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Software: FEM - Tutorial - 3D-Baugruppe - Bauteil Stahlscheibe

2026-04-30T11:33:28Z

Christoph Steinmann: Menüführung in Fusion geändert

[[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_mit_Kontakten|↑]] <div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_Bauraum-Definition|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_Bauteil-Platzierung_und_-Verbindung|→]] </div>

<div align="center"> ''' Komponente "Stahlscheibe" (Bauteil) ''' </div>
<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_-_scheibe.gif| ]] </div>

Die Konstruktionsdatei "Gummipuffer" mit ihrem Ursprung-Koordinatensystem und den Benutzerparametern wird bisher noch als "Bauteil"-Komponente behandelt, weil noch keine untergeordneten Komponenten enthalten sind. Dies widerspiegelt sich im Bauteil-Symbol vor dem Datei-Namen:
* Das Bauteil "Stahlscheibe" wird zur ersten untergeordneten Komponente ('''''Volumenkörper > Zusammenfügen > Neue Komponente'''''):<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_Bauteil_Stahlscheibe_als_NEUE_KOMPONENTE.gif|.]] </div>
* Der "Gummipuffer" wird dadurch zur Baugruppe (mit dem zugehörigen Symbol) und die untergeordnete, leere Bauteil-Komponente besitzt ihr eigenes lokales Ursprung-Koordinatensystem:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_Bauteil_Stahlscheibe_aktiviert.gif|.]] </div>
* Die "benannten Ansichten" einschließlich ihrer Zuweisung zu den ViewCube-Flächen sowie die Startansicht gelten global für die gesamte Konstruktion!
* '''''Wichtig'':''' Man muss nun genau darauf achten, welche Komponente für die Bearbeitung aktiviert ist, weil sich alle Werkzeug-Operationen (z.B. Erstellen, Ändern, Konstruieren) stets auf die aktive Komponente beziehen!
'''Gewährleistung der Wiederverwendbarkeit''' (z.B. von Bauteilen) in anderen Konstruktionen erfordert, dass die Komponenten möglichst unabhängig von den anderen Komponenten einer Konstruktion modelliert werden:
* D.h., der Körper unserer Stahlscheibe ist im lokalen Ursprung-Koordinatensystem der Stahlscheibe zu konstruieren.
* Anpassungen der Größe an die Konstruktion erfolgen dann durch die Einbeziehung der übergeordnet definierten Benutzerparameter oder durch geometrische Abhängigkeiten zu anderen Komponenten der Konstruktion.
<u>'''Basis-Skizze erstellen'''</u>:
* Wir benötigen für die Extrusion des Stahlscheiben-Körpers eine neue Skizze auf der '''XY'''-Ebene des lokalen Ursprung-Systems.
* Die Profil-Kontur erstellen wir als '''Kreis (Mittelpunkt, Durchmesser)''' am Ursprung-Mittelpunkt:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_Bauteil_Stahlscheibe_Skizze_lokal_XY.gif|.]] </div>
* Beim Ziehen des Kreisumfanges erscheint der aktuelle Durchmesser als Maßzahl, ohne dadurch die Größe festzulegen (Durchmesser bleibt "unbestimmt" groß!).
* Beim Erstellen der erforderlichen Skizzen-Bemaßung für den Durchmesser wird zuerst die aktuelle Abmessung als Wert angezeigt. Diesen Wert muss man mit dem Namen des zugehörigen Benutzer-Parameters überschreiben.
* Leider wird dazu nicht die komplette Parameter-Liste eingeblendet, sondern man muss zumindest den ersten Buchstaben des Parameters eingeben (Groß-/Kleinschreibung egal) und kann dann eine Auswahl aus der eingeblendeten Liste tätigen:
<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_Bauteil_Stahlscheibe_Skizze_Durchmesser.gif|.]] </div>
* Parametrische Bemaßungswerte sind durch ein vorangestelltes Funktionssymbol '''''fx:''''' gekennzeichnet. Bewegt man den Cursor über die Maßzahl, wird die zugehörige Gleichung eingeblendet (z.B. "'''d3=Durchmesser'''"):
<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_Bauteil_Stahlscheibe_Skizze_Durchmesser_parametrisch.gif|.]] </div>
* "'''d3'''" ist dabei der automatisch vergebene Bezeichner für den Modellparameter, den man dann auch in der Parameterliste findet:
<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_Bauteil_Stahlscheibe_Skizze_Durchmesser_Modellparameter.gif|.]] </div>
* '''''Hinweis'':''' Parameter-Namen können überall innerhalb der Konstruktionsdatei in Ausdrücken benutzt werden (entspricht einer globalen Gültigkeit). Deshalb wird vom Programm gewährleistet, dass kein Name mehrfach vergeben werden kann.
* Nach der vollständigen Bemaßung des Kreises sollte man den Skizziermodus beenden ('''''Skizze fertig stellen''''').

<u>'''Basis-Körper erstellen'''</u>:
* Die Stahlscheiben sollen jeweils eine Dicke von '''0,5xx mm''' besitzen (mit Teilnehmernummer '''xx'''=01..99)
* '''''Volumenkörper > Erstellen > Extrusion''''' mit diesem Abstand ergibt den Körper der "ungelochten Scheibe:
<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_Bauteil_Stahlscheibe_Extrusion_Basis-Koerper.gif|.]] </div>

<u>'''Loch in Scheibe erzeugen'''</u>:
* Das Loch (∅4 mm) im Mittelpunkt der Kreisscheibe wird bei der Fertigung mittels Stanzen erzeugt. Eine subtraktive Extrusion würde diesen Fertigungsschritt im CAD-Modell am Besten abbilden.
* Mittels '''''Volumenkörper > Erstellen > Bohrung''''' erspart man sich jedoch das Skizzieren eines weiteren Kreisprofils und erhält praktisch das gleiche Ergebnis:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_Bauteil_Stahlscheibe_Bohrung.gif|.]] </div>
* '''''Wichtig'':''' Beim Erstellen dieser Bohrung muss die Stahlscheibe für die Bearbeitung aktiviert sein!

<u>'''Material zuweisen'''</u>:
* Mit dem Wissen aus der vorherigen Übung zur [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Komponente_-_Material|'''Definition der Materialeigenschaften''']] weisen wir dem Stahl-Material der Konstruktion die Parameter von '''Stahl C35 bzw. Baustahl S235JR - Werkstoff-Nr. 10037''' zu.
* Damit können wir problemlos die Verwendung gleicher Material-Parameter in den ''Fusion''- und ''Ansys''-Simulationen gewährleisten.
'''Hinweis:'''
* Wenn man ein Material öfter verwenden möchte, bietet es sich an dieses in die Materialbibliothek aufzunehmen, statt es in jedem Projekt neu zu definieren.
* Dazu öffnet man das '''Projekt der ersten Übung''' und wählt in der Konstruktionsumgebung '''MFL > Ändern > Materialien verwalten'''. Es öffnet sich der "Material-Browser".
* In dasselbe Menü gelangt man auch aus der Simulationsumgebung über das '''Kontextmenü''' der '''Studienmaterialien'''.
* Im Material-Browser kann man eigene Bibliotheken anlegen oder die vordefinierten, frei bearbeitbaren "'''Favoriten'''" nutzen. Zur besseren Übersicht lassen sich innerhalb der Favoriten auch Untergruppen erstellen.
* Wir fügen das Material '''Stahl C35''' per '''Rechtsklick''' den '''Favoriten''' hinzu und können es damit auch in der neuen Studie verweden:
[[Datei:Software FEM - Tutorial - 3D-Baugruppe - Bauteil Stahlscheibe Materialzuweisung.gif|zentriert]]

<div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_Bauraum-Definition|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_Bauteil-Platzierung_und_-Verbindung|→]] </div>

Software: FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Randbedingungen

2026-04-23T14:16:50Z

Christoph Steinmann: /* Randbedingungen in Ansys Mechanical */ neuer Menüpunkt geänder

[[Software:_FEM_-_Tutorial_-_FEM-Prozess_2D-Bauteil|↑]] <div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Netzgenerierung|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Belastungsanalyse|→]] </div>
<div align="center"> '''Definieren von Randbedingungen (Lasten & Lagerungen) ''' </div>
=== Randbedingungen ===

Die bei der CAD-Belastungsanalyse betrachteten Lasten (Loads) und Abhängigkeiten (Constraints) bilden zusammen die [http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Randbedingung '''Randbedingungen'''] für die Lösung des partiellen Differentialgleichungssystems, welches das Finite-Elemente-Modell repräsentiert:
* Der Konstrukteur als CAD-Anwender dimensioniert seine Bauteile/Baugruppen mit dem Wissen der [https://de.wikipedia.org/wiki/Technische_Mechanik '''Technischen Mechanik''']. Für ihn ist die Unterscheidung in passive Abhängigkeiten (Lagerungen) und aktive Lasten (äußere Kräfte/Momente) normal und deshalb wichtig.
* Klassische FEM-Programme sind häufig etwas "mathematik-lastig", weil für sie die Lösung der partiellen Differentialgleichung der [http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Strukturmechanik '''Strukturmechanik'''] im Mittelpunkt steht. Pre- und Post-Prozess sind dabei (etwas salopp formuliert) "ein notwendiges Übel", damit der normale Anwender das Gleichungssystem erstellen und seine Lösung interpretieren kann. Aus mathematische Sicht werden deshalb im Pre-Prozess die Abhängigkeiten und Lasten gleichberechtigt als [https://de.wikipedia.org/wiki/Randbedingung '''Randbedingungen'''] behandelt.
* Beim Wechsel vom CAD-System auf ein FEM-Programm sollte man sich dieser unterschiedlichen Sichtweisen bewusst werden.

=== Modellbereiche mit Randbedingungen ===

Das Finite-Elemente-Modell besteht aus einem Netz von Finiten Elementen, welche für den Anwender vordergründig durch ihre Knoten repräsentiert werden:
# Die Lösung der partiellen DGL der Strukturmechanik ergibt primär nur die Koordinaten-Werte für alle Knoten des Netzes.
# Alle Randbedingungen der partiellen DGL der Strukturmechanik wirken nur an Knoten-Teilmengen als
#* Vorgaben für Koordinaten-Werte bzw. für deren Änderungsmöglichkeiten (=partielle Ableitung) bzw.
#* Kräfte, welche aus äußeren Einflüssen resultieren (z.B. aus Einzelkräften, Flächenlasten, Gravitation)

Bevor man eine Randbedingung dem Finite-Elemente-Netz zuweisen kann, muss man die Knoten-Teilmenge bilden, auf welche diese Randbedingung wirken soll:
# '''In der CAD-Belastungsanalyse''' genügt dafür meist ein Mausklick auf eine Kante oder Fläche der Geometrie:
#* Damit sind automatisch alle Knoten ausgewählt, welche auf dieser gewählten Geometrie liegen.
#* Der Vorteil der Bildung von Knoten-Teilmengen auf Basis von ausgewählter Geometrie besteht vor allem darin, dass nach einer Neuvernetzung automatisch wieder die richtige Knoten-Teilmenge gebildet wird.
# '''In "puristischen" FEM-Programmen''' existiert das Finite-Elemente-Netz nach seiner Generierung unabhängig von der Geometrie des modellierten Bauteils:
#* Die Bildung der erforderlichen Knoten-Teilmengen für Netz-Kanten, -Flächen oder -Volumina erfolgt direkt anhand der existenten Netz-Knoten oder -Elementen.
#* Die daraus definierten Knoten-Teilmengen "überleben" deshalb ein Löschen des benutzten Netzes nicht (z.B. bei der Generierung eines besseren Netzes).
#* In früheren Versionen dieser Übung wurde [https://z88.de/z88aurora/ ''Z88Aurora''] als freie und kostenlose Software eingesetzt, das sicher aus Aufwandsgründen in diesem Sinne "puristisch" war, mit allen daraus resultierenden Nachteilen!
#* Teure kommerzielle Systeme gestatten die Zuweisung von Randbedingungen auch über die Geometrie (wie in der CAD-Belastungsanalyse). Die Studentenversion von ''Ansys Mechanical'' lässt sich hier einordnen und macht Definitionen unabhängig vom Netz entsprechend einfach.

=== Randbedingungen in Ansys Mechanical ===
[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Randbedingungen Strinknoten.gif|80px|rechts]]
Um auch den Arbeitsablauf in anderen ("puritischen") FEM-Programmen im Ergebnis dieser Übung nachvollziehen zu können, nutzen wir im ersten Auswahlschritt die Möglichkeit, Komponenten als Kombination einzelner Elemente zu erstellen. Das wäre hier nicht unbedingt notwendig und das simple Anklicken einer Fläche führt in unserem Fall zur selben Lösung. Natürlich bietet Ansys aber auch Optionen, solch grundlegenden Features zu nutzen.
* Falls sie zu Beginn entfernt wurde, blenden wir zunächst die Grafikwerkzeugleiste wieder ein. Diese ermöglicht es uns, gezielter einzelne Netzknoten zu erfassen: '''MFL > Home > Layout > Verwalten > Grafik-Werkzeugleiste'''.
* Dort wählen wir den Auswahlmodus für einen einzelnen Knoten. [[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Randbedingungen Knotenauswahl.gif]]
* Mit diesem Werkzeug klickt man einen beliebigen Knoten auf der Stirnseite des Bauteils an.
* Theoretisch kann man jetzt beliebig einzelne Knoten selektieren. Selbst die einfachsten Programme bieten aber eigentlich Möglichkeiten diesen Prozess etwas zu vereinfachen.
* Im Beispiel wählen wir (mit selektiertem Punkt) unter '''MFL > Auswahl > Auswählen > Speicherort > alle koplanaren Objekte mit der gleichen x-Position''' aus.
* Damit erhalten wir alle Knoten, die wir auch über das Auswählen der Stirnfläche hätten ansprechen können. Dieser manuelle Weg ermöglicht aber natürlich auch weitere Verfeinerungen (die wir hier nicht brauchen).
* Abschließend speichern wir die Auswahl über '''MFL > Auswahl > Komponenten > Erstellen'''.
* Die Auswahl nennen wir "'''sfKnoten'''" (steht für Stirnfläche-Knoten) und bestätigen mit '''ok'''. Für die spätere Nutzung dürfen im Komponentennamen keine Sonderzeichen enthalten sein, obwohl die Mechanical-Oberfläche damit prinzipiell umgehen kann!
* Unsere Auswahl taucht jetzt im Baum der Übersicht auf und lässt sich hier weiter nutzen (z.B. könnte man die Knotennummern auslesen).

FEM-Programme stellen für einen Großteil der Anwendungsfälle Funktionen bereit, um aus der riesigen Anzahl von Elementen und zugehörigen Knoten gezielt Teilmengen auszuwählen und darüber Randbedingungen zu definieren. Wir benötigen in dieser Studie wieder die bekannte Fixierung und Kraftbelastung. Ein Klick auf den Studiennamen '''Statisch-mechanisch (A5)''' in der Übersicht öffnet die Randbedingungen in der MFL ('''''Hinweis:''''' Die konkrete Analyse kann man im Übersichtsbaum oder auch in der Projektübersicht der Workbench umbenennen. Ein eventuell geänderter Name oder eine andere Zellenbezeichnung als A5 ist dann zu beachten):
# '''Fixierung des Lochrands''':
#* In ''Ansys Mechanical'' ist diese Auswahlmöglichkeit für die allermeisten Fälle über die Wahl von CAD-Geometrieelementen, Flächen, Kanten usw. möglich. Der Prozess entspricht dem bekannten Vorgehen aus dem ersten Übungsabschnitt.
#* Diese Funktion ist oft deutlich einfacher, wenn auch weniger "mächtig", als die Selektion einzelner Knoten.
#* Wir wählen im Grafikbereich den Lochrand der Lasche und setzen die Randbedingung auf "'''Fixiert'''"
#* Damit sind alle Freiheitsgrade der Knoten auf dieser Fläche eingeschränkt (fixiert). <div align="center">[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Randbedingungen Lochrand.gif|400px]]</div>
# '''Zugkraft auf Stirnfläche:'''
#* Da wir uns die Arbeit zum Erstellen einer Komponente mit allen Knoten der Stirnfläche bereits gemacht haben, bietet es sich an, diese für den Kraftangriff auch zu nutzen.
#* Wir erstellen zunächst die Kraft-Randbedingung. Dieses Mal mittels Rechtsklick auf '''Statisch-mechanisch (A5)''' im '''Kontextmenü > Einfügen > Knotenkraft''' [[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Randbedingungen FE-Kraft.gif]].
#*'''''Hinweis:''''' Als Zuweisungsmethode ist für FE-Randbedingungen automatisch "Komponente" gesetzt. Der deutsche Begriff "Komponente" ist hier etwas ungünstig gewählt und doppelt vergeben: Unter "Zuweisung" bezeichnet er spezielle Untergruppen unseres Modells (z.B. der Knotensatz an der Stirnseite), bei der Kraftdefinition sind aber Vektor-Komponenten der Kraft mit diesem Wort gemeint.
#* In den Details von "FE-Kraft" muss '''Last durch Anzahl der Knoten teilen''' auf '''Ja''' stehen. Andernfalls wird an jedem Knoten die gesamte Kraft angesetzt.
#* Würde man die Randbedingungen über eine Geometrieauswahl steuern, ließe sich auch einfach die Flächennormale als Richtung nutzen. Bei Knoten ist das nicht vorgesehen.
#* Als Kraft geben wir wieder '''1000 N''' an.
#* Die Richtungskomponente und das Vorzeichen sind so zu wählen, dass die Kraft senkrecht an der Fläche zieht: <div align="center">[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Randbedingungen Zugkraft.gif]]</div>
#* Startet man mit dieser Definition die Simulation und schaut sich die Spannungsverläufe an, fällt ein Unterschied zur Studie in Fusion auf.
#* Die Spannung an der Stirnseite der Lasche ist nicht so homogen wie bisher und auch die dargestellte Verformung entspricht nicht dem erwarteten Ergebnis: <div align="center">[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Randbedingungen Spannungsbild.gif]]</div>
#* '''''Hinweis:''''' Wer diesen Schritt selbst nachvollziehen möchte, muss das entsprechende Ergebnis zunächst hinzufügen: '''MFL > Lösung > Ergebnisse > Spannung > Vergleichs- (von Mises)'''. Details zu den Lösungsansichten in ''Ansys'' folgen später.
#* Das Problem ist, dass die FE-Kraft die Gesamtlast einfach auf die Knoten aufteilt. Im Beispiel sind das etwa 16 N pro Knoten (1000/63).
#* Im realen Belastungsfall wäre die Kraft gleichmäßig über die Fläche verteilt und nicht diskret auf Knoten.
#* Für die FE-Analyse muss man dies berücksichtigen, indem man die Knotenlast nach dem jeweiligen Flächenanteil gewichtet. Das heißt, dass Knoten in der Mitte des Bauteils anteilig mehr Kraft aus der Umgebung aufnehmen als solche am Rand oder in den Ecken des Teils.
#** ''Ansys Mechanical'' ist im Prinzip nur ein grafischer Editor für die mächtige [https://de.wikipedia.org/wiki/ANSYS_Parametric_Design_Language '''ANSYS APDL''']. Beim Klicken auf '''Lösung''' wird intern ein APDL-Skript generiert, welches das eigentliche FE-Modell für den Solver enthält.
#** Unsere FE-Kraft-Randbedingung erzeugt in ADPL eine reine Kraftlast vom Typ [https://ansyshelp.ansys.com/public/account/secured?returnurl=/Views/Secured/corp/v261/en/ans_cmd/Hlp_C_F.html '''F'''] (force) an den gewählten Knoten. Die erwähnte Gewichtung für eine flächige Last ist über [https://ansyshelp.ansys.com/public/account/secured?returnurl=/Views/Secured/corp/v261/en/ans_cmd/Hlp_C_SFE.html '''SFE'''] (surface loads on elements) möglich.
#** Die grafische Oberfläche bietet leider keine direkte Möglichkeit Knoten-basiert eine flächig wirkende Last sauber aufzubringen.
#** Ein Umweg wäre über die Randbedingung FE-Druck mit manueller Umrechnung unserer Zugkraft möglich (1000 N auf 10 mm<sup>2</sup> wären 100 MPa).
#** Stattdessen nutzen wir aber im Folgenden den direkten Weg über APDL. Diesen Ablauf kennenzulernen lohnt sich, weil darüber auch in anderen Anwendungsfällen das volle Potenzial von ''ANSYS Classic'' entfaltet werden kann.
#** Die nachfolgend erzeugten Befehle werden 1 zu 1 ans Ende des über die GUI automatisch generierten Skripts kopiert.
#* Wir '''löschen''' die fehlerhafte '''FE-Kraft''' und '''fügen''' stattdessen '''Befehle''' [[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Randbedingungen Befehle.gif]] ein. Das erzeugte Element in der Übersicht benennen wir in "'''Zugkraft (APDL)'''" um, damit später nachvollziehbar ist, wo die zweite Randbedingung definiert wird.
#* Es öffnet sich über dem Grafikfenster ein Editor, der die Eingabe von APDL-Skripten ermöglicht. Dort fügen wir das folgende Skript ein und vollziehen die Funktion anhand der Kommentare nach:

/SOLU !Springe zum Solution Processor, hier werden Randbedingungen definiert
!-----------------------
kraft=-1000 !Kraft in N
!-----------------------
CMSEL,s,sfKnoten, !Knotenkomponente auswaehlen
ESLN, !Elemente auswaehlen, deren Teil die Knoten sind
*GET,k_anz,node,,count !Knotenanzahl ermitteln
flaeche=0 !Parameter fuer Flaeche anlegen
k_num=0 !Parameter Knotennummer
*DO,i,1,k_anz,1 !Schleife ueber alle Knoten
k_num=NDNEXT(k_num) !ID des naechsten Knoten zuweisen
k_flaeche=ARNODE(k_num) !Flaeche am Knoten ermitteln
flaeche=flaeche+k_flaeche !Flaeche auf Gesamtsumme addieren
*ENDDO
druck=kraft/flaeche !Druck berechnen
ALLSEL !Knotenselektion ruecksetzen
!-----------------------
SF,sfKnoten,PRES,druck !Randbedingung definieren

* Dieses Skript ermittelt aus dem Komponentensatz "sfKnoten" dessen Fläche und errechnet den entsprechenden Druck, der sich aus der im Skript definierten Kraft ergibt. Die Kraft kann man im Skript jetzt beliebig ändern, ohne manuell den Druck entsprechend der Bauteilgeometrie zu berechnen.
* Das Skript erscheint etwas kompliziert, weil wir von unserem zuvor definierten Knotensatz ausgehen. Fortgeschrittene Nutzer könnten auch mit einer Flächenauswahl beginnen oder die Elemente gleich direkt über ADPL-anwählen. Man spart sich dann die Iterationen zur Flächenberechnung.
* '''''Hinweis:''''' Auch dass unser Skript mit dem Befehl [https://ansyshelp.ansys.com/public/account/secured?returnurl=/Views/Secured/corp/v261/en/ans_cmd/Hlp_C_SF.html '''SF'''] arbeitet, liegt am zuvor gebildeten Knotensatz. SF erfüllt die selbe Funktion für Knoten, die SFE bei Elementen übernimmt.

<div align="center">[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Randbedingungen Zugkraft-APDL.gif]]</div>

Damit sind alle Randbedingungen definiert. Das etwas kompliziertere Vorgehen für die Zugkraft ist natürlich nicht immer notwendig. In dieser Übung soll es zeigen, dass vollwertige FEM-Programme deutlich mehr Möglichkeiten als z.B. ''Fusion'' bieten, dabei aber eben auch entsprechende Erfahrungen beim Nutzer voraussetzen. Die normale Kraft [[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Randbedingungen Kraft.gif]], die wir so auch aus dem ersten Übungsteil in ''Fusion 360'' kennen, hätte in diesem Fall sofort das gewünschte Ergebnis erzielt (weshalb wir sie in den folgenden Studien nutzen). Intern funktioniert dieser Button aber genauso wie hier nachvollzogen: aus der gewählten 3D-Geometrie und der angegebenen Kraft wird ein Druck errechnet, der dann mit dem SFE Kommando im APDL-Skript angelegt wird. Natürlich ist das nutzerfreundlicher, solange man nichts an den tiefergehenden Optionen ändern möchte.

<div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Netzgenerierung|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Belastungsanalyse|→]] </div>

Software: SimX - Nadelantrieb - Wirkprinzip - Papier

2026-04-23T12:51:41Z

Christoph Steinmann: /* Papier */ Hinweis zu Achsen bei Riss

[[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip|↑]] <div align="center"> [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_Nadel|←]] [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_Elektromagnet|→]] </div>
<div align="center">[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_magnetantrieb-papier.gif|.]]</div>
== Nadel-Anschlag ==
[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_modell_mit_anschlag.gif|right|.]]
Die Bewegung der Nadel wird durch die Anschläge am Matrizenboden und in der Ruhelage begrenzt:
* Das Gestell der Antriebsbaugruppe bildet hierbei die neutrale Bezugsposition für beide Anschlag-Seiten ('''x=0 mm''').
* Vereinfacht kann man die Stoßvorgänge an beiden Seiten als ideal plastisch an starren Anschlägen betrachten (nach dem Stoß → '''Nadel.v=0 m/s''').
* In der Modell-Bibliothek stehen für die "'''Translatorische Mechanik (1D)'''" zwei Elementtypen für "Anschläge" zur Verfügung:
*# Der allgemeine "'''Anschlag'''", welcher auch eine veränderliche neutrale Position ermöglicht (relativer Anschlag zwischen zwei beweglichen Elementen),
*# Der vereinfachte "'''Anschlag gg.Absolut'''", welche nur für eine fixe neutrale Position genutzt werden kann (absoluter Anschlag eines beweglichen Elementes an ein feststehendes Element).
* Wir wählen das vereinfachte Anschlagselement, da es numerisch robuster und schneller arbeitet als der relative Anschlag.
* Wir konfigurieren das Anschlagselement als "Starren Anschlag" mit "Plastischem Stoß" ohne "Reibung":
** Nach dem Prägen des Papiers befindet sich zwischen Nadelspitze und Matrizenboden eine Papierschicht von ca. '''0,1 mm''' Dicke. Dies entspricht einem Anschlag bei '''-0,55 mm''' auf dieser Seite.
** Die Parameter '''l1''' und '''l2''' beschreiben die '''Abstände''' der beiden Anschlagspositionen in Bezug auf die neutrale Position '''x=0 mm''' (in der "Mitte"):<div align="center">[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_anschlag_parm.gif|.]]</div>
** Die Parameterwerte '''l1''' und '''l2''' für die Abstände vom neutralen Punkt ('''x=0 mm''') sind beide positiv:<div align="center">[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_anschlagparameter.gif|.]]</div>
** '''Hinweis:''' Die Zuordnung von '''l1''' und '''l2''' anhand der Elementdokumentation ist nicht intuitiv, sondern wurde durch ''Trial & Error'' verifiziert!
** Innerhalb des Wegabschnittes '''(l1+l2)''' ist die Kraftwirkung auf ein sich darin bewegendes Element (hier die Nadel-Masse) gleich Null.
** An den Begrenzungen dieses Wegabschnittes (den Anschlägen) wird eine Kraft erzeugt, welche das bewegte Element kurzfristig auf '''v=0 m/s''' abbremst und die weitere Bewegung über die Anschlagsposition hinweg verhindert (plastischer Stoß).
* '''''Achtung'':''' Nach Hinzufügen solch eines "komplexen" Modell-Elements sollte man sofort überprüfen, ob es sich wie gewünscht verhält!
** Die Begrenzung der Nadelbewegung in beiden Richtungen kann man in einem gemeinsamen Experiment testen, indem man die Nadel mit ausreichender Geschwindigkeit in Richtung Matrize "schleudert".
** Dazu setzt man '''Nadel.v0''' auf einen hinreichend großen negativen Wert (im Beispiel: '''-4 m/s''').
** Bei '''-0.55 mm''' muss die Nadel sicher abgebremst werden. Die Feder holt dann die Nadel zurück.
** Bei ''Nadel.x0'' (im Beispiel: '''2 mm''') muss die Nadel wieder zur Ruhe kommen infolge der vorgespannten Feder (im Beispiel: um '''1 mm''' in Bezug auf Nadel.x0):
<div align="center">[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_anschlag_testsignale.gif|.]]</div>
* '''''Hinweise'':'''
** Die obige Konfiguration des Ergebnisfensters ist mittels der Eigenschaftsleiste vorzunehmen. Die erforderlichen Grundlagen dafür haben wir uns während Vorbereitung zu dieser Übungsetappe erarbeitet.
** Die Signale wurden mit der Linienstärke=2 dargestellt, damit sie sich besser von den Linien des Fensters und des Signal-Panels abheben.
** Um die maximale Vorschubbewegung für '''Nadel.x''' einfach überprüfen zu können, wurde zusätzlich eine horizontale Linie (Minimum) eingeblendet, welche für das aktuell ausgewählte Signal wirkt.
** Die Zeit ('''time''') für das Erreichen des Minimum ist abhängig von der konkreten Federsteife ('''Feder.k''' resultierte im Beispiel noch aus einem tZyklus=3,4 ms).

== Vorspannung der Feder in der Ruhelage der Nadel ==

Bisher wurde zum Testen des Bewegungsablaufes der Prägenadel die Rückholfeder um einen konstanten Wert von '''1 mm''' in der Ruhelage der Nadel vorgespannt. Soll unabhängig von der bewegten Masse und der Steife der Rückholfeder eine Stoßfestigkeit von '''20g''' (20-fache Erdbeschleunigung) für das Verbleiben der Nadel in der Ruheposition erreicht werden, ist eine Anpassung an die aktuelle Konfiguration des Feder-Masse-Systems erforderlich:
* In Ruhe muss die Haltekraft der vorgespannten Feder dem 20-fachen Gewicht der bewegten Masse entsprechen, wenn ein Betrieb in horizontaler Lage angestrebt wird.
* Aus '''20*g*Nadel.m = dx*Feder.k''' (mit '''dx=Vorspannung.x-Nadel.x0''' und '''1g=gravity''') → '''Vorspannung.x = Nadel.m*20*gravity/Feder.k''':<div align="center">[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_vorspannungparameter.gif|.]]</div>
* Vor der Simulation mit der aktuellen Vorspannung muss man für die Feder die Protokollierung der Wegdifferenz '''Feder.dx''' aktivieren. Man kann dann nach der Simulation für die wieder eingenommene Ruhelage der Nadel den berechneten Vorspannweg der Feder als Wert von '''Feder.dx''' ablesen (im Beispiel ca. '''0.2 mm''').
* Der Einfluss dieser Vorspannungsänderung auf den Bewegungsablauf ist gering:<div align="center">[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_vorspannung_testsignale.gif|.]]</div>

== Papier ==
Das zu prägende Papier als Wirkstelle muss im Modell berücksichtigt werden, um Aussagen zur Eignung eines Wirkprinzips für den Aktor machen zu können. Im Beispiel wurden aus Messungen beim Prägevorgang folgende vereinfachte Zusammenhänge abgeleitet:
* Die Kraftwirkung des Papiers auf die Nadel ist Null, solange die Nadel die Papieroberfläche noch nicht berührt (Nadel.x>=0.2 mm).
* Während des Eindringens verhält sich die Papieroberfläche wie ein Feder-Dämpfer-Element:
**'''k = 36500 N/m'''
**'''b = 5.5 Ns/m'''
* Nach Erreichen der Rissposition '''xRiss = ‑0.39 mm''' entfällt der elastische Anteil der Kraft (Prägung durch Zerfasern des Papiers). Beim weiteren Eindringen wirkt nur noch der Dämpfungsanteil mit b=5.5 Ns/m.
* Bei der Rückbewegung der Nadel existiert kein Dämpfungsanteil der Kraft.
* Wir benutzen dafür ein '''Feder-Dämpfer-Spiel-Element''' aus der Bibliothek.
Diese ziemlich komplizierte Abhängigkeit der Kraft von der Nadelposition, der Bewegungsrichtung der Nadel und vom Zustand des Papiers wollen wir schrittweise nachbilden:
* Der Elementtyp "Feder-Dämpfer-Spiel" gestattet ähnlich wie der "Anschlag" die Modellierung eines Kraftelements mit einem Spielanteil (kräftefreie Nadelbewegung bis zur Papieroberfläche).
* Wir verwenden die Kraft-Kennlinie dieses Elementtyps als "Papier" und nutzen davon aber nur den blauen Bereich rechts von der Kennlinien-Mitte:<div align="center">[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_spiel_kennlinie.gif|.]]</div>
* Damit die Anfangsposition '''Nadel.x0''' sich auf der Kennlinie bei '''(x1-x2)=0''' befindet, muss man die Walzen-Seite vom "Papier" ebenfalls mit der Position ''Nadel.x0'' belegen. Für die "Walze" auf der Seite von '''x1''' des Papiers verwenden wir wieder ein Vorgabe-Element aus der Mechanik-Bibliothek mit der Funktion "Weg"-Vorgabe x: '''Nadel.x0''':<div align="center">[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_modell_mit_papier.gif|.]]</div>
* Wir konfigurieren das Papier zuerst ohne Berücksichtigung der Bewegungsrichtung der Nadel und des Papierzustands:
**'''k = 36500 N/m''' (Steifigkeit bei Anlage);
**'''b = 5.5 Ns/m''' (Dämpfung bei Anlage);
**'''kL = 0 N/m''' (Steifigkeit im Spiel);
**'''bL = 0 Ns/m''' (Dämpfung im Spiel);
**'''L = 2*(Nadel.x0-0.0002)''' (Spiel); ← ''mit Papierdicke=0.2 mm''
** '''Anfangswerte''' für Feder und Dämpfer '''ohne Vorspannung''';
* Mit der Simulation sollte man dann sofort den richtigen Verlauf der vom Papier auf die Nadel ausgeübten Kraft überprüfen. Dazu "schleudert" man die Nadel wieder hinreichend kräftig in Richtung Papier (im Beispiel '''Nadel.v0=-10 m/s''').
* Wir kontrollieren die relevanten Signalverläufe in einem neuen Ergebnisfenster, welches wir günstig konfigurieren:<div align="center">[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_papierkraefte.gif|.]]</div>
** Die Dämpfungskraft '''Fd=b*v''' ist eine Funktion der Eindring-Geschwindigkeit '''Nadel.v'''.
** Die Federkraft '''Fs=k*x''' ist eine Funktion der Eindringtiefe '''Nadel.x'''.
** '''Hinzufügen horizontaler Linien''' für markante x-Positionen erleichtert die Auswertung der berechneten Kraftverläufe:
**# "'''Minimum'''" mit anschließendem Umbenennen des Namens und Ausblenden des Abszissenwertes zeigt die Position des Nadel-Umkehrpunktes (vollständiges Prägen bei '''-0,55 mm''').
**# "'''Benutzerdefiniert'''" mit dem Namen '''Papier''' und dem Wert '''0.2''' zeigt die Position der Papieroberfläche.
** Befindet sich die Nadel oberhalb der Papieroberfläche, darf das Papier keine Kraft auf die Nadel ausüben!

* Wenn das Modellverhalten den Erwartungen entspricht, fügen wir nun die Richtungsabhängigkeit der Dämpfungskraft hinzu:<div align="center"> '''b=5.5*0.5*(1-sign(Nadel.v))''' </div>Die '''sign'''-Funktion kann nur die Werte '''(-1,0,+1)''' annehmen. Die Dämpfung soll Null sein, wenn sich die Nadel in Richtung der Ruhelage bewegt:<div align="center">[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_papierkraefte_mit_richtung.gif|.]]</div>
* Schwieriger ist die Berücksichtigung des Papierzustandes (glatt bzw. geprägt). Um diesen zu erfassen, muss man einen sogenannten "Ereignisbeobachter" installieren. Dieser überwacht mit Hilfe eines mechanischen "''Bewegungsensors''" die "Nadelbewegung". Erreicht die Nadel die Rissposition von '''‑0.39 mm''', so wird dies als Ereignis "Riss" registriert. Es hat sich als günstig erwiesen, dabei gleich den Ereignis-Zeitpunkt zu erfassen:<div align="center">[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_modell_mit_riss.gif|.]]</div>
* Die "Riss"-Registrierung realisiert das ''spezielle Signalglied'' "''Ereignisgesteuertes Abtastglied''".
* Als "Uhr" kann das Signalglied '''f(x)''' verwendet werden (Funktionswert gleich aktuelle Simulationszeit '''time''').
* Die Ereigniserkennung ist numerisch recht anspruchsvoll. Es darf nur das 1. Ereignis "Nadel erreicht Rissposition" registriert werden (danach ist das Papier "zerrissen").
* Als Ereignis soll nur die Bewegungsrichtung "''von oben nach unten''" registriert werden (von größeren x-Werten kommend).
* Der '''Grenzwert a=‑0.00039''' [m] definiert die Position der Nadelspitze, wo das Ereignis stattfindet.
* Der Anfangswert für die Ausgangsbelegung ist '''y0=0'''.
* Wir überprüfen mit der Simulation in einem neuen Ergebnisfenster, ob das Ereignis ordnungsgemäß registriert wird (zusätzliche benutzerdefinierte horizontale Linie=-0.39):<div align="center">[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_riss_signal.gif|.]]</div>
* '''''Hinweis:''''' Wenn das Signal "Riss.y" nicht auf Anhieb im Ergebnisfenster angezeigt wird, kann das an einer gemeinsamen Achse mit dem Weg liegen. Da die Werte in unterschiedlichen Größenordnungen liegen, werden getrennte y-Achsen benötigt.
* Danach beziehen wir den Zustand des Papiers in die Kraftwirkung des Papier-Elements mit ein:<div align="center"> '''k=36500*(1-sign(Riss.y))''' </div>
* Da die Zeit '''time''' nicht negativ wird, kann die '''sign'''-Funktion hier nur die Werte 0 oder 1 annehmen!
* Wir überprüfen dann den vollständigen Verlauf der Papierkraft auf seine Glaubwürdigkeit: <div align="center">[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_papier_mit_riss.gif|.]]</div>
* '''''Hinweis'':''' Falls sich das Modell der Antriebsmechanik einschließlich der Wirkstelle glaubwürdig und hinreichend richtig verhält, haben wir die erste Hürde überwunden! Nun können wir uns der eigentlichen Fragestellung dieser Entwurfsetappe widmen: "Ist ein E-Magnet als elektro-mechanischer Wandler geeignet?"<div align="center"> [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_Nadel|←]] [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_Elektromagnet|→]] </div>

Software: FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - 2D-Ableitung

2026-04-22T15:53:46Z

Christoph Steinmann: Anpassung neue Menüführung

[[Software:_FEM_-_Tutorial_-_FEM-Prozess_2D-Bauteil|↑]] <div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Modal-Analyse|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_2D-Belastungsanalyse|→]] </div>
<div align="center"> ''' Ableiten eines 2D-Modells ''' </div>

Die betrachtete Lasche entspricht, bis auf die nachträglich ergänzte Fase, einem reinen 2,5D-Bauteil. Man könnte es also mit nur einer Extrusion aus einer ebenen Skizze erstellen. Wir haben außerdem festgestellt, dass man die Verformung in Z-Richtung im Wesentlichen vernachlässigen kann. Belastung und Verformung finden hauptsächlich in der X-Y-Ebende statt. Diese Eigenschaft kann man sich zunutze machen und statt dem komplexen 3D-Modell eine vereinfachte 2D-Version betrachten. Umfangreiche FEM-Programme wie ''Ansys'' unterstützen diese Funktion. Man erhält dadurch ein wesentlich einfacheres Modell, das schneller lösbar ist. Insbesondere bei sehr komplexen Simulationen oder wenn für Optimierungsaufgaben viele Berechnungsläufe notwendig sind, ist das sehr hilfreich.

* Wir wechseln in die Projektübersicht der Workbench und '''duplizieren''' dort unsere '''Statisch-mechanische Analyse A''' (Fest).
* Das Duplizieren dauert einen Moment.
* Die neu erstellte Studie benennen wir sinnvoll, z.B. 2D-Analyse:
[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - 2D-Ableitung Projekt.gif|zentriert|600px]]
* Die Informationen in Zeilen 2 bis 4 wurden beim Duplizieren übernommen.
* Wir können die technischen Daten mit dem Material beibehalten und kümmern uns im Folgenden um die neue Geometrie und den Modellaufbau.

=== Geometrieableitung ===
Bisher haben wir die im CAD-Programm erstellte 3D-Geometrie als STEP-Datei importiert. Für "echte" Bauteile ist das oft auch der richtige Weg. Die Workbench bringt mit ''Ansys SpaceClaim'' aber auch einen eigenen Geometrieeditor mit. Die Geometrie direkt im FEM-Programm zu erstellen, kann gewisse Vorteile haben. Bei Analysen von noch nicht finalen Konzepten hat man so zum Beispiel direkteren Einfluss auf die Geometrieparameter und kann diese einfacher ändern. In unserem Fall lässt sich mit dem Werkzeug die vorhandene Geometrie schnell nachbearbeiten.

* Zum Starten des Unterprogramms Rechtsklick auf Geometrie in Zeile 3 '''Kontextmenü > Geometrie in SpaceClaim bearbeiten'''.
* '''''Hinweis:''''' Die zweite Option "DesignModeler" ist der alte Geometrieeditor, den wir in dieser Übung nicht nutzen.
* '''''Achtung:''''' Ab Version 2023 ist mit "Ansys Discovery" noch ein dritter Editor hinzugekommen. Dieser ist bei neuen Installationen als Standard voreingestellt (bei Start über Doppelklick auf "Geometrie"). Der Standardeditor lässt sich in der Menüleiste der Workbench über '''Extras > Optionen > Geometrieimport''' wieder auf "SpaceClaim" einstellen (aktuell übersichtlicher).
* Es öffnet sich eine Nutzeroberfläche, die in ihrem Aufbau gängigen 3D-CAD Programmen ähnelt. Man findet sich schnell zurecht:

[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - 2D-Ableitung SpaceClaim.gif|800px|zentriert]]

* Für eine 2D-Analyse benötigen wir nur die Kontur des Bauteils ohne Fasen.
* Dazu bietet sich die Funktion '''MFL > Vorbereiten > Analyse > Mittelfäche''' [[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - 2D-Ableitung Mittelflaeche.gif|30px]] an:
** Wie in der 3D-Ansicht beschrieben, wählen wir die '''beiden Deckflächen''' aus.
** In den '''Optionen - Mittelfläche''' am linken Rand den Haken für '''Oberfläche beschneiden''' setzen, ansonsten wird der Lochdurchmesser entlang der Fasenrichtung verändert.
** Die Auswahl links im Grafikfenster mit dem Haken bestätigen [[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - 2D-Ableitung Haken.gif|25px]].
** Den Befehl mit '''ESC''' verlassen.
* Im Struktur-Baum links wird zeitgleich die Volumenstruktur durch Entfernen des Darstellungshäkchens deaktiviert, sodass nur noch die neue Schalengeometrie mit der Fläche aktiv ist:

[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - 2D-Ableitung Flaeche.gif|zentriert]]

* '''''Achtung:''''' Für die 2D-Analyse ist es wichtig, dass die Flächennormale in Z-Richtung des Koordinatensystems zeigt. Sollte dies bei der aus Fusion im portierten Geometrie nicht der Fall sein, kann man die Fläche in SpaceCalim noch über '''MFL > Konstruktion > Bearbeiten > Verschieben''' korrekt ausrichten (Drehpfeile im Grafikbereich nutzen).
* Wir '''speichern''' die Geometrie im Projektordner als '''Lasche_2D_xx.scdoc''' (mit xx Teilnehmernummer).
* SpaceClaim kann man nun beenden und zur Projektübersicht zurückwechseln.

=== Vernetzung ===
* Wir starten '''Ansys Mechanical''' durch Klicken auf Modell in der Lasche 2D-Analyse und bestätigen, dass die Geometrie neu eingelesen werden muss.
* '''''Hinweis:''''' Falls die Geometrie nicht im 3D-Fenster angezeigt wird, kann man diese über den Befehl '''In Fenster zoomen''' [[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - 2D-Ableitung InFensterZoomen.gif]] oder die Taste '''<F7>''' wiederfinden.
* Die Geometrie ist noch mit einem Fragezeichen im Übersicht-Baum versehen. Ein Aufklappen des Baumes zeigt, dass die Materialzuordnung verloren gegangen ist.
* Über die '''Details von "Mittelfläche-[...]"''' kann man im gelb hervorgehobenen Feld wieder '''Stahl C35''' zuweisen.

Im entsprechenden Fenster '''Detail von "Mittelfläche – […]“''' ist unter '''Definition''' zu sehen, dass die Geometrie noch als ein 3D-Objekt behandelt werden soll. In diesem Fall würde das Programm Hexaeder oder Prismenelemente erzeugen, die mit der vorgegebenen Dicke gleichmäßig oberhalb und unterhalb der Mittelfläche herausragen. Wir möchten aber eine echte 2D-Simulation:
* Dazu die '''Dimension''' auf '''2D''' umstellen.
* Nun wird eine weitere Option zum '''2D-Verhalten''' erwartet:
** '''Ebener Spannungszustand''': Es werden sehr dünne Bauteile angenommen, die sich bei mechanischer Beanspruchung in Z-Richtung aufgrund der Querkontraktion verjüngen oder verdicken können. Beispiel: Trommelfell
** '''Ebener Dehnungszustand''': Es werden sehr dicke Bauteile angenommen, die sich bei mechanischer Beanspruchung in Z-Richtung aufgrund der großen Dicke nicht verformen. Beispiel: Radial belastete Walze
** '''Axialsymmetrisch''': Eine um die Z-Achse rotationssymmetrische Struktur. Die zweidimensionale Geometrie zeigt einen Halbschnitt durch diese Struktur. Beispiel: Symmetrisch belasteter O-Ring
** '''Allgemein Achsensymmetrisch''': Annahme eines sehr dicken Bauteils, das mit einem konstanten Radius gekrümmt ist. Es ist also wie ein Ausschnitt einer axialsymmetrischen Struktur zu verstehen. Beispiel: Gebogene Glasfaser
* Wir können ein eher dünnes Bauteil annehmen und wählen '''Ebener Spannungszustand''' unter '''Details von "Mittelfläche – […]“> Definition> 2D-Verhalten''':

[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - 2D-Ableitung Geometrieoptionen.gif|zentriert|700px]]

Obwohl weder unsere Fläche noch das Netz eine Höhe hat, kann unter Definition weiterhin eine Dicke angegeben werden. Dies hat den Hintergrund, dass zwischen absoluten Kräften und flächenbezogenen Spannungen umgerechnet werden muss. Wird unsere Kraft auf ein 1 mm dickes Blech aufgetragen, so sind die inneren mechanischen Spannungen aufgrund des Zusammenhangs '''𝜎 = 𝐹/𝐴''' größer als bei einem 10 mm dicken Vierkant. Offensichtlich wurde die Dicke von 1 mm bereits von ''SpaceClaim'' übermittelt und wir brauchen den Wert nicht verändern.

