Eine anspruchsvolle Baugruppe mit BeckerCAD montieren
BeckerCAD ist ein leistungsstarkes 3D-CAD-System, mit dem sich auch anspruchsvolle Aufgaben bewältigen lassen. Den Beweis tritt die Vierfach-Schlierenkante an, deren Konstruktion sowie Montage sich mit der Pro-Version von BeckerCAD problemlos umsetzen lässt.
Die Vierfach-Schlierenkante ist ein optisches Gerät und wird in Hochgeschwindigkeitswindkanälen eingesetzt. Mit diesem Gerät werden nach der Schlierenmethode aerodynamische Messungen an Modellen der Luftfahrt, etwa Flugzeugflügeln, durchgeführt. Dieses optische Verfahren beruht auf der Tatsache, dass sich die Lichtgeschwindigkeit mit der Dichte des Mediums, das durchdrungen wird, ändert.
Die Vierfach-Schlierenkante ist eine Weiterentwicklung der Farbschlierenoptik nach Settlers. Zum Unterschied gegenüber jener Methode, die als Schlierenkante eine quadratische Öffnung verwendet, deren lichte Weite etwas kleiner ist, als die des jeweilig eingesetzten Lichtquellenfarbfilters, wird hier eine justierbare Vierfach-Schlierenkante verwendet.
Diese Einrichtung verfügt über vier Schneiden, die jeweils um 90 Grad versetzt angeordnet sind. Jede Schneide ist in radialer Richtung getrennt verstellbar, sodass für jede der vier Komponenten (+-X, +-Z) des Dichtegradienten eine getrennte Empfindlichkeitseinstellung möglich ist. Da der Strahlablenkwinkel der Spiegel wegen der räumlichen Begrenzung und des großen Spiegeldurchmessers relativ groß ist, muss der Astigmatismus bei der Farbschlierenoptik berücksichtigt werden.
Dies ist grundsätzlich durch den Austausch eines planen gegen einen zylindrisch gekrümmten Umlenkspiegel möglich. Da sich der Fehler jedoch nur bei der Positionierung der Schlierenkante bemerkbar macht, ist es einfacher, eine Verstellung der Schneiden in Strahlrichtung zu ermöglichen, um jede Komponente exakt zu justieren.
Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass durch den Astigmatismus die Punkte, an denen eine gleichmäßige Helligkeitsänderung über die gesamte Projektion für verschiedene Richtungsbestimmungen erzeugt werden kann, in verschiedenen Ebenen liegen.
Wichtig:
Wer derart umfangreiche Baugruppen erstellt, sollte die einzelnen Bauteile so einfach aufbauen, wie es die Norm erlaubt. So ist beispielsweise dringend darauf zu verzichten, Wellen und Schrauben mit echtem 3D-Gewinde zu zeichnen, was technisch mit BeckerCAD 3D Pro durchaus möglich wäre. Der Grund ist, dass die automatisch aus dem 3D-Modell generierten 2D-Ansichten sehr lange Rechenzeiten benötigen, ehe sie angezeigt werden. Nur sehr leistungsstarke Grafikkarten erlauben eine Anzeige in vertretbarer Zeit.
BeckerCAD hat leider keinen Stücklistengenerator, wie er bei hochpreisigen CAD-Systemen vorhanden ist. Doch ist dies kein Hindernis, eine Stückliste in eine BeckerCAD-Zusammenbauzeichnung zu integrieren. Diese wird mit einem Tabellenkalkulationsprogramm, als JPG-Datei mithilfe eines Capture-Programms, etwa dem in Windows integrierten Programm „Snipping Tool“ abgespeichert und schlussendlich über Extras/Pixelbilder/Einfügen… in BeckerCAD importiert. Dabei ist zu beachten, dass das Pixelbild von links unten nach rechts oben aufzuziehen ist, damit es anschließend nicht auf den Kopf gestellt eingefügt wird.
Auf der Homepage www.wdf-new.de können die nötigen Einzelteile für die Schlierenkante heruntergeladen werden, was die zeitaufwendige Eigenkonstruktion erspart. Dort ist auch eine Zusammenbauzeichnung vorhanden, sodass klar ersichtlich ist, welche Bauteile wie zusammengefügt werden müssen. Der Link auf den Download befindet sich am Ende dieses Artikels.
Die eingearbeitete Stückliste, die ebenfalls separat zum Download bereitsteht, gibt Auskunft, welche Teile verbaut sind. Deren Lage wird über Positionsnummern deutlich gemacht wird. Diese sind über die Beschriften-Funktion von BeckerCAD erzeugbar.
Im folgenden Beispiel wird gezeigt, wie sich rechteckige Durchbrüche radial entlang der Mantelfläche eines Zylinders einbringen lassen. Dazu wird zunächst ein Musterzylinder mit beliebigen Abmessungen erstellt, der innen zudem hohl ist, demnach ein Rohr bildet. Anschließend wird eine Konstruktionsebene über den Befehl „KE über Fläche/Kante/Achse definieren“ erstellt.
Dabei ist eine 3D-Achse auszuwählen, zu der die Konstruktionsebene rechtwinklig angeordnet wird. Zudem schmiegt sich die Konstruktionsebene an der Zylindermantelfläche an, sodass die weiteren Konstruktionsarbeiten exakt an dieser Position erfolgen.
