Thread for Screw Tutorial/de

Einleitung
Dieses Tutorium ist eine Sammlung von Techniken zur Modellierung von Schraubgewinden in FreeCAD.

Von der Modellierung von Gewinden wird abgeraten, da sie sowohl den Modellierungskern als auch die Renderingseite stark belastet. Die Gewindeformen benötigen viel Speicherplatz, und mit nur einem Gewinde in einem FreeCAD Projekt kann die Dateigröße leicht in den Megabyte Bereich steigen. Es gibt jedoch einige Situationen, in denen es wichtig ist, den Thread bis ins Detail zu modellieren, und dafür ist das Tutorial gedacht.

Methode 0. Eins aus der Teilebibliothek beziehen
Die Verwendung von Modellen, die andere Leute geschaffen haben, ist einfach und zeitsparend. Sieh dir Makro SCHRAUBEN an, eine Benutzeroberfläche zum Einfügen von Standardteilen aus der SCHRAUBEN Bibliothek.

Methode 1: Verwendung von Macros
Mit dem beliebten Macro Screw Maker, erstellt von ulrich1a, oder dem zusätzlichen Arbeitsbereich Fasteners Workbench, erstellt von shaise (link to GitHub), können oftmals passende dreieckige Standardgewinde generiert werden.

Methode 2: Schummeln mit gestapelten Scheiben
Dies ist ein guter Weg, um Gewinde grob zu visualisieren und dabei die Geometrie möglichst einfach zu halten. Da jedoch kein tatsächliches Gewinde erzeugt wird, ist diese Methode für herzustellende Bauteile normalerweise ungeeignet.

Die Idee hierbei ist, ein nicht-schraubenförmiges Gewinde zu erzeugen und scheibenförmig zu stapeln. Solch ein Pseudogewinde ist auf den ersten Blick nur schwer von einem tatsächlichen Gewinde zu unterscheiden und lässt sich deshalb in bestimmten Situationen (z.B. FEM-Simulationen) verwenden.



Methode 3: Ein vertikales Profil entlang einer Kurve extrudieren
Die Idee ist sehr einfach: Erstellen eines Profils und anschließendes Extrudieren (Sweep ) des Profils entlang einer helixförmigen Kurve (Helix ). Dabei müssen die Checkboxen Erzeuge Volumenkörper und Frenet aktiviert sein, damit später noch Bool'sche Operationen wie z.B. Vereinigen oder Ausschneiden  auf das Ergebnis anwendbar sind und zudem keine Verdrillungen entstehen.

Das Resultat ist eine Spule mit dem gewünschten Profil. Um daraus ein Gewinde zu machen, muss das Ergebnis der Operation mit einem Zylinder oder einer Bohrung vereinigt  werden. Mit weiteren Bool'schen Operationen können zudem die abrupten Enden der Spule beseitigt werden.



Tipps und Tricks


Regel 1: Die Kurve darf sich nicht selbst schneiden oder berühren, da sonst ein ungültiger Festkörper entsteht. Versuche, das Ergebnis zu vereinigen oder auszuschneiden, werden sehr wahrscheinlich scheitern. Nichtsdestotrotz kann dieses Problem im 3D-Druck oder für Visualisierungen vernachlässigbar sein.



Regel 2: Behalten Sie im Hinterkopf, dass das Werkzeug Helix in FreeCAD nicht immer präzise genug arbeitet. Als Folge kann es passieren, dass beim Vereinigen der Gewindespule mit einem Zylinder Probleme auftreten. Im Allgemeinen sollten geometrische Verknüpfungen zwischen Elementen, die mit dem Werkzeug Sweep erzeugt wurden und anderen Elementen besser vermieden werden.

Tipp 1: Der Radius der Helix ist unbedeutend, falls kein kegelförmiges Gewinde entstehen soll. Bedeutend sind nur die Steigung und die Höhe der Kurve, d.h. es die Kurve kann für verschiene Gewinde mit gleicher Steigung wiederverwendet werden.