Nun können wir uns um das Netz kümmern. Das ist zunächst noch mit einem Fragezeichen markiert, da die angewendete '''Elementgröße auf Fläche''' nach der Umstellung auf das 2D-Netz noch keinen Bezug hat.
* Wir weisen die Geometrie der Lochkante erneut zu und erhöhen die '''Elementgröße''' zunächst auf '''0,1 mm'''.
* Außerdem können wir die '''Netzgröße'''-Option in den '''Details von "Netz" > Größenbestimmung''' wieder auf '''Adaptiv''' setzen.
* Anschließend das Netz '''Erstellen'''.
* '''''Hinweis:''''' Wenn wieder ein Volumenkörper dargestellt wird, ist das nur ein optischer Trick. Über '''MFL > Anzeige > Stil > Dicke Schalen und Balken''' kann man auf das echte 2D-Netz umschalten.
* Es werden standardmäßig Viereckselemente generiert. Das ist für uns von Vorteil, weil Viereckselemente bei gleicher Netzdichte eine effizientere Berechnung als mit Dreieckselementen erlauben.
* Da wir nun zweidimensional rechnen, ist bei gegebener maximaler Knotenanzahl eine deutlich feinere Vernetzung möglich.
* Zusätzlich zur Elementgröße an der Bohrungskante verkleinern wir die allgemeine '''Elementgröße''' unter '''Details von "Netz“> Standardeinstellungen> Elementgröße''' auf '''0,4 mm'''.
* Für das aktualisierte Netz betrachten wir die Elementqualität.
* Dazu in '''Details von "Netz"''' den '''Anzeigestil''' auf '''Elementqualität''' stellen (funktioniert auch bei 3D-Netzen).
[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - 2D-Ableitung Netzqualität.gif|zentriert]]
* Es fällt auf, dass am Lochrand einige Elemente rot eingefärbt sind.
* Die minimale Netzqualität liegt im Beispiel bei 0,26.
* Laut Handbuch führt erst eine Qualität unterhalb von 0,02 zu "wirklich" fehlerhaften Ergebnissen.
* Es gibt verschiedene Optionen, den aktuellen Minimalwert zu verbessern. Darunter leidet aber oft die Netzqualität insgesamt. Wir akzeptieren deshalb hier die einzelnen, sehr schlechten Elemente an den numerisch kritischen Stellen des Lochrandes.

=== Randbedingungen ===
Bei den Randbedingungen orientieren wir uns am Lastfall für die Spielpassung.
* '''Löschen''' von duplizierten Randbedingungen.
* An der hinteren Kante erfolgt wieder eine '''Fixierte Lagerung'''.
* Im Loch soll die '''Bolzenlast''' mit dem '''individuell ermittelten Kraftwert''' für einen Sicherheitsfaktor S >= 2 genutzt werden.

<div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Modal-Analyse|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_2D-Belastungsanalyse|→]] </div>

Software: CAD - Tutorial - Baugruppe - Zusammenbau - Normteile

2026-04-21T12:54:34Z

Christoph Steinmann: Hinweise zu Normteilen Laufwerk Z

[[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Baugruppe|↑]] <div align="center"> [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Baugruppe_-_Zusammenbau_-_Bauteile|←]] [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Baugruppe_-_Zeichnungssatz_-_Praesentation|→]] </div>
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Baugruppe_-_Zusammenbau_normteil_schraube.gif| ]] </div>
<div align="center"> ''' Verwendung von Normteilen ''' </div>
Die Bolzen sind jeweils mit Zylinderkopfschraube, Scheibe und Sicherungsring in den Bohrungen der Platine zu befestigen. Dafür verwendet man Normteile, welche vom ''Autodesk Inventor'' im sogenannten ''Inhaltscenter'' bereitgestellt werden.<br>[[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_button_aus_inhaltscenter_platzieren.gif| ]]<br>Normteile werden genauso platziert wie Bauteile (Komponenten), allerdings entnimmt man sie dem Inhaltscenter. Mittels der Filterfunktion [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Baugruppe_-_Zusammenbau_normteile_inhaltcenter_filter.gif| ]] sollte man die Anzeige auf die '''DIN'''-Elemente beschränken, welche für den deutschen Sprachraum gültig ist. Einbezogene europäische und ISO-Normen sind dann als '''DIN EN''' bzw. '''DIN EN ISO''' gekennzeichnet:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Baugruppe_-_Zusammenbau_normteile_inhaltscenter.gif| ]] </div>[[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Baugruppe_-_Zusammenbau_normteile_schraubverbindung.gif|right]]
Wir beginnen nun mit dem Verschrauben. Den Ablauf üben wir zuerst an einer einzelnen Schraubverbindung, bevor wir mit der "Serienproduktion" beginnen:
* '''''Wichtig:'''''
** '''Abschalten der AutoDrop-Funktion''' - diese unterstützt das automatisierte, interaktive Bestimmen der erforderlichen Größen der Verbindungselemente und der Zusammenbau-Abhängigkeiten.
** Als Anfänger üben wir zuerst die bewusste Auswahl der Verbindungselemente und ihre manuelle Montage.
* Zylinderkopfschraube mit Schlitz '''DIN EN ISO 1207-M5x8'''
* Zugehörige einfache Unterlegscheibe '''DIN 125-1 A'''
* Zugehöriger Federring '''DIN 128'''
Nach dem "Ablegen" der einzelnen Normteile auf einen "freien" Platz in der Baugruppe kann man die konkreten Größe mittels Dialogfenster festlegen (Werte mit * sind zu vermeiden!):<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Baugruppe_-_Zusammenbau_normteil_schraubengroesse.gif| ]] </div>

Wir montieren die abgelegten drei Normteile manuell. Das Zusammenbauen der Teile sollte dabei in der gleichen Reihenfolge erfolgen, wie in der Realität:
* Zuerst legen wir die Scheibe mittels der Abhängigkeit "Einfügen" direkt auf eine Bohrung der Platine.
* Danach legen wir wieder mittels "Einfügen" den Federring auf die Scheibe.
* Die Unterseite des Schraubenkopfes wird dann mittels der Abhängigkeit "Einfügen" mit der Oberseite des Federrings verbunden:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Baugruppe_-_Zusammenbau_normteile_erste_verschraubung.gif| ]] </div>
* Wir können diese drei Normteile nach dem Zusammenbau mit dem Mauszeiger noch drehen, was man jedoch nur bei Schraube und Federring sieht. Das stört in unserem Beispiel nicht. Ein Verschieben ist nicht mehr möglich.

Abschließend verschrauben wir die restlichen 7 Bolzen-Enden in den Platinen:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Baugruppe_-_Zusammenbau_normteile_7x_vorbereitung.gif| ]] </div>
* Die benötigten Teile kann man direkt aus dem Modell-Browser herüberziehen (auch Kopieren/Einfügen ist möglich).
* Bei der Montage ist intensives Schieben, Zoomen und Drehen erforderlich, um eine günstige Sicht auf die Montagestellen zu erreichen.
* Bei jeder einzelnen Abhängigkeit das "Anwenden" nicht vergessen!
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Baugruppe_-_Zusammenbau_normteile_fertig.gif| ]] </div>

Bei soviel Arbeit fragt man natürlich nach Rationalisierungsmöglichkeiten:
* Nach der Montage der ersten Schraubverbindung ist es möglich, die drei Verbindungselemente gemeinsam zu markieren und per ''Drag&Drop'' in das Grafikfenster zu ziehen:
* Dabei wird eine Kopie dieser Elemente einschließlich ihrer internen Abhängigkeiten erzeugt.
* Das Erzeugen solch einer Kopie an der aktuellen Cursor-Position gelingt auch, wenn man die markierten Normteile zuvor in die Zwischenablage kopiert ('''Strg+C''') und dann einfügt ('''Strg+V''').
* Es genügt nun eine einzelne Einfüge-Abhängigkeit, um diese "vormontierten" Teile mit dem nächsten Bolzen zu verbinden.
'''''Achtung'':''' Nach dem Speichern der komplett montierten Baugruppe sollte man unbedingt überprüfen, ob Maßänderungen in den Bauteilen zu einer "Zerstörung" des Zusammenbaus führen! Dazu sind zumindest die Bolzen-Längen und die Lochraster-Abstände in den Platinen zu ändern. Danach ist eine [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_button_lokale_aktualisierung.gif|middle]] in der Baugruppe zu veranlassen, wobei sich alle Bauteile wieder richtig zueinander anordnen müssen. Nach erfolgreichem Test sind alle Maßänderungen wieder rückgängig zu machen!

'''''Wichtig'':'''
* Nach dem Verwenden von Normteilen ist es praktisch nicht mehr möglich, einen Transport des CAD-Projektes zwischen verschiedenen Computern durch einfaches Kopieren des Projekt-Ordners zu realisieren!
* Möchte man den Bearbeitungszustandes des aktuellen Projektes für den Transport sichern, so muss dies mit dem Tool '''Pack&Go''' erfolgen.
* [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Baugruppe_-_Projekte_-_Pack_and_Go|'''Nutzung von Pack&Go''']] → Siehe letzter Abschnitt dieser Übungsanleitung!

'''''Normteile im PC-Pool:'''''
* Damit man bei der Arbeit im PC-Pool das Projekt nicht jedes mal per Pack&Go sichern und snchließend wieder importieren muss, können die Normteile auch auf dem Homelaufwerk Z gespeichert werden. Damit sind sie zwischen den Poolrechnern übertragbar.
* Dazu zunächst die bestehende Arbeit speichern und alle geöffneten Dateien in Inventor schließen.
* Beim '''aktiven Projekt''' die Einstellungen Öffnen (Starbildschirm oder Datei > Verwalten > Projekte) und den Punkt '''Ordneroptionen''' ausklappen.
* Hier muss der Ort für die '''Inhatlscenter-Dateien''' bearbeitet und auf einen Pfad im Laufwerk Z geändert werden.
* Sollten schon Normteile im Projekt vorhanden sein, muss man diese anschließend noch vom ursprünglichen Pfad ins Laufwerk Z kopieren. Neu hinzugefügte Teile landen automatisch am richtigen Ort. Der Standardpfad ist "C:\Users\BENUTZERNAME\Documents\Inventor\Content Center Files". Hier den gesamten Ordner "R20xx" der aktuellen Inventorversion kopieren und im neuen Pfad im Laufwerk Z einfügen.
<div align="center"> [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Baugruppe_-_Zusammenbau_-_Bauteile|←]] [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Baugruppe_-_Zeichnungssatz_-_Praesentation|→]] </div>

Software: FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Netzgenerierung

2026-04-17T13:59:49Z

Christoph Steinmann: Ergänzungen für geändertes Verhalten in R2026

[[Software:_FEM_-_Tutorial_-_FEM-Prozess_2D-Bauteil|↑]] <div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys-GUI|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Randbedingungen|→]] </div>
<div align="center"> ''' Netzgenerierung ''' </div>

Verfolgen wir die geführte Konfiguration der Studie weiter, fällt als Nächstes der kleine Blitz vor dem Netzelement auf [[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Netzsymbol-Blitz.gif]]. Das bedeutet grundsätzlich, dass wir mit diesem Element noch etwas tun müssen. Später kann es sich hier um Aktualisierungen handeln, zu Beginn ist natürlich erst ein initiales Netz erforderlich. Die importierte Geometrie zu vernetzen ist prinzipiell ähnlich einfach wie bei ''Fusion 360'':
* Im Baum der '''Übersicht''' mit Linksklick das '''Netz anwählen''' und dann über '''MFL > Netz > Erstellen''' ein erstes automatisches Netz generieren. Alternativ funktioniert auch der Weg über das Kontextmenü vom Netz, hier "'''Netz erstellen'''" auswählen.
* Die genutzten Standardeinstellungen erzeugen ein Netz, das dem aus [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Komponente_-_Belastung_-_Netzgenerierung|Abschnitt A]] der Übung sehr ähnlich sieht.
<div align="center">
[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Netzgenrerieung Standard.gif|600px]]
</div>
[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Netzgenrerieung Hexaeder.gif|300px|rechts]]
* Dieses Netz besteht wie in Fusion aus '''Tetraedern'''.
* '''''Hinweis:''''' Sollte das Netz mit den konkreten Geometrieparametern (Teilnehmernummer) automatisch aus Hexaedern bestehen, kann man ein Tetraedernetz erzwingen (für die folgenden Schritte notwendig). Dazu erzeugt man über '''MFL > Netz > Steuerungen > Methode''' eine konkret definierte Vernetzungsmethode. Nach Zuweisen des Körpers als Geometrie wählt man in den Details '''Methode > Tetraeder'''.
* Die automatische Wahl des Elementtyps ist in unserem Fall aber nur aus einem bestimmten Grund gleich: Die Lasche besitzt eine vergleichsweise kleine Fase, die die Gesamtgeometrie schwerer vernetzbar macht.
* Würde man die Fase aus der 3D-Geometrie entfernen, entstünde mit den Automatismen von ''Ansys'' ein gleichmäßigeres Netz aus '''Hexaeder'''-Elementen (siehe Abbildung).
* Diese Wahl ist sinnvoll, da Hexaeder genauere Ergebnisse in der Simulation erzielen.
* Bei Fusion hatten wir keine Möglichkeit, diesen genaueren Elementtyp für unser FE-Netz zu definieren. Lediglich die Ansatzfunktion kann dort zwischen linear und quadratisch verändert werden.
* ''Ansys'' verfügt über eine deutlich umfangreichere Vernetzungsfunktion, die sich viel feiner einstellen lässt. Damit wäre es auch möglich, das automatisch generierte Netz in weiten Teilen wieder aus Hexaedern aufzubauen.
* Bei quadratischen Ansatzfunktionen ist der Unterschied in der Ergebnisgüte zwischen Tetraedern und Hexaedern aber deutlich geringer als bei linearen.
* Da sich Tetraeder-Netze besser an beliebige Geometrien anpassen lassen, nutzen viele Programme mit vereinfachter FEM-Funktion (z.B. ''Fusion'') vorzugsweise diesen Elementtyp. Auch im Praxiseinsatz ist man mit diesem Netztyp oft schneller, weshalb Ansys für die komplizierte Geometrie mit Fase ebenfalls zu diesen Elementen wechselt.
* '''''Achtung:''''' Tetraeder mit linearer Ansatzfunktion sollten aber wegen der geringen Ergebnisgüte vermieden werden!

Im Folgenden werden wir das Tetraeder-Netz beibehalten und an unsere Studie in ''Autodesk Fusion'' anpassen. Damit ist eine bessere Vergleichbarkeit der Arbeitsabläufe und Ergebnisse gegeben. Wie man ein formal besseres Netz aufbaut, zeigt sich dann noch am Ende dieser Übung.
Im Vergleich zu den bisherigen Studien ist das automatisch generierte Netz noch zu grob. Wir passen es also weiter an:

* Nach Auswahl von '''Netz''' in der Übersicht werden dessen Eigenschaften im '''Detailfenster''' angezeigt.
* Eine einheitliche globale Elementgröße lässt sich in den Details mit der Option '''Standardeinstellungen > Elementgröße''' definieren.
* Ein Klick auf den Wert "Standardeinstellung" zeigt, dass hier "0" als Standard interpretiert wird.
* In dieses Feld tragen wir die gleiche Elementgröße wie in ''Fusion'' ein: '''1 mm'''.
* '''''Hinweis:''''' Die Zahlenwerte in den Optionsfeldern werden im aktuellen Einheitensystem interpretiert. Standardmäßig muss die Größe also in '''m''' eingetragen werden. Man kann zur Eingabe der Werte das Einheitensystem wechseln, um sich die Arbeit mit Nachkommastellen zu vereinfachen.
* Da der Mesher von ''Ansys'' trotzdem versucht, das Netz nur in wichtigen Bereichen so fein wie nötig und an unkritischen Stellen so grob wie möglich zu gestalten, müssen wir je nach genutzter Programmversion noch die "Adaptive Größe" oder die Voreinstellung "Grob" abschalten.
* Unter Details von "Netz" '''Größenbestimmung > Netzgröße > Erweitert''' auswählen.
* Es wird dann eine neue Option '''Größenbestimmung > Wachstumsrate''' angezeigt, deren Wert wir auf '''1,2''' setzen. Das bedeutet, dass der Vernetzer Elemente maximal um den Faktor 1,2 größer anlegt als deren Nachbarn. Dadurch werden die Übergänge feiner gestaltet als mit der Standardeinstellung von 1,85.
* Für eine bessere Anpassung an Fusion setzen wir außerdem noch folgende Einstellungen in den Details von Netz: '''Größenbestimmung > Netzstandards > Mittel''' und '''Größenbestimmung > Krümmung erfassen > Nein'''
* Damit die Anpassung wirksam wird, muss man das Netz über '''Kontextmenü > Aktualisieren''' oder '''MFL > Netz > Aktualisieren''' neu erzeugen.
<div align="center>[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Netzgenrerieung Elementgroesse.gif|600px]]</div>
* Das resultierende Netz sollte in etwa unserem ersten Entwurf in ''Fusion'' entsprechen.

Nach der ersten Belastungsanalyse hatten wir in ''Fusion'' neben der Fase auch eine entsprechende lokale Netzverfeinerung ergänzt. Diese fehlt im Ansys-Modell noch.
[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Netzgenrerieung Kantenauswahl.gif|rechts]]
* Mit Rechtsklick auf "Netz" in der Übersicht findet man die Option '''Kontextmenü > Einfügen > Elementgröße'''. Alternativ auch wieder abrufbar über '''MFL > Netz > Steuerung > Elementgröße''' [[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Netzgenrerieung Button Elementgroesse.gif]].
* Im Detailfenster wird anschließend automatisch die Option '''Geometrie''' gelb markiert.
* Man wählt dann im Grafikbereich beide Fasenflächen (Kombination über <Strg>-Taste), sodass diese grün hinterlegt sind.
* Bei Klick auf "Keine Auswahl" im Detailfenster erscheint der Button "'''Anwenden'''", mit dem wir unsere Auswahl bestätigen.
* Die "Elementgröße" ist eine Option, um in Ansys lokale Netzbereiche zu steuern. Sie ermöglicht die direkte Angabe einer gewünschten Netzgröße am gewählten Geometrieelement.
* In ''Fusion'' hatten wir die Fasen mit einem sehr feinen Netz ausgestattet. Die Studenten-Version von ''Ansys Mechanical'' beschränkt die maximale Größe von Modellen aber auf 128.000 Netzknoten, weshalb wir hier ein etwas gröberes Netz wählen.
* Unter '''Definition > Elementgröße''' stellen wir als Zielwert '''0,06 mm''' ein (in ''Fusion'' waren es 0,03 mm).
* Abschließend muss man das Netz erneut aktualisieren.

<div align="center">[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Netzgenrerieung abgeschlossen.gif|600px]]</div>

Das Netz ist damit recht gut mit unserer Studie in ''Autodesk Fusion'' vergleichbar und wir können die Konfiguration fortsetzen. Abschließend sollte man noch kontrollieren, ob die Netzgröße die erwähnte Größenbeschränkung der Studenten-Lizenz nicht überschreitet. Diese findet man in den '''Details von "Netz"''' ganz unten unter '''Statistik'''. Das abgebildete Beispiel liegt mit knapp unter 117.000 Knoten noch unter der Grenze von 128.000.

* '''''Achtung:''''' Im PC-Pool läuft Ansys mit einer Teaching-Lizenz. Diese ist nicht wie die Studenten-Lizenz in der Netzgröße beschränkt. Damit das Projekt auch mit der frei verfügbaren Softwareversion nutzbar bleibt, sollte man sich trotzdem an die Netzgrößenbeschränkung halten.

<div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys-GUI|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Randbedingungen|→]] </div>

Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Netzgenrerieung Elementgroesse.gif

2026-04-17T13:59:26Z

Christoph Steinmann: Christoph Steinmann lud eine neue Version von Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Netzgenrerieung Elementgroesse.gif hoch

Elementgößen in Ansys reduzieren

Software: FEM - Tutorial - Elektrostatik - Fusion - CAD-Modell

2026-04-13T08:49:53Z

Christoph Steinmann: /* Konstruktion */ hybrid ergänzt

[[Software:_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik|↑]] <div align="center"> [[Software:_FEMM_-_Elektrostatik_-_OBC-Script|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_elektrostatische_Simulation|→]] </div>
<div align="center"> '''Parametrisiertes CAD-Modell''' </div>
<div align="center"> [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Fusion|''Bei Bedarf → Autodesk Fusion 360 (Schnellstart)'']] </div>
=== Projekt ===

* Mit unseren Erfahrungen aus den vorherigen Übungen erstellen ein neues Projekt und nennen es "'''FEM3_in_CAD_xx'''" (mit Teilnehmer-Nr. '''xx=01...99''') und wählen es als aktives Projekt.
* '''''Wichtig'':''' In den Nutzer-Voreinstellungen soll die "'''Vorgabeausrichtung beim Modellieren'''" auf "'''Y nach oben'''" gesetzt werden, um eine Übereinstimmung zwischen dieser Anleitung und der Ausrichtung im Fusion herzustellen. Danach muss die "unbenannte" Konstruktion geschlossen werden, weil diese Voreinstellungen erst für neue Konstruktionen wirken!

=== Konstruktion ===

* Wir speichern [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Fusion-Button_-_Datei_Speichern.gif|middle]] die noch unbenannte hybride Konstruktion unter dem Namen "'''Leiterplatte_xx'''" (mit Teilnehmer-Nr. '''xx=01...99''').

=== Top-down-Entwurf der Modell-Geometrie ===

==== Modellraum definieren und skizzieren ====

Der als Finite Elemente Modell vernetzte Raum unterscheidet sich von der realen Geometrie der zu untersuchenden Konstruktion (Bauteil bzw. Baugruppe). Die Unterschiede werden durch folgende Aspekte bestimmt:
# '''Besonderheiten des benutzten FEM-Programms'''
#* Basis für die Ermittlung der elektrischen Kapazität '''C''' eines Leiters zur Nullpotentialfläche ist der Zusammenhang zwischen der Spannung '''U''' und der Ladungsmenge '''Q''' auf dem Leiter ([https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Kapazität '''"Definitionsgleichung"''']):<div align="center"> '''C=Q/U'''</div>
#* Nutzt man die Analogiebeziehungen zwischen Wärme und elektrostatischem Feld, so benötigt man als Ergebnis der thermischen Simulation die Temperaturdifferenz '''T''' [Kelvin] zwischen Leiter und Bezugspotential (Null), sowie den Wert des Wärmestroms '''Φ''' [Watt] im Leiter:
#* Welche dieser thermischen Größen man als Randbedingung vorgibt und welche Größen innerhalb der Simulation berechnet werden können, wird durch die Eigenschaften des verwendeten Thermo-Solvers bestimmt.
#* Da ''Fusion 360'' nicht direkt den integralen Wärmestrom durch eine Hülle berechnen kann, muss man die Temperatur des Bezugspotentials und den Wärmestrom in der Leitergeometrie vorgeben. Berechnet wird dann daraus die Temperatur des Leiters.
#* Die Solver von ''Fusion 360'' unterstützen nur 3D-Volumen-Elemente in Form von Tetraedern mit unterschiedlichen Ansatzfunktionen. Der thermische Solver ist dabei auf Tetraeder mit linearer Ansatzfunktion beschränkt.
# '''Vereinfachungen der realen Geometrie''' (z.B. Details weglassen, Reduktion 3D → 2D, Ausnutzung von Symmetrie-Eigenschaften):
#* Die Masse-Ebene aus Kupfer kann entfallen, weil das Null-Potential direkt als Randbedingung auf der Unterseite des Laminats definierbar ist.
#* Der Kupfer-Leiterzug wird als Materialbereich für die Einspeisung und Verteilung des Wärmestroms benötigt, welcher die Ladungsmenge auf dem Leiter repräsentiert.
#* Ungünstig ist für unser Beispiel, dass wir auf Grund der Fusion-Solver ein 3D-Modell entwickeln müssen, obwohl prinzipiell ein 2D-Modell völlig ausreichend wäre!
#* Anstatt eines Meters bilden wir im 3D-Modell nur eine Tiefe von '''0.1 mm''' ab! Damit ist noch eine anschauliche Umrechnung auf 1 m möglich und eine harmonische Vernetzung der kleinen Strukturen realisierbar.
#* Wir nutzen wie im FEMM-Modell die Symmetrie-Eigenschaften.
# '''Einfluss der Umgebung''' (Koppelstellen und "unendlicher Raum"):
#* Die elektrische Kapazität zwischen Leiterzug und Massefläche wird durch das gesamte elektrostatische Feld bestimmt, welches sich um den Leiterzug im Laminat und im Luftraum bildet. In ''Fusion 360'' ist es nicht möglich, diesen "unendlichen" Raum durch entsprechende Randbedingungen an einem Kreisbogen zu beschreiben.
#* Infolge der erforderlichen 3D-Vernetzung sollte das zu vernetzende Volumen möglichst klein gehalten werden.
#* Wir verwenden die gleichen Abmessungen wie bei dem FEMM-Modell, um die Ergebnisse direkt vergleichen zu können.

Damit umschließt der Modellraum einen gedachten '''Quader (L<sub>X</sub>,L<sub>Y</sub>,L<sub>Z</sub>)''' von '''5 x 2,5 x 0,1 mm³''', den wir aus einer Rechteck-Skizze in der '''XY'''-Ebene konstruieren:
# <u>'''Parameter definieren</u> (''Werkzeug > Ändern > Parameter ändern''):
#* Im Prinzip würde es ausreichen, wenn man die Werte der Modellbemaßung direkt in den Skizzen oder Extrusionen eingibt.
#* Im Sinne einer übersichtlichen, zentralen Änderungsmöglichkeit ist es günstig, dafür Benutzerparameter zu definieren:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_CAD-Modell_-_Parameter_Modellraum.gif| ]] </div>
#* '''Speichern''' [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Fusion-Button_-_Datei_Speichern.gif|middle]] des aktuellen Bearbeitungszustandes der Konstruktion erzeugt immer eine neue Version (hier '''v2'''). Diese sollte man mit einer sinnvollen Versionsbeschreibung versehen, damit man später bei Bedarf auf eine gewünschte Vorgängerversion zurückgreifen kann:<div align="center">[[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Analyse_-_Fusion_360_-_Benutzerparameter_definiert_Speichern.gif| ]]</div>
# <u>'''Basis-Skizze erstellen'''</u>:
#* Wir erstellen die für die Skizzierung des Modellraums erforderliche Basis-Skizze in der XY-Ebene des Ursprung-Systems:<div align="center">[[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_CAD-Modell_-_Modellraum_Skizze_in_XY.gif| ]]</div>
#* Danach befindet man sich im Skizzen-Modus. Die zugehörige Skizzen-Palette kann in Größe und Position frei auf dem Desktop geändert werden:<div align="center">[[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_CAD-Modell_-_Modellraum_Skizze_Rechteck.gif| ]]</div>
#* Am Mittelpunkt des Ursprung-Koordinatensystems platzieren wir den Mittelpunkt eines Rechtecks. Der Eckpunkt des Rechtecks bestimmt nur die Größe des gezeichneten Rechtecks, ohne diese Größe durch eine Skizzen-Bemaßung festzulegen.
#* Beim Ergänzen der Skizzen-Bemaßung wird zuerst die aktuelle Abmessung als Wert angezeigt. Diesen Wert muss man mit dem Namen des zugehörigen Benutzer-Parameters überschreiben.
#* Leider wird dazu nicht die komplette Parameter-Liste eingeblendet, sondern man muss zumindest den ersten Buchstaben des Parameters eingeben (Schreibweise egal) und kann dann eine Auswahl aus der eingeblendeten Liste tätigen:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_CAD-Modell_-_Modellraum_Rechteck_Bemaszung.gif| ]] </div>
#* Die parametrischen Bemaßungswerte sind durch ein vorangestelltes Funktionssymbol '''''fx:''''' gekennzeichnet. Bewegt man den Cursor über die Maßzahl, wird die zugehörige Gleichung eingeblendet (z.B. "'''d4=Lx'''"):<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_CAD-Modell_-_Modellraum_Rechteck_Maszgleichung.gif| ]] </div>
#* In der Parameter-Liste wurden zugehörig zur Skizze1 im Beispiel die Modell-Parameter '''d4''' und '''d5''' ergänzt:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_CAD-Modell_-_Modellraum_Rechteck_Modellparameter.gif| ]] </div>
# <u>'''Tiefe des Modellraums durch Versatz-Ebene definieren'''</u>:
#* Der 3D-Modellraum soll nur in Form von Skizzen und sogenannter Konstruktionsgeometrie aufgespannt werden, ohne selbst als Volumenkörper in Erscheinung zu treten. In diese "skizzierte" Umrahmung des Modellraums passen sich dann die einzelnen Materialbereiche des Leiterplatten-Modells mit ihren unterschiedlichen Materialien ein.
#* In den nutzerspezifischen Voreinstellungen könnte man das Skizzieren von Linien und Splines in 3D aktivieren, was wir hier aber vermeiden!
#* Im Beispiel genügt eine um die Tiefe des Modellraums zur Basis-Skizze versetzte Konstruktionsebene für die Vorgabe der Extrusionshöhen der einzelnen Modell-Bereiche ('''''Werkzeug > Konstruieren > Versatzebene'''''):<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_CAD-Modell_-_Modellraum_Konstruieren_Versatzebene.gif| ]] </div>
#* '''''Wichtig'':'''<br>Als Wert für den Versatz=0,1 ist der benutzerdefinierte Parameter '''Lz''' für die Modell-Tiefe zuzuweisen!
#* '''''Hinweis'':'''<br>Die in der Werkzeug-Gruppe "Konstruieren" erstellbare 3D-"Konstruktionsgeometrie" (Ebenen, Achsen, Punkte) entspricht den "Arbeitselementen" z.B. im ''Autodesk Inventor''. Diese 3D-Elemente dienen als Hilfskonstruktionen für die Orientierung und Platzierung der eigentlichen Modell-Geometrie.

==== Material-Bereiche in den Modellraum einbinden ====

Es bestehen im ''Fusion 360'' zwei grundsätzliche Möglichkeiten, unterschiedliche Material-Bereiche innerhalb einer Konstruktion zu definieren:
# Als separate Körper innerhalb einer (Bauteil-)Komponente, wobei jeder Körper eigene Materialeigenschaften besitzen kann.
# Als (Bauteil-)Komponenten einer (Baugruppen-)Komponente, wobei jedes Bauteil jeweils nur aus dem Körper des entsprechenden Material-Bereichs besteht.
Wir benutzen die erste Möglichkeit und modellieren die Leiterplatte damit als ein Verbund-Bauteil, welches aus unterschiedlichen Material-Bereichen besteht.

===== Elektrostatische Materialien definieren =====

Bevor wir die Material-Bereich als Körper modellieren, konfigurieren wir mittels '''''Werkzeug > Ändern > Material''''' innerhalb der Konstruktion die erforderlichen elektrostatischen Materialien:
* Die benötigten Materialien (oder möglichst ähnliche) ziehen wir per '''Drag & Drop''' aus der Material-Bibliothek in die "Konstruktion".
* Standardmäßig befindet sich bereits "Stahl" als Material in der Konstruktion und kann dort nicht gelöscht werden. Wir ergänzen z.B.:
** '''Metall > Kupfer, geschmiedet'''
** '''Kunststoff > Laminat, Weiß, matt'''
** '''Gas > Luft''' <div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_CAD-Modell_-_Bereiche_-_Material_in_Konstruktion_ziehen.gif| ]] </div>
* Innerhalb einer thermischen Studie wird nur der Material-Wert der Wärmeleitfähigkeit benutzt, den wir in der Elektrostatik als Permittivität ε verwenden. Die anderen physikalischen Parameter der Materialien werden für statische thermische Simulationen nicht benötigt.[[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_CAD-Modell_-_Bereiche_-_Material_in_Konstruktion_als_Kopie.gif|right]]
Die Eigenschaften der Original-Materialien kann man nicht direkt bearbeiten, sondern nur in Kopien dieser Materialien:
* Wir erzeugen von den drei hinzugefügten Materialien Kopien ('''''Kontextmenü > Duplizieren'''''). Die Kopien erhalten standardmäßig die Namensergänzung (1).
* Die drei Original-Materialien entfernen wir dann wieder aus der Konstruktion ('''''Kontextmenü > Löschen''''').
* Beim Bearbeiten der einzelnen Materialien modifizieren wir zuerst den Bezeichner:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_CAD-Modell_-_Bereiche_-_Material_bearbeiten_Bezeichnung.gif| ]] </div>
* Für "'''Luft (elektrostatisch)'''" müssen wir unter '''''Erweitert > Physisch > Einfach Thermisch''''' den Wert der Wärmeleitfähigkeit auf ε<sub>o</sub>='''8,854E-12 W/(m·K)''' ändern, was jedoch unmöglich ist, weil dieser Wert 1E-2 nicht unterschreiten darf.
* Deshalb skalieren wir einheitlich alle Permittivitäten '''ε''' mit dem Faktor '''10<sup>10</sup>''':<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_CAD-Modell_-_Bereiche_-_Material_bearbeiten_Epsilon_skaliert.gif| ]] </div>
* Für "'''Laminat (elektrostatisch)'''" muss die relative Permittivität '''ε<sub>r</sub>=4,7''' berücksichtigt werden.
* Für "'''Kupfer (elektrostatisch)'''" ist die Permittivität '''ε=∞'''. "Unendlich" sollte durch den maximal möglichen Wert von '''5E+03''' berücksichtigt werden.
* '''''Wichtig'':''' Die simulierten elektrischen Kapazitäten sind dann laut Dimensionierungsgleichung '''C~ε''' um diesen Skalierungsfaktor '''10<sup>10</sup>''' zu groß, was bei der Berechnung der Kapazitätswerte mittels der Definitionsgleichung '''C=Q/U''' zu berücksichtigen ist!
Die "elektrostatischen" Materialien weisen wir später den einzelnen Körpern zu, welche wir im Folgenden in den Modell-Raum einbetten.

===== Laminat-Bereich =====

Für jeden Körper-Bereich definieren wir eine separate Skizze auf der zuvor definierten Geometrie. Die Laminat-Skizze platzieren wir auf der Basis-Skizze des Modell-Raums:
* Es ist günstig zuvor die Sichtbarkeit der Versatz-Ebene auszuschalten!
* '''''Wichtig'':''' Damit das Fangen der zu skizzierenden Profile an vorhandener Geometrie funktioniert, muss folgendes konfiguriert sein:
*# '''Nutzer ''> Voreinstellungen > allgemein > Konstruktion > Kanten automatisch auf Referenz projizieren = aktiv'''''
*# '''SKIZZENPALETTE > ''Optionen > Fang = inaktiv''''' (bezieht sich auf Skizzierraster!)
* Die einzelnen Skizzen sollten nach ihrer Erzeugung sinnvolle Bezeichner erhalten.
* Das 2D-Profil des Bereiches wird als "Rechteck mit 2 Punkten" skizziert. Die Rechteck-Punkte können dabei automatisch an vorhandener Geometrie gefangen werden (z.B. zuerst rechte untere Ecke und dann obere Ecke irgendwo auf Modellraum-Rand):<div align="center">[[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_CAD-Modell_-_Bereiche_-_Laminat-Skizze_Rechteck.gif| ]]</div>
* Die Breite des Laminat-Bereiches ergibt sich somit automatisch aus der Breite des Modellraums.
* Für die Höhe des Laminat-Bereiches definieren wir einen Benutzer-Parameter '''h_FR4 = 0,5 mm''' und bemaßen damit die Höhe des Rechtecks.
Vor dem Erstellen eines Bereich-Körpers mittels Extrusion sollte man die Sichtbarkeit aller nicht benötigten Skizzen ausschalten und die isometrische Ausgangsansicht wählen:<div align="center">[[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_CAD-Modell_-_Bereiche_-_Laminat-Bereich_erstellen.gif| ]]</div>
* Mittels '''''Werkzeug > Erstellen > Extrusion''''' erzeugen wir aus dem Rechteck-Profil und der Versatz-Ebene den Körper für den Laminat-Bereich.
* Die Zuweisung des Materials erfolgt über '''''Werkzeug > Ändern > Material''''' durch '''Drag & Drop''' auf den Laminat-Body:<div align="center">[[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_CAD-Modell_-_Bereiche_-_Laminat-Bereich_Materialzuweisung.gif| ]]</div>
* Ob die Zuweisung wirklich erfolgt ist, kann man im Browser mittels '''''Laminat-Body > Kontextmenü > Eigenschaften''''' überprüfen.

===== Leiterzug-Bereich =====

Der Bereich des Leiterzugs wird direkt über dem Laminat-Bereich an der Symmetrie-Linie der Leiterplatte platziert (linker Rand des Modell-Raums):
* '''''Wichtig'':'''
** Die neue Skizze für den Leiterzug ist auf der vorhandenen Laminat-Skizze zu platzieren.
** Das Fangen vorhandener Skizzen-Geometrie funktioniert nicht immer stabil. Hier hilft es die Sichtbarkeit der zugehörigen Skizze zu aktivieren bzw. zu deaktivieren (im Beispiel betrifft dies die Laminat-Skizze).
* Das Leiterzug-Profil ist als "Rechteck mit zwei Punkten" beginnend mit dem Fangen der linken unteren Ecke zu skizzieren:<div align="center">[[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_CAD-Modell_-_Bereiche_-_Leiterzug-Skizze_Rechteck.gif| ]]</div>[[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_CAD-Modell_-_Bereiche_-_Leiterzug-Rechteck_Bemaszung.gif|right]]
* Für die Bemaßung des Leiterzug-Bereichs definieren wir zwei neue Benutzerparameter:
** h_Cu = 0,035 mm (Leiterzug-Hoehe)
** b_Cu = 0,2xx mm (Leiterzug-Breite) - mit xx=00...99 laut Teilnehmer-Nummer
* '''''Achtung'':''' infolge der Nutzung der Symmetrie-Beziehungen beträgt die Bereichsbreite im Modell nur '''b_Cu/2'''!
Das Erstellen des Leiterzug-Bereichs mittels Extrusion funktioniert wie beim Laminat-Bereich:
* '''''Wichtig'':''' Es muss dabei wieder ein "Neuer Körper" erzeugt werden!<div align="center">[[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_CAD-Modell_-_Bereiche_-_Leiterzug-Bereich_als_neuer_Koerper.gif| ]]</div>
* Der erzeugte Körper ist entsprechend als "'''Leiterzug-Body'''" zu benennen und die Zuweisung des Materials "Kupfer (elektrostatisch)" vorzunehmen.

===== Luft-Bereich =====

Der noch freie Bereich innerhalb des Modell-Raums ist mit Luft zu füllen:
* Damit man später die Breite des Modellraums bis an die Kante des Leiterzuges reduzieren kann, sollte man folgende Vorgehensweise wählen:
** Zuerst den ganzen Modellraum mit einem Luft-Body füllen.
** Danach den Laminat- und den Leiterzug-Bereich herausschneiden, sodass nur der tatsächliche Luftraum als Luft-Body übrig bleibt.
* Durch Extrusion des Rechteck-Profils der Modellraum-Skizze mit der Modellraumtiefe '''Lz''' bzw. mit der Arbeitsebene als Zielobjekt erzeugen wir den Luft-Body.
'''''Hinweis:''''' Ab hier kann auch ein alternatives Vorgehen genutzt werden (siehe unten)
* Wir definieren eine Luft-Skizze, welche wir auf der Leiterzug-Skizze zu platzieren, um Leiterzug- und Laminat-Bereich aus dem Luft-Body herauszuschneiden:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_CAD-Modell_-_Bereiche_-_Luftskizze.gif| ]]</div>
* Zum Ausschneiden eines Profils aus einem vorhanden Körper mittels Extrusion sind folgende Schritte auszuführen:
*# '''''Erstellen > Extrusion''''' öffnet den Extrusionsdialog.
*# '''Profil-Auswahl''': die Teilflächen des Profils sind nacheinander mit gedrückter <STRG>-Taste zu markieren.
*# '''Größe = Alle''' (entspricht durchgängiger Extrusion)
*# '''Vorgang = Ausschneiden''' wählen und nur Luft-Body als Objekt zum Ausschneiden als "Sichtbar" markieren.
*# '''Quittieren mit OK''' bewirkt das Herausschneiden der Bereiche des Leiterzuges und des Laminats aus dem vorläufigen Luft-Body:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_CAD-Modell_-_Bereiche_-_Luftskizze_Ausschneiden.gif| ]]</div>

'''Alternativer Weg zum Verkleinern des Luftkörpers:'''<br>
* Prinzipiell reicht es aus, vom über den Modellraum definierten Luft-Body, die beiden anderen Körper "abzuziehen".
* Solche booleschen Operationen mit Körpern werden in den meisten CAD-Systemen unterstützt.
*# '''Ändern > Kombinieren'''
*# '''Zielkörper''' ist der Luft-Body
*# die '''Werkzeugkörper''' Laminat und Leiterzug werden mit diesem "verrechnet"
*# der Vorgang ist dabei '''Ausschneiden''' (Subtraktion bzw. boolesches XOR)
*# es ist keine '''neue Komponente''' nötig
*# die '''Werkzeugkörper''' müssen aber dringend '''beibehalten''' werden
*# '''Quittieren mit OK''' bewirkt das Herausschneiden der Bereiche des Leiterzuges und des Laminats aus dem vorläufigen Luft-Body:
[[Datei:Software FEM - Tutorial - Elektrostatik - Fusion - CAD-Modell - Bereiche - Luft-Bereich durch Kombinieren.gif|500px|zentriert]]

* Der Luft-Body wird nach Zuweisung des elektrostatischen Luft-Materials durchsichtig dargestellt:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_CAD-Modell_-_Bereiche_-_Luft-Bereich_als_neuer_Koerper.gif| ]]</div>

Nach der Definition des Luft-Bereiches verfügen wir über ein parametrisiertes CAD-Modell. Dieses ermöglicht sowohl eine einfache Änderung der betrachteten Leiterplatten-Geometrie als auch der Größe des zu vernetzenden Finite-Elemente-Modellraum. Damit können wir uns im nächsten Schritt der Simulation des elektrostatischen Feldes in diesem Modellraum widmen.

<div align="center"> [[Software:_FEMM_-_Elektrostatik_-_OBC-Script|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_Elektrostatik_-_Fusion_-_elektrostatische_Simulation|→]] </div>

Software: FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - Ansys - FEM-Import

2026-04-10T12:47:25Z

Christoph Steinmann: Links CAE Wiki angepasst und Ansys öffentliche Doku

[[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_mit_Kontakten|↑]] <div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_-_Ansys_-_Baugruppenhandling|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_-_Ansys_-_Randbedingungen|→]] </div>
<div align="center"> '''Import in Ansys Mechanical''' </div>

=== Export der CAD-Modelle unter Beruecksichtigung der Symmetrie ===

Im Rahmen dieser Übung soll keine asymmetrische Belastung des Gummipuffers in Bezug auf seine Längsachse stattfinden (z.B. keine schräge Kraftwirkung):
* Unter diesen Bedingungen kann man die Symmetrie-Eigenschaften der Geometrie und der Randbedingungen ausnutzen, um das FEM-Modell zu reduzieren. In der ersten Übung wurde diese Symmetrie-Ausnutzung bereits am Beispiel eines [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Mapped_Mesh|'''2D-Modells der Lasche''']] angewandt.
* Um Rechenzeit zu sparen, können wir uns in einem 3D-FEM-Modell auf einen Viertelkreis-Zylinder des Gummipuffers beschränken.
* Die beabsichtigte Simulation des Eigengewichts verhindert eine weitere Reduktion z.B. nur auf die obere Hälfte des Viertelkreis-Zylinders, weil obere und untere Hälfte durch das Gewicht unterschiedlich belastet werden!
Bevor wir die reduzierte Geometrie als STEP-Datei exportieren können, müssen wir temporär mittels einer geeigneten Extrusion deren Form entsprechend beschneiden:
* Dazu wechseln wir im ''Autodesk Fusion'' in den "'''Arbeitsbereich Konstruktion'''" und wählen dort den kompletten Gummipuffer für die Bearbeitung.
* Die erforderliche '''''Skizze erstellen''''' wir auf der Oberfläche der oberen Stahlscheibe. Danach befinden wir uns im Skizzen-Modus.
* '''''Erstellen > Projizieren''''' ermöglicht durch Auswahl der '''Scheibenfläche''' und der beiden '''Ursprung-Achsen X und Y''' die Generierung der erforderlichen Begrenzungen für das Viertel-Profil auf der Skizze:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_-_Z88_-_Vernetzung_Einzelteile_Viertel_Skizze_projiziert.gif|.]] </div>
* Bei der Extrusion dieses Viertel-Profils sollte man die Mengenoperation "Schnittmenge" benutzen, um ausgehend von der oberen Stahlscheibe einen Viertelkreis-Zylinder des Gummipuffers zu erzeugen:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_-_Z88_-_Vernetzung_Einzelteile_Viertel_Teile_erzeugen.gif|.]] </div>
* Wenn man zu Beginn der Übung die Rotation mit erfasst hat, erscheint das Ergebnis in Hinblick auf die obere Stahlscheibe etwas seltsam, lässt sich jedoch als ein "Feature" von ''Autodesk Fusion'' erklären:
** Geometrie-Änderungen innerhalb einer Konstruktion wirken primär nur auf die Original-Komponenten.
** Änderungen an Kopien der Original-Komponenten (hier obere Stahlscheibe) entstehen sekundär durch Aktualisieren des Kopierprozesses. Dieser führt im Beispiel durch die enthaltene 180°-Drehung zu einer ungeplanten Verdrehung des oberen Scheiben-Viertels.
** '''''Hinweis:''''' Wenn das Verhalten wie im Bild auftritt, so muss man die Scheibe durch einen zusätzlichen '''Verschieben/Kopieren''' Befehl wieder in die richtige Position bringen.

Die reduzierte Baugruppengeometrien exportieren wir als '''Gummipuffer_xx.step''' in den aktuellen Projekt-Ordner:
* '''''Wichtig'':''' Vor dem Speichern der Konstruktionsdatei muss man die '''Extrusionsskizze''' (umfasst auch die nachfolgende Extrusion) in der Zeitleiste '''unterdrücken''', um die bisherigen Simulationen nicht zu zerstören!