Anschließend können diese Hilfslinien wie gewohnt genutzt werden, um Konturen einzuzeichnen. Im folgenden Beispiel ist dies ein Rechteck mit einer Größe von 20x10 Millimeter. Damit dieses Rechteck sauber zentriert im Schnittpunkt der Hilfslinien eingezeichnet wird, kann während des Zeichnens des Rechtecks mittels Betätigung der Taste „x“ zum Mittelpunktsmodus umgeschaltet werden.
Nun werden auf dieser Konstruktionsebene Hilfslinien eingezeichnet, die es erlauben, an den gewünschten Positionen Durchbrüche zu erstellen.
Über die Funktion „Multiplizieren mit Längsteilung“ kann nun der eben erzeugte rechteckige Volumenkörper mehrmals kopiert werden, wobei Abstand, Anzahl, Winkel etc. völlig frei wählbar sind.
Nun können die erzeugten Rechteckkörper vom Zylinder mittels der Booleschen Funktion Subtraktion „abgezogen“ werden, wodurch die gewünschten Durchbrüche entstehen.
Dadurch, dass Konstruktionsebenen in BeckerCAD auch über eine 3D-Achse erzeugt werden können, werden viele Konstruktionsarbeiten entscheidend erleichtert. Diese 3D-Achsen können in beliebiger Lage konstruiert werden, wodurch es möglich ist, Konstruktionsebenen zu erstellen, die sich entsprechend der Lage der 3D-Achse frei im Raum befinden können. Daher ist es problemlos möglich, radiale Durchdringungen an einem Zylinder in einem bestimmten Winkel einzubringen.
Dazu wird zunächst auf der gewünschten Körperfläche, auf der die neue 3D-Achse liegen soll, eine Konstruktionsebene mittels der Funktion „KE über Fläche/Schwerpunkt definieren“ erstellt. Anschließend wird dort eine Hilfslinie vom Typ „Gerade“ eingezeichnet. Diese hat den Vorteil, dass ihr ein Winkelwert zugeordnet werden kann, entlang dem später die 3D-Achse verlaufen wird. Zusätzlich muss noch eine Hilfslinie vom Typ „Kreis“ mit einem Durchmesser von 50 Millimeter eingezeichnet werden.
Entlang der Hilfslinie kann nun eine 3D-Achse eingezeichnet werden, wozu die Funktion „3D-Achse definieren“ aus dem Mittellinien-Werkzeugkasten anzuwählen ist. Ist die 3D-Achse eingezeichnet, kann über die Funktion „KE über Fläche/Kante/Achse definieren“ eine Konstruktionsfläche erzeugt werden. Diese wird automatisch im rechten Winkel zur 3D-Achse erzeugt.
Nun wird es möglich, Hilfslinien einzuzeichnen, mit deren Hilfe schlussendlich die gewünschte Kontur des Durchbruchs erzeugt wird. Damit später ein Schiebekörper erstellt werden kann, müssen Linien mithilfe der Zeichenwerkzeuge aus dem Werkzeugkasten „Zeichnen“ eingezeichnet werden, die an den Schnittpunkten der Hilfslinien zu verankern sind.
Über die Taste "s" können die Schnittpunkte zwischen den Hilfsgeraden gefangen werden, sodass die Zeichenarbeit zügig voranschreitet.
Diese Kontur kann anschließend mittels der Funktion „Schiebekörper Z“ durch den Zylinder extrudiert werden. Wird dieser Körper anschließend mittels der Funktion „Subtraktion“ vom Zylinder „abgezogen“, bildet sich dort ein entsprechender Durchbruch.
Wird die 3D-Ansicht in der 2D-Ansicht entsprechend aufbereitet, so kann festgestellt werden, dass die Kontur exakt um 20 Grad gedreht durch den Zylinder geht.
Sollen Durchdringungskörper mehrfach in einer kreisförmigen Anordnung einen Zylinder durchdringen, so kann diese Aufgabe sehr einfach mittels der Funktion „Multiplizieren mit Kreisteilung“ umgesetzt werden.
Dazu ist zunächst die gewünschte Kontur für den Durchbruch zu zeichnen. In diesem Beispiel ist dies ein schlichter Kreis, aus dem ein Zylinder extrudiert wird. Alternativ kann selbstverständlich direkt die 3D-Zylinderfunktion verwendet werden.
Anschließend kann dieser Zylinder mithilfe der Funktion „3D-Objekte transformieren“ in seiner Winkellage manipuliert werden. Dabei ist darauf zu achten, dass der 3D-Modus wieder aktiviert ist. Der genaue Winkelwert kann über das Statusfeld eingegeben werden.
Dieser Zylinder kann nun mittels der Funktion „Multiplizieren mit Kreisteilung“ entsprechend vervielfältigt werden, sodass rund um den Hauptkörper entsprechende Zylinder erzeugt werden. Anzumerken ist, dass die Abfrage nach dem Startwinkel einfach durch Auswählen des Zylinderschwerpunkts beantwortet werden kann. Das ist sehr praktisch und erleichtert die Konstruktionsarbeit entscheidend. Das untenstehende Video zeigt, wie das geht.
Zum Schluss werden die Zylinder mittels der Booleschen Funktion „Subtraktion“ vom Hauptkörper „abgezogen“, sodass die entsprechenden Durchbrüche erzeugt werden.