Tipp 2: Halten Sie das Gewinde möglichst kurz, denn bei längeren Kurven kann es Probleme mit den Bool'schen Operationen geben. Stattdessen kann ein kurzes Stück des Gewindes mit dem Werkzeug Draft Array stapelweise wiederverwendet werden.

Vor- und Nachteile
+ Sehr realitätsnahes Verfahren zum Definieren von Gewindeprofilen

+ einfach zu verstehen

+ keine Probleme beim Generieren von Polygongittern des 3D-Modells (im Gegensatz zu Methode 4)

- da sich die Verlaufskurve nicht schneiden darf, ist es fast unmöglich ein lückenloses Gewinde ohne zylindrische Flächen zu erzeugen

- Bool'sche Operationen werden für brauchbare Ergebnisse benötigt, was den Zeitaufwand und die Fehleranfälligkeit erhöht

- Gewinde mit vielen Windungen sind problematisch

Methode 4: Ein horizontales Profil entlang einer Kurve extrudieren
Die Idee hinter dieser Methode ist es, einen horizontalen Querschnitt des Gewindes entlang einer Helix-Kurve zu extrudieren. Das Hauptproblem dabei ist es, das richtige Profil für ein bestimmtes Gewinde zu finden.



Wenn jemand einen Kreis als horizontales Profil verwendet, wobei der Kreis nicht im Ursprung liegen darf, da er die Tiefe des Gewindes definiert, so wird das Gewindeprofil sinusförmig.

Um das übliche Sägezahnprofil zu erhalten, muss ein Paar von archimedischen Spiralen als Draht vereinigt werden. Das Ergebnis hat eine Herzform, die kaum von einem Kreis zu unterscheiden ist, falls die Gewindetiefe klein gegenüber dem Gewindedurchmesser ist (das oben sichtbare Bild zeigt den gegenteiligen Fall).

Generieren des Profils
Es ist nicht einfach das horizontale Profil so zu bestimmen, dass ein bestimmtes vertikales Profil entstehen wird. In einfachen Fällen, z.B. dreieckige oder trapezförmige Profile, kann es von Hand konstruiert werden. Alternativ kann es auch konstruiert werden, indem das Gewinde zunächst mit Methode 3 erstellt wird und dann der Schnitt mit einer horizontalen Fläche erzeugt wird (Schnitt ).

Profil für ein dreieckiges Gewinde
Fertig!
 * 1) Erstellen Sie eine (archimedische) Spirale in der XY-Ebene
 * 2) Setzen Sie die Anzahl der Windungen auf 0.5
 * 3) Der Radius der Spirale sollte dem Innenradius des Gewindes entsprechen
 * 4) Das Wachstum muss gleich dem Doppelten der Schnitttiefe des Gewindes sein.
 * 5) Spiegeln Sie die Spirale gegen die XY-Ebene (Spiegeln [[Image:Part_Mirror.png|16px]])
 * 6) Vereinigen Sie beide Spiralen, um einen geschlossenen Draht zu erhalten (Vereinigung [[Image:Part_Union.png|16px]])

Profil bei beliebigen Querschnitten


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

Diese Vorgehensweise basiert auf einem Forumseintrag von Ulrich1a mit geringfügigen Anpassungen.

Die einzelnen Schritte werden außerdem in folgendem Video von Gaurav Prabhudesai gezeigt und erläutert: http://www.youtube.com/watch?v=fxKxSOGbDYs

Vor- und Nachteile
+ Das resultierende Gewinde ist direkt verwendbar

+ Weniger oder sogar keine Bool'schen Operationen notwendig, sodass die Rechenzeit deutlich geringer ausfällt als bei Methode 3

+ Endflächen der Gewinde sind schön gerade geschnitten

+ Längere Gewinde sind problemlos möglich, falls keine Bool'schen Operationen notwendig sind. Andernfalls ist es kaum besser als Methode 3.

+ Lückenlose Gewinde sind kein Problem

- Definieren des Profils ist aufwendig und kompliziert

- Beim Umwandeln des 3D-Modells in ein Polygongitter kann es, je nach verwendetem Algorithmus, zu Problemen kommen. Dabei zeigt Mefisto die besten Ergebnisse.

- hoher Speicherverbrauch

Idee
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.