=== Import in Ansys ===
[[Datei:Software FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - Ansys - FEM-Import - Material.gif|rechts|250px]]
Wie schon in ''Fusion'' möchten wir auch hier die Möglichkeit nutzen, unser bereits definiertes Material '''Stahl C35''' weiterzuverwenden. Dazu starten wir zunächst das Projekt der ersten Übung "'''FEM1_Ansys_xx.wbpj'''". In der Projektübersicht öffnet man die '''Technischen Daten''' einer beliebigen Studie (z.B. A) mit '''Doppelklick'''. Sobald sich das Unterfenster öffnet, lässt sich die Konfiguration über '''Datei > Technische Daten exportieren ...''' als xml-Datei speichern. Speicherort und Dateiname sollte man sich merken. Das alte Projekt kann man schließen.

Wir erstellen anschließend ein neues ''Worbench''-Projekt und speichern es als "'''FEM2_Ansys_xx'''" (mit xx = Teilnehmernummer) im Projektordner des zweiten Übungskomplexes. [[Datei:Software FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - Ansys - FEM-Import - neues Projekt.gif]]

Innerhalb des Projekts erstellen wir eine neue '''Statisch-mechanische Analyse''' und benennen diesen ersten Anlauf als "'''Gummipuffer'''". Nun müssen nach dem bekannten Schema zuerst wieder die Materialdaten hinterlegt werden:
* Dazu öffnet man die '''Technischen Daten'''.
* Analog zum Export lassen sich jetzt '''Datei > Technische Daten importieren ...'''.
* Wir wählen die zuvor gespeicherte xml-Datei mit den Materialdaten.
* In der Übersicht erscheint jetzt '''Stahl C35''' mit den bekannten Werkstoffdaten. Den noch vorhanden '''Baustahl''' kann man '''löschen''' (Rechtsklick).
* Neben dem Material für die Stahlscheiben wird auch wieder das des Gummis benötigt. Damit die Simulationen konsistent bleiben, legen wir dieses selbst an:
** Unter '''Stahl C35''' wählt man dazu "'''Hier klicken, um ein neues Material hinzuzufügen'''"
** Wir benennen das Material wieder als "'''Gummi-Nitril'''" (bestätigen mit '''<Enter>''').
** Aus der '''Toolbox''' am linken Rand fügt man jetzt Stück für Stück die relevanten Materialparameter zu den Eigenschaften des Gummis hinzu (Doppelklick oder Drag-and-Drop).
** Für die mechanische Simulation ist die '''Linear-elastisch > Isotrope Elastizität''' (Isotropic Elasticity) nötig. ('''E-Modul = 12 N/mm², Poisson Zahl = 0,48''')
** Wenn man bewerten möchte, ob das Material unter Belastung versagt, sind die Parameter '''Festigkeit > Zug-Streckgrenze''' und '''Druck-Streckgrenze''' (Tensile Yield Strength, Compressive Yield Strength) notwendig. ('''Zug-Streckgrenze = 10 MPa, Druck-Streckgrenze = 110 MPa''')
** Zum Bewerten der Verformung durch das Eigengewicht ist die '''Physikalische Eigenschaften > Dichte''' (Density) anzugeben. ('''Dichte = 1,0 g/cm³''')
** Die thermische Simulation benötigt die Daten '''Physikalische Eigenschaften > Isotroper thermischer Sekanten-Ausdehnungskoeffizient''' (Isotropic Secant Coefficient of Thermal Expansion). ('''Expansionskoeff. therm. = 2,2E-4 1/K''')
** '''''Hinweis:''''' Allgemein ist die thermische Ausdehnung selbst von der Temperatur abhängig. Es gibt deshalb verschiedene Koeffizienten für [http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/W%C3%A4rmeausdehnungskoeffizient '''Sekanten- und Tangentenmodul''']. Da wir ein einfaches Modell mit konstantem Parameter annehmen, ist die Unterscheidung für uns nicht von Bedeutung.
** Die konkreten Zahlenwerte müssen konsistent zu denen in ''Fusion 360'' gesetzt werden:
[[Datei:Software FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - Ansys - FEM-Import - Gummi.gif|zentriert]]
* '''''Hinweis:''''' In der aktuellen Version von ''Ansys Student'' kommt es scheinbar teilweise zu Fehlern bei der Spracheinstellung, weshalb an manchen Stellen die englischen Begriffe genutzt werden.

* Nachdem beide Materialien vollständig parametriert sind, kann man zur Projektübersicht zurückkehren.
* Die Geometrie lässt sich äquivalent zur ersten Übung über '''Kontextmenü > Geometrie importieren > Durchsuchen ...''' hinzufügen. Hier ist die zuvor gespeicherte Datei '''Gummipuffer_xx.step''' zu wählen.

=== Geometrie und Kontakte ===

Die weitere Konfiguration findet in GUI von ''Ansys Mechanical'' statt, die wir per Doppelklick auf '''Modell''' starten.
[[Datei:Software FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - Ansys - FEM-Import - Geometrie ohne Material.gif|rechts]]
* In der 3D-Ansicht ist die aus ''Fusion 360'' exportierte Geometrie zu sehen.
* Die einzelnen Körper tauchen mit den vergebenen Namen auch im Modellbaum auf.
* Im Gegensatz zur ersten Übung, ist den Körpern aber nicht automatisch ein Material zugewiesen worden. Das liegt daran, dass wir mehrere Parametersätze (Stahl und Gummi) definiert haben, und ''Ansys'' nicht zuordnen kann, zu welchem Körper welches Material gehört.
* Wir lösen die Fragezeichen vor den Geometrieelementen im Übersichtsbaum auf, indem wir jedem Körper in den jeweiligen '''Details von "..."''' das passende Material zuweisen.
* Bei Bedarf kann man über '''Details von "..." > Grafikeigenschaften > Farbe''' die Darstellung der einzelnen Körper anpassen.

Im nächsten Schritt müssen noch die Kontakte zwischen den Körpern definiert werden. Wird im Übersichtsbaum unter '''Projekt > Modell Kontakte/Verbindungen > Kontakte''' aufgeklappt, ist zu sehen, dass ''Ansys Mechanical'' bereits die zwei Kontakte zwischen dem Gummi und den Stahlscheiben erstellt hat. Die Kontaktflächen wurden korrekt zugewiesen. Das manuelle Anwählen von Geometrieelementen für Kontaktbereiche ist auch möglich und durch die Hilfsfenster mit Kontakt- und Zielkörper sehr komfortabel. Wir können uns diesen Schritt aber sparen.

[[Datei:Software FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - Ansys - FEM-Import - Kontakt.gif|900px|zentriert]]

Stattdessen sehen wir uns die '''Details von "Kontaktbereich"''' genauer an. Als '''Typ''' ist "'''Verbund'''" definiert. Das bedeutet, dass beide Teile fest miteinander verbunden sind. Die Knoten des einen Bauteils an der Kontaktfläche müssen also exakt den Bewegungen der Knoten des anderen Bauteils an der Kontaktfläche folgen. Die weiteren Optionen haben folgende Bedeutung:
* '''Keine Trennung''': Hier dürfen die beiden Kontaktflächen aufeinander gleiten, können sich jedoch nicht lösen. Angewendet werden kann diese Option zum Beispiel für eine Achse in einem Gleitlager.
* '''Reibungsfrei''': Hier ist auch ein reibungsfreies Gleiten möglich, jedoch können sich die Kontaktflächen oder Teile davon voneinander entfernen. Dies entspricht dem realistischen Verhalten zweier Körper, die aufeinanderstoßen können, ohne sich zu durchdringen. Ein Anwendungsbeispiel wäre das Ineinandergreifen von zwei (ideal) geschmierten Zahnrädern.
* '''Rau''': Diese Option verhält sich wie die Option Reibungsfrei, jedoch haften die Kontakte hier stets. Statt eines Reibungskoeffizienten von 0 wird hier also ein Koeffizient von unendlich angenommen. Ein Beispiel wäre ein Autoreifen auf der Straße, wobei ein Schlupf ausgeschlossen wird.
* '''Reibungsbehaftet''': Diese Option ist entsprechend eine Mischung aus Reibungsfrei und Rau und ist damit realistischer.

Während also die Option Verbund recht einfach implementiert werden kann, ist die Modellierung aller anderen Kontakttypen aufwändiger, da der Solver durch Abfragen der Position verschobener Knoten überprüfen muss, ob sich zwei Körper durchdringen würden oder nicht. Erst wenn dies der Fall ist, werden Kräfte auf die Knoten angetragen, um die entsprechende Durchdringung zu verhindern.
In unserem Fall ist jedoch die "einfache" Option '''Verbund''' richtig.

=== Hintergrundinformationen zu Kontakten in FEM ===

Für das allgemeine Verständnis ist es an dieser Stelle sinnvoll, sich die Funktionsweise und Bedeutung von Kontaktstellen in FE-Modellen genauer klarzumachen. Da die Implementierung in ''Asnys'' dem Nutzer nicht sofort alle im Hintergrund ablaufenden Mechanismen deutlich macht, soll das Grundkonzept noch etwas ausführlicher betrachtet werden. Sobald man komplexere Kontaktprobleme als zwei "verklebte" Flächen betrachten möchte, ist dieses Wissen sehr hilfreich.

[[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_-_Z88_-_Kontakte_-_Gesamtsteifigkeit_vor_Definition.gif|left]]
Nach dem Hinzufügen aller Bauteile zu einem FE-Modell existieren im Allgemeinen noch keine Wechselwirkungen zwischen Knoten ihrer Teilnetze (tritt im [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_-_Ansys_-_Axialsymmetrie#Strukturierte_Vernetzung|späteren Verlauf dieser Übung]] noch auf). Dies widerspiegelt sich in der Gesamt-Steifigkeitsmatrix der Baugruppe durch eine fehlende Überlappung zwischen den Bauteil-Steifigkeitsmatrizen (im Bild angedeutet für zwei Bauteile - allerdings bilden diese in der Realität keine geschlossenen Bereiche in der Matrix!).<br>
Bisher haben wir uns noch nicht um die korrekte Zuweisung der Master/Slave-Eigenschaft der Bauteile gekümmert (Bezeichnungen in ''Ansys'': Kontakt und Ziel). Standardmäßig wurde die Stahlscheibe als Kontakt- und die Gummihülse als Zielkörper gekennzeichnet:[[Datei:Software FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - Ansys - FEM-Import - Kontaktdefinition.gif|rechts]]
* Während der Simulation wird zwischen den Oberflächen der Master- und der Slave-Bauteile nach Kontaktzonen gesucht.
* Nur zwischen einem Master- und Slave-Bauteil ist eine Interaktion möglich. D.h. Kontakte zwischen Bauteilen gleicher Rolle (Master-Master bzw. Slave-Slave) können nicht abgebildet werden.
* Im Theoriehandbuch zum FEM-Programm ''Z88-Aurora'' (S.128) werden in einem Schema sehr anschaulich erlaubte und unzulässige Kontaktkonstellationen dargestellt.
* In ''Ansys'' ist die Definition von Ziel/Master und Kontakt/Slave aber nicht auf Körper beschränkt. Auch Flächen, Elemente und Knoten können angewählt werden. Damit sind auch Kontakte innerhalb eines Festkörpers möglich, wenn man dessen Oberflächen für die Zuweisung nutzt.
<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_-_Z88_-_Kontakte_-_Master-Slave.gif|.]] </div>
<u>'''Ziel-Seite'''</u> ('''target''' bzw. '''master'''): <br>stellt die Grenze des "zulässigen" Bewegungsbereiches dar (im Allgemeinen in Form der Element-Oberflächen).<br><u>'''Kontakt-Seite'''</u> ('''contact''' bzw. '''slave'''): <br>wird der Ziel-Seite als Gegenseite zugeordnet (im allgemeinen die Knoten oder die Gaußpunkte).

Bei der Berechnung der Simulationsergebnisse wird in jeder Iteration geprüft, ob:
* die Kontakt-Seite im "zulässigen" Bewegungsbereich ist (mit Abstand von der Ziel-Seite → Kontakt ist "offen")
* oder im "unzulässigen" Bewegungsbereich (an Ziel-Seite anliegend oder in Ziel-Seite eingedrungen → Kontakt ist "geschlossen").

Entscheidungskriterien (nach Rangfolge geordnet), ob ein Bauteil "bewusst" zum '''Master''' deklariert werden sollte, sind folgende Eigenschaften im Rahmen der Baugruppe:
# steiferer Körper
# größere Ausdehnung der Kontaktfläche
# schwächer gekrümmte Kontaktfläche
# geringerer Diskretisierungsgrad
# höherer Elementansatz
Die Stahlscheiben sind in unserer Baugruppe die steiferen Körper und die Kontaktflächen des Gummis ist nicht größer. Rein theoretisch wäre es also besser in der automatischen Kontaktdefinition von ''Ansys'' die Rollen von Ziel und Kontakt zu vertauschen. Unbedingt notwendig ist das in unserem recht einfachen Fall aber nicht.

Folgende weitere Eigenschaften können bei Kontaktproblemen neben dem '''Typ''' (siehe oben) von Interesse sein:
# '''Erweitert > Pinball-Bereich'''
#* Dies ist der entscheidende Parameter für die Identifizierung der "möglichen" Kontaktzonen. Nur die Bereiche zweier Master/Slave-Bauteile, deren [https://de.wikipedia.org/wiki/Euklidischer_Abstand '''euklidischer Abstand'''] unterhalb dieses Wertes liegt, werden als Kontaktzonen angesehen.
# '''Erweitert > Detektionsmethode'''
#* Die Überwachung einer identifizierten Kontaktzone erfolgt nicht stetig über die kompletten Bereichsflächen, sondern über ein Raster von Stützstellen zwischen Master- und Slave-Bereich.
#* Standardmäßig werden die '''Gauß-Punkte''' zur Detektion genutzt.
#* Alternativ können Element-'''Knoten''' normal zum Kontakt oder Ziel ausgewertet werden.
# '''Erweitert > Kontaktsteifigkeit'''
#* Im Kontaktbereich (bei geschlossenem Kontakt) wird eine sehr steife, elastische Zwischenschicht angenommen, welche die Kräfte zwischen den Kontaktflächen überträgt. Infolge ihrer großen Steifheit soll sie eine Durchdringung der Kontaktbereiche verhindern. Im Falle des verklebten Kontaktes soll sie auch ein Öffnen des Kontaktes unterbinden.
#* Für verklebte Kontakte werden üblicherweise gleiche Steifigkeitswerte in Normal- und Tangentialrichtung angenommen.
#* Für reibungsfreie Gleit-Kontakte kann man sich eine ideal gleitende Teflon-Schicht vorstellen, deren Steifigkeit in tangentialer Richtung Null ist.
#* Zu kleine Steifigkeitswerte führen bei der Simulation zu unzulässiger Durchdringung der Kontaktbereiche. Zu große Werte führen zu numerischen Problemen bei der Lösung des Gleichungssystems. Die optimalen Steifigkeitswerte sind sehr stark vom modellierten Problem abhängig. In der Praxis nimmt man eine kleine, aber praktisch vernachlässigbare Durchdringung der Kontaktbereiche in Kauf.
#* Der "'''Faktor'''"-Bezug auf die maximale Steifigkeit innerhalb des Modells erscheint als Einstieg am einfachsten, was sich auch in einem empfohlenem kleineren Wertebereich von ca. '''1e3...1e5''' widerspiegelt. D.h., die angenommene Kontakt-Zwischenschicht sollte einige 1000-mal steifer sein, als alle anderen Modellkomponenten.
#* Für "'''Absolut'''"-Werte der Steifigkeit ist der grob empfohlene Bereich mit '''1e5...1e12''' [N/mm] wesentlich größer, weil man dabei eigentlich die Steifigkeiten der Bauteile mit berücksichtigen muss.
# '''Erweitert > Algorithmus'''
#* Hiermit wird das mathematische Verfahren definiert, mit dem die Kontaktbedingungen in das Gleichungssystem eingebaut werden.
#* In der Praxis haben sich zwei Methoden bewährt, um die [https://web.archive.org/web/20200223121636/http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Kontakt_Grundlagen#Kontakt-Steifigkeit '''Wirkung der Kontaktsteifigkeit'''] im Modell nachzubilden → [https://web.archive.org/web/20200223122511/http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Penalty-Faktor '''Penalty-Faktor'''] und [https://web.archive.org/web/20200210175726/http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Lagrange-Multiplikator '''Lagrange-Multiplikator''']. Von der Lagrange-Methode existieren verschiedene Modifikationen zur Verbesserung der numerischen Stabilität.
#* "'''Pure Penalty'''"-Verfahren:
#** Jede Stützstelle des geschlossenen Kontaktes wird wie ein Feder-Element zwischen den Teilen des Modells simuliert. Bei Berührung am Kontakt werden für diese zusätzlichen Federn Element-Steifigkeitsmatrizen erstellt und dann als Beitrag in die Gesamt-Steifigkeitsmatrix eingefügt.
#** Ein <u>Nachteil</u> dieser Methode besteht darin, dass bei jeder Kontakt-Änderung eine Neubildung der Gesamt-Steifigkeitsmatrix erforderlich ist, welche Rechenzeit für deren Invertierung benötigt.
#** Ein <u>Vorteil</u> besteht darin, dass weniger Gleichgewichtsiterationen und eine schnelle Konvergenz zu erwarten sind.
#* "'''Augmented-Lagrange'''"-Verfahren:
#** Dieses Verfahren ermöglicht die Verknüpfung der ansonsten voneinander isolierten Bauteil-Steifigkeitsmatrizen innerhalb der Baugruppen-Steifigkeitsmatrix durch Einführen zusätzlicher Zeilen und Spalten. Die Anzahl dieser Zeilen und Spalten erhöht sich proportional zur Anzahl der möglichen Kontakt-Knoten: <div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_-_Z88_-_Kontakte_-_Gesamtsteifigkeit_-_Lagrange-Methode.gif|.]] </div>
#** Der geschlossene Kontakt wird aus physikalischer Sicht durch die entsprechenden Kontaktkräfte zwischen den Teilen des Modells simuliert. Bei Berührung am Kontakt werden dafür Anteile im Lastvektor eingefügt. Beim Übergang von offenem zu geschlossenem Kontakt müssen die Kräfte so bestimmt werden, dass nicht sofort bei der nächsten Iteration die Kontaktseiten "auseinander fliegen".
#** Die Gesamt-Steifigkeitsmatrix wird um die Kontaktbedingungen erweitert (ergibt größeres Gleichungssystem entsprechend der Anzahl zusätzlicher Zeilen und Spalten).
#** Ein <u>Nachteil</u> besteht darin, dass insbesondere beim Schalten von Kontakten das Verfahren zu numerischen Instabilitäten neigt. Damit sind mehr Gleichgewichtsiterationen notwendig, was dann zu einer relativ langsamen Konvergenz führt.
#** Ein <u>Vorteil</u> besteht darin, dass keine Neubildung der Gesamt-Steifigkeitsmatrix erforderlich ist und somit Rechenzeit eingespart wird. Es ergeben sich nur Beiträge im Lastvektor auf der rechten Seite des bestehenden Gleichungssystems und damit eine schnelle Lösung.
#* Die weiteren Methoden "'''MPC'''" und "'''Normal-Lagrange'''" sind [https://ansyshelp.ansys.com/public/account/secured?returnurl=/Views/Secured/corp/v261/en/wb_sim/ds_Contact_Advanced.html '''hier'''] dokumentiert.

Es gibt eine Vielzahl weiterer Optionen, die man sich bei Bedarf Stück für Stück über die [https://ansyshelp.ansys.com/public/account/secured?returnurl=/Views/Secured/corp/v261/en/wb_sim/ds_contact_object_properties.html Produktdokumentation] erarbeiten kann.

=== Vernetzung ===
Beim '''Erstellen''' des FE-Netzes mit Standardeinstellungen entsteht ein gleichmäßiges Netz aus Hexaederelementen. Wir werden dieses lediglich durch Angabe zweier konkreter '''Elementgrößen''' verfeinern:<br>
'''Elementgröße Stahlscheibe''': <br>
* Auswahl beider Körper mit der '''<Strg>'''-Taste
* Die gesamte Scheibe sollte mit 2 Elementschichten vernetzt werden, entsprechend ist der Wert der Elementgröße zu wählen.
'''Elementgröße Gummi''': <br>
* Auswahl des Gummikörpers und als Geometrie zuweisen
* Festlegen der Elementgröße auf die einfache Scheibendicke (Kompromiss aus Genauigkeit und Modellgröße)
[[Datei:Software FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - Ansys - FEM-Import - Netz.gif|800px|zentriert]]
Es sollte ein gleichmäßiges Netz mit ca. 95.000 Knoten und einer minimalen Elementqualität von etwa 0,5 entstehen. Diese Standardvernetzung ist dem Modell in ''Fusion 360'' nach unserem bisherigen Wissen rein qualitativ schon überlegen und für die erste Studie ausreichend. Im späteren Verlauf der Übung werden wir trotzdem versuchen, die Qualität noch weiter zu erhöhen.

<div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_-_Ansys_-_Baugruppenhandling|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_-_Ansys_-_Randbedingungen|→]] </div>

Software: FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - Ansys - Baugruppenhandling

2026-04-10T12:42:37Z

Christoph Steinmann: Links CAE Wiki angepasst

[[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_mit_Kontakten|↑]] <div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_CAD-Belastungsanalyse_Thermische_Spannung|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_-_Ansys_-_FEM-Import|→]] </div>
<div align="center"> '''Baugruppenhandling (Prinzip)''' </div>
'''CAD-Modelle:'''
* Es erfolgt der Zusammenbau von Bauteilen zu einer Baugruppe durch die Einschränkung geometrischer Freiheitsgrade der einzelnen Bauteile untereinander oder in Bezug zum globalen Koordinatensystem.
* Die Interaktion der Bauteile innerhalb einer Baugruppe beschränkt sich auf die Einhaltung zulässiger Lagebeziehungen im Sinne der [https://de.wikipedia.org/wiki/Kinematik '''Kinematik'''].
* Eine Sonderform der Kinematik-Simulation mit CAD-Modellen ist die sogenannte Kontakt-Behandlung, welche das Durchdringen von Bauteilen "verbietet". Nach der Berührung zweier Bauteile wird zwischen den beiden Bauteil-Flächen praktisch eine zusätzliche "Tangential-Abhängigkeit" aktiviert, bis eine Ablösebedingung für die Kontaktstelle erfüllt wird.

[https://web.archive.org/web/20221128110507/http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Kontakt '''Kontakt:''']
* Verbindung in einem Modell, die abhängig von Zustandsgrößen ihre Eigenschaften ändert.
* Beispiel: eine Auflage, auf der ein Bauteil aufliegt, von der es aber auch abheben kann.

'''FEM-Modelle:'''
* Eine Baugruppe wird repräsentiert durch die Summe der Finite-Elemente-Netze ihrer Bauteile.
* Die Bauteile sollten möglichst unabhängig voneinander vernetzt werden können.
* Die zulässigen Interaktionen zwischen den Bauteil-Netzen müssen durch Kontakt-Bereiche definiert werden.
* Zusätzlich muss darauf geachtet werden, dass die Baugruppe als Ganzes durch Verschiebungsrandbedingungen einzelner Bauteile für alle Kontakt-Zustände vollständig bestimmt ist (d.h., nicht "irgendwohin rutschen" kann).

'''Kontakte in der FEM-Simulation:'''
* In der FEM-Simulation der Strukturmechanik werden als Primär-Ergebnisse die Verschiebungen aller Netz-Knoten berechnet. Diese führt zur Verformung bzw. Verschiebung der einzelnen Bauteil-Netze.
* Wenn dabei Berührungen zwischen Bauteil-Oberflächen auftreten können und in der Simulation berücksichtigt werden sollen, dann muss der Solver den Flächen-Abstand laufend beobachten, eine Berührung erkennen und die Interaktion zwischen den Elementen und Knoten der Oberflächen herstellen.
* Bei der numerischen Lösung kann durch Kontakte ein hoher Aufwand entstehen. Diesen numerischen Aufwand kann man dadurch reduzieren, dass die Kontakte möglichst nur an den Oberflächen angeordnet werden, die auch wirklich in Kontakt kommen können.
* Grundsätzliche Kontaktzustände:
*# '''offen'''
*# '''geschlossen und nicht gleitend''' (im Sinne ausreichende Haftreibung)
*# '''geschlossen und gleitend'''
* Für FEM-Modelle werden verschiedene Kontakt-Typen bereitgestellt, z.B.:
*# '''Verbunden''' (immer "geschlossen und nicht gleitend" im Sinne von "'''verklebt'''")
*# '''Getrennt''' (aufeinander gleitende Flächen, welche sich trennen können)
*# '''Gleitend/Nicht Getrennt''' (aufeinander gleitende Flächen, welche sich nicht trennen können)
*# '''Getrennt/Nicht Gleitend''' (nicht aufeinander gleitende Flächen, welche sich trennen können)
*# '''Schrumpfverbindung''' (ursprünglicher Abstand zwischen den Kontakt-Flächen ist negativ)

<div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_CAD-Belastungsanalyse_Thermische_Spannung|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_-_Ansys_-_FEM-Import|→]] </div>

Software: FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Mapped Mesh

2026-04-10T12:26:10Z

Christoph Steinmann: Links CAE Wiki angepasst

[[Software:_FEM_-_Tutorial_-_FEM-Prozess_2D-Bauteil|↑]] <div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_2D-Belastungsanalyse|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_strukturiert_-_Geometrie|→]] </div>
<div align="center"> ''' Strukturierte Vernetzung (Mapped Mesh) ''' </div>

In einem FEM-Programm werden verschiedene Methoden für die Erzeugung von Netzen bereitgestellt. Wir haben bisher nur die sogenannte '''freie Vernetzung''' (''engl: free mesh'') verwendet.

[https://web.archive.org/web/20180910005517/http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Freie_Vernetzung '''Free Mesh''']:
* Innerhalb eines FEM-Programms werden meist unterschiedliche ''Free-Mesher'' bereitgestellt, die man jeweils umfangreich konfigurieren kann (in der ''Ansys Mechenical'' Oberfläche als "Methode" bezeichnet).
* Netzverfeinerungen in bestimmten Bereichen lassen sich mittels unterschiedlicher Parameter steuern.
* Die erzeugten Netze sind jedoch nicht immer optimal an die Geometrie und die Spannungsverläufe angepasst. Das äußert sich z.B. in einer asymmetrischen Element-Anordnung trotz symmetrischer Geometrie.

[https://web.archive.org/web/20180910005021/http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Regelm%C3%A4%C3%9Fige_Vernetzung '''Mapped Mesh''']:
* Wie in der Kartografie versucht man bei dieser Vernetzungsmethode, Oberflächen mit einem Gitternetz zu überziehen, dessen Rechteck-Raster möglichst wenig verzerrt wird.
* Das gelingt bei komplexeren Oberflächen nur, wenn man die Gesamtfläche in einfachere 4-seitige Teilflächen zerlegt, welche auch gekrümmte Kanten besitzen können. Über alle Teilflächen hinweg sollten fluchtende Reihen- und Spalten von Elementen entstehen, z.B.:<div align="center">[[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_strukturiert_-_mapped_mesh.gif|.]]</div>

Ziel dieses Abschnitts soll ein optimiertes 2D-Netz sein, welches mit möglichst geringem Berechnungsaufwand hinreichend genaue Ergebnisse liefert:
* Da unser Bauteil symmetrisch zur Mittelachse ist und nur in Richtung dieser Mittelachse belastet wird, genügt das Netz einer Symmetriehälfte.
* Wir verwenden die '''strukturierte Vernetzung''' (''engl: mapped mesh''), um ein effizientes 2D-Netz zu erzeugen. Die strukturierte Vernetzung von Flächen wird meist mit Viereck-Elementen durchgeführt.
* In ''Ansys Mechanical'' wird die sogenannte "'''Flächenvernetzung'''" verwendet, die es erlaubt Kanten einer Fläche eine definierte Elementanzahl zuzuweisen.

<div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_2D-Belastungsanalyse|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_strukturiert_-_Geometrie|→]] </div>

Software: FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Modal-Analyse

2026-04-10T12:23:47Z

Christoph Steinmann: Links zu Ansys ohne Login gesetzt

[[Software:_FEM_-_Tutorial_-_FEM-Prozess_2D-Bauteil|↑]] <div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Spielpassung|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_2D-Ableitung|→]] </div>
<div align="center"> ''' Resonanz-Frequenzen mit fixiertem Lochrand ''' </div>

Im Vergleich zu unserer Modalanalyse mittels ''Autodesk Fusion'' soll unter gleichen Randbedingungen eine Modalanalyse mit ''Ansys Mechanical'' durchgeführt werden. Wir nutzen dazu einen kleinen Trick:
* '''Duplizieren''' der Analyse '''Spiel (B5)'''.
* Wir wechseln zurück in die Projektübersicht der ''Workbench''. Dort ändern wir mit '''Rechtsklick > Ersetzen durch''' den Typ der gerade duplizierten Studie zu '''Modalanalyse'''.
[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Modal-Analyse Workbench.gif|zentriert]]
* Die Analysen in der ''Workbench'' lassen sich miteinander verknüpfen. Darüber sind sehr komplexe Modelle aufbaubar, die automatisch miteinander interagieren.
* Wie man sieht, ist das mit der duplizierten Analyse automatisch geschehen. Zu besseren Übersicht sollten wir auch in der ''Workbench'' noch Namen vergeben.
* Das Verknüpfen bestimmter Studienkomponenten ist auch manuell per Drag-and-Drop möglich. Allerdings lässt sich dann die Vernetzung nicht übernehmen, da die Modelleigenschaften verschiedener Analysen nicht vollständig kompatibel sind.
* Durch das nachträgliche Ersetzen des Analysetyps können wir unser Netz aber auch in der Modalanalyse nutzen.
* Die Randbedingungen und Lösungen muss man wieder löschen.
* '''''Hinweis:''''' Vor der Bolzenlast und den Spannungs-Lösungen werden Fragezeichen angezeigt, weil diese im Kontext der Modalanalyse keinen Sinn ergeben und nur ein Überbleibsel der Typänderung sind.

* '''Abhängigkeiten'''<br>Fixierung der gesamten Fläche der Lochwand ohne zusätzliche Krafteinwirkung, um vergleichbare Ergebnisse zur Analyse im ''Autodesk Fusion'' zu erhalten:
[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Modal-Analyse Lagerung.gif|zentriert]]

Für die Modal-Analyse stehen verschiedene Solver zur Verfügung. Direkt und Iterativ basieren auf dem Block Lanczos Eigenwert-Solver, wobei die iterative Variante bei großen Modellen wieder weniger Speicher benötigt. Die [https://ansyshelp.ansys.com/public/account/secured?returnurl=/Views/Secured/corp/v261/en/wb_sim/ds_Solver_Controls.html anderen Gleichungslöser] sind für Spezialfälle. Belässt man den Solver auf "Programmgesteuert" so wird in unserem Fall der direkte gewählt. Lediglich die Anzahl der zu ermittelnden Moden erhöhen wir.
[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Modal-Analyse Einstellungen.gif|zentriert]]
* Der Solver verwendet ein numerisches Verfahren, welches bereits 1950 von [https://de.wikipedia.org/wiki/Cornelius_Lanczos '''Cornelius Lanczos'''] (ungarischer Mathematiker und Physiker) veröffentlicht wurde. Die Grundidee besteht darin, die Original-Matrix iterativ auf eine sogenannte [https://de.wikipedia.org/wiki/Tridiagonalmatrix '''Tridiagonalmatrix'''] (Diagonalstrukur mit Bandbreite drei) zu reduzieren. Diese Tridiagonalmatrix benötigt auch bei vielen Freiheitsgraden nur wenig Speicher und kann effizient gelöst werden.
* Die Berechnung kann etwas länger dauern als die statischen Analysen.
* Als '''Lösung''' muss man abschließend noch die '''Gesamtverformung''' einfügen.
* Man kann dann entweder dort die gewünschte Eigenfrequenz im '''Auswahlmodus''' einstellen und die Ergebnisse neu abrufen oder gleich über das '''Kontextmenü > Ergebnisse für alle Ergebnissätze erstellen'''. Zwischen diesen lässt es sich dann bequemer wechseln.

[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Modal-Analyse Ergebnis.gif|zentriert|800px]]

Die berechneten Eigenfrequenzen weichen nur um wenige Prozent von den Ergebnissen der Modalanalyse im ''Autodesk Fusion'' ab. Die vorhandenen kleinen Abweichungen sind über die Vernetzung erklärbar.

'''<u>Frage</u>:''' <br>
Die von ''Ansys'' berechneten Eigenfrequenzen unter 20 kHz sind mit den mittels ''Autodesk Fusion'' berechneten Frequenzen ins Verhältnis zu setzen. Um wie viele Prozent weichen die berechneten Eigenfrequenzen jeweils voneinander ab?

<div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Spielpassung|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_2D-Ableitung|→]] </div>

Software: FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Vergleichsspannung

2026-04-10T12:21:44Z

Christoph Steinmann: Links CAE Wiki angepasst und Ansys öffentliche Doku

[[Software:_FEM_-_Tutorial_-_FEM-Prozess_2D-Bauteil|↑]] <div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Auflage-Reaktionen|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Deformation|→]] </div>
<div align="center"> ''' Vergleichsspannung ''' </div>

[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Vergleichsspannung Legende.gif|rechts]]
Es wurde für die Spannungsberechnung die Gestaltänderungsenergiehypothese ('''GEH''') genutzt und damit die sogenannte Mises-Vergleichsspannung ermittelt. Verfügbar sind die berechneten Spannungswerte in allen Elementen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese zu ermitteln. Wir betrachten im Folgenden jeweils die Spannung in den Einzelelementen, über Elemente gemittelt und in den sogenannten [https://web.archive.org/web/20200210015016/http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Gausspunkt '''Gaußpunkten'''].

* Das entsprechende Ergebnis erhält man wieder über '''MFL > Ergebnisse > Spannung > Vergleichs- (von Mises)'''

'''Legende und Darstellungsoptionen'''
* Über die MFL sind die bekannten Darstellungsoptionen wählbar (bitte ausprobieren):
** Skalierung der Bauteilverformung: Es sind vorgeschlagene Faktoren oder die Eingabe eines beliebigen Faktors möglich.
** Die Farbkonturen kann man zwischen Isolinien, Konturbändern und "weichen Konturen" umstellen. Letztere vermeiden wir, da sie Unstetigkeiten kaschieren.
** Bei den Modellkanten kann man sich das Netz ein- und ausblenden, sowie Varianten mit Überlagerung durch den unverformten Körper wählen.
** Max- und Min-Werte sowie einzelne Stichproben lassen sich einblenden.
* Die Legende im Grafikbereich ist über das Kontextmenü sehr frei gestaltbar (Ausgangszustand über '''Rechtsklick > Alles zurücksetzen''' wiederherstellen):
** Die Grenze der Konturbänder lässt sich per Maus ziehen oder mit einem Klick auf die eingeblendeten Zahlenwerte direkt eingeben.
** Nach Klick auf die Farbleiste kann man mit den angezeigten + und - Symbolen Bereiche hinzufügen oder entfernen.
** Wenn, wie an den Kanten in unserem Beispiel, große Spitzenwerte auftreten, lohnt sich die Option eine logarithmische Skala zu verwenden.
** Die Farben sind frei definierbar. Für Druckerzeugnisse kann die Voreinstellung "Graustufen" hilfreich sein.

'''Eckknoten-Spannungen'''
* Die in den Gaußpunkten errechneten Spannungswerte werden zu den Elementknoten hin extrapoliert.
* Ein Eckknoten, der an mehrere Elemente grenzt, erhält also unterschiedliche Spannungswerte von den einzelnen Nachbarn.
* Als Standardeinstellung wird die Knotenspannung zwischen einzelnen Elementen gemittelt. Dadurch ergibt sich ein eindeutiger Wert pro Knoten und stetige Übergänge zwischen den Einzelsegmenten.
* Wir ändern diese Einstellung in den '''Details von "Vergleichsspannung" > Integrationspunktergebnisse > Anzeigeoption > nicht gemittelt'''.
* Sofort fällt auf, dass die Darstellung deutliche Sprünge zwischen den Elementen aufweist.
[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Vergleichsspannung ungemittelt.gif|zentriert]]
* Der Spitzenwert von '''658 MPa''' ist deutlich höher als zuvor. Die starken Sprünge im Bereich der Kante zeigen außerdem, dass wieder eine Unstetigkeit auftritt und wir für die hier auftretenden Spannungsgradienten eigentlich zu grob vernetzt haben.
* Bei einer guten Analyse sollte es im Allgemeinen keine starken Sprünge bei der Umstellung auf nicht gemittelte Werte geben. Der konkrete Zahlenwert ist hier deshalb wenig vertrauenswürdig.

'''Mittlere Element-Spannungen'''
* Man kann sich die Vergleichsspannung nicht nur für einzelne Knoten, sondern auch gemittelt über das jeweilige Element ausgeben lassen.
* Dazu die Anzeigeoption auf "'''Elementbezogener Mittelwert'''" setzen.
* Jetzt wird der Mittelwert aller enthaltenen Gaußpunkte für das vollständige Element übernommen und jedes Element einheitlich eingefärbt.
* Zwischen Nachbarelementen gibt es dadurch immer noch Sprünge:
[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Vergleichsspannung Elementmittelwert.gif|zentriert]]
* Durch die Mittelwertbildung ist der Maximalwert der Spannung nur noch mit '''406 MPa''' angegeben.
* Daran erkennt man gut, dass der vorherige Spitzenwert extrem stark von seinen direkten Nachbarn abweicht. Im gemittelten Ergebnis "profitieren" die stark belasteten Kanten von ihren schwach belasteten Nachbarn direkt im Lochrand.

'''Gaußpunkt-Spannungen gemittelt'''
* Regulär werden die Spannungsergebnisse an den Gaußpunkten zu den Elementknoten hin extrapoliert.
* Man könnte dieses Verhalten über das APDL-Kommando [https://ansyshelp.ansys.com/public/account/secured?returnurl=/Views/Secured/corp/v261/en/ans_cmd/Hlp_C_ERESX.html ERESX] steuern und direkt die Werte der Gaußpunkte übernehmen, worauf wir aber verzichten.
* Stattdessen betrachten wir hier das "Musterergebnis" mit der Anzeigeoption "'''gemittelt'''", welches ohnehin vom Programm vorgeschlagen wurde.
* Die Anzeigeoption wie zu Beginn wieder auf "'''Gemittelt'''" stellen:
[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Vergleichsspannung gemittelt.gif|zentriert]]
* Zoomt man die Ansicht größer, erkennt man jetzt gut, dass keine Sprünge mehr zwischen den Elementen vorliegen. Wir wissen aber, dass unser Modell an den Lochkanten Unstetigkeiten aufweist.
* Der Maximalwert der Vergleichsspannung sollte mit etwa '''478 MPa''' niedriger ausfallen als in ''Fusion 360''. Grund dafür ist die geänderte Vernetzung.
* Wir hatten bereits festgestellt, dass die fixierte Konfiguration eine höhere Spannung erreicht, je feiner man das Netz gestaltet.
* Ändert man die Vernetzung des Modells so ab, dass an den Kanten ebenfalls die maximale Elementgröße von 0,03 mm erreicht (was wir zu Beginn wegen der Modellgrößen-Beschränkung nicht getan haben), dann erhält man einen Maximalwert von 564 MPa.
* '''''Hinweis:''''' Wer diesen Schritt mit der Studentenversion nachvollziehen möchte, muss die "Elementgröße" auf 0,03 mm reduzieren und nur auf die Lochkante (nicht die Fasenfläche!) anwenden. Außerdem sollte man die adaptive Größe des Netzes wieder aktivieren und den Knotensatz nach dem Vernetzen aktualisiert, da sonst die Kraftrandbedingung nicht mehr funktioniert.
* Dieser Wert stimmt besser überein mit dem Ergebnis entlang der Lochkante aus der '''Autodesk-Fusion-Studie''':
<div align="center">[[Datei:Software CAD - Tutorial - 2D Komponente - Belastung - Belastungsanalyse - Fasen - Spannungsverlauf.gif|500px]]</div>

'''Vernetzungsfeinheit'''
* Infolge der etwas gröberen Vernetzung des Lochrandes in Ansys weichen die Ergebnisse direkt an der Kante voneinander ab!
* Mit unserem Vorwissen, dass dieser Spannungswert an einer "ideal" eckigen Kante gegen Unendlich läuft, können wir diesen Unterschied erklären.

<div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Auflage-Reaktionen|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Deformation|→]] </div>

Software: FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Belastungsanalyse

2026-04-10T12:17:38Z

Christoph Steinmann: Links CAE Wiki angepasst und Ansys öffentliche Doku

[[Software:_FEM_-_Tutorial_-_FEM-Prozess_2D-Bauteil|↑]] <div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Randbedingungen|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Auflage-Reaktionen|→]] </div>
<div align="center"> ''' Analyse (Simulation) ''' </div>

[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Belastungsanalyse Analyseeinstellungen.gif|rechts]]
''Ansys'' stellt mehrere Solver mit unterschiedlichen Eigenschaften zur Verfügung. Man findet zahlreiche Einstellungen in den '''Details von "Analyseeinstellungen"'''. Als Anfänger sollte man sich hier zunächst auf die Standardeinstellung verlassen. Nur einige wenige seien hier kurz erläutert.

'''Solver-Typ Direkt:'''
* Ist der Gleichungslöser für dünn besetzte Matrizen. Er ist sehr schnell, benötigt aber vergleichsweise viel Speicher.
* Das FE-Problem läuft auf ein umfangreiches Gleichungssystem hinaus, mehr dazu [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Elastostatische_FE-Simulation|am Ende dieser Übung]]. Dieser Solver versucht direkt die Inverse der entsprechenden Matrix zu berechnen.
* Grobe Daumenregel: die richtige Wahl für mittelgroße Strukturen bis ca. 150.000 Freiheitsgrade bei Standard-Computern, außerdem hilfreich bei Kontakten mit Reibung und schlecht konditionierten Steifigkeitsmatrizen.
'''Solver-Typ Iterativ:'''
* Ist der iterative Gleichungslöser, der allgemeiner anwendbar und ressourcenschonender, aber oft auch langsamer ist.
* Hierbei wird das Gleichungssystem über ein Gradientenverfahren Stück für Stück (iterativ) der Lösung angenähert.
* Daumenregel: die richtige Wahl für Strukturen mit mehr als 150.000 Freiheitsgraden und bei sinnvoller Parametrisierung der Solverparameter (z.B. durch Automatismen von ''Ansys'').
'''Große Verformung:'''
* Steuert die Betrachtung großer Verformungen durch den Solver und sollte aktiviert werden, wenn diese im Modell zu erwarten sind. Das trifft allgemein auf sehr dünne oder weiche Strukturen zu.
* Für große Bewegungen muss das Modell dann iterativ gelöst und die Randbedingungen angepasst werden, wenn sich z.B. eine Kraftangriffsfläche stark verformt. Man erhält automatisch ein [https://web.archive.org/web/20191025172310/http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Geometrienichtlinearit%C3%A4t '''nichtlineares Problem'''].

Weitere Details finden Interessierte in der [https://ansyshelp.ansys.com/public/account/secured?returnurl=/Views/Secured/corp/v261/en/wb_sim/ds_Solver_Controls.html '''Produktdokumentation''']. Darüber erschließen sich auch wieder Optionen, die nur mittels APDL und nicht in der grafischen Oberfläche abrufbar sind.

Wir starten die Lösung unserer ersten Studie mit dem entsprechenden Button in der '''MFL > Lösung''': [[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Belastungsanalyse Loesung.gif]]. <br>
Nach erfolgreicher Simulation gibt es noch zwei weitere sinnvolle Optionen, bevor man sich "echte" Ergebnisse ansieht.

'''Eingabedatei schreiben:''' (kann man auch schon vor dem Lösen)
* Erreichbar bei Auswahl der Randbedingungen in der Übersicht unter '''MFL > Extras >''' [[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Belastungsanalyse Eingabedatei.gif|80px]]
* Man kann sich das in Mechanical erzeugte Modell hier als ADPL-Skript oder auch für den Nastran-Solver (den wir aus ''Fusion 360'' kennen) exportieren lassen.
* Ein Blick in die APDL-Datei kann sich lohnen, wenn man bestimmte Fehler sucht oder nachvollziehen möchte, wie genau das Modell aufgebaut wird.

'''Solverausgabe:'''
* Eine detaillierte Ausgabe des Solvers erscheint im Übersichtsbaum unter Lösung nach der Simulation: [[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Belastungsanalyse Solverdaten.gif]]
* Diese Informationen helfen bei der Fehlersuche, können also besonders dann nützlich sein, wenn die Simulation fehlschlägt.

<div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Randbedingungen|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Auflage-Reaktionen|→]] </div>

Software: FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Randbedingungen

2026-04-10T12:12:33Z

Christoph Steinmann: Links zu Ansys ohne Login gesetzt

[[Software:_FEM_-_Tutorial_-_FEM-Prozess_2D-Bauteil|↑]] <div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Netzgenerierung|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Belastungsanalyse|→]] </div>
<div align="center"> '''Definieren von Randbedingungen (Lasten & Lagerungen) ''' </div>
=== Randbedingungen ===

Die bei der CAD-Belastungsanalyse betrachteten Lasten (Loads) und Abhängigkeiten (Constraints) bilden zusammen die [http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Randbedingung '''Randbedingungen'''] für die Lösung des partiellen Differentialgleichungssystems, welches das Finite-Elemente-Modell repräsentiert:
* Der Konstrukteur als CAD-Anwender dimensioniert seine Bauteile/Baugruppen mit dem Wissen der [https://de.wikipedia.org/wiki/Technische_Mechanik '''Technischen Mechanik''']. Für ihn ist die Unterscheidung in passive Abhängigkeiten (Lagerungen) und aktive Lasten (äußere Kräfte/Momente) normal und deshalb wichtig.
* Klassische FEM-Programme sind häufig etwas "mathematik-lastig", weil für sie die Lösung der partiellen Differentialgleichung der [http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Strukturmechanik '''Strukturmechanik'''] im Mittelpunkt steht. Pre- und Post-Prozess sind dabei (etwas salopp formuliert) "ein notwendiges Übel", damit der normale Anwender das Gleichungssystem erstellen und seine Lösung interpretieren kann. Aus mathematische Sicht werden deshalb im Pre-Prozess die Abhängigkeiten und Lasten gleichberechtigt als [https://de.wikipedia.org/wiki/Randbedingung '''Randbedingungen'''] behandelt.
* Beim Wechsel vom CAD-System auf ein FEM-Programm sollte man sich dieser unterschiedlichen Sichtweisen bewusst werden.

