines extrudieren koaxiale Flächen, die ausgeformt werden können, während die parametrische Wendel von FreeCAD dies nicht tut. Zur Definition eines Gewindes sind zwei wendelförmige Splines erforderlich. Diese beiden können aus einem Bibliotheks Spline skaliert und dann entsprechend positioniert und extrudiert werden, um die richtige Form zu erhalten.

Die parametrischen Wendel von FreeCAD sind nicht wirklich spiralförmig, aber wendelförmige B-Splines sind nicht schwer zu entwerfen. Eine manuelle Methode besteht darin, Zwölfeck Polygone (12-seitige Polygone) mit 5 mm Radius/10 mm Durchmesser in 1/12mm (0,08333.mm) z Intervallen anzuordnen und Splines von Knotenpunkt zu Knotenpunkt in aufsteigender und rotierender Folge zu verfolgen, und es in Betracht zu ziehen, dies einmal mit z.B. 10 Windungen zu tun, so dass dieser Spline als Bibliotheksdatei für den Import und die Wiederverwendung wiederverwendet werden kann. Es ist praktisch, 10 mm Durchmesser/1 mm Teilung zu verwenden, um die Skalierung zu erleichtern. Wenn du es manuell machst, ist es einfacher, einen DDraht zu zeichnen und ihn dann in einen B-Spline zu konvertieren, als einen Spline zu zeichnen. Bei Drähten wird die Krümmung nicht während des Zeichnens berechnet, so dass sie dem Cursor folgen und gefügiger einrasten.

Sobald die Splines auf die richtige Größe skaliert und so angeordnet sind, dass die Ausformung den richtigen Winkel zwischen den Gewindeflanken aufweist, werden sie entlang ihrer Achse extrudiert, wobei eine Steigungslänge für den inneren Spline, die äußere Steigung/8, gilt.



ISO- und andere Gewinde haben reduzierte, d.h. flache, innere und äußere Kanten statt scharfer, was für FreeCAD Anwender mit dieser Methode geeignet ist, da wir die wendelförmige Stirnfläche bei der nominalen Größe der Befestigungselemente loften können, während eine Innenfläche nicht an einen Spline an der Außenkante geloft werden kann, weil eine Fläche ein geschlossenes Profil ist, ein Spline ist offen. Die ISO Norm besagt, dass die Nenngröße von Außengewinden eine Steigung der Stirnfläche von 8 mm haben. Das Bild zeigt die Anordnung der Geometrie und die daraus resultierenden wendelförmigen Flächen. Dann ausgeformt zwischen den Stirnseiten, und dann ein Zylinder, der die innere wendelförmige Stirnfläche ergibt, die nach ISO eine Steigung von 4/4 Breite hat, wird zu den Gewinden hinzugefügt.



Diese Methode erzeugt zuverlässige Festkörper, die korrekt boolesch sind. Obwohl sie keine "parametrischen" Schraubengewinde in Standardgrößen im Sinne eines einfachen Zugriffs auf die Form durch die Größe des Befestigungselements erzeugt, ist es eine einfache Möglichkeit, eine genaue Bibliothek zur Wiederverwendung zu erstellen, und Modelle von Spezialformen wie ACME oder archimedische Schrauben sind auch als Einzelstücke unkompliziert.