=== Modellbereiche mit Randbedingungen ===

Das Finite-Elemente-Modell besteht aus einem Netz von Finiten Elementen, welche für den Anwender vordergründig durch ihre Knoten repräsentiert werden:
# Die Lösung der partiellen DGL der Strukturmechanik ergibt primär nur die Koordinaten-Werte für alle Knoten des Netzes.
# Alle Randbedingungen der partiellen DGL der Strukturmechanik wirken nur an Knoten-Teilmengen als
#* Vorgaben für Koordinaten-Werte bzw. für deren Änderungsmöglichkeiten (=partielle Ableitung) bzw.
#* Kräfte, welche aus äußeren Einflüssen resultieren (z.B. aus Einzelkräften, Flächenlasten, Gravitation)

Bevor man eine Randbedingung dem Finite-Elemente-Netz zuweisen kann, muss man die Knoten-Teilmenge bilden, auf welche diese Randbedingung wirken soll:
# '''In der CAD-Belastungsanalyse''' genügt dafür meist ein Mausklick auf eine Kante oder Fläche der Geometrie:
#* Damit sind automatisch alle Knoten ausgewählt, welche auf dieser gewählten Geometrie liegen.
#* Der Vorteil der Bildung von Knoten-Teilmengen auf Basis von ausgewählter Geometrie besteht vor allem darin, dass nach einer Neuvernetzung automatisch wieder die richtige Knoten-Teilmenge gebildet wird.
# '''In "puristischen" FEM-Programmen''' existiert das Finite-Elemente-Netz nach seiner Generierung unabhängig von der Geometrie des modellierten Bauteils:
#* Die Bildung der erforderlichen Knoten-Teilmengen für Netz-Kanten, -Flächen oder -Volumina erfolgt direkt anhand der existenten Netz-Knoten oder -Elementen.
#* Die daraus definierten Knoten-Teilmengen "überleben" deshalb ein Löschen des benutzten Netzes nicht (z.B. bei der Generierung eines besseren Netzes).
#* In früheren Versionen dieser Übung wurde [https://z88.de/z88aurora/ ''Z88Aurora''] als freie und kostenlose Software eingesetzt, das sicher aus Aufwandsgründen in diesem Sinne "puristisch" war, mit allen daraus resultierenden Nachteilen!
#* Teure kommerzielle Systeme gestatten die Zuweisung von Randbedingungen auch über die Geometrie (wie in der CAD-Belastungsanalyse). Die Studentenversion von ''Ansys Mechanical'' lässt sich hier einordnen und macht Definitionen unabhängig vom Netz entsprechend einfach.

=== Randbedingungen in Ansys Mechanical ===
[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Randbedingungen Strinknoten.gif|80px|rechts]]
Um auch den Arbeitsablauf in anderen ("puritischen") FEM-Programmen im Ergebnis dieser Übung nachvollziehen zu können, nutzen wir im ersten Auswahlschritt die Möglichkeit, Komponenten als Kombination einzelner Elemente zu erstellen. Das wäre hier nicht unbedingt notwendig und das simple Anklicken einer Fläche führt in unserem Fall zur selben Lösung. Natürlich bietet Ansys aber auch Optionen, solch grundlegenden Features zu nutzen.
* Falls sie zu Beginn entfernt wurde, blenden wir zunächst die Grafikwerkzeugleiste wieder ein. Diese ermöglicht es uns, gezielter einzelne Netzknoten zu erfassen: '''MFL > Home > Layout > Verwalten > Grafik-Werkzeugleiste'''.
* Dort wählen wir den Auswahlmodus für einen einzelnen Knoten. [[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Randbedingungen Knotenauswahl.gif]]
* Mit diesem Werkzeug klickt man einen beliebigen Knoten auf der Stirnseite des Bauteils an.
* Theoretisch kann man jetzt beliebig einzelne Knoten selektieren. Selbst die einfachsten Programme bieten aber eigentlich Möglichkeiten diesen Prozess etwas zu vereinfachen.
* Im Beispiel wählen wir (mit selektiertem Punkt) unter '''MFL > Auswahl > Auswählen > Position > alle koplanaren Objekte mit der gleichen x-Position''' aus.
* Damit erhalten wir alle Knoten, die wir auch über das Auswählen der Stirnfläche hätten ansprechen können. Dieser manuelle Weg ermöglicht aber natürlich auch weitere Verfeinerungen (die wir hier nicht brauchen).
* Abschließend speichern wir die Auswahl über '''MFL > Auswahl > Komponenten > Erstellen'''.
* Die Auswahl nennen wir "'''sfKnoten'''" (steht für Stirnfläche-Knoten) und bestätigen mit '''ok'''. Für die spätere Nutzung dürfen im Komponentennamen keine Sonderzeichen enthalten sein, obwohl die Mechanical-Oberfläche damit prinzipiell umgehen kann!
* Unsere Auswahl taucht jetzt im Baum der Übersicht auf und lässt sich hier weiter nutzen (z.B. könnte man die Knotennummern auslesen).

FEM-Programme stellen für einen Großteil der Anwendungsfälle Funktionen bereit, um aus der riesigen Anzahl von Elementen und zugehörigen Knoten gezielt Teilmengen auszuwählen und darüber Randbedingungen zu definieren. Wir benötigen in dieser Studie wieder die bekannte Fixierung und Kraftbelastung. Ein Klick auf den Studiennamen '''Statisch-mechanisch (A5)''' in der Übersicht öffnet die Randbedingungen in der MFL ('''''Hinweis:''''' Die konkrete Analyse kann man im Übersichtsbaum oder auch in der Projektübersicht der Workbench umbenennen. Ein eventuell geänderter Name oder eine andere Zellenbezeichnung als A5 ist dann zu beachten):
# '''Fixierung des Lochrands''':
#* In ''Ansys Mechanical'' ist diese Auswahlmöglichkeit für die allermeisten Fälle über die Wahl von CAD-Geometrieelementen, Flächen, Kanten usw. möglich. Der Prozess entspricht dem bekannten Vorgehen aus dem ersten Übungsabschnitt.
#* Diese Funktion ist oft deutlich einfacher, wenn auch weniger "mächtig", als die Selektion einzelner Knoten.
#* Wir wählen im Grafikbereich den Lochrand der Lasche und setzen die Randbedingung auf "'''Fixiert'''"
#* Damit sind alle Freiheitsgrade der Knoten auf dieser Fläche eingeschränkt (fixiert). <div align="center">[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Randbedingungen Lochrand.gif|400px]]</div>
# '''Zugkraft auf Stirnfläche:'''
#* Da wir uns die Arbeit zum Erstellen einer Komponente mit allen Knoten der Stirnfläche bereits gemacht haben, bietet es sich an, diese für den Kraftangriff auch zu nutzen.
#* Wir erstellen zunächst die Kraft-Randbedingung. Dieses Mal mittels Rechtsklick auf '''Statisch-mechanisch (A5)''' im '''Kontextmenü > Einfügen > Knotenkraft''' [[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Randbedingungen FE-Kraft.gif]].
#*'''''Hinweis:''''' Als Zuweisungsmethode ist für FE-Randbedingungen automatisch "Komponente" gesetzt. Der deutsche Begriff "Komponente" ist hier etwas ungünstig gewählt und doppelt vergeben: Unter "Zuweisung" bezeichnet er spezielle Untergruppen unseres Modells (z.B. der Knotensatz an der Stirnseite), bei der Kraftdefinition sind aber Vektor-Komponenten der Kraft mit diesem Wort gemeint.
#* In den Details von "FE-Kraft" muss '''Last durch Anzahl der Knoten teilen''' auf '''Ja''' stehen. Andernfalls wird an jedem Knoten die gesamte Kraft angesetzt.
#* Würde man die Randbedingungen über eine Geometrieauswahl steuern, ließe sich auch einfach die Flächennormale als Richtung nutzen. Bei Knoten ist das nicht vorgesehen.
#* Als Kraft geben wir wieder '''1000 N''' an.
#* Die Richtungskomponente und das Vorzeichen sind so zu wählen, dass die Kraft senkrecht an der Fläche zieht: <div align="center">[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Randbedingungen Zugkraft.gif]]</div>
#* Startet man mit dieser Definition die Simulation und schaut sich die Spannungsverläufe an, fällt ein Unterschied zur Studie in Fusion auf.
#* Die Spannung an der Stirnseite der Lasche ist nicht so homogen wie bisher und auch die dargestellte Verformung entspricht nicht dem erwarteten Ergebnis: <div align="center">[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Randbedingungen Spannungsbild.gif]]</div>
#* '''''Hinweis:''''' Wer diesen Schritt selbst nachvollziehen möchte, muss das entsprechende Ergebnis zunächst hinzufügen: '''MFL > Lösung > Ergebnisse > Spannung > Vergleichs- (von Mises)'''. Details zu den Lösungsansichten in ''Ansys'' folgen später.
#* Das Problem ist, dass die FE-Kraft die Gesamtlast einfach auf die Knoten aufteilt. Im Beispiel sind das etwa 16 N pro Knoten (1000/63).
#* Im realen Belastungsfall wäre die Kraft gleichmäßig über die Fläche verteilt und nicht diskret auf Knoten.
#* Für die FE-Analyse muss man dies berücksichtigen, indem man die Knotenlast nach dem jeweiligen Flächenanteil gewichtet. Das heißt, dass Knoten in der Mitte des Bauteils anteilig mehr Kraft aus der Umgebung aufnehmen als solche am Rand oder in den Ecken des Teils.
#** ''Ansys Mechanical'' ist im Prinzip nur ein grafischer Editor für die mächtige [https://de.wikipedia.org/wiki/ANSYS_Parametric_Design_Language '''ANSYS APDL''']. Beim Klicken auf '''Lösung''' wird intern ein APDL-Skript generiert, welches das eigentliche FE-Modell für den Solver enthält.
#** Unsere FE-Kraft-Randbedingung erzeugt in ADPL eine reine Kraftlast vom Typ [https://ansyshelp.ansys.com/public/account/secured?returnurl=/Views/Secured/corp/v261/en/ans_cmd/Hlp_C_F.html '''F'''] (force) an den gewählten Knoten. Die erwähnte Gewichtung für eine flächige Last ist über [https://ansyshelp.ansys.com/public/account/secured?returnurl=/Views/Secured/corp/v261/en/ans_cmd/Hlp_C_SFE.html '''SFE'''] (surface loads on elements) möglich.
#** Die grafische Oberfläche bietet leider keine direkte Möglichkeit Knoten-basiert eine flächig wirkende Last sauber aufzubringen.
#** Ein Umweg wäre über die Randbedingung FE-Druck mit manueller Umrechnung unserer Zugkraft möglich (1000 N auf 10 mm<sup>2</sup> wären 100 MPa).
#** Stattdessen nutzen wir aber im Folgenden den direkten Weg über APDL. Diesen Ablauf kennenzulernen lohnt sich, weil darüber auch in anderen Anwendungsfällen das volle Potenzial von ''ANSYS Classic'' entfaltet werden kann.
#** Die nachfolgend erzeugten Befehle werden 1 zu 1 ans Ende des über die GUI automatisch generierten Skripts kopiert.
#* Wir '''löschen''' die fehlerhafte '''FE-Kraft''' und '''fügen''' stattdessen '''Befehle''' [[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Randbedingungen Befehle.gif]] ein. Das erzeugte Element in der Übersicht benennen wir in "'''Zugkraft (APDL)'''" um, damit später nachvollziehbar ist, wo die zweite Randbedingung definiert wird.
#* Es öffnet sich über dem Grafikfenster ein Editor, der die Eingabe von APDL-Skripten ermöglicht. Dort fügen wir das folgende Skript ein und vollziehen die Funktion anhand der Kommentare nach:

/SOLU !Springe zum Solution Processor, hier werden Randbedingungen definiert
!-----------------------
kraft=-1000 !Kraft in N
!-----------------------
CMSEL,s,sfKnoten, !Knotenkomponente auswaehlen
ESLN, !Elemente auswaehlen, deren Teil die Knoten sind
*GET,k_anz,node,,count !Knotenanzahl ermitteln
flaeche=0 !Parameter fuer Flaeche anlegen
k_num=0 !Parameter Knotennummer
*DO,i,1,k_anz,1 !Schleife ueber alle Knoten
k_num=NDNEXT(k_num) !ID des naechsten Knoten zuweisen
k_flaeche=ARNODE(k_num) !Flaeche am Knoten ermitteln
flaeche=flaeche+k_flaeche !Flaeche auf Gesamtsumme addieren
*ENDDO
druck=kraft/flaeche !Druck berechnen
ALLSEL !Knotenselektion ruecksetzen
!-----------------------
SF,sfKnoten,PRES,druck !Randbedingung definieren

* Dieses Skript ermittelt aus dem Komponentensatz "sfKnoten" dessen Fläche und errechnet den entsprechenden Druck, der sich aus der im Skript definierten Kraft ergibt. Die Kraft kann man im Skript jetzt beliebig ändern, ohne manuell den Druck entsprechend der Bauteilgeometrie zu berechnen.
* Das Skript erscheint etwas kompliziert, weil wir von unserem zuvor definierten Knotensatz ausgehen. Fortgeschrittene Nutzer könnten auch mit einer Flächenauswahl beginnen oder die Elemente gleich direkt über ADPL-anwählen. Man spart sich dann die Iterationen zur Flächenberechnung.
* '''''Hinweis:''''' Auch dass unser Skript mit dem Befehl [https://ansyshelp.ansys.com/public/account/secured?returnurl=/Views/Secured/corp/v261/en/ans_cmd/Hlp_C_SF.html '''SF'''] arbeitet, liegt am zuvor gebildeten Knotensatz. SF erfüllt die selbe Funktion für Knoten, die SFE bei Elementen übernimmt.

<div align="center">[[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Randbedingungen Zugkraft-APDL.gif]]</div>

Damit sind alle Randbedingungen definiert. Das etwas kompliziertere Vorgehen für die Zugkraft ist natürlich nicht immer notwendig. In dieser Übung soll es zeigen, dass vollwertige FEM-Programme deutlich mehr Möglichkeiten als z.B. ''Fusion'' bieten, dabei aber eben auch entsprechende Erfahrungen beim Nutzer voraussetzen. Die normale Kraft [[Datei:Software FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Ansys - Randbedingungen Kraft.gif]], die wir so auch aus dem ersten Übungsteil in ''Fusion 360'' kennen, hätte in diesem Fall sofort das gewünschte Ergebnis erzielt (weshalb wir sie in den folgenden Studien nutzen). Intern funktioniert dieser Button aber genauso wie hier nachvollzogen: aus der gewählten 3D-Geometrie und der angegebenen Kraft wird ein Druck errechnet, der dann mit dem SFE Kommando im APDL-Skript angelegt wird. Natürlich ist das nutzerfreundlicher, solange man nichts an den tiefergehenden Optionen ändern möchte.

<div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Netzgenerierung|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_Belastungsanalyse|→]] </div>

Datei:Software FEM - Tutorial - 2D Komponente - Bauteildefinition - CAD-Modell - Bauteil-Komponente.gif

2026-04-10T09:39:16Z

Christoph Steinmann: Christoph Steinmann lud eine neue Version von Datei:Software FEM - Tutorial - 2D Komponente - Bauteildefinition - CAD-Modell - Bauteil-Komponente.gif hoch

Software: FEM - Tutorial - 3D-Baugruppe - Bauraum-Definition

2026-04-10T09:26:33Z

Christoph Steinmann: Ergänzungen zu BT/BG/Hybrid

[[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_mit_Kontakten|↑]] <div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_Projekt-Definition|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_Bauteil_Stahlscheibe|→]] </div>
<div align="center"> ''' Bauraum-Definition (Baugruppe "Gummipuffer")''' </div>

<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_-_gummipuffer_objekt.gif| ]] </div>

Die innerhalb des aktiven Projektes geöffnete unbenannte "Konstruktion" wird im Ergebnis des Konstruktionsprozesses die gesamte Baugruppe "'''Gummipuffer'''" einschließlich ihrer Bauteile "'''Stahlscheibe'''" und "'''Gummihuelse'''" enthalten:
* Die Gesamthöhe ('''30 mm''') des zylindrischen Gummipuffers ('''∅20 mm''') setzt sich zusammen aus der Höhe der Gummihülse und der vorgegebenen Dicke der beiden Stahlscheiben.
* Der Bauraum für die Baugruppe wird also durch eine Zylinder-Oberfläche mit obigen Maßen begrenzt.

''Fusion 360'' ist primär auf den Top-Down-Konstruktionsansatz ausgerichtet. Als ''Top-down'' (engl. ''von oben nach unten'') und ''Bottom-up'' (engl. ''von unten nach oben'') werden zwei entgegengesetzte Wirkrichtungen in Analyse- oder Synthese-Prozessen bezeichnet. Es handelt sich also um zwei grundsätzlich verschiedene Ansätze, um komplexe Sachverhalte zu behandeln:
* '''Top-down''' geht vom Abstrakten, Allgemeinen, Übergeordneten schrittweise hin zum Konkreten, Speziellen, Untergeordneten.
* '''Bottom-up''' bezeichnet die umgekehrte Richtung.

Entsprechende Beziehungen bestehen auch zwischen den Begriffen:
* '''Dekomposition''' (''Top-down''): Zerlegung, Auflösung eines Ganzen in einzelne Teile.
* '''Aggregation''' (''Bottom-up''): Vereinigung von Teilen zu einem Ganzen.

Vereinfacht kann man die grundlegenden Konzepte wie folgt unterscheiden:
* Im ''Autodesk Inventor'' (als Beispiel) werden nach dem Bottom-up-Prinzip mittels 3D-Modellierung Einzelteile aus 2D-Skizzen konstruiert und zu Baugruppen zusammengefügt. Die Gestalt der Baugruppen ist somit von der Gestalt der einzelnen Teile und ihrer Einbaulagen zueinander abhängig.
* Im ''Fusion 360'' wird in der "Hybriden Konstruktion"nach dem Top-down-Prinzip zuerst das zukünftige Aussehen von Baugruppen "skizziert" (z.B. durch Skizzen oder Konstruktionselemente). Die eingebauten Komponenten (Einzelteile, Unterbaugruppen) beziehen sich auf diese "Skizzierung" des Bauraums. Ändert sich die Bauraum-Definition (z.B. in Größe oder Form), wird damit die Gestalt der Komponenten verändert.

Wichtig ist eine sinnvolle Anordnung (Ausrichtung und Position) der Konstruktion (hier der Baugruppe) in Bezug auf das Ursprung-Koordinatensystem. In unserem Beispiel soll sich die Höhe des Gummipuffers in Z-Richtung des Ursprung-Koordinatensystems erstrecken:
* Für aktuell neue Fusion-Nutzer ist die '''Z-Achse''' des Modell-Koordinatensystems bereits standardmäßig nach '''Oben''' orientiert.[[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Analyse_-_Fusion_360_-_Nutzer-Modellausrichtung.gif|right]]
* Ist das nicht der Fall, kann dies sehr einfach über die Benutzer-Voreinstellungen geändert werden (Siehe: [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Komponente_-_Projekt-Definition|'''1. Übung → Projekt-Definition''']])

Nach erfolgreicher Ausrichtung der Ansichten muss als Nächstes die Position und Größe des Bauraums mittels geeigneter Elemente definiert werden. Dabei sollte man jedoch keine Volumenkörper erzeugen, um Konflikte mit "realen" Komponenten in nachfolgenden Prozessschritten (Simulation, Dokumentation, Fertigen) zu vermeiden:
* Für einfache Bauraum-Formen (z.B. Quader, Zylinder, Kugel) genügt die Definition der erforderlichen Abmessungen in Form von "Benutzerparametern".
* Unser Bauraum umschließt einen gedachten '''Zylinder (Hoehe, Durchmesser)''', für den wir die erforderlichen Parameter definieren ('''''Volumenkörper > Ändern > Parameter ändern'''''):
<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_Bauraum_Parameter_definieren.gif|.]] </div>

'''Gummipuffer_xx''': <br>Nach der Definition des Bauraums '''Speichern''' [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Fusion-Button_-_Datei_Speichern.gif|middle]] wir den aktuellen Bearbeitungszustandes der Konstruktion mit dem Baugruppen-Bezeichner unter Einbeziehung der Teilnehmer-Nummer ('''xx'''=00...99).
<div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_Projekt-Definition|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_Bauteil_Stahlscheibe|→]] </div>

Software: FEM - Tutorial - 2D-Komponente - Belastung - Belastungsanalyse

2026-04-10T08:44:18Z

Christoph Steinmann: Kommentar zu zukünftig lokal entfernt

[[Software:_FEM_-_Tutorial_-_FEM-Prozess_2D-Bauteil|↑]] <div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Komponente_-_Belastung_-_Constraints|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Komponente_-_Belastung_-_Auflage-Reaktionen|→]] </div>
<div align="center"> '''Modellvalidierung als Grundlage der Belastungsanalyse''' </div>

Vor dem eigentlichen Lösen des Gleichungssystems kann man mittels '''''Einrichten > Lösen > Vorüberprüfung''''' testen, ob alle erforderlichen Informationen dafür zur Verfügung stehen. Es wird dabei auch überprüft, ob das Modell durch die Abhängigkeiten statisch vollständig bestimmt ist. Diese Vorüberprüfung sollte erfolgreich sein!

Für das '''''Lösen''''' selbst muss man festlegen, wo die Berechnung ausgeführt werden soll:
<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Loesen_Konfiguration.gif|.]] </div>
* Standardmäßig werden Berechnungen in der Cloud durchgeführt. Die Kosten der konkreten Berechnung für den kommerziellen Anwender in Form von Cloud-Punkten werden angezeigt (1 Punkt entspricht ca. 1 Euro).
* Die Lizenz für Bildungseinrichtungen besitzt dafür unbegrenzt viele Cloud-Punkte (kostenlos!). Allerdings werden die Berechnungen in der Priorität hinter den gleichzeitig laufenden kommerziellen Berechnungen eingeordnet. D.h., Simulationen von Studenten werden in einer speziellen Warteschlange verwaltet, die in Zeiten mit starker Auslastung, z.B. am Semesterende, recht voll werden kann. Dies kann zu einer beträchtlichen Verzögerung bei der Berechnung der Simulationsergebnisse führen!
* Eine statische Simulation mit unserem relativ kleinem Netz erfordert nur geringe Ressourcen (CPU und RAM), so dass eine Berechnung auf dem lokalen PC ausgeführt werden kann. Die Berechnung in der Cloud dauert wegen des erforderlichen zusätzlichen Verwaltungsaufwandes sogar im besten Fall etwas länger!
* '''''Hinweis'':''' Unabhängig vom Ort der Berechnung, erfolgt anschließend eine Übertragung der Ergebnis-Daten in den Cloud-Bereich des Projektes. Dabei wird jedes Mal eine neue Version der Konstruktionsdatei erzeugt!
* '''''Achtung:''''' Seit September 2022 können Simulationen ausschließlich in der Cloud gelöst werden. Auf diese Übung hat dies, bis auf die leicht erhöhte Simulationsdauer, keinen Einfluss.

Die Berechnung startet man nach Wahl des Berechnungsortes mittels des Button "'''1 Studie auflösen'''":
* Den Fortschritt der Simulation (im Beispiel innerhalb der Cloud) kann man im Job-Status-Fenster qualitativ grob verfolgen:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Loesen_Verlauf.gif|.]] </div>
* Eine Cloud-Berechnung endet mit dem vollständigen Empfang der Ergebnisdaten, worauf in einem separatem Fenster "Ergebnisdetails" Hinweise zur Einhaltung eines sinnvollen Sicherheitsfaktors erfolgen:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Ergebnisdetails.gif|.]] </div>
* '''Achtung:''' In der aktuellen Fusion version ist ein Preview-Feature aktiviert, das die Eregbnisansicht verändert und verlangsamt. Die folgenden Anleitungsschritte beziehen sich deshalb noch auf die "alte" Ergebnisansicht. Diese kann für den persönlichen Account wieder aktiviert werden: '''Benutzersymbol (oben rechts) > Voreinstellungen > Vorschaufunktionen > "Neue Benutzererfahrung für Simulationsergebnisse" deaktivieren'''

* Die Sicherheitsfaktoren werden dabei als Farbverlauf in den Grenzen von (rot=0)...(blau=8) abgebildet:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Standarddarstellung_Ergebnisse.gif|.]] </div>
* Diese Ergebnisdarstellung kann man in geringem Maße über das "Ergebnisdetail"-Fenster steuern ("Hervorhebung der schwächsten Bereiche" und "Deformationsskala").[[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Ergebnisse_Legendenteilung.gif|right]]
'''''Hinweis'':''' Wir erkunden die Möglichkeiten der Ergebnisdarstellung manuell und schließen zuvor die Fenster für die Ergebnisdetails und den Job-Status:
* Die zusätzlich eingeblendeten Min./Max.-Werte stören meist und werden standardmäßig bereits als Grenzen der Legende angezeigt ('''''Ergebnisse > Prüfen > Min./Max. ausblenden''''').
* '''''Ergebnisse > Ergebniswerkzeuge > Legendenoptionen''''' steuert die Größe der Legende und die Art des Farbübergangs. Die glatt-schattierte Darstellung retuschiert wichtige Details (z.B. Unstetigkeitsstellen). Deshalb ist die gewählte gestufte Darstellung ("mit Band") mit einer nicht zu geringen Anzahl von Farbstufen meist günstiger.
Die Sicherheitsfaktoren werden auf der Grundlage der berechneten mechanischen Spannungen ermittelt. Entscheidend für die Sicherheitsfaktoren ist die sogenannte Von-Mises-Vergleichsspannung, welche wir deshalb als nächstes für die Ergebnisdarstellung wählen:
* Dabei erfolgt standardmäßig eine Umschaltung auf die glatt-schattierte Farbdarstellung, welche in Hinblick auf das Retuschieren eventueller Modellfehler meist ungünstig ist.
* Der Aufruf der Legenden-Optionen zur Wahl der Farbband-Darstellung kann auch über einen Button direkt an der Legende erfolgen:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Ergebnisse_Legendenteilung2.gif|.]] </div>
* Standardmäßig ist die Legende zwischen den berechneten Min./Max-Werten in 5 Stufen geteilt. Die Teilung der Legende zwischen 2 und 9 kann durch senkrechtes Ziehen des Cursors mit gedrückter linker Maustaste auf dem Farbbalken geändert werden. Bei gewählter Band-Darstellung entspricht die Teilung der Anzahl der Farbstufen.
* Betrachtet man bei höchster Teilung der Farbskala und Anzeige des Netzes den Bereich um das Loch, so erkennt man "Hotspots" der Spannungsbelastung:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Ergebnisse_grober_Vernetzung.gif|.]] </div>
* Insbesondere das asymmetrische Auftreten dieser "Hotspots" bei exakt symmetrischer Belastung deutet auf eine zu grobe Vernetzung im Bereich des Loches (das Netz ist infolge der Vernetzungsalgorithmen trotz Bauteilsymmetrie etwas asymmetrisch!).
Eine globale Verkleinerung der Elementgröße von zur Zeit '''1 mm''' auf z.B. 0,1 mm ist nicht praktikabel, weil sich die Anzahl der 3D-Elemente mit der 3. Potenz ihrer Verkleinerung erhöht. Bei mehr als 100000 Elementen wird unter Umständen auf dem lokalen PC der Hauptspeicher knapp und es rechnet auch in der Cloud sehr lange:
* Global sollte man die Elementgröße nur (geringfügig) verringern, wenn in den unkritischen Bereichen des Bauteils eine Glättung der berechneten Ergebnisse erforderlich ist.
* Die Verfeinerung der Vernetzung muss sich auf die kritischen Bereiche konzentrieren (dass sind im Beispiel die beiden Kanten des Loches).
'''''Einrichten > Verwalten > Lokale Netzsteuerung''''' (nach '''"Ergebnisse fertig stellen"''') bietet die Möglichkeit, einzelne Kanten, Flächen oder auch Körper mit einer separaten Elementgröße zu vernetzen.
* Wir wählen die beiden Loch-Kanten und verringern dort die Elementgröße auf z.B. 1/10 der globalen Elementgröße:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Lokale_Netzsteuerung_Lochkanten.gif|.]] </div>
* Für alle Kanten erfolgt eine grafische Visualisierung der aktuellen Elementgröße, welche zu Beginn von der globalen Einstellung übernommen wird.[[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Netz_erzeugen_nach_Verfeinerung.gif|right]]
* Nach Auswahl der beiden Lochkanten verringern wir mittels Eingabe des gewünschten exakten Wertes die Elementgröße auf diesen Kanten. Dies wäre qualitativ auch mittels des Schiebereglers möglich.
* Nach Bestätigung der lokalen Verfeinerung sind das bisherige Netz und die zugehörigen Ergebnisse ungültig.
* Über das Kontextmenü kann man das modifizierte '''Netz erzeugen''' lassen.
* Nach dem '''Lösen''' des Gleichungssystems besitzt die Von-Mises-Spannung am Lochrand einen wesentlich plausibleren Verlauf:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Mises-Spannung_nach_Verfeinerung.gif|.]] </div>
* Die Maximalspannung tritt nun entlang der Zugkraft-seitigen Lochkante auf. Der berechnete Maximalwert hat sich im Vergleich zur vorherigen groben Vernetzung um über 10% erhöht.
Um die Konsequenzen einer "beliebigen" Verkleinerung der Elementgröße entlang der Lochkanten auszuloten, verkleinern wir die durch Bearbeiten des lokalen Netzes die Elementgröße auf die kleinstmögliche '''Länge=0,03 mm''':
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_maximale_Kantenverfeinerung.gif|.]] </div>
* Damit unter diesen Bedingungen ein harmonischer Übergang zur globalen Vernetzung entsteht, muss man die erweiterten Netzeinstellungen anpassen, welche auch für die lokale Netzsteuerung wirksam sind. Im Beispiel genügte die Verringerung des max. Seitenverhältnisses für die Elemente von 10 auf 8:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_erweiterte_Netzeinstellung_bei_Verfeinerung.gif|.]] </div>
* '''''Hinweis'':''' Leider führen teilweise kleine Änderungen in den erweiterten Einstellungen der Vernetzungssteuerung zu einem "Umkippen" der Netzqualität. Man sollte also bei Bedarf möglichst immer nur einen Parameter verstellen und dann die Auswirkungen auf die Netzqualität durch Erzeugen des modifizierten Netzes beurteilen.
* Im Vergleich zur ursprünglichen groben Vernetzung erhöhte sich im Beispiel durch die weitere Verfeinerung der Lochkanten-Vernetzung die maximal berechnete Von-Mises-Spannung nun von 171 MPa auf 231 MPa

'''''Wichtig'':'''
* An spannungskritischen Kanten kann die Verkleinerung der Elementgröße zu einer Erhöhung der berechneten Maximalspannung an diesen Kanten im Sinne einer Polstelle mit dem Wert "Unendlich" führen!
* Dies entspricht natürlich meist nicht der Realität, weil ideal "eckige" Kanten praktisch nicht existieren, sondern immer eine "Abrundung" durch das Fertigungsverfahren erfolgt.
* In der Praxis wird man die Ränder des Loches in der Lasche jeweils mit einer Fase versehen.
* Solche Fasen, welche eine Bedeutung für die berechnete Belastung besitzen, sollte man in der Geometrie des CAD-Modells berücksichtigen. Dies gilt nicht für Fasen, welche nur den Grat z.B. an den äußeren Kanten des Bauteils beseitigen, ohne dabei die Belastbarkeit wesentlich zu beeinflussen.

Zur Modifikation unseres CAD-Modells wechseln wir zurück in den Arbeitsbereich "'''Konstruktion'''" und ergänzen dort an den Lochkanten jeweils eine '''0,1 mm-Fase''' ('''Volumenkörper > Ändern > Fase'''):<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Fasen_-_im_CAD-Modell_ergaenzen.gif|.]] </div>
Nach Rückkehr in den Arbeitsbereich "'''Simulation'''" muss zuerst das FEM-Modell für die Studie repariert werden:
* Die Fasen haben die Kanten für die lokale Vernetzung zerstört. Nach dem Löschen des lokalen Netzes im Browser (über Kontextmenü), definieren wir für die Flächen der beiden Fasen die Element-Länge=0,03 mm:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Fasen_-_lokale_Netzsteuerung.gif|.]] </div>
* '''''Hinweis'':''' Die Abhängigkeit "Fest" wurde nicht zerstört, da die Wandfläche im Loch trotz der Fasen erhalten blieb.
* Nach dem '''Netz erzeugen''' sollte an den Lochrändern eine harmonisch eingebundene Netzverfeinerung entstehen. Nach dem '''Lösen''' werden jedoch an den inneren Fasenkanten noch höhere Spannungen berechnet:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Fasen_-_Spannungsverlauf.gif|.]] </div>
'''Modellvalidierung''' = Nachweis der Glaubwürdigkeit des Modellverhaltens:
* Die berechnete, undefiniert große Spannungsüberhöhung resultierte im Beispiel nicht aus der geometrisch "scharfen" Ecke am Lochrand. Experimente mit Abrundungen anstatt der Fasen führten qualitativ zu den gleichen Ergebnissen!
* Die Spannungsüberhöhung tritt immer an der Kante zwischen "normalem" Material (mit E-Modul ca. 200 GPa) und dem Bereich der festgelegten Abhängigkeit (entspricht einem Material mit unendlicher Steifigkeit!) auf. Das zeigten Experimente einer zusätzlichen Fixierung der Fasen- bzw. Rundungsflächen. Material-Diskontinuitäten führen also genauso wie geometrische Diskontinuitäten zu Spannungsänderungen!
* Unser Modell verhält sich im Rahmen der getroffenen Annahmen plausibel. Die Netzqualität kann als ausreichend angesehen werden und ermöglicht eine relativ schnelle Berechnung innerhalb von ca. 1 Minute.
<div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Komponente_-_Belastung_-_Constraints|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Komponente_-_Belastung_-_Auflage-Reaktionen|→]] </div>

Software: FEM - Tutorial - 2D-Komponente - Bauteil-Definition

2026-04-10T08:41:20Z

Christoph Steinmann: Hinweis zu hybrider Konstruktion ergänzt

[[Software:_FEM_-_Tutorial_-_FEM-Prozess_2D-Bauteil|↑]] <div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Komponente_-_Projekt-Definition|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Komponente_-_Bauteil-Grundkoerper|→]] </div>
<div align="center"> ''' Bauteil-Definition innerhalb einer "Konstruktion"''' </div>
[[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Analyse_-_Fusion_360_-_Neue_Konstruktion.gif|right]]
Im Datei-Menü [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Fusion-Button_-_Datei-Menue.gif|middle]] wird in Hinblick auf den Mechanik-Entwurf grob zwischen '''Konstruktion''' und '''Zeichnung''' unterschieden. Am Anfang ist es nicht erforderlich, eine "neue Konstruktion" zu erstellen, weil eine solche bereits unter der Bezeichnung "Unbenannt" innerhalb eines neuen Projektes angelegt wurde. Es würde ansonsten nur eine zusätzliche "unbenannte" Konstruktionsdatei erstellt:
* '''Konstruktion''': repräsentiert den Konstruktionsprozess für Bauteile oder Baugruppen von der Aufgabenstellung bis zur Fertigungsvorbereitung. <br> '''Hinweis:''' Aktuelle ''Fusion'' Versionen unterscheiden wie klassische CAD-Programme zwischen Bauteil und Baugruppe. Für den flexiblen wechsel zwischen beiden Formen ist das alte Standardformat '''"Hybride Konstruktion"''' weiterhin vorhanden. Dieses wird für die einfachen Konstruktionsaufgaben in dieser Anleitung verwendet. Details zu den Unterschieden finden sich in diesem [https://www.youtube.com/watch?v=dZEK_yBg4MQ Video].
* '''Zeichnung''': repräsentiert die Bestandteile von Zeichnungssätzen als heutzutage noch wichtiges Ergebnis von Konstruktionsprozessen.
Innerhalb einer '''Konstruktion''' werden in Abhängigkeit vom Bearbeitungszustand unterschiedliche Zielstellungen verfolgt (z.B. Animieren, Simulieren, Fertigen):
* [https://help.autodesk.com/view/NINVFUS/DEU/?guid=GUID-62FC5305-6B73-407B-82AB-70DFD5F1EF60 '''Arbeitsbereiche'''] organisieren die verfügbare Funktionalität in Abhängigkeit von den aktuellen Konstruktionszielen. Jeder Arbeitsbereich (im vertikalen Aufklapp-Menü) umfasst einen speziellen horizontalen Werkzeugkasten am oberen Rand:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Analyse_-_Fusion_360_-_Arbeitsbereiche.gif| ]] </div>[[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Bauteildefinition_-_CAD-Modell_-_Speichern_Konstruktion.gif|right]]
* So dient z.B. der Arbeitsbereich "Konstruktion" dem Erstellen mechanischer Konstruktionen unterschiedlichster Art. Dafür werden im Werkzeugkasten die benötigten Funktionen vom Skizzieren bis zum Fertigen zur Verfügung gestellt. Standardmäßig ist zu Beginn die Werkzeug-Gruppe für das Konstruieren der Basiselemente für Volumenkörper aktiv (blau markiert), da Flächen- und Blechkonstruktionen nicht so häufig benötigt werden.
* Wir speichern [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Fusion-Button_-_Datei_Speichern.gif|middle]] die noch unbenannte Konstruktion unter dem Namen "'''Lasche_xx'''" (mit Teilnehmer-Nr. '''xx=01...99''') in den Projekt-Ordner.
* Jedes Speichern erzeugt, beginnend mit der Version '''v1''', eine neue Version '''vn''' der Konstruktion! Die aktuelle Version '''vi''' ist dem Datei-Namen nachgestellt:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Bauteildefinition_-_CAD-Modell_-_Bauteil-Komponente.gif| ]] </div>
* '''''Hinweis''''': Nach Änderungen wird in regelmäßigen Abständen automatisch eine Wiederherstellungsdatei für den aktuellen Bearbeitungszustand erstellt, ohne dabei die zuvor manuell gespeicherte Version zu überschreiben.
Jede neue Konstruktion enthält standardmäßig bereits eine leere '''Komponente''' als obersten Eintrag in der Browser-Darstellung, welche den gleichen Namen besitzt, wie die Konstruktion (einschließlich Versionsnummer):
* '''Komponente''' entspricht dem einzelnen "Bauteil" (wie es z.B. im ''Autodesk Inventor'' Verwendung findet), solange sie nicht selbst wieder Komponenten enthält:
** In der deutschen Fusion-Version wird standardmäßig die Einheit '''mm''' verwendet.
** Eine Konstruktion kann beliebig viele Komponenten enthalten, dadurch wird die Konstruktion dann zur Baugruppe.
** Jede Komponente (hier ein "Bauteil") enthält ihr eigenes 3D-'''Ursprung'''-Koordinatensystem.
* '''Ursprung-Koordinatensystem''' - definiert die Lage einer Komponente (hier Bauteil) im Raum, wobei im Beispiel folgendes gilt:
** '''Y-Achse''' zeigt nach '''OBEN'''
** '''XY-Ebene''' definiert die '''Ansicht von VORNE''' (in der technischen Zeichnung meist als '''Erst-Ansicht''' genutzt)
** '''Z-Achse''' zeigt in der Ansicht von VORNE auf den Betrachter
'''''Hinweis''''': Falls im Ansichtsbereich ein "Entwurfsraster" angezeigt wird, kann man es über die Anzeigeeinstellungen ausblenden. Beim Erstellen von Bildern für diese Übungsanleitung wurde damit die Übersichtlichkeit erhöht: <div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Analyse_-_Fusion_360_-_Anzeigeeinstellungen_Entwurfsraster.gif| ]] </div>
<div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Komponente_-_Projekt-Definition|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Komponente_-_Bauteil-Grundkoerper|→]] </div>

Software: FEM - Tutorial - 3D-Baugruppe - CAD-Belastungsanalyse Postprocessing

2026-04-09T12:16:29Z

Christoph Steinmann: Hinweis zu neuer Ergebnisansicht

[[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Mechanik_mit_Kontakten|↑]] <div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_CAD-Belastungsanalyse_Preprocessing|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_CAD-Belastungsanalyse_Lastfaelle|→]] </div>
<div align="center"> ''' Postprocessing (Schnitte, Animationen) ''' </div>

Bisher hatten wir uns die Ergebnisse der Simulation in Form von Farbkonturen nur auf der Oberfläche der Bauteile angeschaut. Innerhalb von Baugruppen kann man dabei über die Steuerung der Bauteil-Sichtbarkeit auch den Blick auf infolge des Zusammenbaus verdeckte Flächen ermöglichen. Sehr häufig benötigt man jedoch einen Blick auf die im Innern der Körper berechneten Ergebnisverläufe, um dort z.B. die Belastung zu prüfen (im Beispiel: Halbschnitt durch den Gummizylinder)

'''''Ergebnisse > Prüfen > Schnittebene erstellen''''' steht als Funktion für die Definition geeigneter Ergebnis-Schnittebenen zur Verfügung ([https://help.autodesk.com/view/fusion360/DEU/?guid=SIM-SLICE-PLANE-CONCEPT '''Siehe → Fusion-Onlinehilfe''']):
* Eine Ergebnis-Schnittebene kann nur an der Oberfläche des unverformten Netzes ausgerichtet werden, nicht an der CAD-Geometrie oder dem Ursprung-Koordinatensystem!
* Bewegt man den Cursor über die sichtbare Netzoberfläche, so wird die zugehörige Ausgangslage der Schnittebene als Extrapolation des aktuell gewählten Element-Dreiecks eingeblendet. An gekrümmten Oberfächen (z.B. Zylindermantel) kann man aufgrund der Facettierung damit keine exakt definierte Orientierung der Ausgangslage für die Schnittebene festlegen. Dies gelingt nur auf einer ebenen Oberfläche (im Beispiel: "Kreisfläche" der Gummihuelse - noch nicht wählen!):<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_CAD-Belastungsanalyse_Postprocessing_Schnittebene_Ausgangslage_waehlen.gif|.]] </div>
* Ausgehend von einer gewählten Ausgangslage kann man unter Nutzung eines "Manipulators" durch Drehen und Verschieben die Schnittebene in der erforderlichen Lage platzieren (im Beispiel: senkrechte Symmetrieebene des Zylinders):
*# Eine "exakte" Orientierung der Ausgangsebene in Bezug auf das FEM-Modell kann durch Nutzen einer ebenen Netz-Oberfläche sehr einfach gewährleistet werden (im Beispiel: anschließende Drehung um 90° erforderlich)
*# Problematischer ist eine "exakte" Platzierung des Koordinatenursprungs der Ausgangsebene an einem bekannten Koordinatenwert (im Beispiel: Zylinderkante → anschließende Verschiebung um d/2=10 mm erforderlich).
* Bei Vorhandensein ebener Netzflächen mit bekannter Orientierung kann man folgende verallgemeinerbare Vorgehensweise zur Erzeugung "exakter" Ergebnis-Schnittebenen verwenden:
*# '''Platzieren der Ausgangsebene''' irgendwo auf der ebenen Netzfläche (wie im vorherigen Bild auf Kreisfläche).
*# '''Drehen''' der Ebene um eine geeignete Achse des eingeblendeten Manipulators mit dem erforderlichen exakten Wert (im Beispiel: 90°):<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_CAD-Belastungsanalyse_Postprocessing_Schnittebene_Ausgangsebene_Drehen_um_90grad.gif|.]] </div>
*# '''Verschieben auf geometrisch bekannte Position''' entlang einer geeigneten Manipulatorachse (im Beispiel: Tangential an Zylindermantel optisch kontrolliert → zuerst grob gestuft durch Ziehen an der Manipulatorachse, dann fein durch Wertanpassung im Eingabefeld bis Schnittfläche="Linie"):<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_CAD-Belastungsanalyse_Postprocessing_Schnittebene_verschieben_an_Mantel.gif|.]] </div>
*# '''Verschieben zur Zielposition''' entlang der gleichen Manipulatorachse durch Formel im Eingabefeld (im Beispiel: um d/2=10 mm zur Bohrungsmitte):<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_CAD-Belastungsanalyse_Postprocessing_Schnittebene_verschieben_um_Radius.gif|.]] </div>
*# '''Schnittebene ausblenden & Legende anpassen''' zur Optimierung der Ergebnisdarstellung auf der Schnittebene (im Beispiel: deutliche asymmetrische Belastung im Gummi infolge der "unrealistischen" Fixierung der unteren Lochkante der Stahlscheibe!):<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_CAD-Belastungsanalyse_Postprocessing_Schnittebene_mit_Ergebnis.gif|.]] </div>

'''''Ergebnisse > Ergebniswerkzeuge > Animieren''''' bietet die Funktionalität für das Animieren von Ergebnissen; '''Hinweis:''' Wer die neue Ergebnisansicht nutzt findet die Animationswerkzeuge am unteren Fensterrand ([https://help.autodesk.com/view/fusion360/DEU/?guid=GUID-8185D3C3-D076-4CA4-8303-9E22E4107E98 '''Siehe → Fusion-Onlinehilfe''']):
* Als Bildfolge (Film) erfolgt eine Darstellung der aktuell dargestellten Ergebnisse zwischen unbelastetem (unverformtem) Zustand und voll belastetem (verformtem) Zustand (entspricht schrittweise Erhöhung) des Belastungsfaktor von 0 auf 1).
* Mit der Animation wird nicht der dynamische Prozess der kontinuierlichen Belastungserhöhung simuliert! Die Animation zeigt nur eine Abfolge von Bildern, welche für die Deformation rein geometrisch die Lücke zwischen dem Ausgangszustand (vor der FE-Berechnung) und dem Endzustand (nach der FE-Berechnung) füllt.
* Dabei findet aber auch eine Interpolation der abgebildeten Spannungswerte statt, welche sich in einer Änderung der Kontur-Verläufe widerspiegelt.
* In der Bildverarbeitung entspricht dies dem [https://de.wikipedia.org/wiki/Morphing '''Morphing'''] (z.B. zwischen "Maus und Elefant").
* Man kann dies für eine Show-Vorführung zur Reaktion des Modells auf eine schrittweise Lasterhöhung nutzen. Insbesondere bei linearen Werkstoffeigenschaften sollte das Verhalten dabei ziemlich echt aussehen. Im Wesentlichen entspricht das der Realität bei relativ langsamen Belastungsänderungen im linearen Bereich.

Nun konkret zur Verformung des Gummi-Puffers mit der Darstellung der Mises-Vergleichsspannung unter Einbeziehung der Schnittebene:
* Die Konfiguration der Animation beschränkt sich auf die Anzahl der Schritte von unbelastet bis voll belastet (2...100), die Animationsgeschwindigkeit und die Form der Wiederholung:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_CAD-Belastungsanalyse_Postprocessing_Animation_konfigurieren.gif|.]] </div>
* Wie im Bild gezeigt, kann man Animationsschritte auch manuell auswählen, indem man deren Nummer einträgt oder dazu den Schieberegler verwendet.
* Der bidirektionale Modus realisiert die Rückbewegung ebenfalls mit der angegebenen Anzahl von Schritten. Man erhält damit eine endlose Animation von Belastung und Entlastung:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_CAD-Belastungsanalyse_Postprocessing_Animation.gif|.]] </div>
* Ein Mausklick auf das Aufzeichnen-Symbol erstellt eine AVI-Datei (MOV-Datei bei Mac), wobei man zuvor den Speicherort auf dem Computer wählen muss:
** Das Video ist als Datei '''Animation_xx.avi''' (mit xx=Teilnehmer-Nr.) lokal zu speichern, wobei die Größe von '''1 MByte''' nicht überschreiten sollte (steuerbar durch Schrittanzahl und Grafikbereich).
** Die aktivierten Modi Uni- bzw. Bidirektional werden bei der Aufzeichnung nicht berücksichtigt!
** Das erstellte Video enthält nur die Anzahl von Schritten vom unbelasteten bis zum voll belasteten Zustand. Der "Entlastungsvorgang" wird im Video nicht mit aufgezeichnet!
** Das Video umfasst größenmäßig den kompletten Grafikbereich, wobei nur die Legende und die grafische Animation mit eingeblendeten Zusatzinformationen im Bild erscheinen. Es ist günstig, das Fusionfenster möglichst klein zu ziehen und die grafische Darstellung direkt neben der Legende zu platzieren, bevor man die Aufzeichnung startet.
* '''''Wichtig'':''' Das endgültige Animationsvideo ist als Bestandteil der Lösung im Zip-Archiv bei Opal hochzuladen!
<div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_CAD-Belastungsanalyse_Preprocessing|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_CAD-Belastungsanalyse_Lastfaelle|→]] </div>

Software: FEM - Tutorial - 2D-Komponente - Belastung - Belastungsanalyse

2026-04-09T12:07:14Z

Christoph Steinmann: Hinweis zu neuer Ergebnisansicht ergänzt

[[Software:_FEM_-_Tutorial_-_FEM-Prozess_2D-Bauteil|↑]] <div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Komponente_-_Belastung_-_Constraints|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Komponente_-_Belastung_-_Auflage-Reaktionen|→]] </div>
<div align="center"> '''Modellvalidierung als Grundlage der Belastungsanalyse''' </div>

Vor dem eigentlichen Lösen des Gleichungssystems kann man mittels '''''Einrichten > Lösen > Vorüberprüfung''''' testen, ob alle erforderlichen Informationen dafür zur Verfügung stehen. Es wird dabei auch überprüft, ob das Modell durch die Abhängigkeiten statisch vollständig bestimmt ist. Diese Vorüberprüfung sollte erfolgreich sein!

Für das '''''Lösen''''' selbst muss man festlegen, wo die Berechnung ausgeführt werden soll:
<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Loesen_Konfiguration.gif|.]] </div>
* Standardmäßig werden Berechnungen in der Cloud durchgeführt. Die Kosten der konkreten Berechnung für den kommerziellen Anwender in Form von Cloud-Punkten werden angezeigt (1 Punkt entspricht ca. 1 Euro).
* Die Lizenz für Bildungseinrichtungen besitzt dafür unbegrenzt viele Cloud-Punkte (kostenlos!). Allerdings werden die Berechnungen in der Priorität hinter den gleichzeitig laufenden kommerziellen Berechnungen eingeordnet. D.h., Simulationen von Studenten werden in einer speziellen Warteschlange verwaltet, die in Zeiten mit starker Auslastung, z.B. am Semesterende, recht voll werden kann. Dies kann zu einer beträchtlichen Verzögerung bei der Berechnung der Simulationsergebnisse führen!
* Eine statische Simulation mit unserem relativ kleinem Netz erfordert nur geringe Ressourcen (CPU und RAM), so dass eine Berechnung auf dem lokalen PC ausgeführt werden kann. Die Berechnung in der Cloud dauert wegen des erforderlichen zusätzlichen Verwaltungsaufwandes sogar im besten Fall etwas länger!
* '''''Hinweis'':''' Unabhängig vom Ort der Berechnung, erfolgt anschließend eine Übertragung der Ergebnis-Daten in den Cloud-Bereich des Projektes. Dabei wird jedes Mal eine neue Version der Konstruktionsdatei erzeugt!
* '''''Achtung:''''' Seit September 2022 können Simulationen ausschließlich in der Cloud gelöst werden. Auf diese Übung hat dies, bis auf die leicht erhöhte Simulationsdauer, keinen Einfluss. Aufgrund zahlreicher Beschwerden kommerzieller Fusion-Kunden könnte dieser Schritt in einem zukünftigen Update aber wieder rückgängig gemacht werden.

Die Berechnung startet man nach Wahl des Berechnungsortes mittels des Button "'''1 Studie auflösen'''":
* Den Fortschritt der Simulation (im Beispiel innerhalb der Cloud) kann man im Job-Status-Fenster qualitativ grob verfolgen:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Loesen_Verlauf.gif|.]] </div>
* Eine Cloud-Berechnung endet mit dem vollständigen Empfang der Ergebnisdaten, worauf in einem separatem Fenster "Ergebnisdetails" Hinweise zur Einhaltung eines sinnvollen Sicherheitsfaktors erfolgen:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Ergebnisdetails.gif|.]] </div>
* '''Achtung:''' In der aktuellen Fusion version ist ein Preview-Feature aktiviert, das die Eregbnisansicht verändert und verlangsamt. Die folgenden Anleitungsschritte beziehen sich deshalb noch auf die "alte" Ergebnisansicht. Diese kann für den persönlichen Account wieder aktiviert werden: '''Benutzersymbol (oben rechts) > Voreinstellungen > Vorschaufunktionen > "Neue Benutzererfahrung für Simulationsergebnisse" deaktivieren'''

* Die Sicherheitsfaktoren werden dabei als Farbverlauf in den Grenzen von (rot=0)...(blau=8) abgebildet:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Standarddarstellung_Ergebnisse.gif|.]] </div>
* Diese Ergebnisdarstellung kann man in geringem Maße über das "Ergebnisdetail"-Fenster steuern ("Hervorhebung der schwächsten Bereiche" und "Deformationsskala").[[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Ergebnisse_Legendenteilung.gif|right]]
'''''Hinweis'':''' Wir erkunden die Möglichkeiten der Ergebnisdarstellung manuell und schließen zuvor die Fenster für die Ergebnisdetails und den Job-Status:
* Die zusätzlich eingeblendeten Min./Max.-Werte stören meist und werden standardmäßig bereits als Grenzen der Legende angezeigt ('''''Ergebnisse > Prüfen > Min./Max. ausblenden''''').
* '''''Ergebnisse > Ergebniswerkzeuge > Legendenoptionen''''' steuert die Größe der Legende und die Art des Farbübergangs. Die glatt-schattierte Darstellung retuschiert wichtige Details (z.B. Unstetigkeitsstellen). Deshalb ist die gewählte gestufte Darstellung ("mit Band") mit einer nicht zu geringen Anzahl von Farbstufen meist günstiger.
Die Sicherheitsfaktoren werden auf der Grundlage der berechneten mechanischen Spannungen ermittelt. Entscheidend für die Sicherheitsfaktoren ist die sogenannte Von-Mises-Vergleichsspannung, welche wir deshalb als nächstes für die Ergebnisdarstellung wählen:
* Dabei erfolgt standardmäßig eine Umschaltung auf die glatt-schattierte Farbdarstellung, welche in Hinblick auf das Retuschieren eventueller Modellfehler meist ungünstig ist.
* Der Aufruf der Legenden-Optionen zur Wahl der Farbband-Darstellung kann auch über einen Button direkt an der Legende erfolgen:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Ergebnisse_Legendenteilung2.gif|.]] </div>
* Standardmäßig ist die Legende zwischen den berechneten Min./Max-Werten in 5 Stufen geteilt. Die Teilung der Legende zwischen 2 und 9 kann durch senkrechtes Ziehen des Cursors mit gedrückter linker Maustaste auf dem Farbbalken geändert werden. Bei gewählter Band-Darstellung entspricht die Teilung der Anzahl der Farbstufen.
* Betrachtet man bei höchster Teilung der Farbskala und Anzeige des Netzes den Bereich um das Loch, so erkennt man "Hotspots" der Spannungsbelastung:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Ergebnisse_grober_Vernetzung.gif|.]] </div>
* Insbesondere das asymmetrische Auftreten dieser "Hotspots" bei exakt symmetrischer Belastung deutet auf eine zu grobe Vernetzung im Bereich des Loches (das Netz ist infolge der Vernetzungsalgorithmen trotz Bauteilsymmetrie etwas asymmetrisch!).
Eine globale Verkleinerung der Elementgröße von zur Zeit '''1 mm''' auf z.B. 0,1 mm ist nicht praktikabel, weil sich die Anzahl der 3D-Elemente mit der 3. Potenz ihrer Verkleinerung erhöht. Bei mehr als 100000 Elementen wird unter Umständen auf dem lokalen PC der Hauptspeicher knapp und es rechnet auch in der Cloud sehr lange:
* Global sollte man die Elementgröße nur (geringfügig) verringern, wenn in den unkritischen Bereichen des Bauteils eine Glättung der berechneten Ergebnisse erforderlich ist.
* Die Verfeinerung der Vernetzung muss sich auf die kritischen Bereiche konzentrieren (dass sind im Beispiel die beiden Kanten des Loches).
'''''Einrichten > Verwalten > Lokale Netzsteuerung''''' (nach '''"Ergebnisse fertig stellen"''') bietet die Möglichkeit, einzelne Kanten, Flächen oder auch Körper mit einer separaten Elementgröße zu vernetzen.
* Wir wählen die beiden Loch-Kanten und verringern dort die Elementgröße auf z.B. 1/10 der globalen Elementgröße:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Lokale_Netzsteuerung_Lochkanten.gif|.]] </div>
* Für alle Kanten erfolgt eine grafische Visualisierung der aktuellen Elementgröße, welche zu Beginn von der globalen Einstellung übernommen wird.[[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Netz_erzeugen_nach_Verfeinerung.gif|right]]
* Nach Auswahl der beiden Lochkanten verringern wir mittels Eingabe des gewünschten exakten Wertes die Elementgröße auf diesen Kanten. Dies wäre qualitativ auch mittels des Schiebereglers möglich.
* Nach Bestätigung der lokalen Verfeinerung sind das bisherige Netz und die zugehörigen Ergebnisse ungültig.
* Über das Kontextmenü kann man das modifizierte '''Netz erzeugen''' lassen.
* Nach dem '''Lösen''' des Gleichungssystems besitzt die Von-Mises-Spannung am Lochrand einen wesentlich plausibleren Verlauf:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Mises-Spannung_nach_Verfeinerung.gif|.]] </div>
* Die Maximalspannung tritt nun entlang der Zugkraft-seitigen Lochkante auf. Der berechnete Maximalwert hat sich im Vergleich zur vorherigen groben Vernetzung um über 10% erhöht.
Um die Konsequenzen einer "beliebigen" Verkleinerung der Elementgröße entlang der Lochkanten auszuloten, verkleinern wir die durch Bearbeiten des lokalen Netzes die Elementgröße auf die kleinstmögliche '''Länge=0,03 mm''':
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_maximale_Kantenverfeinerung.gif|.]] </div>
* Damit unter diesen Bedingungen ein harmonischer Übergang zur globalen Vernetzung entsteht, muss man die erweiterten Netzeinstellungen anpassen, welche auch für die lokale Netzsteuerung wirksam sind. Im Beispiel genügte die Verringerung des max. Seitenverhältnisses für die Elemente von 10 auf 8:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_erweiterte_Netzeinstellung_bei_Verfeinerung.gif|.]] </div>
* '''''Hinweis'':''' Leider führen teilweise kleine Änderungen in den erweiterten Einstellungen der Vernetzungssteuerung zu einem "Umkippen" der Netzqualität. Man sollte also bei Bedarf möglichst immer nur einen Parameter verstellen und dann die Auswirkungen auf die Netzqualität durch Erzeugen des modifizierten Netzes beurteilen.
* Im Vergleich zur ursprünglichen groben Vernetzung erhöhte sich im Beispiel durch die weitere Verfeinerung der Lochkanten-Vernetzung die maximal berechnete Von-Mises-Spannung nun von 171 MPa auf 231 MPa

'''''Wichtig'':'''
* An spannungskritischen Kanten kann die Verkleinerung der Elementgröße zu einer Erhöhung der berechneten Maximalspannung an diesen Kanten im Sinne einer Polstelle mit dem Wert "Unendlich" führen!
* Dies entspricht natürlich meist nicht der Realität, weil ideal "eckige" Kanten praktisch nicht existieren, sondern immer eine "Abrundung" durch das Fertigungsverfahren erfolgt.
* In der Praxis wird man die Ränder des Loches in der Lasche jeweils mit einer Fase versehen.
* Solche Fasen, welche eine Bedeutung für die berechnete Belastung besitzen, sollte man in der Geometrie des CAD-Modells berücksichtigen. Dies gilt nicht für Fasen, welche nur den Grat z.B. an den äußeren Kanten des Bauteils beseitigen, ohne dabei die Belastbarkeit wesentlich zu beeinflussen.

Zur Modifikation unseres CAD-Modells wechseln wir zurück in den Arbeitsbereich "'''Konstruktion'''" und ergänzen dort an den Lochkanten jeweils eine '''0,1 mm-Fase''' ('''Volumenkörper > Ändern > Fase'''):<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Fasen_-_im_CAD-Modell_ergaenzen.gif|.]] </div>
Nach Rückkehr in den Arbeitsbereich "'''Simulation'''" muss zuerst das FEM-Modell für die Studie repariert werden:
* Die Fasen haben die Kanten für die lokale Vernetzung zerstört. Nach dem Löschen des lokalen Netzes im Browser (über Kontextmenü), definieren wir für die Flächen der beiden Fasen die Element-Länge=0,03 mm:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Fasen_-_lokale_Netzsteuerung.gif|.]] </div>
* '''''Hinweis'':''' Die Abhängigkeit "Fest" wurde nicht zerstört, da die Wandfläche im Loch trotz der Fasen erhalten blieb.
* Nach dem '''Netz erzeugen''' sollte an den Lochrändern eine harmonisch eingebundene Netzverfeinerung entstehen. Nach dem '''Lösen''' werden jedoch an den inneren Fasenkanten noch höhere Spannungen berechnet:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_2D_Komponente_-_Belastung_-_Belastungsanalyse_-_Fasen_-_Spannungsverlauf.gif|.]] </div>
'''Modellvalidierung''' = Nachweis der Glaubwürdigkeit des Modellverhaltens:
* Die berechnete, undefiniert große Spannungsüberhöhung resultierte im Beispiel nicht aus der geometrisch "scharfen" Ecke am Lochrand. Experimente mit Abrundungen anstatt der Fasen führten qualitativ zu den gleichen Ergebnissen!
* Die Spannungsüberhöhung tritt immer an der Kante zwischen "normalem" Material (mit E-Modul ca. 200 GPa) und dem Bereich der festgelegten Abhängigkeit (entspricht einem Material mit unendlicher Steifigkeit!) auf. Das zeigten Experimente einer zusätzlichen Fixierung der Fasen- bzw. Rundungsflächen. Material-Diskontinuitäten führen also genauso wie geometrische Diskontinuitäten zu Spannungsänderungen!
* Unser Modell verhält sich im Rahmen der getroffenen Annahmen plausibel. Die Netzqualität kann als ausreichend angesehen werden und ermöglicht eine relativ schnelle Berechnung innerhalb von ca. 1 Minute.
<div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Komponente_-_Belastung_-_Constraints|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Komponente_-_Belastung_-_Auflage-Reaktionen|→]] </div>

Software: FEM - Tutorial - Ansys-Installation

2026-03-27T06:59:21Z

Christoph Steinmann: ANSYS Link aktualisiert

[[Datei:Software FEM - Tutorial - Ansys-Installation.gif|200px|rechts]]

[[Software:_FEM_-_Tutorial|↑]] <div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_OptiY-Installation|←]] [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Fusion|→]] </div>
<div align="center"> '''Ansys Student - Installation''' </div>
<div align="center"> ([https://www.ansys.com/de-de/academic/students/ansys-student '''Download der Software'''])</div>

Für die Teilnehmer der Lehrveranstaltung ist diese Software natürlich schon im PC-Kabinett installiert. Für den privaten Gebrauch muss man sich das [https://ansys13.ansys.com/release2026R1/ANSYSACADEMICSTUDENT_2026R1_WINX64.zip?_auth_=1774679331_e9cfba14ddbaab1dd2e61d13c62b9ea8 '''Ziparchiv'''] bei Ansys herunterladen:
* '''Wichtig:''' falls bereits eine ältere Version der Software vorhanden ist sollte diese vor der Installation entfernt werden.
* Das heruntergeladene Archiv entpacken (kann nach der Installation wieder gelöscht werden).
* Für die Installation werden etwa '''70 GB freier Speicherplatz''' auf dem PC benötigt.
* Im entpackten Ordner ganz nach unten scrollen und "'''setup.exe'''" starten.
* Dem Installationsassistenten folgen und auf Abschluss des Setups warten.
* Sobald der Fortschrittsbalken 100 % erreicht und man die Meldung "Die Installation ist abgeschlossen" sieht, kann man unten rechts auf '''Beenden''' klicken.
* Ansys umfasst inzwischen eine sehr große Anzahl an Subkomponenten und -systemen. erfahrene Nutzer können hier gleich mit dem passenden Programm ihre Arbeit beginnen. Für unsere Übung wird der Ausgangspunkt immer die "'''Workbench 20xx Rx'''" sein. Diese kann man sich im Startmenü oder auf dem Desktop verlinken (auch die Windowssuche nach "Workbench" funktioniert recht gut).
* Nach dem ersten Start wird man gefragt, ob Nutzerinformationen zur Produktverbesserung weitergegeben werden sollen. Hier kann man selbst entscheiden, es entstehen keine Nachteile.

<div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_OptiY-Installation|←]] [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Fusion|→]] </div>

Software: CAD - Tutorial

2026-03-25T13:45:11Z

Christoph Steinmann: PDF Versionen aktualisiert

[[Software:_CAD-Programme|↑]]<div align="center"> '''Konstruktion 3D-CAD''' </div>
<div align="center">[https://www.ifte.de/mitarbeiter/kamusella.html '''Autor: Dr.-Ing. Alfred Kamusella''']</div>
'''CAD - Begriffserläuterung'''
* '''CAD''' steht als Abkürzung umfassend für '''Computer Aided Design''' (Rechnerunterstützte Konstruktion). Im engeren Sinne versteht man unter einem CAD-Programm jedoch aktuell eine Software zum Erstellen von 3D-Geometrie-Modellen, welche mindestens zur Erzeugung eines Zeichnungssatzes benutzt werden können.
* Mit CAD-Programmen erstellte 3D-Geometriemodelle werden umgangssprachlich als '''CAD-Modelle''' bezeichnet. Diese CAD-Modelle sind die Basis des Produktmodells und sie sind Ausgangspunkt zur Generierung von Simulationsmodellen für unterschiedlichste Modellklassen. Mittels Methoden z.B. der Finiten Elemente, der Mehrkörper-Dynamik oder der Netzwerk-Modellierung können damit unterschiedlichste physikalische Aspekte des Produktes untersucht werden.
* Die mit diesen Simulationsmodellen gewonnenen Erkenntnisse fließen wieder in das CAD-Modell zurück. Dort führen sie zu einer verbesserten geometrischen Gestalt, einer verbesserten Auslegung der Maßtoleranzen und zur Wahl geeigneterer Materialien.
* In diesem Sinne steht CAD-Modellen eine zentrale Stellung in den Optimierungsworkflows der Produkte zu. Diese Stellung können CAD-Modell jedoch nur einnehmen, wenn man gewisse Regeln bei der Modellbildung beachtet. Die in diesem Tutorial vorgestellten Übungskomplexe sollen am Beispiel von ''Autodesk Inventor Professional'' bzw. ''Autodesk Fusion'' dem Einsteiger diese Modellierungssystematik vermitteln. Darauf aufbauend wird das Einfügen von CAD-Programmen in den OptiY-Workflow beschrieben.

'''Verwendete Software'''

Dieses CAD-Tutorial bezieht sich auf das genutzte Autodesk-Programm ("Fusion 360" bzw. "Inventor Professional") in der jeweils neuesten Version. Dort, wo der Unterschied in der Bedienoberfläche zwischen den Versionen gering ist, wurde auf eine Anpassung der Skripte an die aktuelle Version verzichtet:
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'''Intro - CAD für Novizen''' - ''(Für das Sommersemester erfolgt zur Zeit die Umstellung auf "Autodesk Fusion")''
:*[[Software:_CAD_-_Tutorial_-_BONUS-Uebung|'''Hinweise zur studentische Übung im Fach "Geräteentwicklung" der TU Dresden''']]
:*[[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Autodesk|'''''Autodesk Bildungszugang''''' - Anlegen des erforderlichen Education Accounts für Autodesk-Produkte]]
:* '''''Autodesk Fusion 360''''':
:**[[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Fusion|'''Autodesk Education Account & Fusion-Installation''' (Kurzfassung)]]
:**[[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Fusion_-_Lizensierung|'''Details zur Lizensierung und Inbetriebnahme''' (Langfassung mit Hintergrund-Informationen)]]
:*[[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck|'''Distanzstück''']] - die [https://www.ifte.de/lehre/geraeteentwicklung/uebung.html ''Hörsaal-Übung''] zum Selbermachen → [https://www.optiyummy.de/images/Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck.pdf '''PDF''' ''(Stand: 25.03.2026)'']
:*[[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS-Aufgabe|'''BONUS-Aufgabe''']] [[Bild:smiley20x20_animated.gif|middle|1 Zusatzpunkt für die Prüfung!]] ''(1 Zusatzpunkt für die Prüfung!)'' → [https://www.optiyummy.de/images/Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS.pdf '''PDF''' ''(Stand 25.03.2026)'']
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[https://www.ifte.de/lehre/cad/index.html '''Übungskomplexe -''' ''CAD-Lehrveranstaltung in der TU-Dresden'']
:*[[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Inventor|'''Download und Installation von Autodesk-Inventor Professional''']]
# [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Bauteil|'''Bauteil-Konstruktion (Führungsbolzen)''']]
# [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Baugruppe|'''Baugruppen-Konstruktion (Räderbrücke)''']]
# [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Adaptiv|'''Parametrische und adaptive Konstruktion (Magnet)''']]
# [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Kinematik|'''Bewegungssimulation (Kinematik)''']]
# [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Fortgeschritten|'''Komplexe Baugruppen und fortgeschrittene Funktionen (Biegefeder) ''']]
# [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Analyse|'''Analyse: Belastungen & Resonanzen (Biegefeder)''']]
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Die folgenden "historischen" Skripte werden nicht mehr aktualisiert:
:* [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Ein_Hauch_von_virtueller_Realitaet|'''Ein Hauch von virtueller Realität''']] - Eintauchen in ein CAD-System ''(mit "Autodesk Inventor")''
:* [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Distanzstueck|'''Distanzstück''']] - die "Hörsaal-Übung" zum Selbermachen ''(mit "Autodesk Inventor")'' → [https://www.optiyummy.de/images/Software_CAD_-_Tutorial_-_Distanzstueck.pdf '''PDF''' ''(Stand 08.05.2021)'']
:* [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_BONUS-Aufgabe|'''BONUS-Aufgabe''']] - einfaches Bauteil ''(mit "Autodesk Inventor")'' → [https://www.optiyummy.de/images/Software_CAD_-_Tutorial_-_BONUS.pdf '''PDF''' ''(Stand 04.05.2021)'']
:* [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Optimierung|'''Optimierung: Nennwerte & Toleranzen (Biegefeder)''']] → [https://www.optiyummy.de/images/Software_CAD_-_Tutorial_-_Optimierung.pdf '''PDF''' ''(Stand: 23.11.2021)'']
:* [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Bewegungssimulation|'''Bewegungssimulation (Uhren-Dynamik)''']] → [https://www.optiyummy.de/images/Software_CAD_-_Tutorial_-_Dynamik.pdf '''PDF''' ''(Stand: 03.01.2018)'']
:* [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Belastungsanalyse|'''Belastungsanalyse (Finite Elemente Methode) mit Autodesk Inventor''']] → [https://www.optiyummy.de/images/Software_CAD_-_Tutorial_-_Belastung.pdf '''PDF''' ''(Stand: 06.02.2014)'']
:* [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Formstabilitaet|'''Formstabilität von Bauteilen (Ventil)''']] → [https://www.optiyummy.de/images/Software_CAD_-_Tutorial_-_Formstabilitaet.pdf '''PDF''' ''(Stand: 10.11.2014)'']
:* [https://www.optiyummy.de/cad/reverse/index.html '''Reverse Engineering (mit Geomagic-Studio)''']
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'''Empfohlene Literatur zum Technischen Darstellen:'''
* Nagel, T.; Lienig, J.; Bönisch, I.; Reifegerste, F.: Technisches Darstellen (Studienliteratur Elektrotechnik, Mechatronik und Regenerative Energiesysteme). <br>Dresden: Verlag Initial, März 2016. (''Bestellung: post@initial-verlag.de'')

Datei:Software CAD - Fusion-Tutorial - Distanzstueck.pdf

2026-03-25T13:44:23Z

Christoph Steinmann: Christoph Steinmann lud eine neue Version von Datei:Software CAD - Fusion-Tutorial - Distanzstueck.pdf hoch

Datei:Software CAD - Fusion-Tutorial - BONUS.pdf

2026-03-25T13:43:59Z

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Datei:Software CAD - Fusion-Tutorial - BONUS - Zeichnungsansichten - Zeichnung aus Konstruktion konfigurieren.gif

2026-03-25T09:51:48Z

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Datei:Software CAD - Fusion-Tutorial - BONUS - Zeichnungsansichten - Zeichnung aus Konstruktion konfigurieren.gif

2026-03-25T09:51:02Z

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Software: CAD - Fusion-Tutorial - BONUS - Basiselement

2026-03-25T09:45:18Z

Christoph Steinmann: /* Eigenschaften des Bauteils */ Jahresnummer generalisiert

[[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS-Aufgabe|↑]] <div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Konstruktionsumgebung|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Skizzierte_Elemente|→]] </div>
<div align="center"> '''Basiselement (Rohteil)''' </div>[[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_BONUS_-_Basiselement_Quader.gif|right]]

'''CAD-Modelle von Bauteilen:'''
:sollten grundsätzlich fertigungsorientiert entwickelt werden. Man muss also zuerst klären, mit welchem Fertigungsverfahren das Teil herzustellen ist!
:Handelt es sich z.B. um ein abtragendes Verfahren, so beginnt man mit dem Rohteil. Dieses muss in der Größe den Hauptabmessungen des Bauteils entsprechen.
:Das CAD-Modell entsteht sequentiell durch die schrittweise Definition von Elementen.

'''Elemente:'''
:sind abgegrenzte Einheiten parametrischer Geometrie, aus denen die komplexere Geometrie von Bauteilen zusammengesetzt wird.

'''Basiselement:'''
:ist das erste Element, das in einem Bauteil erstellt wird. Das Basiselement sollte die Ausgangsform (=Rohteil) des Bauteils darstellen.

'''Skizziertes Element:'''
:entsteht als Volumen-Element aus einer 2D-Skizze durch Anwendung geometrischer Operationen (z.B. Extrusion, Rotation).
:Das durch ein skizziertes Element erstellte Volumen kann mit dem Volumen vorhandener Elements verbunden oder von diesen subtrahiert werden. Außerdem kann die gemeinsame Schnittmenge bestimmt werden.

Das BONUS-Teil soll im Beispiel aus einem rechteckigem Aluminium-Profil spanabhebend entstehen. Wir benötigen auf Grund der Außenabmessungen als Rohteil einen Quader mit den Abmessungen '''10x15x60 mm³'''. Die Modellierung dieses Quaders als skizziertes Element wird im Folgenden detailliert beschrieben.

=== Basis-Skizze mit Projektion des Ursprung-Koordinatensystem ===

* Wir müssen hierfür zuerst eine 2D-Skizze erstellen. Meist ist es sinnvoll, diese Basis-Skizze auf diejenige Ebene des Ursprung-Systems zu legen, welche der Ansicht von "'''Oben'''" entspricht (hier "XZ-Ebene"):
<div align="center">[[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Basiselement_-_Skizze_auf_Ursprungebene_von_Oben.gif|.]]</div>
* Die Ansicht wird danach an der Skizzier-Ebene ausgerichtet und man befindet sich im Skizzen-Modus. Die zugehörige Skizzen-Palette kann in Größe und Position frei auf dem Desktop geändert werden:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Basiselement_-_Basisskizze.gif|.]] </div>
* In der MFL ist jetzt die Registerkarte '''Skizze''' mit den Funktionen für die 2D-Geometrie aktiv.
* Die '''Skizze1''' erscheint im Browser in einem Skizzen-Ordner und außerdem als erste Operation unten in der Zeitleiste.
* Damit man ein Bauteil am Ursprung-Koordinatensystem "fixieren" kann (gegen Verschieben und Verdrehen), sollte man grundsätzlich den Mittelpunkt und die Koordinatenachsen der Skizzenebene in die Basisskizze projizieren (hier die X- und Z-Achse)! Nach '''''Skizze > Erstellen > Projizieren/Einschließen > Projizieren''''' muss man diese Ursprungselemente im Modell-Browser anklicken. Es erscheinen dann ein Punkt und die zwei Strecken als Elemente in der Skizze:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Basiselement_-_Ursprung-Elemente_projiziert.gif|.]] </div>

=== Verankerung des Extrusionsprofils am Koordinaten-Ursprung ===

Der Quader des Rohteils soll durch Extrusion aus einem Rechteck-Profil entwickelt werden. Dieses Rechteck-Profil soll verdreh- und verschiebungssicher an den projizierten Ursprung-Elementen befestigt werden:
* Dafür eignet sich '''''Skizze > Erstellen > Rechteck > Mittelpunkt, Rechteck''''', wenn man den Mittelpunkt verschieblich auf der X-Achse und den Eckpunkt verschieblich auf der Z-Achse platziert:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Basiselement_-_Rechteckskizze_verdrehsicher.gif|.]] </div>
* Dazu muss man zuerst die Ansicht soweit durch Zoomen vergrößern, dass man deutlich die Endpunkte der projizierten Linien vom projizierten Mittelpunkt unterscheiden kann.
* Anhand der Abhängigkeitssymbole (welche unter dem bewegten Cursor eingeblendet werden) kann man steuern, dass man keinen Linienmittelpunkt und auch keinen anderen Punkt fängt.
* Die beim Aufspannen des Rechtecks eingeblendeten Maße können wir vorläufig ignorieren. Sie repräsentieren nur die aktuell dargestellte Größe des Rechtecks, die Werte sind jedoch noch "unbestimmt"!
* Wir beenden den Rechteck-Befehl mittels '''''Kontextmenü (rechte Maustaste) > OK''''' oder einfacher durch die '''<ESC>-Taste'''.
* Die noch "unbestimmte" Größe des Rechtecks sollte man überprüfen, indem man mit gedrückter Maustaste an einer der 4 Ecken zieht:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Basiselement_-_Rechteck-Groesse_unbestimmt.gif|.]] </div>
* Es ist dabei nicht möglich, durch Ziehen mit dem Cursor das Rechteck um den Mittelpunkt zu drehen oder in Bezug auf den Mittelpunkt zu verschieben.

=== Skizzen-Abhaengigkeiten und Skizzen-Bemaszung ===
[[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Skizzen-Abhaengigkeiten-Liste.gif|right]]
Die Form der Skizze wird stabilisiert durch Skizzen-Abhängigkeiten:
* Einen Teil dieser Abhängigkeiten kann man über die Skizzenpalette direkt als Symbole einblenden bzw. wieder ausblenden. Dies betrifft im Beispiel die Abhängigkeiten der Rechteckseiten zueinander (parallel, rechtwinklig, horizontal).
* Weitere Abhängigkeiten werden erst angezeigt, wenn man mit dem Cursor auf die entsprechenden Skizzen-Elemente zeigt:
** An jedem Rechteck-Eckpunkt zeigen zwei Koinzidenz-Symbole, dass die angrenzenden Seiten an ihren Endpunkten immer deckungsgleich sind.
** Am linken unteren Eckpunkt erscheint ein zusätzliches Koinzidenz-Symbol. Dieses dritte Symbol zeigt die gewünschte Deckungsgleichheit zwischen diesem Eckpunkt und der projizierten Z-Achse:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Basiselement_-_Rechteck-Abhaengigkeiten.gif|.]] </div>
* '''''Hinweis'':''' '''''Skizze > Abhängigkeiten''''' öffnet ein Menü mit einer Liste der verfügbaren Abhängigkeiten für 2D-Skizzen.

Formstabilisierte 2D-Elemente (hier das Rechteck) in Skizzen sind unbestimmt groß, solange ihre Größe nicht durch Bemaßung festgelegt wurde. Diese noch mögliche Größenänderung haben wir bereits praktisch durch Ziehen mit dem Cursor getestet.

Die Größe des Rechtecks von '''60 mm x 15 mm''' legen wir durch Bemaßung der beiden Seiten fest:
* '''''Hinweis'':''' Zur Erhöhung der Übersichtlichkeit blenden wir über die Skizzenpalette Abhängigkeiten und die projizierte Geometrie aus.
* '''''Skizze > Erstellen > Skizzenbemaßung''''' oder direkt aus '''MFL''':<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Basiselement_-_Rechteck-Skizze_Bemaszung.gif|.]] </div>
* Anklicken einer Rechteckseite und ziehen der Bemaßung auf die gewünschte Position:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Basiselement_-_Rechteck-Skizze_Bemaszungsposition.gif|.]] </div>
* Eintragen der gewünschten Kantenlänge in das Dialogfeld. Das gleiche für die zweite Seite:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Basiselement_-_Rechteck-Skizze_bestimmt.gif|.]] </div>
* Beenden der Bemaßungsfunktion ('''ESC''').
* Danach ist die Skizze vollständig bestimmt ("Schloss" am Skizzensymbol!)
* Über die Modellbemaßung kann die aktuelle Größe des Rechteck-Profils auch später noch beeinflusst werden (nach Doppelklick auf eine Maßzahl).

Wir können die Skizzier-Umgebung nun verlassen ('''''Skizzenpalette > Skizze fertig stellen'''''), um im Folgenden aus dieser Basis-Skizze das Volumen des Basis-Elements zu erzeugen.

=== Erzeugen des Rohteils aus der Basis-Skizze ===

Nach dem "Fertigstellen der Skizze" befindet man sich wieder in der 3D-Arbeitsumgebung für Volumenkörper. Das skizzierte Rechteck bleibt sichtbar:
* '''''Volumenkörper > Erstellen > Extrusion''''' ermöglicht sehr intuitiv die Erzeugung des Grundkörpers mit einer Höhe von '''10 mm''' aus dem skizzierten Rechteck-Profil:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Basiselement_-_Rechteck-Skizze_Extrusion.gif|.]] </div>
* Der erstellte '''Körper1''' erscheint im Browser in einem Körper-Ordner und die '''Extrusion''' als auf der '''Skizze1''' basierende Operation in der Zeitleiste:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Basiselement_-_Rohteil_als_Koerper1.gif|.]] </div>
'''''Achtung'':''' Nach markanten Bearbeitungsabschnitten sollte man das Speichern mit einer Versionsbeschreibung nicht vergessen! (z.B. "'''Rohteil erzeugt'''")'''. </div>

=== Eigenschaften des Bauteils ===

Das CAD-Modell eines Bauteils bildet nicht nur Geometrie ab, sondern kann zusätzlich noch "beliebige" andere Eigenschaften des realen Bauteils beschreiben, z.B.:<br>
'''1. Physikalische Eigenschaften'''
* Verwendetes Material
* Resultierende Masse, Oberfläche, Volumen, Trägheitsmomente
* ...
'''2. Verwaltungsinformationen'''
* Bezeichnung des Bauteils
* Kommentierende Beschreibung
* Urheberschaft
* Zuordnung zu einem Projekt
* Bearbeitungsstatus
* ...
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Material-Bibliothek.gif|right]] </div>
Die grundlegenden Eigenschaften des zu modellierenden Bauteils sollte man bereits bei der Definition des Basiselements beschreiben. Zu diesem Zeitpunkt sind die wesentlichen Eigenschaften des Bauteils bekannt, man hat sich z.B. schon bewusst für ein Material und eine geeignete Profilform für das Rohteil entschieden.

Wir beginnen mit der Zuweisung von '''Aluminium - 6061''' als Material:
* '''''Körper1 > Kontextmenü (rechte Maustaste) > Material''''' ermöglicht den Zugriff auf die Materialien der aktuellen Konstruktion und der Materialbibliothek:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Basiselement_-_Koerper-Kontextmenue_Material.gif| ]] </div>
* Standardmäßig enthält eine neue Konstruktion nur "'''Stahl'''" als Material, welches neuen Körpern dann automatisch zugewiesen wird.
* Das CAD-Programm stellt mehrere Material-Bibliotheken zur Verfügung, welche Werkstoff-Daten für unterschiedliche Anwendungsfälle enthalten.
* Für eine normale Konstruktion genügt die standardmäßig eingestellte "'''Fusion 360 - Materialbibliothek'''").
* Diese enthält unterschiedlichste Werkstoff-Klassen.
* Wir müssen in den Metallen das gewünschte '''Aluminium 6061''' finden und durch '''Drag & Drop''' mit dem Cursor in die aktuelle Konstruktion ziehen:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Material-Alu_6061_aus_Bib_in_Konstruktion.gif| ]] </div>
* Die Zuweisung des '''Aluminium 6061''' zum '''Körper1''' (Rohteil) erfolgt durch '''Drag & Drop'''.
* '''''Hinweise'':'''
** Erst nach dieser Zuweisung kann man Stahl aus der Konstruktion entfernen ('''''Stahl > Kontextmenü > löschen''''').
** Hierbei gab es bei der Erstellung dieser Anleitung das Problem, dass man den "Stahl" nicht aus der Konstruktion löschen konnte, obwohl Aluminium zugewiesen war!
** Zieht man im Materialfenster das hinzugefügte Aluminium über das Stahlsymbol, werden damit alle vorhanden Instanzen überschrieben. Auf diesem Weg lässt sich der Stahl dann komplett entfernen.

Anhand des aktuell zugewiesenen Materials erfolgt automatisch eine Berechnung der davon abhängigen physikalischen Eigenschaften, welche man über '''''Körper1 > Kontextmenü''''' abrufen kann:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Basiselement_-_Eigenschaften_Koerper1.gif| ]] </div>
* Werte für die spätere technische Zeichnung sind z.B. der Material-Bezeichner und die Masse des Bauteils.
* Trägheitsmomente würden z.B. für bestimmte Belastungsanalysen benötigt.

Für die Einordnung des Bauteil-Modells in das Produkt-Modell der übergeordneten Produktentwicklung werden zusätzliche Informationen benötigt. Diese umfassen u.a. personelle, organisatorische, technologische und ökonomische Aspekte:
* Die nicht-physikalischen Angaben werden firmenspezifisch unterschiedlich behandelt.
* Alle Angaben zum Bearbeiter und den übergeordneten Personen sind bereits durch das eigene Benutzerprofil und die Zuordnung zu einem Team vorhanden.

Wir werden im Beispiel exemplarisch einige allgemeinen Eigenschaften spezifizieren ('''''Browser > Komponente (BONUS202#_XX) > Kontextmenü > Eigenschaften'''''):<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Basiselement_-_Eigenschaften_Bauteil-Komponente.gif| ]] </div>
* Die physikalischen Eigenschaften der Bauteil-Komponente entsprechen den Eigenschaften von '''Körper1''', welche wir bereits betrachtet haben.
* Für die Bauteilnummer wird standardmäßig der Name der Konstruktion verwendet. Wir verwenden abgeleitet von der Bezeichnung der Lehrveranstaltung "Geräteentwicklung" das Kürzel '''CAD-202#/XX''' mit der aktuellen Jahreszahl und Teilnehmer-Nummer (z.B. '''CAD-2023/99''').
* Der Bauteilname "'''BONUS202#_XX v5'''" kann im Eigenschaftsfeld nicht geändert werden, weil dafür immer der Name der Konstruktionsdatei verwendet wird.
* Die Beschreibung "'''BONUS'''" soll die Funktion des Bauteils verdeutlichen.
* Die Felder für die Verwaltungsinformationen können in diesem Eigenschaftsdialog nicht editiert werden.
* Der erzeugte '''Körper1''' repräsentiert das schrittweise zu konstruierende Bauteil "'''BONUS'''". Deshalb sollte man in der Browser-Darstellung den erzeugten Körper entsprechend umbenennen:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Basiselement_-_Koerper-Name.gif| ]] </div>
* Für unser BONUS-Bauteil sollen diese beispielhaften Einträge genügen, um die Möglichkeiten der Eigenschaftsdefinition zu erkennen.
* In der späteren Produkt-Dokumentation sollten die Informationen möglichst automatisiert an den entsprechenden Stellen eingefügt werden (z.B. im Schriftfeld der Zeichnung).
<div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Konstruktionsumgebung|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Skizzierte_Elemente|→]] </div>

Datei:Software CAD - Tutorial - BONUS.ZIP

2026-03-25T09:42:59Z

Christoph Steinmann: Christoph Steinmann lud eine neue Version von Datei:Software CAD - Tutorial - BONUS.ZIP hoch

Software: CAD - Fusion-Tutorial - BONUS - Konstruktionsumgebung

2026-03-25T09:40:36Z

Christoph Steinmann: /* Konstruktionsdatei (Hochladen der Vorgabedatei mit Teilnehmer-Nummer) */ Bonus Nummer aktualisiert

[[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS-Aufgabe|↑]] <div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS-Aufgabe|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Basiselement|→]] </div>
<div align="center"> ''' Konstruktionsumgebung (Team, Projekt, Konstruktionsdatei) ''' </div>
'''Hinweise:'''
* Die Bearbeitung der "BONUS"-Aufgabe baut auf dem Wissen auf, welches in der [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck|'''Hörsaal-Übung''']] vermittelt wurde. Es wird empfohlen, zuvor zumindest die beiden Kapitel zum Einzelteil (CAD-Modell und Zeichnung) selbstständig anhand des bereitgestellten [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck|'''Hörsaal-Skriptes''']] mit dem CAD-System nachzuvollziehen.
* Bei der Bearbeitung der einzelnen Kapitel des BONUS-Skriptes sollte man zur Auffrischung des zuvor Gelernten einen Blick auf die zugehörigen Kapitel im Skript der Hörsaal-Übung werfen.[[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Analyse_-_Fusion_360_-_Anmelden.gif|right]]

=== Erster Programm-Start ===

Unabhängig von der genutzten ''Fusion''-Version gelangt man zumindest beim ersten Programm-Start nicht direkt in das CAD-System, sondern muss sich mittels seines [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Autodesk|<u>'''Autodesk-Education-Account'''</u>]] anmelden. Erst danach erscheint die Benutzeroberfläche des CAD-Programms:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Konstruktionsumgebung_Programmfenster.gif|800px]] </div>
'''''Hinweis''''': Falls im Ansichtsbereich ein "Entwurfsraster" angezeigt wird, kann man es über die Anzeigeeinstellungen ausblenden. Beim Erstellen von Bildern für diese Übungsanleitung wurde damit die Übersichtlichkeit erhöht: <div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Analyse_-_Fusion_360_-_Anzeigeeinstellungen_Entwurfsraster.gif| ]] </div>

=== Team-Organisation ===

Bevor man mit ''Fusion 360'' an einer Konstruktion arbeiten kann, muss man sich einem '''Team''' zuordnen:

[[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Fusion-Button_-_Gruppe_Daten_einblenden.gif|bottom]] "'''Gruppe Daten einblenden'''" ermöglicht den Zugriff auf die Team- und Projektverwaltung. Für die Team-Zuordnung werden zwei Möglichkeiten angeboten:
# '''Beitritt zu einem vorhandenem Team''' (falls eine entsprechende Einladung dazu vorliegt).
# '''Erstellen eines neuen Teams''':
#* im Rahmen dieser CAD-Übung <u>sollte</u> jeder Teilnehmer ein eigenes Team nach folgendem Bezeichner-Schema erstellen:
#* '''"Vorname Nachname CADxx"''' mit '''xx''' = 00...99 (Teilnehmer-Nummer in der CAD-Übung), z.B. ''Alfred Kamusella CAD00''
#* ''Anmerkungen:''
#** Jeder Team-Bezeichner muss weltweit einzigartig sein, deshalb hier auch der Zusatz zum persönlichen Namen!
#** Wer bereits ein eigenes Team unter einem anderen Bezeichner erstellt hat, kann diesen im Rahmen der Lehrveranstaltungen natürlich weiterhin benutzen! Eine Umbenennung des eigenen Teams ist über die Administrator-Konsole im Internet jedoch möglich:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Analyse_-_Fusion_360_-_Teambearbeitung_in_Admin-Konsole.gif|.]] </div>

=== Projekt-Definition ===

Innerhalb von ''Autodesk Fusion 360'' findet jegliche Arbeit im Rahmen von Projekten statt:
* Ein Projekt definiert einen gemeinsamen Arbeitsbereich für diejenigen Personen eines Teams, die zusammen an diesem Projekt arbeiten.
* [https://help.autodesk.com/view/NINVFUS/DEU/?guid=GUID-FA3DE862-9F5F-4DBC-AAF6-F2BD00E48994 '''Projekte werden immer innerhalb des aktuellen Teams definiert'''].
* Wir definieren für diese CAD-Übung ein neues Projekt (falls dies noch nicht bei der selbstständigen Bearbeitung der Hörsaal-Übung erfolgte):<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Konstruktionsumgebung_Neues_Projekt.gif|.]] </div>
* Dieses Projekt soll sinnvollerweise "'''CAD-Übung'''" heißen.
* Die Wahl von "CAD-Übung" als aktuelles Projekt für die Bearbeitung erfolgt durch Doppelklick auf den Projekt-Bezeichner.

Die Konstruktionsdaten eines Projektes werden in Form von Dateien innerhalb von Ordnerstrukturen verwaltet:
* Im '''Daten'''-Bereich legen wir für unsere BONUS-Aufgabe einen '''neuen Ordner''' an, welchen wir "'''Hausaufgabe'''" nennen:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Konstruktionsumgebung_Neuer_Ordner.gif|.]] </div>
* Wir wählen diesen Ordner durch Doppelklick als aktuellen Ordner für die zu erstellenden Konstruktionsdaten.
* Unter '''Personen''' → '''Mitglieder anzeigen''' kann man bezogen auf die einzelnen Ordner festlegen, welche Personen aus dem aktuellen Team welche Zugriffsrechte besitzt:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Konstruktionsumgebung_Teamverwaltung.gif|.]] </div>
* Dies wird über sogenannte '''"Rollen"''' definiert, welche man Mitgliedern des Teams zuweisen kann:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Konstruktionsumgebung_Rollen_im_Team.gif|.]] </div>
* Wir besitzen als Team-Gründer und Projekt-Erzeuger natürlich uneingeschränkte '''Administrator-Rechte'''.

=== Konstruktionsdatei (Hochladen der Vorgabedatei mit Teilnehmer-Nummer) ===

'''Daten''' eines Projektes werden Ordner-orientiert in der Cloud gespeichert und verwaltet:
* Man kann beliebige Dateien vom lokalen Computer in diesen Cloud-Datenbereich hochladen. ''Fusion 360'' ist in der Lage, unterschiedlichste Datenformate zu verarbeiten.
* Uns interessieren hier im Beispiel nur die sogenannten '''Konstruktionsdateien''' für den Mechanik-Entwurf. Standardmäßig ist mit der Bezeichnung "'''Unbenannt'''" eine leere, noch ungespeicherte Konstruktionsdatei innerhalb des aktuellen Projektes geöffnet.

Innerhalb des Mechanik-Entwurfs werden in Abhängigkeit vom Bearbeitungszustand unterschiedliche Zielstellungen verfolgt (z.B. Geometrie-Modellierung, Animieren, Simulieren, Fertigen):
* [https://help.autodesk.com/view/NINVFUS/DEU/?guid=GUID-62FC5305-6B73-407B-82AB-70DFD5F1EF60 '''Arbeitsbereiche'''] organisieren die verfügbare Funktionalität in Abhängigkeit von den aktuellen Konstruktionszielen. Jeder Arbeitsbereich (im vertikalen Aufklapp-Menü) umfasst einen speziellen horizontalen Werkzeugkasten am oberen Rand (Multifunktionsleiste):<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Konstruktionsumgebung_Arbeitsbereiche.gif|.]] </div>
* So dient z.B. der Arbeitsbereich "'''Konstruktion'''" dem Erstellen des 3D-Geometriemodells, welches auch die erforderlichen Fertigungsinformationen erhält.
* Das Geometriemodell ist Voraussetzung für die Nutzung der anderen Arbeitsbereiche, letztendlich auch für die Erstellung der technischen Zeichnung.

'''''WICHTIG''''': Teilnehmer an der Lehrveranstaltung [https://www.ifte.de/lehre/geraeteentwicklung/index.html '''Geräteentwicklung'''] der TU Dresden müssen die Datei '''BONUS2026_XX.f3d''' ('''XX'''=Teilnehmer-Nummer) aus dem bereitgestellten [https://www.optiyummy.de/images/Software_CAD_-_Tutorial_-_BONUS.ZIP '''ZIP-Archivdatei'''] in den Cloud-Ordner '''CAD-Übung\BONUS-Aufgabe''' hochladen:
* Nach dem Download der ZIP-Archivdatei muss die entsprechend der eigenen Teilnehmer-Nummer "'''XX'''" benötigte Fusion-Archivdatei "'''BONUS2026_XX.f3d'''" in einen lokalen Ordner des Computers entpackt werden (z.B. mittels des Windows-Explorers oder eines anderen Programms, welches ZIP-Dateien öffnen kann).
* Das Hochladen erfolgt in den Datenbereich des geöffneten Fusion-Cloudordners '''CAD-Übung\BONUS-Aufgabe''':
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Konstruktionsumgebung_Datei_hochladen.gif|.]] </div>[[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Teamverwaltung_ueber_Nutzer-Profil_aufrufen.gif|right]]
'''Hinweis nur für Nutzer der Fusion-Browserversion:'''
* Wird keine lokale Fusion-Installation genutzt, so kann das Hochladen nur über "'''Fusion Team'''" als Web-Oberfläche erfolgen.
* In die Teamverwaltung gelangt man z.B. über '''''Nutzer > Profil''''' (Siehe Bild rechts).
* Innerhalb der Liste aller Projekte muss man den betreffenden Projektordner öffnen und kann dann dort die .f3d-Datei hochladen:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Teamverwaltung_Hochladen_Datei_in_Projektordner.gif|.]] </div>
* Im "'''Fusion Team'''" hochgeladene Dateien erscheinen spätestens nach dem "Aktualisieren" (Button rechts neben Team-Name) auch im Projekt-Datenbereich von Fusion. Bevor man sie dort als Konstruktion öffnen kann, muss man aus der Datei eine Fusion-Konstruktion erstellen:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Teamverwaltung_aus_Datei_Fusion-Konstruktion_erstellen.gif|.]] </div>

Beim "normalen" Hochladen wird aus der Fusion-Archivdatei sofort eine Konstruktionsdatei gleichen Namens generiert, welche man anschließend für die Bearbeitung öffnet:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Konstruktionsumgebung_XX-Datei_geoeffnet.gif|.]] </div>
* '''''Hinweis'':''' Die Orientierung des Ursprung-Koordinatensystems und die Zuordnung der Ansichten (Vorne, Oben, ...) weicht in der zu verwendenden Konstruktionsdatei von der Standard-Ausrichtung ab. Daran darf bei der Bearbeitung der BONUS-Aufgabe nichts geändert werden!
<div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS-Aufgabe|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Basiselement|→]] </div>

Datei:Software CAD - Fusion-Tutorial - Distanzstueck - Baugruppe - Zusammenbau - Gelenk Starr1.gif

2026-03-25T09:35:17Z

Christoph Steinmann: Christoph Steinmann lud eine neue Version von Datei:Software CAD - Fusion-Tutorial - Distanzstueck - Baugruppe - Zusammenbau - Gelenk Starr1.gif hoch

Software: CAD - Fusion-Tutorial - Distanzstueck - Zusammenbau

2026-03-25T09:34:38Z

Christoph Steinmann: /* Montage der Zahnscheibe */ Begirffsänderung UI BG

[[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck|↑]] <div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Normteile|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Animation|→]] </div>
<div align="center"> ''' Zusammenbau von Bauteilen ''' </div>

Das Zusammenfügen von Komponenten zu Baugruppen (entspricht der "Montage") beruht auf dem Hinzufügen von Verbindungselementen, welche die ansonsten freie Beweglichkeit der Komponenten im erforderlichen Maße einschränken. Dies gilt sowohl für die realen Montage-Prozesse als auch für deren Nachbildung in der CAD-Konstruktion. Im ''Autodesk Fusion'' werden alle Verbindungselemente unter dem Obergriff "Gelenke" zusammengefasst.
* '''Gelenke''' ''(engl. "Joints")'' definieren die verbleibenden Freiheitsgrade zwischen Komponenten:
*# Primär wird mit Gelenken die Anordnung von Komponenten innerhalb der Konstruktion im Sinne des Montageprozesses und der Funktion beschrieben (starre oder bewegliche Verbindungen zwischen Komponenten)
*# Sekundär bilden Gelenke die Grundlage für Animationen und Bewegungsstudien.
* [https://help.autodesk.com/view/fusion360/ENU/?guid=GUID-8818AE31-958A-4A59-989B-9875A174C67A '''Sieben Gelenk-Typen''' ''(in Autodesk Fusion)''] lassen sich in zwei grundsätzliche Klassen unterteilen:
*# '''Starr''' ''(engl. "Rigid")'' beseitigt alle Freiheitsgrade zwischen den Komponenten (f = 0). Dies ist der am häufigsten benötigte Verbindungstyp, da er dort angewendet wird, wo Komponenten fest miteinander verbunden werden (z.B. verschweißt, fest an mehreren Stellen verschraubt bzw. vernietet).
*# '''Beweglich''' realisiert die relative Beweglichkeit in 1 bis 3 definierten Freiheitsgraden '''f''' in Anlehnung an die Funktion [https://de.wikipedia.org/wiki/Gelenk_(Technik) '''technischer Gelenke'''].
*#* '''Umdrehung''' ''(engl. "Revolute")'': <br>Drehgelenk (f = 1 Rotation)
*#* '''Schieberegler''' ''(engl. "Slider")'': <br>axiales Schubgelenk (f = 1 Translation)
*#* '''Zylindrisch''' ''(engl. "Cylindrical")'': <br>axiales Dreh-/Schubgelenk (f = 1 Translation + 1 Rotation um Translationsachse)
*#* '''Pin-Schlitz''' ''(engl. "Pin-slot")'': <br>lineare Schlitzführung (f = 1 Translation + 1 Rotation um "Nicht-Translationsachse")
*#* '''Eben''' ''(engl. "Planar")'': <br>Plattengelenk = ebenes Dreh-/Schubgelenk (f = 2 Translationen + 1 Rotation)
*#* '''Kugel''' ''(engl. "Ball")'': <br>Kugelgelenk (f = 3 Rotationen)
Im Beispiel benötigen wir nur den Gelenktyp "'''Starr'''", da wir alle Komponenten verdrehsicher "verschrauben".

=== Montage der Zahnscheibe ===

Wir beginnen mit der Montage der Zahnscheibe auf dem Gewindezapfen des ersten Distanzstückes:
* '''''Beziehungen > Gelenk''''' führt zum Dialogfenster für die Definition der Gelenk-Verbindung.
* Die Registerkarte "'''Bewegung'''" zeigt standardmäßig den '''Gelenktyp "Starr"''' als aktiv. Die Umschaltung des Gelenktyps könnte aber auch über die eingeblendete Mini-Werkzeugleiste erfolgen:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Zusammenbau_-_Gelenkdialog_Starr.gif|.]] </div>
* Die Registerkarte "'''Position'''" ermöglicht auf den beiden zu verbindenden Komponenten jeweils die Wahl eines [https://help.autodesk.com/view/NINVFUS/DEU/?guid=ASM-JOINT-ORIGIN '''Gelenkursprungs''']:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Zusammenbau_-_Gelenkdialog_Ursprung_auf_Komponente1.gif|.]] </div>
* Für rotationssymmetrische Bezugsflächen (wie in unserem Beispiel) genügt dafür die Wahl des jeweiligen Kreisbogen-Mittelpunktes als "Gelenkursprung". Man muss zuvor überlegen, welche "Kreis"-Flächen der beiden Komponenten sollen aneinander liegen und dann die zugehörigen Kreisbögen wählen.
* '''''Hinweis'':''' '''Komponente 1''' wird in der Regel zu '''Komponente 2''' verschoben ('''Komponente 1''' kann nicht fixiert sein). Im Beispiel stellt die Zahnscheibe also '''Komponente 1''' dar!
* Damit man auf die gewünschte Kreisfläche des Distanzstückes als '''Komponente 2''' zugreifen kann, muss man zuvor die Ansicht entsprechend drehen:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Zusammenbau_-_Gelenkdialog_Ursprung_auf_Komponente2.gif|.]] </div>
* Das [https://help.autodesk.com/view/NINVFUS/DEU/?guid=ASM-JOINT-ORIGIN '''Ursprungsymbol'''] repräsentiert ein Koordinatensystem ('''Rot=X'''-Achse / '''Grün=Y'''-Achse / '''Blau=Z'''-Achse / '''Fläche=XY-Ebene''' mit '''weiß=+Z''' bzw. '''orange=-Z''').
* Die Ausrichtung der Gelenkursprung-Koordinatensysteme ergibt sich im Beispiel aus den Flächen-Normalen der gewählten Kreise und den "Anfangspunkten" der Kreislinien.
* Durch die resultierende Ausrichtung beider Gelenkursprung-Koordinatensysteme wird die relative Null-Lage beider Komponenten zueinander bestimmt. Bei Bedarf kann man eine relative Verschiebung oder Drehung zueinander definieren (im Beispiel nicht erforderlich!):<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Zusammenbau_-_Gelenkdialog_Gelenkausrichtung.gif|.]] </div>
* Nach Abschluss dieser Gelenk-Definition liegen die entsprechenden Flächen von Zahnscheibe und Distanzstück "'''starr'''" aufeinander und die Zahnscheibe ist damit auch nicht mehr drehbar. Die Gelenk-Definition erscheint auch in der Browser-Darstellung, das zugehörige Gelenksymbol kann in der Geometrie ausgeblendet werden:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Zusammenbau_-_Gelenk_Starr1.gif|.]] </div>
* '''''Hinweis'':''' In der Modell-Geometrie durchdringen die Zähne der Zahnscheibe den Körper des Distanzstückes. In der Realität würde diese Durchdringung natürlich infolge der elastischen Verformung der Zähne so nicht stattfinden!

=== Montage eines zweiten Distanzstueckes ===

Die Montage des zweiten Distanzstückes sollte mit dem vorhandenem Wissen nun kein Problem darstellen:
* Das Einfügen eines weiteren Exemplars des Distanzstückes gelingt intuitiv, indem man dieses per '''Drag & Drop''' aus dem Datenbereich in den Grafikbereich zieht. Die anfängliche Null-Lage (deckungsgleich mit dem anderen Distanzstück) ändert man durch Verschieben auf eine sinnvolle Position:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Zusammenbau_-_Bauteil2_eingefuegt.gif|.]] </div>
* Bei der Definition der Gelenkursprünge muss man die Kreisbögen der entsprechenden Auflageflächen wählen. Dies erfordert insbesondere an der Zahnscheibe erhöhte Aufmerksamkeit:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Zusammenbau_-_Bauteil2_mit_Gelenkurspruengen.gif|.]] </div>
* Eine Verdrehung des montierten Bauteils ist nicht erforderlich, da die Sechskant-Flächen bereits fluchtend ausgerichtet sind:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Zusammenbau_-_Bauteil2_Gelenk_vollenden.gif|.]] </div>
* Die Gelenk-Definitionen erscheinen wie das Einfügen der Komponenten als Operationen in der Zeitleiste der Konstruktionsdatei:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Zusammenbau_-_fertig.gif|.]] </div>

Damit ist unsere Beispiel-Baugruppe "Distanzsaeule" als CAD-Modell erstellt.
<div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Normteile|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Animation|→]] </div>

Software: CAD - Fusion-Tutorial - Distanzstueck - Normteile

2026-03-25T09:26:39Z

Christoph Steinmann: Anpassung UI und Trennung BT BG

[[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck|↑]] <div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Basisbauteil|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Zusammenbau|→]] </div>
<div align="center"> ''' Verwendung von Normteilen ''' </div>
[[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Normteile_-_Einfuegen_Zulieferteile.gif|right]]
Ein wesentlicher Rationalisierungsaspekt von CAD-Systemen ist die Wiederverwendung bereits vorhandener CAD-Modelle:
# <u>'''Normteile'''</u> (z.B. Verbindungselemente, Wellenteile) - dafür liefern die CAD-Systemhersteller meist selbst die CAD-Modelle in Normteil-Bibliotheken.
# <u>'''Zulieferteile'''</u> - für diese werden von den Herstellern in ihren Katalogen CAD-Modelle für unterschiedlichste CAD-Systeme bereitstellt. Auch Normteile können Zulieferteile sein.

Bei der ''hybriden Konstruktion'' ermöglicht '''''Volumenkörper > Einfügen > ...''''' in ''Fusion'' den Zugriff auf Millionen von Norm- und Zulieferteilen hunderter Hersteller.

Die von uns genutzte ''Baugruppenkonstruktion'' hat in der aktuellen Programmversion über '''Einfügen > ...''' nur Zugriff auf die Schrauben und McMaster-Carr, die wir im Folgenden auch verwenden wollen.

Die aktuelle Version von ''Fusion'' bietet Zugriff auf eine noch eher kleine Normteiledatenbank unter dem Begriff "Schrauben", die in Zukunft sicher noch ausgebaut wird. Diese wird zur Information kurz vorgestellt. Die eigentliche Übungsanleitung geht im Abschnitt [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Normteile#Zulieferteile|'''Zulieferteile''']] weiter.

==== Normteiledatenbank ====
[[Datei:Software CAD - Fusion-Tutorial - Distanzstueck - Baugruppe - Normteile - Fusion-Datenbank.gif|rechts]]
'''Da die Funktion in Fusion noch neu und unvollständig ist, dient dieser Abschnitt vorerst nur zur Information. Die Zahnscheibe soll wie unten beschrieben über McMaster eingefügt werden!'''

Die meisten CAD-Programme stellen interne Datenbanken für genormte Teile bereit. Das Ergebnis ist für den Nutzer am Ende sehr ähnlich zu den unten vorgestellten Downloadportalen. Ein großer Vorteil besteht aber darin, dass die Dateien nicht als 3D-Datensatz gespeichert werden müssen. Normteile werden oft nur über wenige Parameter (z.B. Schraubennorm, Gewindegröße und Länge) definiert. Diese Informationen werden in Tabellen gespeichert und daraus bei Bedarf dann automatisch die entsprechenden 3D-Modelle erzeugt. Somit muss man nur die Dateien abspeichern, die auch tatsächlich genutzt werden.

* <u>'''''Schraube einfügen'''''</u> öffnet die Fusion interne Normteiledatenbank, die mehr als nur Schrauben enthält.
* Man kann entweder durch Kategorien navigieren oder schnell über die Suche die benötigte Zahnscheibe nach "DIN 6797" finden.
* Nach Auswahl der Zahnscheibe A mit Zähnen am Außenrand öffnet sich ein Dialog zur Konfiguration des Bauteils.
* Diese Einstellungen werden automatisch aktualisiert, wenn man das Bauteil im 3D-Bereich an einer geeigneten Geometrie (Gewinde) platziert:
[[Datei:Software CAD - Fusion-Tutorial - Distanzstueck - Baugruppe - Normteile - Fusion-Datenbank-einfuegen.gif|zentriert]]
* Aktuell wird dabei noch die falsche Bauteilgröße (3.5) erstellt. Der Nenndurchmesser lässt sich aber im Dialog auf 4.00 mm anpassen.
* Die Baugruppenverbindungen werden in diesem Fall automatisch erzeugt.
* Wie man sieht, ist die erzeugte Geometrie weniger detailliert als das unten genutzte McMaster-Modell. Für die meisten Anwendungen ist das kein Problem, solange man sich dem Unterschied zwischen Modell und Realität bewusst ist.
* Die aus der internen Datenbank bezogenen Normteile tauchen in einem eigenen Ordner neben den normalen Komponenten auf:

[[Datei:Software CAD - Fusion-Tutorial - Distanzstueck - Baugruppe - Normteile - Fusion-Datenbank-Modellbaum.gif|zentriert]]
* Aktuell ist diese Funktion wegen des eingeschränkten Umfangs der Normteiledatenbank etwas verwirrend, da sich die Normteile auf den Ordner "Schrauben" und die normale Komponentenliste verteilen. Sobald mehr Normteile verfügbar sind, wäre dieses Vorgehen sinnvoll.

==== Zulieferteile ====
Bevor wir den Zusammenbau fortführen, sollen alle drei eingebundenen Web-Portale kurz vorgestellt werden:
* <u>'''''Herstellerteil einfügen'''''</u> führt zum PARTcommunity-Portal '''https://autodesk-fusion.partcommunity.com/3d-cad-models/''' im Standard-Browser des Computers.
** Mit der Funktionalität "'''parts4cad'''" ermöglicht ''Fusion'' dort den Zugriff auf Millionen von CAD-Modellen aus über 400 zertifizierten Herstellerkatalogen:<div align="center">[[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Normteile_-_parts4cad-Portal.gif|.]]</div>
** '''''Beachte'':''' Für das Übertragen der ausgewählten CAD-Modelle zum ''Fusion 360'' benötigt man ein '''PARTcommunity-Konto''' und man muss während des Übertragungsprozesses dem Öffnen der "'''NLauncher Application'''" zustimmen:<div align="center">[[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Normteile_-_parts4cad-Modell_nach_Fusion.gif|.]]</div>
** Die Übertragung des CAD-Modell erfolgt im STEP-Format. Pro Tag sind maximal 50 Downloads zulässig, was praktisch keine Einschränkung darstellt.

* <u>'''''Einfügen von TraceParts-Herstellerkomponenten'''''</u> bietet ebenfalls den Zugriff auf hunderte Herstellerkataloge:<div align="center">[[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Normteile_-_TraceParts_Zahnscheibe.gif|.]]</div>
** [https://www.traceparts.com/de '''TraceParts'''] ist einer der weltweit führenden Anbieter von CAD-Modellen für den Maschinenbau.
** '''''Beachte'':''' Bevor man von dort kostenlos CAD-Modelle laden kann, benötigt man ein '''TraceParts-Konto'''!
** '''''Hinweise zur Nutzung''''' - Bei der Erstellung dieser Anleitung gab es einige Probleme beim Einfügen eines CAD-Modells, welche mit anderen Monitor-Auflösungen und Grafikkarten nicht auftreten müssen:
*** Das sich in ''Fusion 360'' öffnende Browser-Fenster war anscheinend falsch skaliert. Da die Auswahlliste für das CAD-Format "unsichtbar" unterhalb des Dialog-Rahmens platziert war, konnte kein CAD-Modell geladen werden.
*** Nur mit Firefox gelang über '''https://www.traceparts.com/de → "Zur Katalogübersicht"''' die erforderliche Auswahl des CAD-Formates vor dem Download.
*** Es wurde keine Möglichkeit gefunden, die CAD-Modelle per '''Drag & Drop''' aus dem Web-Browser direkt in die Fusion-Baugruppe zu ziehen. Der Download vom TraceParts-Portal erfolgt verpackt in einer ZIP-Datei. Nach Entpacken in einen lokalen Ordner muss man die CAD-Dateien zeitaufwändig in den Projekt-Ordner der Fusion-Cloud laden. Erst danach ist das Einfügen in die Baugruppe möglich.

* <u>'''''McMaster-Carr Komponente einfügen'''''</u> führt zum Produktkatalog eines der größten Zulieferer für Industrie-Komponenten:<div align="center">[[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Normteile_-_McMaster-Carr-Portal.gif|.]]</div>
** Dieser Katalog ist unmittelbar in die Fusion-Oberfläche integriert und enthält auch herstellerbezogene Normteile.
** Nach Auswahl des gewünschten Teils kann man dessen CAD-Modell im [[https://de.wikipedia.org/wiki/Standard_for_the_exchange_of_product_model_data '''STEP-''']] oder [[https://datei.wiki/extension/sat '''SAT-Format''']] direkt in die aktuelle Konstruktion einfügen. Der Nutzungsprozess für diesen Katalog ist in der [https://help.autodesk.com/view/NINVFUS/DEU/?guid=GUID-90FD5419-A8AF-4A7C-AB1E-75D027077709 '''Fusion-Onlinehilfe'''] beschrieben.
** Wählt man andere CAD-Formate, so ist ein normaler Download der Modelldateien möglich. Diese kann man danach etwas zeitaufwändig in die Fusion-Cloud hochladen.

Da nur für das McMaster-Carr-Portal kein Nutzerkonto erforderlich ist und das direkte Einbinden der STEP-Dateien problemlos funktionieren sollte, nutzen wir dieses dieses Portal im Folgenden für das Einfügen der Zahnscheibe:
* Man könnte sich über die Auswahl-Dialoge bis zur benötigten Zahnscheibe durchklicken. Schneller geht es jedoch mit dem "richtigen" Suchbegriff "'''din 6797 star washers'''" und anschließender Wahl der Gewindegröße '''M4''':<div align="center">[[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Normteile_-_McMaster-Carr-Komponente_einfuegen.gif|.]]</div>
* Von den drei verfügbaren Zahnscheiben wählen wir diejenige mit dem edelsten Stahl durch Click auf die Teilenummer:<div align="center">[[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Normteile_-_McMaster-Carr-Komponente_download.gif|.]]</div>
* Damit "'''Download'''" zum direkten Einfügen in die geöffnete Konstruktionsdatei erfolgt, muss man zuvor das STEP-Format wählen! Das Bauteil wird auf den Ursprung (0,0,0) der Baugruppendatei platziert:<div align="center">[[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Normteile_-_McMaster-Carr-Komponente_in_Baugruppe.gif|.]]</div>
* Falls dies die Sichtbarkeit beeinträchtigt, kann man die Zahnscheibe in eine günstigere Lage bringen (verschieben und drehen).
* Da uns das konkrete Kaufteil im Beispiel noch nicht interessiert, benennen wir diese Komponente in "'''DIN 6797 A4.3'''" um:<div align="center">[[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Normteile_-_DIN_6797_A4.3_in_Baugruppe_abgelegt.gif|.]]</div>

<div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Basisbauteil|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Zusammenbau|→]] </div>

Software: CAD - Fusion-Tutorial - Distanzstueck - Basisbauteil

2026-03-25T09:18:33Z

Christoph Steinmann: geändertes UI

[[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck|↑]] <div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Schriftfeld|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Normteile|→]] </div>
<div align="center"> ''' Fixiertes Basisbauteil (Stammkomponente)''' </div>

Das '''Distanzstück''' ist so dimensioniert, dass man mehrere Distanzstücke miteinander verschrauben kann. Als Baugruppe entsteht dann eine '''Distanzsäule''', mit der man auch größere Distanzen überbrücken kann:
* Im Rahmen dieser Übung sollen die grundlegenden Prinzipien für den Zusammenbau von Einzelteilen zum CAD-Modell einer Baugruppe verdeutlicht werden.
* In Hinblick auf die technische Zeichnung wird die Gewinnung typischer Baugruppen-Darstellungen aus dem CAD-Modell der Baugruppe demonstriert.

'''''Beachte:'''''
* Im Prinzip wäre es möglich, die vorhandene Konstruktionsdatei des Einzelteils zu einer Baugruppe zu erweitern, indem man den Typ der Datei in den Dokumenteneinstellungen ändert und weitere Körper hinzufügt. Diesen Weg sollte man jedoch nur für einfachste Baugruppen im Sinne von "Verbundbauteilen" aus unterschiedlichen Materialien oder erste Entwurfskonstruktionen gehen (z.B. [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_Beispiel|"'''Gummipuffer zwischen zwei Metallscheiben'''"]]).
* Im Sinne der Produktdaten-Verwaltung ist es meist erforderlich, für jeden Zusammenbau (Produkt, Baugruppe, Unterbaugruppe) separate Konstruktionsdateien zu verwenden.
* Dies ist auch günstiger für die Wiederverwendung von Einzelteilen in unterschiedlichen Baugruppen.

Wir beginnen deshalb mit einer neuen Konstruktionsdatei vom Typ "Baugruppenkonstruktion", welche den "Montage-Arbeitsplatz" repräsentiert:
* Beim Speichern benennen wir diese Datei mit der Baugruppen-Bezeichnung "'''Distanzsäule'''".
* Das Ursprung-Koordinatensystem bildet darin die Basis für die Ausrichtung des Zusammenbaus im Raum.
* Es steht eine umfangreiche Palette von Funktionen für das '''Einfügen''' von Komponenten zu einer Baugruppe zur Verfügung:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Neu_-_Zusammenfuegen-Funktionen.gif|.]] </div>

'''''Wichtig:'''''
* Auch beim Zusammenbau der Teile zu einer Baugruppe sollte man grundsätzlich fertigungsorientiert vorgehen!
* Man muss also überlegen, in welcher Reihenfolge die Bauteile in der Realität zu montieren sind.

Meist kann man ein Bauteil einer Baugruppe als sogenanntes Basisbauteil identifizieren:
* Das sollte das Bauteil sein, welches man sich zur Montage zuerst auf den Montage-Arbeitsplatz legt, um daran andere Bauteile zu befestigen.
* Dabei handelt es sich um das [https://de.wikipedia.org/wiki/Chassis '''Chassis'''] im weitesten Sinne (Gestell, Grundplatine, tragender Rahmen).

In unserem Beispiel würde man zuerst ein Distanzstück auf dem Montage-Arbeitsplatz legen. Getrennt durch eine Feder-Scheibe wird dann ein weiteres Distanzstück daran verschraubt. Für das Einfügen von Komponenten aus einem Projektordner stehen verschiedene Methoden zur Verfügung:
* Am intuitivsten funktioniert das per '''''Drag & Drop''''', indem man mit dem Cursor die benötigte Komponente aus dem Datenbereich in den grafischen Arbeitsbereich der Baugruppe zieht:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Neu_-_Drag_&_Drop_Basisteil.gif|.]] </div>
* Die erste eingefügte Komponente ("'''Stammkomponente'''" = Basisbauteil) wird direkt am Koordinaten-Ursprung platziert → aktuelle Lage mit Position=(0,0,0) und Drehung=(0,0,0):<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Stammkomponente_aktuelle_Lage_Null.gif|.]] </div>
* Nach dem Quittieren dieser aktuellen Null-Lage ist diese jedoch noch nicht fixiert und könnte deshalb jederzeit z.B. durch Ziehen mit dem Cursor auch unbeabsichtigt verändert werden.
* Mit der Funktion '''''Beziehungen > Starre Gruppe''''' kann man dieses erste Bauteil in der Baugruppe am Ursprung "fixieren":<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Stammkomponente_umbenannt_und_starre_Gruppe.gif|.]] </div>
* In der Zeitleiste erscheint das Symbol der "Starren Gruppe" und das Bauteil kann mit dem Cursor nun nicht mehr verschoben werden.
* '''''Hinweis'':''' Die Bezeichnung "'''Einführungsbeispiel'''" für die Konstruktionsdatei des Bauteils wurde ungünstig gewählt, weil dieser Name auch in der Baugruppe verwendet wird und darin nicht geändert werden kann. Deshalb sollte man die Bauteildatei nachträglich in "'''Distanzstück'''" umbenennen.

Bevor wir das zweite Distanzstück in unseren Zusammenbau platzieren, beschäftigen wir uns im nächsten Schritt mit der Verwendung von Normteilen.
<div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Schriftfeld|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Normteile|→]] </div>

Datei:Software CAD - Fusion-Tutorial - Distanzstueck - Zeichnungsansichten - Zeichnung auswaehlen Distanzstueck.gif

2026-03-25T08:50:59Z

Christoph Steinmann: Christoph Steinmann lud eine neue Version von Datei:Software CAD - Fusion-Tutorial - Distanzstueck - Zeichnungsansichten - Zeichnung auswaehlen Distanzstueck.gif hoch

Software: CAD - Fusion-Tutorial - Distanzstueck - Basiselement

2026-03-25T08:39:40Z

Christoph Steinmann: /* Eigenschaften des Bauteils */ Formatierungsfehler

[[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck|↑]] <div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Ursprung-Koordinatensystem|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Skizzierte_Elemente|→]] </div>
<div align="center"> ''' Basiselement (Rohteil) ''' </div>

'''CAD-Modelle von Bauteilen:'''
:sollte man fertigungsorientiert entwickeln (zuerst Fertigungsverfahren klären - im Folgenden "abtragend" aus einem Rohteil).
:Das CAD-Modell eines Bauteils entsteht sequentiell durch die schrittweise Definition von Elementen.

'''Elemente:'''
:sind abgegrenzte Einheiten parametrischer Geometrie, aus denen die komplexere Geometrie von Bauteilen zusammengesetzt wird.

'''Basiselement:'''
:ist das erste Element, das in einem Bauteil erstellt wird. Das Basiselement sollte die Ausgangsform (=Rohteil) des Bauteils darstellen.

'''Ursprung-Koordinatensystem:'''
:das Basiselement sollte am Ursprungskoordinatensystem des Bauteils sinnvoll verankert werden.
:Meist ist es sinnvoll, dass die Ursprungsachsen und -ebenen dabei die Symmetrie des Bauteils widerspiegeln (soweit dies möglich ist).

'''2D-Skizze:'''
: 2D-Form, aus der durch eine 3D-Operation ein Element-Volumen entsteht.

'''3D-Operation:'''
:entspricht einem Fertigungsschritt (additiv/subtraktiv), z.B. Extrusion, Drehung, Sweeping.

'''Skizziertes Element:'''
:entsteht als Volumen-Element aus einer 2D-Skizze durch Anwendung von 3D-Operationen.

=== Basis-Skizze mit Projektion des Ursprung-Koordinatensystem ===

Wir entwickeln das Rohteil als skizziertes Element. Dafür müssen wir zuerst eine 2D-Skizze erstellen. Meist ist es sinnvoll, diese Basis-Skizze auf die XY-Ebene des Ursprung-Systems zu legen (entspricht hier der Ansicht von "Oben"):
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Intro_-_neue_Skizze1.gif| ]] </div>
Danach befindet man sich im Skizzen-Modus. Die zugehörige Skizzen-Palette kann in Größe und Position frei auf dem Desktop geändert werden:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Basisskizze.gif| ]] </div>
* Die '''Skizze1''' erscheint im Browser in einem Skizzen-Ordner und außerdem als erste Operation unten in der Zeitleiste.
* Damit man ein Bauteil am Ursprung-Koordinatensystem "fixieren" kann (gegen Verschieben und Verdrehen), sollte man grundsätzlich den Mittelpunkt und die Koordinatenachsen der Skizzenebene in die Basisskizze zu projizieren (hier die X- und Y-Achse)! Nach '''''Skizze > Erstellen > Projizieren/Einschließen > Projizieren''''' muss man diese Ursprungselemente im Modell-Browser anklicken. Es erscheinen dann ein Punkt und die zwei Strecken als Elemente in der Skizze:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Bauteil_-_Ursprung-Elemente_projiziert.gif| ]] </div>
* '''Hinweis:''' Die meisten CAD-Programme (auch Fusion) unterstützen eine Form des automatisierten Objektfangs. Beim Skizzieren versucht das Programm dabei zu erkennen, welche Ursprungs- oder Geometrieelemente als Referenz benötigt werden, projiziert diese und erstellt automatisch eine Verknüpfung. Das hier gezeigte Vorgehen mit manueller Projektion ist für Einsteiger aber weniger fehleranfällig und funktioniert in fast jedem anderen Programm ähnlich.

=== Verankerung am Koordinaten-Ursprung ===

Wir verwenden ein [https://de.wikipedia.org/wiki/Halbzeug '''Halbzeug'''] als Rohteil für das Distanzstück:
* Zum Einsatz kommen gezogene Sechskant-Aluminiumstangen EN-AW-5754 (AlMg3) nach [https://www.beuth.de/de/norm/ln-1797/44305683 '''LN 1797'''] mit einer '''Schlüsselbreite=7 mm'''.
* Davon benötigen wir als Zuschnitt eine '''Länge=30 mm'''.
* Diesen Zylinder mit sechseckigem Profil entwickeln wir als skizziertes Element.
Das zu skizzierende gleichseitige Sechseck muss am Mittelpunkt des Ursprung-Koordinatensystems verdrehsicher verankert werden:
* Am Mittelpunkt des Ursprung-Koordinatensystems platzieren wir den Mittelpunkt eines 6-eckigen Polygons ('''''Skizze > Erstellen > Polygon > Inneres Polygon'''''):
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Polygon-Basisskizze.gif| ]] </div>
* Bevor man den Mittelpunkt des Polygons auf dem projizierten Ursprung-Mittelpunkt platzieren kann, muss man soweit in die Skizzen-Ansicht hinein zoomen, bis man die Punkte der projizierten Elemente voneinander unterscheiden kann:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Polygon_Punktfang.gif| ]] </div>
* Der Eckpunkt des Polygons (platziert auf der projizierten Y-Achse, aber nicht auf einem ihrer "Endpunkte") bestimmt nur die Orientierung und die "dargestellte" Größe des gezeichneten Sechsecks, ohne die Größe durch eine Skizzen-Bemaßung wirklich festzulegen.
* Wir beenden den Polygon-Befehl mittels '''''Kontextmenü (rechte Maustaste) > OK''''' oder einfacher durch die '''<ESC>-Taste'''.
* Diese noch "unbestimmte" Größe des Polygons sollte man überprüfen, indem man mit gedrückter Maustaste an einer der 6 Seiten zieht:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Polygon-Groesse_unbestimmt.gif| ]] </div>
* Es ist jedoch nicht möglich, durch Ziehen mit dem Cursor das Polygon um den Mittelpunkt zu drehen oder in Bezug auf den Mittelpunkt zu verschieben (wenn die projizierten Punkte beim Zeichnen korrekt gefangen wurden!).

=== Skizzen-Abhaengigkeiten und Skizzen-Bemaszung ===

Die Form der Skizze wird stabilisiert durch Skizzen-Abhängigkeiten:
* Einen Teil dieser Abhängigkeiten kann man über die Skizzenpalette direkt als Symbole einblenden bzw. wieder ausblenden:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Skizzen-Abhaengigkeiten.gif| ]] </div>
* <div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Skizzen-Abhaengigkeiten-Liste.gif|right]] </div>Dies betrifft im Beispiel nur das Polygon-Symbol am Mittelpunkt, welches die Abhängigkeiten der Polygonseiten zueinander repräsentiert (gleich lang, gleiche Winkel zwischen den Seiten).
* Weitere Abhängigkeiten werden erst angezeigt, wenn man mit dem Cursor auf die entsprechenden Skizzen-Elemente zeigt:
** An jedem Polygon-Eckpunkt zeigt ein Koinzidenz-Symbol, dass die angrenzenden Seiten mit ihren Endpunkten immer deckungsgleich sind.
** Am oberen Polygon-Eckpunkt erscheinen zwei Koinzidenz-Symbole. Das zweite Symbol zeigt die gewünschte Deckungsgleichheit zwischen diesem Eckpunkt und der projizierten Y-Achse.
* '''''Hinweis'':''' '''''Skizze > Abhängigkeiten''''' öffnet ein Menü mit einer Liste der verfügbaren Abhängigkeiten für 2D-Skizzen.

Formstabilisierte 2D-Elemente (hier das gleichseitige Sechseck) in Skizzen sind unbestimmt groß, solange ihre Größe nicht durch Bemaßung festgelegt wurde. Diese noch mögliche Größenänderung haben wir bereits praktisch durch Ziehen mit dem Cursor getestet.

Wir legen die Größe des Sechsecks durch die Schlüsselweite von '''7 mm''' mittels der Bemaßung zwischen zwei parallelen Polygonseiten fest:
* '''''Hinweis'':''' Zur Erhöhung der Übersichtlichkeit blenden wir über die Skizzenpalette Abhängigkeiten und die projizierte Geometrie aus.
* '''''Skizze > Erstellen > Skizzenbemaßung''''' oder direkt aus '''MFL''':
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Sechseck-Skizze_Bemaszung.gif| ]] </div>
* Nacheinander Anklicken der beiden gegenüberliegenden Seiten für die Schlüsselbreite und ziehen der Bemaßung auf die gewünschte Position:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Sechseck-Skizze_Bemaszungsposition.gif| ]] </div>
* Eintragen der gewünschten Breite von '''7 mm''' in das Dialogfeld.[[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Sechseck-Skizze_Bemaszungswert.gif|right]]
* Beenden der Bemaßungsfunktion ('''ESC''') und Korrektur der Bemaßungsposition (durch Ziehen mit dem Cursor).
* Danach ist die Skizze vollständig bestimmt ("Schloss" am Skizzensymbol!):
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Sechseck-Skizze_vollstaendig_bestimmt.gif| ]] </div>
Wir können die Skizzier-Umgebung nun verlassen ('''''Skizzenpalette > Skizze fertig stellen'''''), um im Folgenden aus dieser Basis-Skizze das Volumen des Basis-Elements zu erzeugen.

=== Erzeugen des Rohteils aus der Basis-Skizze ===

Nach dem "Fertigstellen der Skizze" befindet man sich wieder in der 3D-Arbeitsumgebung für Volumenkörper. Das skizzierte Polygon bleibt sichtbar:
* '''''Volumenkörper > Erstellen > Extrusion''''' ermöglicht sehr intuitiv die Erzeugung des Grundkörpers aus dem skizzierten Sechseck-Profil:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Sechseck-Skizze_Extrusion.gif| ]] </div>
* Der erstellte '''Körper1''' erscheint im Browser in einem Körper-Ordner und die '''Extrusion''' als auf der '''Skizze1''' basierende Operation in der Zeitleiste:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Rohteil_als_Koerper1.gif| ]] </div>
'''''Achtung'':''' Nach markanten Bearbeitungsabschnitten sollte man das Speichern mit einer Versionsbeschreibung nicht vergessen! (z.B. "'''Basis-Körper erzeugt'''")'''. </div>

=== Eigenschaften des Bauteils ===

Das CAD-Modell eines Bauteils bildet nicht nur Geometrie ab, sondern kann zusätzlich noch "beliebige" andere Eigenschaften des realen Bauteils beschreiben, z.B.:<br>
'''1. Physikalische Eigenschaften'''
* Verwendetes Material
* Resultierende Masse, Oberfläche, Volumen, Trägheitsmomente
* ...
'''2. Verwaltungsinformationen'''
* Bezeichnung des Bauteils
* Kommentierende Beschreibung
* Urheberschaft
* Zuordnung zu einem Projekt
* Bearbeitungsstatus
* ...
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Material-Bibliothek.gif|right]] </div>
Die grundlegenden Eigenschaften des zu modellierenden Bauteils sollte man bereits bei der Definition des Basiselements beschreiben. Zu diesem Zeitpunkt sind die wesentlichen Eigenschaften des Bauteils bekannt, man hat sich z.B. schon bewusst für ein Material und eine geeignete Profilform für das Rohteil entschieden.

Wir beginnen mit der Zuweisung von '''Aluminium - 6061''' als Material:
* '''''Körper1 > Kontextmenü (rechte Maustaste) > Material''''' ermöglicht den Zugriff auf die Materialien der aktuellen Konstruktion und der Materialbibliothek:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Koerper-Kontextmenue_Material.gif| ]] </div>
* Standardmäßig enthält eine neue Konstruktion nur "'''Stahl'''" als Material, welches neuen Körpern dann automatisch zugewiesen wird.
* Das CAD-Programm stellt mehrere Material-Bibliotheken zur Verfügung, welche Werkstoff-Daten für unterschiedliche Anwendungsfälle enthalten.
* Für eine normale Konstruktion genügt die standardmäßig eingestellte "'''Fusion - Materialbibliothek'''").
* Diese enthält unterschiedlichste Werkstoff-Klassen.
* Wir müssen in den Metallen das gewünschte '''Aluminium 6061''' finden und durch '''Drag & Drop''' mit dem Cursor in die aktuelle Konstruktion ziehen:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Material-Alu_6061_aus_Bib_in_Konstruktion.gif| ]] </div>
* Die Zuweisung des '''Aluminium 6061''' zum '''Körper1''' (Rohteil) erfolgt durch '''Drag & Drop'''.
* '''''Hinweis'':''' Erst nach dieser Zuweisung kann man Stahl aus der Konstruktion entfernen. Dazu zieht man im Materialfenster Aluminium über das Stahlsymbol und ersetzt damit alle vorhandenen Instanzen.

Anhand des aktuell zugewiesenen Materials erfolgt automatisch eine Berechnung der davon abhängigen physikalischen Eigenschaften, welche man über '''''Körper1 > Kontextmenü''''' abrufen kann:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Eigenschaften_Koerper1.gif| ]] </div>
* Werte für die spätere technische Zeichnung sind z.B. der Material-Bezeichner und die Masse des Bauteils.
* Trägheitsmomente würden z.B. für bestimmte Belastungsanalysen benötigt.

Für die Einordnung des Bauteil-Modells in das Produkt-Modell der übergeordneten Produktentwicklung werden zusätzliche Informationen benötigt. Diese umfassen u.a. personelle, organisatorische, technologische und ökonomische Aspekte:
* Die nicht-physikalischen Angaben werden firmenspezifisch unterschiedlich behandelt.
* Alle Angaben zum Bearbeiter und den übergeordneten Personen sind bereits durch das eigene Benutzerprofil und die Zuordnung zu einem Team vorhanden.

Wir werden im Beispiel exemplarisch einige allgemeinen Eigenschaften spezifizieren ('''''Browser > Komponente (Einführungsbeispiel) > Kontextmenü > Eigenschaften'''''):
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Eigenschaften_Bauteil-Komponente.gif| ]] </div>
* Die physikalischen Eigenschaften der Bauteil-Komponente entsprechen den Eigenschaften von '''Körper1''', welche wir bereits betrachtet haben.
* Für die Bauteilnummer wird standardmäßig der Name der Konstruktion verwendet. Wir verwenden abgeleitet von der Bezeichnung der Lehrveranstaltung "Geräteentwicklung" das Kürzel '''GE-202#''' mit aktuellen Jahreszahl (z.B. '''GE-2026''').
* Der Bauteilname "'''Einführungsbeispiel v3'''" kann im Eigenschaftsfeld nicht geändert werden, weil dafür immer der Name der Konstruktionsdatei verwendet wird.
* Die Beschreibung "'''Distanzstueck'''" soll die Funktion des Bauteils verdeutlichen.
* Die Felder für die Verwaltungsinformationen können in diesem Eigenschaftsdialog nicht editiert werden.
* Der erzeugte '''Körper1''' repräsentiert das schrittweise zu konstruierende Bauteil "'''Distanzstueck'''". Deshalb sollte man in der Browser-Darstellung den erzeugten Körper entsprechend umbenennen:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Koerper-Name.gif| ]] </div>
* Für unser Distanz-Stück sollen diese beispielhaften Einträge genügen, um die Möglichkeiten der Eigenschaftsdefinition zu erkennen.
* In der späteren Produkt-Dokumentation sollten die Informationen möglichst automatisiert an den entsprechenden Stellen eingefügt werden (z.B. im Schriftfeld der Zeichnung).
<div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Ursprung-Koordinatensystem|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Skizzierte_Elemente|→]] </div>

Software: CAD - Fusion-Tutorial - Distanzstueck - Basiselement

2026-03-25T08:38:57Z

Christoph Steinmann: /* Eigenschaften des Bauteils */ Jahreszahl aktualisiert

[[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck|↑]] <div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Ursprung-Koordinatensystem|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Skizzierte_Elemente|→]] </div>
<div align="center"> ''' Basiselement (Rohteil) ''' </div>

'''CAD-Modelle von Bauteilen:'''
:sollte man fertigungsorientiert entwickeln (zuerst Fertigungsverfahren klären - im Folgenden "abtragend" aus einem Rohteil).
:Das CAD-Modell eines Bauteils entsteht sequentiell durch die schrittweise Definition von Elementen.

'''Elemente:'''
:sind abgegrenzte Einheiten parametrischer Geometrie, aus denen die komplexere Geometrie von Bauteilen zusammengesetzt wird.

'''Basiselement:'''
:ist das erste Element, das in einem Bauteil erstellt wird. Das Basiselement sollte die Ausgangsform (=Rohteil) des Bauteils darstellen.

'''Ursprung-Koordinatensystem:'''
:das Basiselement sollte am Ursprungskoordinatensystem des Bauteils sinnvoll verankert werden.
:Meist ist es sinnvoll, dass die Ursprungsachsen und -ebenen dabei die Symmetrie des Bauteils widerspiegeln (soweit dies möglich ist).

'''2D-Skizze:'''
: 2D-Form, aus der durch eine 3D-Operation ein Element-Volumen entsteht.

'''3D-Operation:'''
:entspricht einem Fertigungsschritt (additiv/subtraktiv), z.B. Extrusion, Drehung, Sweeping.

'''Skizziertes Element:'''
:entsteht als Volumen-Element aus einer 2D-Skizze durch Anwendung von 3D-Operationen.

=== Basis-Skizze mit Projektion des Ursprung-Koordinatensystem ===

Wir entwickeln das Rohteil als skizziertes Element. Dafür müssen wir zuerst eine 2D-Skizze erstellen. Meist ist es sinnvoll, diese Basis-Skizze auf die XY-Ebene des Ursprung-Systems zu legen (entspricht hier der Ansicht von "Oben"):
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Intro_-_neue_Skizze1.gif| ]] </div>
Danach befindet man sich im Skizzen-Modus. Die zugehörige Skizzen-Palette kann in Größe und Position frei auf dem Desktop geändert werden:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Basisskizze.gif| ]] </div>
* Die '''Skizze1''' erscheint im Browser in einem Skizzen-Ordner und außerdem als erste Operation unten in der Zeitleiste.
* Damit man ein Bauteil am Ursprung-Koordinatensystem "fixieren" kann (gegen Verschieben und Verdrehen), sollte man grundsätzlich den Mittelpunkt und die Koordinatenachsen der Skizzenebene in die Basisskizze zu projizieren (hier die X- und Y-Achse)! Nach '''''Skizze > Erstellen > Projizieren/Einschließen > Projizieren''''' muss man diese Ursprungselemente im Modell-Browser anklicken. Es erscheinen dann ein Punkt und die zwei Strecken als Elemente in der Skizze:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Bauteil_-_Ursprung-Elemente_projiziert.gif| ]] </div>
* '''Hinweis:''' Die meisten CAD-Programme (auch Fusion) unterstützen eine Form des automatisierten Objektfangs. Beim Skizzieren versucht das Programm dabei zu erkennen, welche Ursprungs- oder Geometrieelemente als Referenz benötigt werden, projiziert diese und erstellt automatisch eine Verknüpfung. Das hier gezeigte Vorgehen mit manueller Projektion ist für Einsteiger aber weniger fehleranfällig und funktioniert in fast jedem anderen Programm ähnlich.

=== Verankerung am Koordinaten-Ursprung ===

Wir verwenden ein [https://de.wikipedia.org/wiki/Halbzeug '''Halbzeug'''] als Rohteil für das Distanzstück:
* Zum Einsatz kommen gezogene Sechskant-Aluminiumstangen EN-AW-5754 (AlMg3) nach [https://www.beuth.de/de/norm/ln-1797/44305683 '''LN 1797'''] mit einer '''Schlüsselbreite=7 mm'''.
* Davon benötigen wir als Zuschnitt eine '''Länge=30 mm'''.
* Diesen Zylinder mit sechseckigem Profil entwickeln wir als skizziertes Element.
Das zu skizzierende gleichseitige Sechseck muss am Mittelpunkt des Ursprung-Koordinatensystems verdrehsicher verankert werden:
* Am Mittelpunkt des Ursprung-Koordinatensystems platzieren wir den Mittelpunkt eines 6-eckigen Polygons ('''''Skizze > Erstellen > Polygon > Inneres Polygon'''''):
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Polygon-Basisskizze.gif| ]] </div>
* Bevor man den Mittelpunkt des Polygons auf dem projizierten Ursprung-Mittelpunkt platzieren kann, muss man soweit in die Skizzen-Ansicht hinein zoomen, bis man die Punkte der projizierten Elemente voneinander unterscheiden kann:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Polygon_Punktfang.gif| ]] </div>
* Der Eckpunkt des Polygons (platziert auf der projizierten Y-Achse, aber nicht auf einem ihrer "Endpunkte") bestimmt nur die Orientierung und die "dargestellte" Größe des gezeichneten Sechsecks, ohne die Größe durch eine Skizzen-Bemaßung wirklich festzulegen.
* Wir beenden den Polygon-Befehl mittels '''''Kontextmenü (rechte Maustaste) > OK''''' oder einfacher durch die '''<ESC>-Taste'''.
* Diese noch "unbestimmte" Größe des Polygons sollte man überprüfen, indem man mit gedrückter Maustaste an einer der 6 Seiten zieht:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Polygon-Groesse_unbestimmt.gif| ]] </div>
* Es ist jedoch nicht möglich, durch Ziehen mit dem Cursor das Polygon um den Mittelpunkt zu drehen oder in Bezug auf den Mittelpunkt zu verschieben (wenn die projizierten Punkte beim Zeichnen korrekt gefangen wurden!).

=== Skizzen-Abhaengigkeiten und Skizzen-Bemaszung ===

Die Form der Skizze wird stabilisiert durch Skizzen-Abhängigkeiten:
* Einen Teil dieser Abhängigkeiten kann man über die Skizzenpalette direkt als Symbole einblenden bzw. wieder ausblenden:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Skizzen-Abhaengigkeiten.gif| ]] </div>
* <div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Skizzen-Abhaengigkeiten-Liste.gif|right]] </div>Dies betrifft im Beispiel nur das Polygon-Symbol am Mittelpunkt, welches die Abhängigkeiten der Polygonseiten zueinander repräsentiert (gleich lang, gleiche Winkel zwischen den Seiten).
* Weitere Abhängigkeiten werden erst angezeigt, wenn man mit dem Cursor auf die entsprechenden Skizzen-Elemente zeigt:
** An jedem Polygon-Eckpunkt zeigt ein Koinzidenz-Symbol, dass die angrenzenden Seiten mit ihren Endpunkten immer deckungsgleich sind.
** Am oberen Polygon-Eckpunkt erscheinen zwei Koinzidenz-Symbole. Das zweite Symbol zeigt die gewünschte Deckungsgleichheit zwischen diesem Eckpunkt und der projizierten Y-Achse.
* '''''Hinweis'':''' '''''Skizze > Abhängigkeiten''''' öffnet ein Menü mit einer Liste der verfügbaren Abhängigkeiten für 2D-Skizzen.

Formstabilisierte 2D-Elemente (hier das gleichseitige Sechseck) in Skizzen sind unbestimmt groß, solange ihre Größe nicht durch Bemaßung festgelegt wurde. Diese noch mögliche Größenänderung haben wir bereits praktisch durch Ziehen mit dem Cursor getestet.

Wir legen die Größe des Sechsecks durch die Schlüsselweite von '''7 mm''' mittels der Bemaßung zwischen zwei parallelen Polygonseiten fest:
* '''''Hinweis'':''' Zur Erhöhung der Übersichtlichkeit blenden wir über die Skizzenpalette Abhängigkeiten und die projizierte Geometrie aus.
* '''''Skizze > Erstellen > Skizzenbemaßung''''' oder direkt aus '''MFL''':
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Sechseck-Skizze_Bemaszung.gif| ]] </div>
* Nacheinander Anklicken der beiden gegenüberliegenden Seiten für die Schlüsselbreite und ziehen der Bemaßung auf die gewünschte Position:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Sechseck-Skizze_Bemaszungsposition.gif| ]] </div>
* Eintragen der gewünschten Breite von '''7 mm''' in das Dialogfeld.[[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Sechseck-Skizze_Bemaszungswert.gif|right]]
* Beenden der Bemaßungsfunktion ('''ESC''') und Korrektur der Bemaßungsposition (durch Ziehen mit dem Cursor).
* Danach ist die Skizze vollständig bestimmt ("Schloss" am Skizzensymbol!):
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Sechseck-Skizze_vollstaendig_bestimmt.gif| ]] </div>
Wir können die Skizzier-Umgebung nun verlassen ('''''Skizzenpalette > Skizze fertig stellen'''''), um im Folgenden aus dieser Basis-Skizze das Volumen des Basis-Elements zu erzeugen.

=== Erzeugen des Rohteils aus der Basis-Skizze ===

Nach dem "Fertigstellen der Skizze" befindet man sich wieder in der 3D-Arbeitsumgebung für Volumenkörper. Das skizzierte Polygon bleibt sichtbar:
* '''''Volumenkörper > Erstellen > Extrusion''''' ermöglicht sehr intuitiv die Erzeugung des Grundkörpers aus dem skizzierten Sechseck-Profil:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Sechseck-Skizze_Extrusion.gif| ]] </div>
* Der erstellte '''Körper1''' erscheint im Browser in einem Körper-Ordner und die '''Extrusion''' als auf der '''Skizze1''' basierende Operation in der Zeitleiste:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Rohteil_als_Koerper1.gif| ]] </div>
'''''Achtung'':''' Nach markanten Bearbeitungsabschnitten sollte man das Speichern mit einer Versionsbeschreibung nicht vergessen! (z.B. "'''Basis-Körper erzeugt'''")'''. </div>

=== Eigenschaften des Bauteils ===

Das CAD-Modell eines Bauteils bildet nicht nur Geometrie ab, sondern kann zusätzlich noch "beliebige" andere Eigenschaften des realen Bauteils beschreiben, z.B.:<br>
'''1. Physikalische Eigenschaften'''
* Verwendetes Material
* Resultierende Masse, Oberfläche, Volumen, Trägheitsmomente
* ...
'''2. Verwaltungsinformationen'''
* Bezeichnung des Bauteils
* Kommentierende Beschreibung
* Urheberschaft
* Zuordnung zu einem Projekt
* Bearbeitungsstatus
* ...
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Material-Bibliothek.gif|right]] </div>
Die grundlegenden Eigenschaften des zu modellierenden Bauteils sollte man bereits bei der Definition des Basiselements beschreiben. Zu diesem Zeitpunkt sind die wesentlichen Eigenschaften des Bauteils bekannt, man hat sich z.B. schon bewusst für ein Material und eine geeignete Profilform für das Rohteil entschieden.

Wir beginnen mit der Zuweisung von '''Aluminium - 6061''' als Material:
* '''''Körper1 > Kontextmenü (rechte Maustaste) > Material''''' ermöglicht den Zugriff auf die Materialien der aktuellen Konstruktion und der Materialbibliothek:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Koerper-Kontextmenue_Material.gif| ]] </div>
* Standardmäßig enthält eine neue Konstruktion nur "'''Stahl'''" als Material, welches neuen Körpern dann automatisch zugewiesen wird.
* Das CAD-Programm stellt mehrere Material-Bibliotheken zur Verfügung, welche Werkstoff-Daten für unterschiedliche Anwendungsfälle enthalten.
* Für eine normale Konstruktion genügt die standardmäßig eingestellte "'''Fusion - Materialbibliothek'''").
* Diese enthält unterschiedlichste Werkstoff-Klassen.
* Wir müssen in den Metallen das gewünschte '''Aluminium 6061''' finden und durch '''Drag & Drop''' mit dem Cursor in die aktuelle Konstruktion ziehen:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Material-Alu_6061_aus_Bib_in_Konstruktion.gif| ]] </div>
* Die Zuweisung des '''Aluminium 6061''' zum '''Körper1''' (Rohteil) erfolgt durch '''Drag & Drop'''.
* '''''Hinweis'':''' Erst nach dieser Zuweisung kann man Stahl aus der Konstruktion entfernen. Dazu zieht man im Materialfenster Aluminium über das Stahlsymbol und ersetzt damit alle vorhandenen Instanzen.

Anhand des aktuell zugewiesenen Materials erfolgt automatisch eine Berechnung der davon abhängigen physikalischen Eigenschaften, welche man über '''''Körper1 > Kontextmenü''''' abrufen kann:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Eigenschaften_Koerper1.gif| ]] </div>
* Werte für die spätere technische Zeichnung sind z.B. der Material-Bezeichner und die Masse des Bauteils.
* Trägheitsmomente würden z.B. für bestimmte Belastungsanalysen benötigt.

Für die Einordnung des Bauteil-Modells in das Produkt-Modell der übergeordneten Produktentwicklung werden zusätzliche Informationen benötigt. Diese umfassen u.a. personelle, organisatorische, technologische und ökonomische Aspekte:
* Die nicht-physikalischen Angaben werden firmenspezifisch unterschiedlich behandelt.
* Alle Angaben zum Bearbeiter und den übergeordneten Personen sind bereits durch das eigene Benutzerprofil und die Zuordnung zu einem Team vorhanden.

Wir werden im Beispiel exemplarisch einige allgemeinen Eigenschaften spezifizieren ('''''Browser > Komponente (Einführungsbeispiel) > Kontextmenü > Eigenschaften'''''):
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Eigenschaften_Bauteil-Komponente.gif| ]] </div>
* Die physikalischen Eigenschaften der Bauteil-Komponente entsprechen den Eigenschaften von '''Körper1''', welche wir bereits betrachtet haben.
* Für die Bauteilnummer wird standardmäßig der Name der Konstruktion verwendet. Wir verwenden abgeleitet von der Bezeichnung der Lehrveranstaltung "Geräteentwicklung" das Kürzel '''GE-202#''' mit aktuellen Jahreszahl (z.B. '''GE-20256'').
* Der Bauteilname "'''Einführungsbeispiel v3'''" kann im Eigenschaftsfeld nicht geändert werden, weil dafür immer der Name der Konstruktionsdatei verwendet wird.
* Die Beschreibung "'''Distanzstueck'''" soll die Funktion des Bauteils verdeutlichen.
* Die Felder für die Verwaltungsinformationen können in diesem Eigenschaftsdialog nicht editiert werden.
* Der erzeugte '''Körper1''' repräsentiert das schrittweise zu konstruierende Bauteil "'''Distanzstueck'''". Deshalb sollte man in der Browser-Darstellung den erzeugten Körper entsprechend umbenennen:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Koerper-Name.gif| ]] </div>
* Für unser Distanz-Stück sollen diese beispielhaften Einträge genügen, um die Möglichkeiten der Eigenschaftsdefinition zu erkennen.
* In der späteren Produkt-Dokumentation sollten die Informationen möglichst automatisiert an den entsprechenden Stellen eingefügt werden (z.B. im Schriftfeld der Zeichnung).
<div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Ursprung-Koordinatensystem|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Skizzierte_Elemente|→]] </div>

Software: CAD - Fusion-Tutorial - Distanzstueck - Basisbauteil

2026-02-11T09:30:02Z

Christoph Steinmann: Ergänzungen zu BT/BG/Hybrid

[[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck|↑]] <div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Schriftfeld|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Normteile|→]] </div>
<div align="center"> ''' Fixiertes Basisbauteil (Stammkomponente)''' </div>

Das '''Distanzstück''' ist so dimensioniert, dass man mehrere Distanzstücke miteinander verschrauben kann. Als Baugruppe entsteht dann eine '''Distanzsäule''', mit der man auch größere Distanzen überbrücken kann:
* Im Rahmen dieser Übung sollen die grundlegenden Prinzipien für den Zusammenbau von Einzelteilen zum CAD-Modell einer Baugruppe verdeutlicht werden.
* In Hinblick auf die technische Zeichnung wird die Gewinnung typischer Baugruppen-Darstellungen aus dem CAD-Modell der Baugruppe demonstriert.

'''''Beachte:'''''
* Im Prinzip wäre es möglich, die vorhandene Konstruktionsdatei des Einzelteils zu einer Baugruppe zu erweitern, indem man den Typ der Datei in den Dokumenteneinstellungen ändert und weitere Körper hinzufügt. Diesen Weg sollte man jedoch nur für einfachste Baugruppen im Sinne von "Verbundbauteilen" aus unterschiedlichen Materialien oder erste Entwurfskonstruktionen gehen (z.B. [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_Beispiel|"'''Gummipuffer zwischen zwei Metallscheiben'''"]]).
* Im Sinne der Produktdaten-Verwaltung ist es meist erforderlich, für jeden Zusammenbau (Produkt, Baugruppe, Unterbaugruppe) separate Konstruktionsdateien zu verwenden.
* Dies ist auch günstiger für die Wiederverwendung von Einzelteilen in unterschiedlichen Baugruppen.

Wir beginnen deshalb mit einer neuen Konstruktionsdatei vom Typ "Baugruppenkonstruktion", welche den "Montage-Arbeitsplatz" repräsentiert:
* Beim Speichern benennen wir diese Datei mit der Baugruppen-Bezeichnung "'''Distanzsäule'''".
* Das Ursprung-Koordinatensystem bildet darin die Basis für die Ausrichtung des Zusammenbaus im Raum.
* Es steht eine umfangreiche Palette von Funktionen für das '''Zusammenfügen''' von Komponenten zu einer Baugruppe zur Verfügung:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Neu_-_Zusammenfuegen-Funktionen.gif|.]] </div>

'''''Wichtig:'''''
* Auch beim Zusammenbau der Teile zu einer Baugruppe sollte man grundsätzlich fertigungsorientiert vorgehen!
* Man muss also überlegen, in welcher Reihenfolge die Bauteile in der Realität zu montieren sind.

Meist kann man ein Bauteil einer Baugruppe als sogenanntes Basisbauteil identifizieren:
* Das sollte das Bauteil sein, welches man sich zur Montage zuerst auf den Montage-Arbeitsplatz legt, um daran andere Bauteile zu befestigen.
* Dabei handelt es sich um das [https://de.wikipedia.org/wiki/Chassis '''Chassis'''] im weitesten Sinne (Gestell, Grundplatine, tragender Rahmen).

In unserem Beispiel würde man zuerst ein Distanzstück auf dem Montage-Arbeitsplatz legen. Getrennt durch eine Feder-Scheibe wird dann ein weiteres Distanzstück daran verschraubt. Für das Einfügen von Komponenten aus einem Projektordner stehen verschiedene Methoden zur Verfügung:
* Am intuitivsten funktioniert das per '''''Drag & Drop''''', indem man mit dem Cursor die benötigte Komponente aus dem Datenbereich in den grafischen Arbeitsbereich der Baugruppe zieht:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Neu_-_Drag_&_Drop_Basisteil.gif|.]] </div>
* Die erste eingefügte Komponente ("'''Stammkomponente'''" = Basisbauteil) wird direkt am Koordinaten-Ursprung platziert → aktuelle Lage mit Position=(0,0,0) und Drehung=(0,0,0):<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Stammkomponente_aktuelle_Lage_Null.gif|.]] </div>
* Nach dem Quittieren dieser aktuellen Null-Lage ist diese jedoch noch nicht fixiert und könnte deshalb jederzeit z.B. durch Ziehen mit dem Cursor auch unbeabsichtigt verändert werden.
* Mit der Funktion '''''Volumenkörper > Zusammenfügen > Starre Gruppe''''' kann man dieses erste Bauteil in der Baugruppe am Ursprung "fixieren":<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Stammkomponente_umbenannt_und_starre_Gruppe.gif|.]] </div>
* In der Zeitleiste erscheint das Symbol der "Starren Gruppe" und das Bauteil kann mit dem Cursor nun nicht mehr verschoben werden.
* '''''Hinweis'':''' Die Bezeichnung "'''Einführungsbeispiel'''" für die Konstruktionsdatei des Bauteils wurde ungünstig gewählt, weil dieser Name auch in der Baugruppe verwendet wird und darin nicht geändert werden kann. Deshalb sollte man die Bauteildatei nachträglich in "'''Distanzstück'''" umbenennen.

Bevor wir das zweite Distanzstück in unseren Zusammenbau platzieren, beschäftigen wir uns im nächsten Schritt mit der Verwendung von Normteilen.
<div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Schriftfeld|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Normteile|→]] </div>

Software: CAD - Fusion-Tutorial - BONUS - Konstruktionsumgebung

2026-02-11T09:24:27Z

Christoph Steinmann: /* Erster Programm-Start */ Bildbreite reduziert

[[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS-Aufgabe|↑]] <div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS-Aufgabe|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Basiselement|→]] </div>
<div align="center"> ''' Konstruktionsumgebung (Team, Projekt, Konstruktionsdatei) ''' </div>
'''Hinweise:'''
* Die Bearbeitung der "BONUS"-Aufgabe baut auf dem Wissen auf, welches in der [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck|'''Hörsaal-Übung''']] vermittelt wurde. Es wird empfohlen, zuvor zumindest die beiden Kapitel zum Einzelteil (CAD-Modell und Zeichnung) selbstständig anhand des bereitgestellten [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck|'''Hörsaal-Skriptes''']] mit dem CAD-System nachzuvollziehen.
* Bei der Bearbeitung der einzelnen Kapitel des BONUS-Skriptes sollte man zur Auffrischung des zuvor Gelernten einen Blick auf die zugehörigen Kapitel im Skript der Hörsaal-Übung werfen.[[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Analyse_-_Fusion_360_-_Anmelden.gif|right]]

=== Erster Programm-Start ===

Unabhängig von der genutzten ''Fusion''-Version gelangt man zumindest beim ersten Programm-Start nicht direkt in das CAD-System, sondern muss sich mittels seines [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Autodesk|<u>'''Autodesk-Education-Account'''</u>]] anmelden. Erst danach erscheint die Benutzeroberfläche des CAD-Programms:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Konstruktionsumgebung_Programmfenster.gif|800px]] </div>
'''''Hinweis''''': Falls im Ansichtsbereich ein "Entwurfsraster" angezeigt wird, kann man es über die Anzeigeeinstellungen ausblenden. Beim Erstellen von Bildern für diese Übungsanleitung wurde damit die Übersichtlichkeit erhöht: <div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Analyse_-_Fusion_360_-_Anzeigeeinstellungen_Entwurfsraster.gif| ]] </div>

=== Team-Organisation ===

Bevor man mit ''Fusion 360'' an einer Konstruktion arbeiten kann, muss man sich einem '''Team''' zuordnen:

[[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Fusion-Button_-_Gruppe_Daten_einblenden.gif|bottom]] "'''Gruppe Daten einblenden'''" ermöglicht den Zugriff auf die Team- und Projektverwaltung. Für die Team-Zuordnung werden zwei Möglichkeiten angeboten:
# '''Beitritt zu einem vorhandenem Team''' (falls eine entsprechende Einladung dazu vorliegt).
# '''Erstellen eines neuen Teams''':
#* im Rahmen dieser CAD-Übung <u>sollte</u> jeder Teilnehmer ein eigenes Team nach folgendem Bezeichner-Schema erstellen:
#* '''"Vorname Nachname CADxx"''' mit '''xx''' = 00...99 (Teilnehmer-Nummer in der CAD-Übung), z.B. ''Alfred Kamusella CAD00''
#* ''Anmerkungen:''
#** Jeder Team-Bezeichner muss weltweit einzigartig sein, deshalb hier auch der Zusatz zum persönlichen Namen!
#** Wer bereits ein eigenes Team unter einem anderen Bezeichner erstellt hat, kann diesen im Rahmen der Lehrveranstaltungen natürlich weiterhin benutzen! Eine Umbenennung des eigenen Teams ist über die Administrator-Konsole im Internet jedoch möglich:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Analyse_-_Fusion_360_-_Teambearbeitung_in_Admin-Konsole.gif|.]] </div>

=== Projekt-Definition ===

Innerhalb von ''Autodesk Fusion 360'' findet jegliche Arbeit im Rahmen von Projekten statt:
* Ein Projekt definiert einen gemeinsamen Arbeitsbereich für diejenigen Personen eines Teams, die zusammen an diesem Projekt arbeiten.
* [https://help.autodesk.com/view/NINVFUS/DEU/?guid=GUID-FA3DE862-9F5F-4DBC-AAF6-F2BD00E48994 '''Projekte werden immer innerhalb des aktuellen Teams definiert'''].
* Wir definieren für diese CAD-Übung ein neues Projekt (falls dies noch nicht bei der selbstständigen Bearbeitung der Hörsaal-Übung erfolgte):<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Konstruktionsumgebung_Neues_Projekt.gif|.]] </div>
* Dieses Projekt soll sinnvollerweise "'''CAD-Übung'''" heißen.
* Die Wahl von "CAD-Übung" als aktuelles Projekt für die Bearbeitung erfolgt durch Doppelklick auf den Projekt-Bezeichner.

Die Konstruktionsdaten eines Projektes werden in Form von Dateien innerhalb von Ordnerstrukturen verwaltet:
* Im '''Daten'''-Bereich legen wir für unsere BONUS-Aufgabe einen '''neuen Ordner''' an, welchen wir "'''Hausaufgabe'''" nennen:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Konstruktionsumgebung_Neuer_Ordner.gif|.]] </div>
* Wir wählen diesen Ordner durch Doppelklick als aktuellen Ordner für die zu erstellenden Konstruktionsdaten.
* Unter '''Personen''' → '''Mitglieder anzeigen''' kann man bezogen auf die einzelnen Ordner festlegen, welche Personen aus dem aktuellen Team welche Zugriffsrechte besitzt:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Konstruktionsumgebung_Teamverwaltung.gif|.]] </div>
* Dies wird über sogenannte '''"Rollen"''' definiert, welche man Mitgliedern des Teams zuweisen kann:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Konstruktionsumgebung_Rollen_im_Team.gif|.]] </div>
* Wir besitzen als Team-Gründer und Projekt-Erzeuger natürlich uneingeschränkte '''Administrator-Rechte'''.

=== Konstruktionsdatei (Hochladen der Vorgabedatei mit Teilnehmer-Nummer) ===

'''Daten''' eines Projektes werden Ordner-orientiert in der Cloud gespeichert und verwaltet:
* Man kann beliebige Dateien vom lokalen Computer in diesen Cloud-Datenbereich hochladen. ''Fusion 360'' ist in der Lage, unterschiedlichste Datenformate zu verarbeiten.
* Uns interessieren hier im Beispiel nur die sogenannten '''Konstruktionsdateien''' für den Mechanik-Entwurf. Standardmäßig ist mit der Bezeichnung "'''Unbenannt'''" eine leere, noch ungespeicherte Konstruktionsdatei innerhalb des aktuellen Projektes geöffnet.

Innerhalb des Mechanik-Entwurfs werden in Abhängigkeit vom Bearbeitungszustand unterschiedliche Zielstellungen verfolgt (z.B. Geometrie-Modellierung, Animieren, Simulieren, Fertigen):
* [https://help.autodesk.com/view/NINVFUS/DEU/?guid=GUID-62FC5305-6B73-407B-82AB-70DFD5F1EF60 '''Arbeitsbereiche'''] organisieren die verfügbare Funktionalität in Abhängigkeit von den aktuellen Konstruktionszielen. Jeder Arbeitsbereich (im vertikalen Aufklapp-Menü) umfasst einen speziellen horizontalen Werkzeugkasten am oberen Rand (Multifunktionsleiste):<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Konstruktionsumgebung_Arbeitsbereiche.gif|.]] </div>
* So dient z.B. der Arbeitsbereich "'''Konstruktion'''" dem Erstellen des 3D-Geometriemodells, welches auch die erforderlichen Fertigungsinformationen erhält.
* Das Geometriemodell ist Voraussetzung für die Nutzung der anderen Arbeitsbereiche, letztendlich auch für die Erstellung der technischen Zeichnung.

'''''WICHTIG''''': Teilnehmer an der Lehrveranstaltung [https://www.ifte.de/lehre/geraeteentwicklung/index.html '''Geräteentwicklung'''] der TU Dresden müssen die Datei '''BONUS2024_XX.f3d''' ('''XX'''=Teilnehmer-Nummer) aus dem bereitgestellten [https://www.optiyummy.de/images/Software_CAD_-_Tutorial_-_BONUS.ZIP '''ZIP-Archivdatei'''] in den Cloud-Ordner '''CAD-Übung\BONUS-Aufgabe''' hochladen:
* Nach dem Download der ZIP-Archivdatei muss die entsprechend der eigenen Teilnehmer-Nummer "'''XX'''" benötigte Fusion-Archivdatei "'''BONUS2024_XX.f3d'''" in einen lokalen Ordner des Computers entpackt werden (z.B. mittels des Windows-Explorers oder eines anderen Programms, welches ZIP-Dateien öffnen kann).
* Das Hochladen erfolgt in den Datenbereich des geöffneten Fusion-Cloudordners '''CAD-Übung\BONUS-Aufgabe''':
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Konstruktionsumgebung_Datei_hochladen.gif|.]] </div>[[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Teamverwaltung_ueber_Nutzer-Profil_aufrufen.gif|right]]
'''Hinweis nur für Nutzer der Fusion-Browserversion:'''
* Wird keine lokale Fusion-Installation genutzt, so kann das Hochladen nur über "'''Fusion Team'''" als Web-Oberfläche erfolgen.
* In die Teamverwaltung gelangt man z.B. über '''''Nutzer > Profil''''' (Siehe Bild rechts).
* Innerhalb der Liste aller Projekte muss man den betreffenden Projektordner öffnen und kann dann dort die .f3d-Datei hochladen:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Teamverwaltung_Hochladen_Datei_in_Projektordner.gif|.]] </div>
* Im "'''Fusion Team'''" hochgeladene Dateien erscheinen spätestens nach dem "Aktualisieren" (Button rechts neben Team-Name) auch im Projekt-Datenbereich von Fusion. Bevor man sie dort als Konstruktion öffnen kann, muss man aus der Datei eine Fusion-Konstruktion erstellen:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Teamverwaltung_aus_Datei_Fusion-Konstruktion_erstellen.gif|.]] </div>

Beim "normalen" Hochladen wird aus der Fusion-Archivdatei sofort eine Konstruktionsdatei gleichen Namens generiert, welche man anschließend für die Bearbeitung öffnet:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Konstruktionsumgebung_XX-Datei_geoeffnet.gif|.]] </div>
* '''''Hinweis'':''' Die Orientierung des Ursprung-Koordinatensystems und die Zuordnung der Ansichten (Vorne, Oben, ...) weicht in der zu verwendenden Konstruktionsdatei von der Standard-Ausrichtung ab. Daran darf bei der Bearbeitung der BONUS-Aufgabe nichts geändert werden!
<div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS-Aufgabe|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS_-_Basiselement|→]] </div>

Software: CAD - Fusion-Tutorial - Distanzstueck - Konstruktionsumgebung

2026-02-11T09:23:36Z

Christoph Steinmann: Anpassung an BT/BG Vorlagen in Fusion

[[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck|↑]] <div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Ursprung-Koordinatensystem|→]] </div>
<div align="center"> ''' Konstruktionsumgebung (Team, Projekt, Konstruktionsdatei) ''' </div>

=== Erster Programm-Start ===

Unabhängig von der genutzten ''Fusion''-Version gelangt man zumindest beim ersten Programm-Start nicht direkt in das CAD-System, sondern muss sich mittels seines [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Autodesk|''Autodesk'' <u>'''Education-Account'''</u>]] anmelden:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Analyse_-_Fusion_360_-_Anmelden.gif|.]] </div>
Danach erscheint die Benutzeroberfläche des CAD-Programms:
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Konstruktionsumgebung_Programmfenster.gif|800px]] </div>
Als Dateivorlage wählen wir die '''Bauteilkonstruktion''' aus und öffnen diese durch Klick auf "'''Erstellen'''".
'''''Hinweis''''': Falls im Ansichtsbereich ein "Entwurfsraster" angezeigt wird, kann man es über die Anzeigeeinstellungen ausblenden. Beim Erstellen von Bildern für diese Übungsanleitung wurde damit die Übersichtlichkeit erhöht: <div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Analyse_-_Fusion_360_-_Anzeigeeinstellungen_Entwurfsraster.gif| ]] </div>

=== Team-Organisation ===

Bevor man mit ''Fusion 360'' an einer Konstruktion arbeiten kann, muss man sich einem '''Team''' zuordnen:

[[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Fusion-Button_-_Gruppe_Daten_einblenden.gif|bottom]] "'''Gruppe Daten einblenden'''" ermöglicht den Zugriff auf die Team- und Projektverwaltung. Für die Team-Zuordnung werden zwei Möglichkeiten angeboten:
# '''Beitritt zu einem vorhandenem Team''' (falls eine entsprechende Einladung dazu vorliegt).
# '''Erstellen eines neuen Teams''':
#* im Rahmen dieser CAD-Übung <u>sollte</u> jeder Teilnehmer ein eigenes Team nach folgendem Bezeichner-Schema erstellen:
#* '''"Vorname Nachname CADxx"''' mit '''xx''' = 00...99 (Teilnehmer-Nummer in der CAD-Übung), z.B. ''Alfred Kamusella CAD00''
#* ''Anmerkungen:''
#** Jeder Team-Bezeichner muss weltweit einzigartig sein, deshalb hier auch der Zusatz zum persönlichen Namen!
#** Wer bereits ein eigenes Team unter einem anderen Bezeichner erstellt hat, kann diesen im Rahmen der Lehrveranstaltungen natürlich weiterhin benutzen! Eine Umbenennung des eigenen Teams ist über die Administrator-Konsole im Internet jedoch möglich:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Analyse_-_Fusion_360_-_Teambearbeitung_in_Admin-Konsole.gif|.]] </div>

=== Projekt-Definition ===

Innerhalb von ''Autodesk Fusion 360'' findet jegliche Arbeit im Rahmen von Projekten statt:
* Ein Projekt definiert einen gemeinsamen Arbeitsbereich für diejenigen Personen eines Teams, die zusammen an diesem Projekt arbeiten.
* [https://help.autodesk.com/view/NINVFUS/DEU/?guid=GUID-FA3DE862-9F5F-4DBC-AAF6-F2BD00E48994 Projekte werden immer innerhalb des aktuellen Teams definiert].
* Wir definieren für diese CAD-Übung ein neues Projekt <div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Konstruktionsumgebung_Neues_Projekt.gif|.]] </div>
* Dieses Projekt nennen wir sinnvollerweise "'''CAD-Übung'''".
* Die Wahl von "CAD-Übung" als aktuelles Projekt für die Bearbeitung erfolgt durch Doppelklick auf den Projekt-Bezeichner.

Die Konstruktionsdaten eines Projektes werden in Form von Dateien innerhalb von Ordnerstrukturen verwaltet:
* Im '''Daten'''-Bereich legen wir für unsere Hörsaal-Übung beispielhaft einen '''neuen Ordner''' an, welchen wir "Präsentation" nennen:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Konstruktionsumgebung_Neuer_Ordner.gif|.]] </div>
* Wir wählen diesen Ordner durch Doppelklick als aktuellen Ordner für die zu erstellenden Konstruktionsdaten.
* Unter '''Personen''' → '''Mitglieder anzeigen''' kann man bezogen auf die einzelnen Ordner festlegen, welche Personen aus dem aktuellen Team welche Zugriffsrechte besitzt:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Konstruktionsumgebung_Teamverwaltung.gif|.]] </div>
* Dies wird über sogenannte '''"Rollen"''' definiert, welche man Mitgliedern des Teams zuweisen kann:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Konstruktionsumgebung_Rollen_im_Team.gif|.]] </div>
* Wir besitzen als Team-Gründer und Projekt-Erzeuger natürlich uneingeschränkte '''Administrator-Rechte'''.

=== Konstruktionsdateien ===

'''Daten''' eines Projektes werden Ordner-orientiert in der Cloud gespeichert und verwaltet:
* Man kann beliebige Dateien vom lokalen Computer in diesen Cloud-Datenbereich hochladen. ''Fusion 360'' ist in der Lage, unterschiedlichste Datenformate zu verarbeiten.
* Uns interessieren hier im Beispiel nur die sogenannten '''Konstruktionsdateien''' für den Mechanik-Entwurf. Standardmäßig ist mit der Bezeichnung "'''Unbenannt'''" eine leere, noch ungespeicherte Konstruktionsdatei innerhalb des aktuellen Projektes geöffnet.

Innerhalb des Mechanik-Entwurfs werden in Abhängigkeit vom Bearbeitungszustand unterschiedliche Zielstellungen verfolgt (z.B. Geometrie-Modellierung, Animieren, Simulieren, Fertigen):
* [https://help.autodesk.com/view/NINVFUS/DEU/?guid=GUID-62FC5305-6B73-407B-82AB-70DFD5F1EF60 '''Arbeitsbereiche'''] organisieren die verfügbare Funktionalität in Abhängigkeit von den aktuellen Konstruktionszielen. Jeder Arbeitsbereich (im vertikalen Aufklapp-Menü) umfasst einen speziellen horizontalen Werkzeugkasten am oberen Rand (Multifunktionsleiste):<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Konstruktionsumgebung_Arbeitsbereiche.gif| ]] </div>
* So dient z.B. der Arbeitsbereich "'''Konstruktion'''" dem Erstellen des 3D-Geometriemodells, welches auch die erforderlichen Fertigungsinformationen erhält.
* Das Geometriemodell ist Voraussetzung für die Nutzung der anderen Arbeitsbereiche, letztendlich auch für die Erstellung der technischen Zeichnung.

Eine Konstruktionsdatei enthält meist nicht alle Komponenten des zu konstruierenden Produktes, sondern aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einzelne zusammengehörende Bauteile oder Baugruppen:
* Die Bezeichnung der Konstruktionsdatei sollte sich an der inhaltlichen Zielstellung orientieren.
* In unserem Beispiel wäre im Rahmen des Projektes "'''CAD-Übung'''" der Bezeichner "'''Einführungsbeispiel'''" sinnvoll.
* Wir speichern [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Fusion-Button_-_Datei_Speichern.gif|middle]] die noch unbenannte Konstruktion unter diesem Namen "'''Einführungsbeispiel'''" in den Ordner "'''Präsentation'''":<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Konstruktionsumgebung_Einfuehrungsbeispiel-Datei.gif| ]] </div>
* Jedes Speichern erzeugt, beginnend mit der Version '''v1''', eine neue Version '''vn''' der Konstruktion! Die aktuelle Version '''vi''' ist dem Datei-Namen nachgestellt.
<div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Ursprung-Koordinatensystem|→]] </div>

Datei:Software CAD - Fusion-Tutorial - Distanzstueck - Konstruktionsumgebung Programmfenster.gif

2026-02-11T09:18:43Z

Christoph Steinmann: Christoph Steinmann lud eine neue Version von Datei:Software CAD - Fusion-Tutorial - Distanzstueck - Konstruktionsumgebung Programmfenster.gif hoch

Software: CAD - Fusion-Tutorial - Distanzstueck - Basisbauteil

2026-02-11T09:16:02Z

Christoph Steinmann: Anpassung an BT/BG Vorlagen in Fusion

[[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck|↑]] <div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Schriftfeld|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Normteile|→]] </div>
<div align="center"> ''' Fixiertes Basisbauteil (Stammkomponente)''' </div>

Das '''Distanzstück''' ist so dimensioniert, dass man mehrere Distanzstücke miteinander verschrauben kann. Als Baugruppe entsteht dann eine '''Distanzsäule''', mit der man auch größere Distanzen überbrücken kann:
* Im Rahmen dieser Übung sollen die grundlegenden Prinzipien für den Zusammenbau von Einzelteilen zum CAD-Modell einer Baugruppe verdeutlicht werden.
* In Hinblick auf die technische Zeichnung wird die Gewinnung typischer Baugruppen-Darstellungen aus dem CAD-Modell der Baugruppe demonstriert.

'''''Beachte:'''''
* Im Prinzip wäre es möglich, die vorhandene Konstruktionsdatei des Einzelteils zu einer Baugruppe zu erweitern, indem man den Typ der Datei ändert und weitere Körper hinzufügt. Diesen Weg sollte man jedoch nur für einfachste Baugruppen im Sinne von "Verbundbauteilen" aus unterschiedlichen Materialien gehen (z.B. [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_3D-Baugruppe_-_Beispiel|"'''Gummipuffer zwischen zwei Metallscheiben'''"]]).
* Im Sinne der Produktdaten-Verwaltung ist es meist erforderlich, für jeden Zusammenbau (Produkt, Baugruppe, Unterbaugruppe) separate Konstruktionsdateien zu verwenden.
* Dies ist auch günstiger für die Wiederverwendung von Einzelteilen in unterschiedlichen Baugruppen.

Wir beginnen deshalb mit einer neuen Konstruktionsdatei vom Typ "Baugruppenkonstruktion", welche den "Montage-Arbeitsplatz" repräsentiert:
* Beim Speichern benennen wir diese Datei mit der Baugruppen-Bezeichnung "'''Distanzsäule'''".
* Das Ursprung-Koordinatensystem bildet darin die Basis für die Ausrichtung des Zusammenbaus im Raum.
* Es steht eine umfangreiche Palette von Funktionen für das '''Zusammenfügen''' von Komponenten zu einer Baugruppe zur Verfügung:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Neu_-_Zusammenfuegen-Funktionen.gif|.]] </div>

'''''Wichtig:'''''
* Auch beim Zusammenbau der Teile zu einer Baugruppe sollte man grundsätzlich fertigungsorientiert vorgehen!
* Man muss also überlegen, in welcher Reihenfolge die Bauteile in der Realität zu montieren sind.

Meist kann man ein Bauteil einer Baugruppe als sogenanntes Basisbauteil identifizieren:
* Das sollte das Bauteil sein, welches man sich zur Montage zuerst auf den Montage-Arbeitsplatz legt, um daran andere Bauteile zu befestigen.
* Dabei handelt es sich um das [https://de.wikipedia.org/wiki/Chassis '''Chassis'''] im weitesten Sinne (Gestell, Grundplatine, tragender Rahmen).

In unserem Beispiel würde man zuerst ein Distanzstück auf dem Montage-Arbeitsplatz legen. Getrennt durch eine Feder-Scheibe wird dann ein weiteres Distanzstück daran verschraubt. Für das Einfügen von Komponenten aus einem Projektordner stehen verschiedene Methoden zur Verfügung:
* Am intuitivsten funktioniert das per '''''Drag & Drop''''', indem man mit dem Cursor die benötigte Komponente aus dem Datenbereich in den grafischen Arbeitsbereich der Baugruppe zieht:<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Neu_-_Drag_&_Drop_Basisteil.gif|.]] </div>
* Die erste eingefügte Komponente ("'''Stammkomponente'''" = Basisbauteil) wird direkt am Koordinaten-Ursprung platziert → aktuelle Lage mit Position=(0,0,0) und Drehung=(0,0,0):<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Stammkomponente_aktuelle_Lage_Null.gif|.]] </div>
* Nach dem Quittieren dieser aktuellen Null-Lage ist diese jedoch noch nicht fixiert und könnte deshalb jederzeit z.B. durch Ziehen mit dem Cursor auch unbeabsichtigt verändert werden.
* Mit der Funktion '''''Volumenkörper > Zusammenfügen > Starre Gruppe''''' kann man dieses erste Bauteil in der Baugruppe am Ursprung "fixieren":<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Baugruppe_-_Stammkomponente_umbenannt_und_starre_Gruppe.gif|.]] </div>
* In der Zeitleiste erscheint das Symbol der "Starren Gruppe" und das Bauteil kann mit dem Cursor nun nicht mehr verschoben werden.
* '''''Hinweis'':''' Die Bezeichnung "'''Einführungsbeispiel'''" für die Konstruktionsdatei des Bauteils wurde ungünstig gewählt, weil dieser Name auch in der Baugruppe verwendet wird und darin nicht geändert werden kann. Deshalb sollte man die Bauteildatei nachträglich in "'''Distanzstück'''" umbenennen.

Bevor wir das zweite Distanzstück in unseren Zusammenbau platzieren, beschäftigen wir uns im nächsten Schritt mit der Verwendung von Normteilen.
<div align="center"> [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Schriftfeld|←]] [[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck_-_Normteile|→]] </div>

Software: CAD - Tutorial - Kinematik - Inneres Stiftgetriebe

2025-12-04T11:48:43Z

Christoph Steinmann: /* Kontaktsatz */ Link 2026 aktualisiert

[[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Kinematik|↑]] <div align="center"> [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Kinematik_-_Koppelgetriebe|←]] [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Kinematik|→]] </div>
<div align="center"> ''' Inneres Stiftgetriebe ''' </div>
<div align="center"> [[Datei:Software_CAD_-_Tutorial_-_Kinematik_-_Internal_Geneva_wheel_ani_220px.gif| ]] </div>
<div align="center"> [https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Internal_Geneva_wheel_ani.gif?uselang=de ''Bildquelle: wiki commons''] </div>

Das innere Stiftgetriebe ist eine Spezialform des [https://de.wikipedia.org/wiki/Malteserkreuzgetriebe#Inneres_Stiftgetriebe '''Malteserkreuzgetriebes''']. Im Rahmen dieser Übung soll dieses Getriebe mit seiner Kinematik selbstständig als Prinziplösung modelliert werden.

Die Teilnehmer-Nummer '''xx''' (xx=01...99) ist innerhalb der Lösung wie folgt zu verwenden:
# Stiftrad_xx.ipt ('''Bewegungsradius=1xx mm''' vom Drehpunkt bis zur Stiftachse / '''Stiftdurchmesser=5,xx mm''')
# Schaltrad_xx.ipt
# Grundplatte_xx.ipt (mit Lagerbohrungen)
# Schaltung_xx.iam (funktionelles "Einfügen" der Getrieberäder in die Grundplatte ohne zusätzliche Verbindungselemente)

Die Lage und Größe der beiden Getrieberäder müssen aufeinander abgestimmt werden:[[Datei:Software_CAD_-_Tutorial_-_Kinematik_-_Internal_Geneva_wheel_ani_400px.gif|right]]
* Die funktionsrelevanten Abmessungen des Stiftrades sind durch die Aufgabenstellung vorgegeben. Deshalb kann das Stiftrad ohne Berücksichtigung der Schaltrad-Geometrie konstruiert werden.
* Die funktionsrelevante Geometrie des Schaltrades wird durch die Geometrie des Stiftrades bestimmt:
:# Schlitzbreite etwas größer als Stiftdurchmesser.
:# Innenkreis und Schlitzlänge kann man aus dem Bewegungsradius des Stifes berechnen. Dazu sollte man sich auf einem Blatt Papier die Anordnung von Stift- und Schaltrad auf der Grundplatte skizzieren.
* Daraus ergibt sich auch der erforderliche Abstand der Lagerbohrungen in der Grundplatte.

'''''Achtung:'''''<br>Im Rahmen dieser Übung ersparen wir uns erfolglose Versuche zur Nutzung der Übergangsabhängigkeit für das Stift-Getriebe!

Mit den bisher in den CAD-Übungen behandelten Abhängigkeiten ist es nicht möglich, die Kinematik des Stiftgetriebes nachzubilden. Dazu eine kurze Erläuterung:
* Innerhalb eines Schlitzes kann der Stift zwar mittels "Übergang" an einer Wandfläche entlanggleiten. Aber am Ende des Schlitzes muss sich der Stift von dieser Wandfläche lösen. Dies ist bei einer direkten Abhängigkeit "Übergang" zwischen den Bauteilen nicht möglich.
* [[Datei:Software_CAD_-_Tutorial_-_Kinematik_-_Internal_Geneva_wheel_Bahnpfad.gif|right]]Man könnte mittels Sweeping die Bewegungsbahn des Stiftes auf Grundlage einer extrudierten Fläche nachbilden. Damit gelangt man jedoch nur mit dem Stift von einen Schlitz in den nächsten Schlitz. Die Verzweigung der Bewegungsbahn am Ausgang des Schlitzes kann durch den "Übergang" nicht bewältigt werden (Seitenwechsel auf der Fläche wäre erforderlich!).

=== Kontaktsatz ===

So heißt das Zauberwort, mit dem man die Wechselwirkung von Getriebe-Elementen bei ihrer Berührung modellieren kann:
* Die gegenseitige "Nichtdurchdringbarkeit" von Bauteilen des sogenannten Kontaktsatzes wird als zusätzliche Zwangsbedingung bei der Berechnung des aktuellen Zusammenbaus berücksichtigt.
* Der Vorteil der Aktivierung von Kontaksätzen im Vergleich zur Abhängigkeit "Übergang" besteht vor allem darin, dass sich die mittels Kontakt berührenden Bauteile auch wieder voneinander lösen können.

Für die Berücksichtigung von Bauteil-Kontakten muss ein separater Solver aktiviert werden:
* Diese Funktion findet man versteckt unter '''''MFL > Prüfen > Kollision > Kontaktlöser aktivieren'''''.
* Die zugehörige [https://help.autodesk.com/view/INVNTOR/2026/DEU/?guid=GUID-FA1A8282-3A7E-45BE-8DB3-F637FB1C3292 '''Online-Hilfe zum Kontaktlöser'''] beschreibt dann auch überwiegend die Prüfaspekte.

Die Modellierung von Kontakten zwischen Bauteilen einer Baugruppe ist sehr einfach:
* Damit die noch zu definierenden Kontaktstellen wirksam werden, muss man den '''''Kontaktlöser aktivieren'''''.
* In der Baugruppenansicht des Browsers markiert man mittels Kontextmenü diejenigen Bauteile als Teil des Kontaktsatzes, deren wechselseitige Berührung man berücksichtigen möchte (Stiftrad und Schaltrad).
* '''''Hinweise:'''''
** Durchdringen sich Teile des Kontaktsatzes bei aktivem Kontaktsolver, so kann man diese Teile nicht "normal" zueinander bewegen. Nur durch ein schnelles Ziehen mit dem Cursor gelingt es dann, die Teile in eine kontaktlose Stellung zu bringen!
** Ein Bauteil kann nicht gleichzeitig als "Adaptiv" und "Kontaktsatz" markiert werden, was in unserem Beispiel jedoch ohne Bedeutung ist!

=== Animation ===

Bisher haben wir Bewegungen innerhalb einer Baugruppe durch Ziehen mit dem Cursor animiert. Dies genügt für einen ersten qualitativen Eindruck zu den Freiheitsgraden der Bewegung:
* Dreht man im Stiftgetriebe mit dem Cursor am Stiftrad, so sollte sich das Schaltrad diskontinuierlich bewegen.
* Die Präzision unseres Cursor-Antriebs lässt jedoch Wünsche offen. Insbesondere, wenn man damit Animationsvideos erstellen möchte, welche die Funktion des Getriebes verdeutlichen.
[[Datei:Software_CAD_-_Tutorial_-_Kinematik_-_nach_Abhaengigkeit_bewegen.gif|right]]
Man kann automatisiert ein Bauteil nach Abhängigkeiten '''''Bewegen''''' (Kontextmenü z.B. zum Drehgelenk):
* Diese Funktion simuliert mechanische Bewegung, indem die gewählte Abhängigkeit eine Schrittsequenz durchläuft. Dabei wird das betroffene Bauteil entsprechend der Abhängigkeit mit einer gewählten Schrittweite ausgehend von einem Anfangswert bis zu einem Endwert bewegt.
* Den Animationsdialog für das '''''Bewegen''''' des Bauteils erreicht man über das Kontextmenü des Drehgelenks im Browser:
* Wir konfigurieren die Animation für vier komplette Umdrehungen des Stiftrades. Dies ergibt eine Umdrehung des Schaltrades.
* Bei der Wahl des Startwinkels muss man beachten, dass es dabei zu keiner Durchdringung des Stiftes mit dem Material des Schaltrades kommt! Dann wäre eine Simulation der Bewegung nicht möglich.
* Von der Animation könnte man ein Video erstellen. Aus Platzgründen soll dieses Video nicht als Bestandteil der Lösung eingeschickt werden.
<div align="center"> [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Kinematik_-_Koppelgetriebe|←]] [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Kinematik|→]] </div>

Software: FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Elastostatische FE-Simulation

2025-12-01T16:07:43Z

Christoph Steinmann: Links CAE Wiki angepasst

[[Software:_FEM_-_Tutorial_-_FEM-Prozess_2D-Bauteil|↑]] <div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_strukturiert_-_Belastungsanalyse|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ergebnisse|→]] </div>
<div align="center">'''Elastostatische Finite-Elemente-Simulation (Grundlagen)'''</div>
Nach über einhundert A4-Seiten Übungsanleitung haben wir nun ein Gefühl dafür erhalten:
# dass man mittels Finite-Elemente-Simulation die Belastung eines mechanischen Bauteils analysieren kann,
# dafür unterschiedliche Software und Modell-Ansätze nutzbar sind und
# dass der Aufwand für den gesamten Analyse-Prozess von relativ gering bis extrem hoch reicht.

Abschließend zu diesem Einstieg in den Prozess der FEM-Analyse sollen nun die physikalisch-mathematischen Grundlagen auf einem qualitativen Niveau verdeutlicht werden:
* Ausgangspunkt ist der reale Feder-Masse-Schwinger, der z.B. durch die Luft und die innere Reibung der Feder eine gewisse Dämpfung erfährt und den man durch eine äußere Kraft auf die schwingende Masse in seinem Verhalten beeinflussen kann:<div align="center">[[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Elstostatik_-_Simple_harmonic_oscillator.gif| ]]</div>
* Das reale Objekt "Feder-Masse-Schwinger" kann man durch idealisierte Elemente mit konzentrierten Parametern (z.B. Punktmasse, Feder, Dämpfer, Einspannung, Kraftquelle) schematisch nachbilden. Diese Reduktion auf "konzentrierte Elemente" gelingt gut, wenn die Bauteile selbst als Funktionselemente im Sinne dieser "konzentrierten Elemente" benutzt werden (z.B. Schraubenfedern, Stoßdämpfer, Massestücke):
<div align="center">[[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Elstostatik_-_Simple_harmonic_oscillator_Modell.gif| ]]</div>
* Anhand dieser mechanischen Analogie zu elektrischen Netzwerken ergibt sich die gewöhnliche Differentialgleichung des gedämpften Einmassen-Schwingers mit einem Freiheitsgrad der Bewegung:
<div align="center"> <big> '''''m'' · ''ü''''' + '''''c'' · ''ú''''' + '''''k'' · ''u''''' = '''''f(t)''''' </big> </div>
'''m''' Masse
'''ü''' Beschleunigung (a=dv/dt)
'''c''' Dämpfung
'''ú''' Geschwindigkeit (v=du/dt)
'''k''' Steifigkeit (Federkonstante)
'''u''' Verschiebung (Auslenkung)
'''f(t)''' zeitlich veränderliche Kraft
Die Terme der Gleichung beschreiben 3 Kraftwirkungen, deren Summe mit der Erregung '''''f(t)''''' (der Last) im Gleichgewicht steht:
:'''F<sub>m</sub>= m·ü'''  → Trägheitskraft infolge Beschleunigung
:'''F<sub>c</sub> = c·ú'''   → Dämpfungskraft infolge Geschwindigkeit
:'''F<sub>k</sub> = k·u'''   → Rückstellkraft infolge Auslenkung
'''''Wichtig'':'''
* Die Bewegungsgleichung beschreibt nur die zeitabhängige Auslenkung der Masse und keine Position!
* Eine eindeutige Lösung der DGL für die zeitabhängige Position der Masse entsteht erst durch die Vorgabe der Position am masselosen Federende (z.B. in Form einer festen Einspannung).

Im Unterschied zur Netzwerk-Methode mit konzentrierten Elementen wird bei der Finite-Elemente-Methode das Innere von mechanischen Bauteilen in extrem viele Massepunkte (Knoten) diskretisiert, welche wechselwirkend über die Steifigkeit und Dämpfung des dazwischenliegenden Materials (Elemente) verbunden sind. Es ergibt sich daraus die folgende Ersatzschaltung (Beispiel-Netz aus Dreieck-Elementen):
<div align="center">[[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Feldkopplung_-_ersatzschaltung_mechanik.gif| ]]</div>
* Aus der Massedichte der Materialien und der Geometrie der Elemente ist die Masse eines jedes Elementes bestimmbar.
* Diese Elementmasse wird so auf die Knoten des Elements verteilt, dass für jedes Element die Summe aller Knotenmassen gleich der Elementmasse ist und die Teilmassen den gleichen gemeinsamen Schwerpunkt besitzen wie das Element.
* Werden Knoten von mehreren Elementen benutzt (der Normalfall), so ergibt sich ihre Masse als Summe aller anteiligen Elementmassen.
* Jeder Knoten ist über Feder-Dämpfer mit allen seinen Nachbarn verbunden (bei Viereck-Elementen verlaufen z.B. auch über die Viereck-Diagonalen Feder-Dämpfer).
* Die Steifigkeit (Federkonstante) einer diskreten Feder ergibt sich aus der Element-Geometrie und den Materialeigenschaften (E-Modul). Analog gilt dies für die diskreten Dämpfer.
* Kraftvektoren (Lastvektoren) greifen direkt an den einzelnen Knoten an und widerspiegeln den Einfluss der Netzumgebung (angedeutet mit F<sub>K</sub>(t) an Knoten m<sub>K</sub>).
* Randbedingungen bestimmen die Positionen oder Verschieblichkeitseinschränkungen einer Knoten-Teilmenge (angedeutet als "Einspannung" eines Knoten).

Die Bewegungsgleichung für den Einmassen-Schwinger begegnet uns nun verallgemeinert für Mehrmassen-Schwinger als Matrizen-Gleichung:
<div align="center"> <big> '''[''M''] · {''ü''}''' + '''[''C''] · {''ú''}''' + '''[''K''] · {''u''}''' = '''{''F''(''t'')}''' </big> </div>
'''[M]''' Massenmatrix
'''{ü}''' Beschleunigungsvektor
'''[C]''' Dämpfungsmatrix
'''{ú}''' Geschwindigkeitsvektor
'''[K]''' Steifigkeitsmatrix
'''{u}''' Verschiebungsvektor mit jeweils den max. 6 Freiheitsgraden der Bewegung
'''{F(t)}''' Kraftvektor (Lastvektor)
Die Größe der Matrizen und Vektoren wird durch die Anzahl der Knoten des Netzes bestimmt.

'''''Wichtig'':'''
* Auch hier beschreiben die Bewegungsgleichungen nur die zeitabhängige Auslenkung aller Knoten und keine Positionen!
* Eine eindeutige Lösung der DGL für die zeitabhängige Position aller Knoten entsteht erst durch hinreichend viele Randbedingungen einer Knoten-Teilmenge (in Form von Positionsvorgaben oder zur Einschränkung der Verschieblichkeit)
Mit den vollständigen Gleichungen ist eine Simulation der wechselwirkenden Zustandsänderung jedes Knoten im Zeitbereich möglich (=dynamischer Modellansatz). Aus Gründen des Berechnungsaufwandes begnügt man sich meist mit stationärer (statischer) Berechnung, deren Vereinfachungen im Folgenden beschrieben werden:
* Modellansatz ohne Speicher für Bewegungsenergie (also ohne "Träge Masse").
* Kräftwirkungen, die nur bei zeitlichen Änderungen der Primär-Ergebnisse wirksam sind, werden nicht berücksichtigt (z.B. Dämpfer in der Mechanik).
* Die Last auf das Modell ist konstant.
* Berechnet wird der Endzustand (eingeschwungener Zustand) nach Aufbringen der Last ([https://web.archive.org/web/20200725204517/http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Statische_Simulation '''Elastostatische Simulation''']).
* Vom Einmassen-Feder-Schwinger bleibt nur noch die eingespannte Feder mit kontanter äußerer Kraft übrig → reduzierte "Bewegungsgleichung" '''''k · u = F''''':
<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Elstostatik_-_Feder-Modell.gif| ]] </div>
* In Analogie dazu reduziert sich für die Strukturmechanik das Finite-Elemente-Modell auf ein Netz von Steifigkeiten zwischen den (masselosen) Knoten:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Feldkopplung_-_ersatzschaltung_mechanik_statisch.gif| ]] </div>
: mit der zugehörigen reduzierten Matrizen-Gleichung:
<div align="center"> '''[''k''] · {''u''} = {''F''}''' </div>

Bei der FEM-Belastungsanalyse muss man unterscheiden zwischen Primär- und Sekundär-Ergebnissen. Wir betrachten formelmäßig dabei nur noch den statischen Fall:
# <u>'''Primär-Ergebnisse'''</u> werden direkt bei der Lösung des Gleichungssystems ausgerechnet, dass sind die:
#* '''Verschiebungen''' aller Knoten in Bezug auf den unbelasteten Zustand:
#: Für das eindimensionale Feder-System wird dazu die Bewegungsgleichung nach der Verschiebung '''''u''''' umgestellt:<br>'''''u = F · k'' <sup>-1</sup>'''
#: Analog dazu ist für das statische Finite-Elemente-Modell die Umstellung des Gleichungssystems nach dem Verschiebungsvektor '''{''u''}''' erforderlich:<br>'''{''u''} = {''F''} · [''K'']<sup>-1</sup>''' ← die Steifigkeitsmatrix muss invertiert werden.
# <u>'''Sekundär-Ergebnisse'''</u> werden auf der Grundlage der Primär-Ergebnisse berechnet:
#* '''Absolute Positionen''' aller Knoten aus der Summe der Knoten-Positionen des unbelasteten Zustands und der Knoten-Verschiebungen im belasteten Gleichgewichtszustand.
#* '''Haupt- und Vergleichsspannungen''' in den Knoten bzw. den Gausspunkten sowie deren Interpolation über das Finite-Element.
#* '''Lagerkräfte''' (Auflagereaktionen)

=== Steifigkeitsmatrix ===

Steifigkeitsmatrizen spielen eine zentrale Rolle innerhalb der Finite-Elemente-Methode. Deshalb sollen ihre physikalische Bedeutung und ihre formelle Bildung im Folgenden qualitativ etwas näher betrachtet werden:
* Eine Steifigkeitsmatrix enthält die Zahlenwerte, welche die Steifigkeit aller Elemente in der betrachteten, diskretisierten Geometrie repräsentieren.
* Man kann sich das stark vereinfacht als diskrete Federn zwischen allen Element-Knoten jeweils eines Elements vorstellen (Siehe Bild oben).
* Ein Element-Knoten kann maximal 6 Freiheitsgrade der Bewegung besitzen (3 translatorisch / 3 rotatorisch). Für jeden Freiheitsgrad ist ein "Feder"-Steifewert erforderlich (eine "separate Feder").
* Alle Knoten einer Steifigkeitsmatrix müssen die gleiche Art und Anzahl von Freiheitsgraden besitzen. Dies ist bei der Auswahl der zu vernetzenden Elemente zu berücksichtigen.
* Die Matrixgröße ist '''(P·n)''' x '''(P·n)''' mit '''P'''=Knotenzahl / '''n'''=Anzahl der Freiheitsgrade.

Bei einem Bauteil-Modell muss man grundsätzlich unterscheiden zwischen den [https://web.archive.org/web/20200224070800/http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Elementsteifigkeitsmatrix '''Element-Steifigkeitsmatrizen'''] und der [https://web.archive.org/web/20200223123819/http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Gesamtsteifigkeitsmatrix '''Gesamt-Steifigkeitsmatrix''']:

'''1. <u>Element-Steifigkeitsmatrizen (in lokalen Element-Koordinaten)</u>'''

Für das Berechnen aller Knoten-Verschiebungen mit Ihren jeweils maximal 6 Freiheitsgraden wird als Grundlage die sogenannte Gesamt-Steifigkeitsmatrix '''[''K'']''' benötigt:
<div align="center"> '''{''u''} = {''F''} · [''K'']<sup>-1</sup>''' </div>
* Zur Bildung dieser Gesamt-Steifigkeitsmatrix wird in einem ersten Schritt für jedes Element eine Element-Steifigkeitsmatrix innerhalb seines lokalen Element-Koordinatensystem erstellt.
* Solch eine "normierte" Element-Steifigkeitsmatrix enthält die Zahlenwerte, welche die Steifigkeit des Elements repräsentieren.
* Die Anzahl der Freiheitsgrade (1...6) der Element-Knoten innerhalb ihres lokalen Element-Koordinatensystems ist durch den [https://web.archive.org/web/20231202144134/http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Element-Typ '''Element-Typ'''] vorgegeben.
* Element-Knotenzahl '''P<sub>e</sub>''' und Freiheitsgrade '''n<sub>e</sub>''' der Knoten ergeben Elementtyp-abhängig eine Matrixgröße '''(P<sub>e</sub>·n<sub>e</sub>)''' x '''(P<sub>e</sub>·n<sub>e</sub>)'''
Die Zahlenwerte einer Element-Steifigkeitsmatrix werden aus den Abmessungen des Elementes und seinen Materialdaten berechnet:
* Für ein [https://web.archive.org/web/20220124041232/http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Stab-Element#Elementsteifigkeitsmatrix '''Stab-Element'''] (also ein gerades strichförmiges Element zwischen 2 Knoten als einfachster Fall) gehen in die Element-Steifigkeitsmatrix die Länge, die Querschnittsfläche und die Materialdaten (der Elastizitätsmodul) des Elements ein.
* Für ein [https://web.archive.org/web/20231202161225/http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Balken-Element#Elementsteifigkeitsmatrix '''Balken-Element'''] gehen in die Element-Steifigkeitsmatrix zusätzlich die Widerstandsmomente gegen Biegung und eventuell gegen Verdrehung entsprechend der Querschnittsform ein.
* Für [https://web.archive.org/web/20200223124102/http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Ebenes_Element#Elementsteifigkeitsmatrix '''ebene Elemente'''] und [https://web.archive.org/web/20231211160653/http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Volumen-Element#Elementsteifigkeitsmatrix '''räumliche Elemente'''] gilt dies analog, es bedarf jedoch eines wesentlich komplexeren Formelapparates.
* '''Beispiel:''' zwei verbundene 1D-Stabelemente (Knotenverschiebung nur in X-Richtung):
<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Elstostatik_-_1D-Stabelemente.gif|.]] </div>
* Unabhängig voneinander ergeben sich die beiden Element-Steifigkeitsmatrizen für die elastostatischen Bewegungsgleichungen innerhalb der lokalen Koordinatensysteme:
<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Elstostatik_-_1D-Stabelemente_Steifigkeitsmatrizen.gif|.]] </div>

'''2. <u>Element-Steifigkeitsmatrizen (in globalen Bauteil-Koordinaten)</u>'''

Im nächsten Schritt werden die normierten Element-Steifigkeitsmatrizen in das globale Koordinatensystem des Bauteils transformiert:
* Die erforderlichen Verschiebungen und Drehungen jedes Elements bis zu seiner korrekten Position führen zu modifizierten Werten in seiner Element-Steifigkeitsmatrix.
* Die Dimension (1D, 2D, 3D) des globalen Systems muss mit der Dimension der Elemente übereinstimmen! Dies ist bereits bei der Auswahl der zu vernetzenden Elemente zu berücksichtigen.
* Für das einfache Beispiel der 1D-Stabelemente bleiben durch die Positionsänderungen im globalen 1D-Koordinatensystem die Werte erhalten!

'''3. <u>Gesamt-Steifigkeitsmatrix </u>'''

Die Gesamt-Steifigkeitsmatrix erstreckt sich über alle Knoten des Gesamt-Modells mit ihrem einheitlichen Freiheitsgrad '''n<sub>G</sub>''':<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Elstostatik_-_1D-Stabelemente_Gesamtsteifigkeit.gif|.]] </div>
* Unabhängig von der lokalen Knoten-Nummerierung in den Elementen erfolgt eine Nummerierung aller Knoten des Gesamt-Modells von '''1'''...'''P<sub>G</sub>''' (im Beispiel Knoten '''1...3''' mit zugehörigen Verschiebungen und Kräften).
* Zusammen mit dem Freiheitsgrad '''n<sub>G</sub>''' ergibt dies die Größe der Gesamt-Steifigkeitsmatrix zu '''(P<sub>G</sub>·n<sub>G</sub>)''' x '''(P<sub>G</sub>·n<sub>G</sub>)'''
* Nach dem Anlegen dieser Matrix können alle Elemente den Anfangswert=0 erhalten.
* In einem nächsten Schritt wird eine Zuordnung aller Element-Knoten zu den Modell-Knoten vorgenommen.
* Ergibt sich dadurch eine Wechselwirkung zwischen Modell-Knoten, so können zu den zugehörigen Matrix-Elementen die Steifigkeitswerte aus der Element-Steifigkeitsmatrix hinzu addiert werden.
* Überlappen sich Elemente mit mindestens zwei Knoten, so repräsentiert die Summenbildung in der Gesamt-Steigkeitsmatrix praktisch eine "Parallelschaltung von Federn".

<div align="center"> [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ansys_-_strukturiert_-_Belastungsanalyse|←]] [[Software:_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Ergebnisse|→]] </div>

Software: CAD - Tutorial - Adaptiv - Anker des Magneten

2025-11-20T12:19:03Z

Christoph Steinmann: "verdrehsicher" entfernt, da inzwischen verwirrend

[[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Adaptiv|↑]] <div align="center"> [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Adaptiv_-_Zusammenbau_von_Topf_und_Deckel|←]] [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Adaptiv_-_Einfuegen_des_Stiftes|→]] </div>
<div align="center"> [[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Adaptiv_-_anker_drin_fertig.gif| ]] </div>
<div align="center"> ''' Ergänzen des Ankers ''' </div>

[[Bild:Software_CAD_-_Tutorial_-_Adaptiv_-_anker_vor_einbau.gif|right]]
Den '''''Anker''''' entwerfen wir analog zum '''''Deckel''''' als adaptives Bauteil. Durchmesser und Höhe des Ankers sollen sich erst beim Zusammenbau in der Baugruppe ergeben. Wir speichern das neue Bauteil als '''Anker_xx''' (mit '''xx'''=Teilnehmernummer):
* Wir fixieren den Mittelpunkt der Anker-Grundfläche im Ursprung des Bauteil-Koordinatensystems.
* Als vorläufige Höhe der Extrusion wählen wir z.B. 20 mm.

Bei geschlossenem Arbeitsluftspalt soll die Oberseite des Ankers mit der Oberseite des Deckels abschließen. Der Anker-Durchmesser ist gleich dem des Kerns.

'''''Achtung:'''''<br>Zwischen dem Anker und der Kernfläche des Topfes befindet sich der Arbeitsluftspalt (positiver Wert). Diesen muss man beim Einfügen des Ankers als Versatz berücksichtigen:
* Wir definieren deshalb in der Baugruppe '''''Magnet_xx''''' einen Benutzerparameter '''Luftspalt=1 mm''' und verwenden diesen als '''''Versatz''''' zwischen den beiden Anker-Stirnflächen und der übrigen Magnet-Geometrie beim Platzieren der erforderlichen Abhängigkeiten.
* Um den Versatz-Wert muss das äußere Ende des Ankers aus dem Deckel ragen!
* Entscheidend für die Richtung des Versatzes ist die Reihenfolge, in der die fluchtenden Flächen gewählt werden!
* Man sollte unbedingt überprüfen, ob sich bei einer Änderung des Luftspalt-Wertes die Ankerposition bei konstanter Ankerlänge richtig verändert![[Bild:teufelchen.gif|right]]

'''''Der Teufel im Detail:'''''

'''1. Verwendung adaptiver Teile:'''
* Ein Bauteil kann nur einmal adaptiv in einer Baugruppe verwendet werden.
* Danach trägt das Bauteil eine "dauerhafte" Markierung, die auch erhalten bleibt, wenn das Teil inzwischen nicht mehr in einer Baugruppe verwendet wird!
* '''''Gefährlich:''''': Beseitigt man die Adaptivität eines Bauteils aus Versehen in einer Baugruppe durch das Rückgängigmachen von Bearbeitungsschritten, so kann man dieses Bauteil anschließend nicht mehr als "adaptiv" kennzeichnen!
* '''''Reparatur:''''' In der Bauteil-Datei kann man unter '''''MFL > Extras > Dokumenteinstellung''''' die Markierung "''In Baugruppe adaptiv verwendet''" wieder löschen!
* Benötigt man ein adaptives Bauteil ein weiteres Mal, so muss man zuvor durch "Speichern unter" eine Kopie des Bauteils erzeugen.
'''2. Inkonsistenzen:'''
* Bei der schrittweisen Adaption von Teilen innerhalb einer Baugruppe durch Hinzufügen von Abhängigkeiten lassen sich Fehlermeldung fast nicht vermeiden. Diese beziehen sich meist darauf, dass Konflikte zu bereits existierenden Abhängigkeiten bestehen. Meist hat das CAD-System mit dieser Meldung Recht!

* Mit einigen Grundregeln kann man Fehlermeldungen bzw. unerwünschte Effekte minimieren:
*# Man sollte sich bewusst sein, dass im Hintergrund ein Gleichungslöser arbeitet, der anhand aller Zwangsbedingungen eine gültige Position und Größe aller Teile berechnet.
*# Man sollte nach Möglichkeit mit Abhängigkeiten immer Bezug auf das Basisteil nehmen (im Beispiel der "Topf"). Das Vermeiden von Abhängigkeitsketten erleichtert dem Solver die Arbeit.
*# Elementare Abhängigkeiten sind für die Adaption anscheinend günstiger als komplexe. Z.B. sollte man "Einfügen" durch ein Fluchten von Achsen und Ebenen ersetzen.
*# Die Richtung, in der ein Versatz wirkt, ist Resultat der Reihenfolge, in welcher man die Flächen innerhalb der Abhängigkeit auswählt und der Flächen-Normalen der beiden Flächen. Die Chance beträgt also ca. 50% für das korrekte Ergebnis! Bei Misserfolg muss man die Abhängigkeit erneut mit einer anderen Reihenfolge bei der Flächenauswahl definieren oder z.B. ein symmetrisches Teil zuvor um 180° drehen. Einen negativen Wert für einen Versatz sollte man vermeiden (außer es geht nicht anders!).

<div align="center"> '''''Achtung:''''' Speichern nicht vergessen! </div>

<div align="center"> [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Adaptiv_-_Zusammenbau_von_Topf_und_Deckel|←]] [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Adaptiv_-_Einfuegen_des_Stiftes|→]] </div>

Software: CAD - Tutorial

2025-10-20T13:46:27Z

Christoph Steinmann: PDFs aktueller Übungen entfernt, Dokumente auf ifte-Webseite verfügbar, doppelte Pflege divergiert mit Zeit

[[Software:_CAD-Programme|↑]]<div align="center"> '''Konstruktion 3D-CAD''' </div>
<div align="center">[https://www.ifte.de/mitarbeiter/kamusella.html '''Autor: Dr.-Ing. Alfred Kamusella''']</div>
'''CAD - Begriffserläuterung'''
* '''CAD''' steht als Abkürzung umfassend für '''Computer Aided Design''' (Rechnerunterstützte Konstruktion). Im engeren Sinne versteht man unter einem CAD-Programm jedoch aktuell eine Software zum Erstellen von 3D-Geometrie-Modellen, welche mindestens zur Erzeugung eines Zeichnungssatzes benutzt werden können.
* Mit CAD-Programmen erstellte 3D-Geometriemodelle werden umgangssprachlich als '''CAD-Modelle''' bezeichnet. Diese CAD-Modelle sind die Basis des Produktmodells und sie sind Ausgangspunkt zur Generierung von Simulationsmodellen für unterschiedlichste Modellklassen. Mittels Methoden z.B. der Finiten Elemente, der Mehrkörper-Dynamik oder der Netzwerk-Modellierung können damit unterschiedlichste physikalische Aspekte des Produktes untersucht werden.
* Die mit diesen Simulationsmodellen gewonnenen Erkenntnisse fließen wieder in das CAD-Modell zurück. Dort führen sie zu einer verbesserten geometrischen Gestalt, einer verbesserten Auslegung der Maßtoleranzen und zur Wahl geeigneterer Materialien.
* In diesem Sinne steht CAD-Modellen eine zentrale Stellung in den Optimierungsworkflows der Produkte zu. Diese Stellung können CAD-Modell jedoch nur einnehmen, wenn man gewisse Regeln bei der Modellbildung beachtet. Die in diesem Tutorial vorgestellten Übungskomplexe sollen am Beispiel von ''Autodesk Inventor Professional'' bzw. ''Autodesk Fusion'' dem Einsteiger diese Modellierungssystematik vermitteln. Darauf aufbauend wird das Einfügen von CAD-Programmen in den OptiY-Workflow beschrieben.

'''Verwendete Software'''

Dieses CAD-Tutorial bezieht sich auf das genutzte Autodesk-Programm ("Fusion 360" bzw. "Inventor Professional") in der jeweils neuesten Version. Dort, wo der Unterschied in der Bedienoberfläche zwischen den Versionen gering ist, wurde auf eine Anpassung der Skripte an die aktuelle Version verzichtet:
----
'''Intro - CAD für Novizen''' - ''(Für das Sommersemester erfolgt zur Zeit die Umstellung auf "Autodesk Fusion")''
:*[[Software:_CAD_-_Tutorial_-_BONUS-Uebung|'''Hinweise zur studentische Übung im Fach "Geräteentwicklung" der TU Dresden''']]
:*[[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Autodesk|'''''Autodesk Bildungszugang''''' - Anlegen des erforderlichen Education Accounts für Autodesk-Produkte]]
:* '''''Autodesk Fusion 360''''':
:**[[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Fusion|'''Autodesk Education Account & Fusion-Installation''' (Kurzfassung)]]
:**[[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Fusion_-_Lizensierung|'''Details zur Lizensierung und Inbetriebnahme''' (Langfassung mit Hintergrund-Informationen)]]
:*[[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck|'''Distanzstück''']] - die [https://www.ifte.de/lehre/geraeteentwicklung/uebung.html ''Hörsaal-Übung''] zum Selbermachen → [https://www.optiyummy.de/images/Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_Distanzstueck.pdf '''PDF''' ''(Stand: 02.05.2025)'']
:*[[Software:_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS-Aufgabe|'''BONUS-Aufgabe''']] [[Bild:smiley20x20_animated.gif|middle|1 Zusatzpunkt für die Prüfung!]] ''(1 Zusatzpunkt für die Prüfung!)'' → [https://www.optiyummy.de/images/Software_CAD_-_Fusion-Tutorial_-_BONUS.pdf '''PDF''' ''(Stand 02.05.2025)'']
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[https://www.ifte.de/lehre/cad/index.html '''Übungskomplexe -''' ''CAD-Lehrveranstaltung in der TU-Dresden'']
:*[[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Inventor|'''Download und Installation von Autodesk-Inventor Professional''']]
# [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Bauteil|'''Bauteil-Konstruktion (Führungsbolzen)''']]
# [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Baugruppe|'''Baugruppen-Konstruktion (Räderbrücke)''']]
# [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Adaptiv|'''Parametrische und adaptive Konstruktion (Magnet)''']]
# [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Kinematik|'''Bewegungssimulation (Kinematik)''']]
# [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Fortgeschritten|'''Komplexe Baugruppen und fortgeschrittene Funktionen (Biegefeder) ''']]
# [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Analyse|'''Analyse: Belastungen & Resonanzen (Biegefeder)''']]
----
Die folgenden "historischen" Skripte werden nicht mehr aktualisiert:
:* [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Ein_Hauch_von_virtueller_Realitaet|'''Ein Hauch von virtueller Realität''']] - Eintauchen in ein CAD-System ''(mit "Autodesk Inventor")''
:* [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Distanzstueck|'''Distanzstück''']] - die "Hörsaal-Übung" zum Selbermachen ''(mit "Autodesk Inventor")'' → [https://www.optiyummy.de/images/Software_CAD_-_Tutorial_-_Distanzstueck.pdf '''PDF''' ''(Stand 08.05.2021)'']
:* [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_BONUS-Aufgabe|'''BONUS-Aufgabe''']] - einfaches Bauteil ''(mit "Autodesk Inventor")'' → [https://www.optiyummy.de/images/Software_CAD_-_Tutorial_-_BONUS.pdf '''PDF''' ''(Stand 04.05.2021)'']
:* [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Optimierung|'''Optimierung: Nennwerte & Toleranzen (Biegefeder)''']] → [https://www.optiyummy.de/images/Software_CAD_-_Tutorial_-_Optimierung.pdf '''PDF''' ''(Stand: 23.11.2021)'']
:* [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Bewegungssimulation|'''Bewegungssimulation (Uhren-Dynamik)''']] → [https://www.optiyummy.de/images/Software_CAD_-_Tutorial_-_Dynamik.pdf '''PDF''' ''(Stand: 03.01.2018)'']
:* [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Belastungsanalyse|'''Belastungsanalyse (Finite Elemente Methode) mit Autodesk Inventor''']] → [https://www.optiyummy.de/images/Software_CAD_-_Tutorial_-_Belastung.pdf '''PDF''' ''(Stand: 06.02.2014)'']
:* [[Software:_CAD_-_Tutorial_-_Formstabilitaet|'''Formstabilität von Bauteilen (Ventil)''']] → [https://www.optiyummy.de/images/Software_CAD_-_Tutorial_-_Formstabilitaet.pdf '''PDF''' ''(Stand: 10.11.2014)'']
:* [https://www.optiyummy.de/cad/reverse/index.html '''Reverse Engineering (mit Geomagic-Studio)''']
----
'''Empfohlene Literatur zum Technischen Darstellen:'''
* Nagel, T.; Lienig, J.; Bönisch, I.; Reifegerste, F.: Technisches Darstellen (Studienliteratur Elektrotechnik, Mechatronik und Regenerative Energiesysteme). <br>Dresden: Verlag Initial, März 2016. (''Bestellung: post@initial-verlag.de'')

OptiYummY-Systemhistorie

2025-10-17T14:19:45Z

Christoph Steinmann: Update 2025 ergänzt

Das Optimierungsportal '''OptiYummy''' basiert auf dem [http://www.mediawiki.org/wiki/MediaWiki/de '''MediaWiki-System''']. Die Installation und die kontinuierliche Wartung eines solchen Systems stellt an einen Laien beträchtliche Anforderungen. Das erforderliche Wissen wurde aus unterschiedlichen Quellen zusammengetragen und sollte infolge nur sporadischen Gebrauchs auch nicht wieder verloren gehen. Deshalb wurden alle Schritte in Hinblick auf den Systembetrieb ausführlich dokumentiert, was dem Experten sicherlich übertrieben erscheint:

* [[OptiYummy-System|'''Installation 2008''' (Version 1.10 auf OpenSUSE 10.3]]
** [[OptiYummy-System_2|Individuelle Wiki-Konfiguration]]
** [[OptiYummy-System_3|System- und Datensicherung]]
* [[OptiYummy-Update-2012|'''Update 2012''' (Version 1.10 auf Version 1.15 unter STRATO Hostingpaket "PowerWeb Basic")]]
* [[OptiYummy-Update_1.15_auf_1.19|'''Update 2014''' (Version 1.15 auf 1.19)]]
* [[OptiYummy-Update_1.19_auf_1.23|'''Update 2016''' (Version 1.19 auf 1.23)]]
* [[OptiYummy-Update_1.23_auf_1.31|'''Update 2020''' (Version 1.23 auf 1.31)]]
* [[OptiYummy-Update_1.31_auf_1.35|'''Update 2020''' (Version 1.31 auf 1.35)]]
* [[OptiYummy-Update_1.35_auf_1.39|'''Update 2023''' (Version 1.35 auf 1.39)]]
* [[OptiYummy-Update_1.39_auf_1.44|'''Update 2025''' (Version 1.39 auf 1.44)]]
Vielleicht hilft diese Dokumentation ab und zu mal einem Leidensgefährten über eine Stolperstelle beim Betrieb seines MediaWiki-Systems.

OptiYummy-Update 1.39 auf 1.44

2025-10-17T14:18:33Z

Christoph Steinmann: /* Ausblenden von Links fuer nicht angemeldete Nutzer */ Links korrigiert

== Vorhaben ==

Nach Supportende von Version 1.39.1 des Mediawikis sollte auch dieses System auf die neue Version umgestellt werden.
Der Prozess ist sehr ähnlich zum [[OptiYummy-Update 1.35 auf 1.39|vorherigen Update]]. Dort finden sich weitere Details und Hintergründe. Hier werden hauptsächlich Änderungen erläutert und sonstige Schritte nur kurz dokumentiert.
Es erfolgte eine komplette Neuinstallation mit anschließendem Übertragen der bisherigen Konfiguration und Inhalte.
Folgende Daten wurden zuvor gesichert:
* Kopie des '''gesamten Ordners mediawiki_ab''' (ab = alte Version) vom Server des Hosters per SFTP. Dieser Schritt ist nicht unbedingt notwendig. Die alte Installation sollte auf dem Server bestehen bleiben und Daten daraus extrahiert werden können.
* Export der Datenbank über Strato-Webseite und PhpMyAdmin. Ausführliche Informationen dazu im [[OptiYummy-Update_1.31_auf_1.35#Uebertragen_der_Inhalte|vorletzten Update]].
* '''Export der Datenbank''' über Datenbankübersicht bei Strato > Backups. Dort werden Daten zum Download per SFTP auf Port 22 bereitgestellt. (Kleinere Dateigröße als PhpMyAdmin!, Details [[OptiYummy-Update_1.35_auf_1.39#Uebertragen_der_Inhalte|siehe unten]])
* Packen des gesamten '''image-Ordners''' mit anschließendem Download des Archivs per SFTP:
cd STRATO-apps/mediawiki_ab
tar -vczhf image_backup.tgz app/images

Theoretisch wäre ein Update auch möglich (aber nicht empfohlen), wenn man nur die nötigsten Dateien sichert:
* '''Backup der Datenbank''' bei Strato per SFTP.
* Packen und sichern des aktuellen '''image-Ordners''' mit allen Dateien und Unterordnern.
* Sichern der beiden Dateien '''robot.txt''' und '''php.ini''' aus dem Ordner '''mediawiki_ab/app''', statt Sicherung des gesamten Ordners.

Für den SFTP-Zugriff wurde [https://filezilla-project.org/ FileZilla] genutzt. Kopiervorgänge und das Bearbeiten von Dateien sind damit sehr komfortabel möglich.

== Installation des MediaWiki-Systems mit STRATO-AppWizard ==
Das Web-Interface für Hosting-Pakete wird von STRATO kontinuierlich modifiziert. Diese Beschreibung entspricht dem Stand vom Oktober 2025:
* Damit eine Domain (hier: optiyummy.net) für das neue Wiki-System verwendet werden kann, darf sie nicht extern umgeleitet oder von anderen Anwendungen belegt sein! Dies ist über die Domain-Verwaltung des Webhosting-Paketes zu realisieren (interne Umleitung z.B. auf /.
* Auf der Startseite des Kundenlogin findet man unten in der Navigationsleiste den Eintrag '''WordPress & Co.'''
* Nach Wählen dieser Funktion findet man in der Kategorie '''Community-Software''' die Möglichkeit zur '''MediaWiki-Installation'''.
* Die Domäne optiyummy.net wurde infolge des Einhaltens der obigen Bedingungen in der Liste zur Auswahl angeboten
* Nach dem Ausfüllen der geforderten Angaben betätigt man "Fertigstellen":
** Administrator-Benutzername + Passwort
** Administrator E-Mail
** Titel der Webseite

Das erstellte MediaWiki-System besitzt folgende Konfiguration:
* Version 1.44.2
* Es wurde ein Ordner "/STRATO-apps/mediawiki_xx/app" (xx = neue Version) angelegt
* Danach steht ein MediaWiki-System in seiner Grundeinstellung zur Verfügung.
* Die Datenbank ist jetzt eine MariaDB. Das Vorgehen hat sich gegenüber der alten SQL-Datenbank dadurch aber zum Glück nicht verändert.

== Wiki-System individuell konfigurieren ==
Die Konfiguration des Wikis erfolgt bis zum Einspielen der alten Datenbank sehr ähnlich wie bisher. Weitere Details sind bei Unklarheiten im [[OptiYummy-Update_1.31_auf_1.35#Wiki-System_individuell_konfigurieren|letzten Update]] nachzulesen. Neuerungen und Anpassungen in dieser Version werden auf dieser Seite explizit hier erläutert.

Die folgenden Einstellungen sind in der Datei '''LocalSettings.php''' vorzunehmen, welche sich im Wiki-Verzeichnis mediawiki_xx befindet. Alle hier beschriebenen Änderungen sollten ganz am Ende der Datei im vorgesehenen bereich erfolgen. Die vordefinierten Standardeinstellungen werden dabei überschrieben, bleiben aber bei Problemen in der Datei erhalten und sind nicht verloren.

Die Konfiguration kann komplett per SSH über Kommandozeile oder die "Datei Bearbeiten"-Funktion von FileZilla per SFTP erfolgen. Dabei wird die Datei heruntergeladen, lokal unter AppData/.../FileZilla gespeichert und beim Speichern im Texteditor automatisch (nach expliziter Bestätigung) von FileZilla zurück zum Server übertragen.

* '''Server''': '''ssh.strato.de'''
* '''Benutzername''': ''Domän-Name'' (im Beispiel: '''www.optiyummy.net''')

==== Vergeben von Nutzerrechten ====
'''Wichtig:''' Standardmäßig können auch anonyme Nutzer Wiki-Seiten editieren! Deshalb sollte man als erste Aktionen die Nutzerrechte ändern.

##----------------------------------------------------------
## Benutzerverwaltung
## Nur noch angemeldeten Benutzern das Bearbeiten erlauben
$wgGroupPermissions['*']['edit'] = false;
## Neuanmeldungen verbieten
$wgGroupPermissions['*']['createaccount'] = false;
## Anlegen neuer Seiten nur für angemeldete Nutzer
$wgGroupPermissions['*']['createpage'] = false;
## Anlegen neuer Diskussionen nur für angemeldete Nutzer
$wgGroupPermissions['*']['createtalk'] = false;
## Verstecken der Edit-Section-Links vor nichtangemeldeten Nutzern
$wgDefaultUserOptions['editsection'] = false;
## Ausschalten der Links auf IP-Diskussionsseiten rechts oben
$wgShowIPinHeader = false;

Es wird ein Creative Commons Lizenzmodell für die Inhalte benutzt. Zulässig ist folgende Verwertung der Inhalte:
* Verteilung: kopieren, verbreiten und öffentlich Aufführen
* Modifikation: Anpassung der Inhalte an die eigene Arbeit
* Kommerzielle Verwertung
Unter der Bedingung:
* der Namensnennung des Autors oder des Lizenzsgebers,
* ohne den Eindruck zu erwecken, bei der Verwertung Unterstützung erhalten zu haben.
Dazu sind folgenden Variablen in '''LocalSettings.php''' zu ergänzen:
$wgRightsUrl = "https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/";
$wgRightsText = "Creative Commons";
$wgRightsIcon = "https://i.creativecommons.org/l/by/3.0/88x31.png";

==== Indizierung durch Suchmaschinen reglementieren ====
Man sollte für Suchmaschinen die zuvor aus dem alten Wiki gesicherte Datei '''robots.txt''' in den Ordner mediawiki_xx/app kopieren. Weitere Hinweise dazu im [[OptiYummy-Update_1.31_auf_1.35#Indizierung_durch_Suchmaschinen_reglementieren|vorletzten Update]].

==== Anpassen des Erscheinungsbildes ====
'''Wahl eines Skins'''
* Standardmäßig ist in der Version 1.44 der Skin "vector-2022" eingestellt.
* Für dieses Update wurde der moderne Skin beibehalten.
* Alle Einstellungen sind auch mit dem alten Skin "monobook" kompatibel und gestet. Dieser könnte über <code>$wgDefaultSkin = "monobook";</code> wieder aktiviert werden.
* Durch Einfügen folgender Zeilen in '''LocalSettings.php''' kann man "vector-2022" geeignet konfigurieren:
##Anpassungen fuer Vector-2022 Skin
# Hauptmenue per default in Sidebar anpinnen fuer eingeloggte user, leider nciht fuer anonym verfuegbar
$wgVectorDefaultSidebarVisibleForAuthUsers = true;
$wgVectorDefaultSidebarVisibleForAnonUsers = true;
$wgDefaultUserOptions['vector-main-menu-pinned'] = 1;
$wgDefaultUserOptions['vector-page-tools-pinned'] = 0;
$wgDefaultUserOptions['vector-toc-pinned'] = 1;
$wgDefaultUserOptions['vector-appearance-pinned'] = 0;
# Responsive mobile aktivieren
$wgVectorResponsive = true;
# Darkmode als Option aktivieren, Standard bleibt heller Modus
$wgVectorNightMode['logged_out'] = true;
$wgVectorNightMode['logged_in'] = true;
# fuer darkomde css des vector-2022 anpassen:
function efDisableLogoInversion( OutputPage &$out, Skin &$skin ) {
$out->addInlineStyle( '.mw-logo-container { filter: none !important;' ); // class mw-logo-container nicht invertieren
}
$wgHooks['BeforePageDisplay'][] = 'efDisableLogoInversion';

Wie den Kommentaren zu entnehmen ist werden folgende Anpassungen und Konfigurationen am Skin vorgenommen:
* Für Authentifizierte Nutzer werden Hauptmenü und Inhaltsverzeichnisse standardmäßig angepinnt. Die Nutzer können dies individuell anpassen. Für Annoynme Nutzer ist leider keine Voreinstellung möglich.
* Responsive Design für die mobile Ansicht wird aktiviert. Bei Bedarf kann dies auf Ausgabegeräten durch die Option "Desktopwebseite anzeigen" im Browser deaktiviert werden.
* Darkmode wird als Option aktiviert. Standardmäßig ist dieser nicht aktiv, kann aber vom User eingeschaltet werden.
* Für den Darkmode wird eine Funktion ergänzt, die verhindert, dass das Logo des Wikis farblich invertiert wird.

'''Eigenes Logo und Favicon'''
* Die erforderlichen Daten kommen später aus dem importierten image-Ordner. Zu Testzwecken können Sie jetzt schon in den noch leeren Ordner kopiert werden.
* Alternativ kann man auch warten, bis der gesamte Ordner wieder hergestellt wurde (siehe unten). Dann funktionieren nachfolgende Änderungen nicht sofort. Alternativ kann auch jetzt schon der gesamte Ordner importiert werden.
* Einfügen in '''LocalSettings.php''':

## Eigenes Logo 135x135 Pixel einbinden
$wgLogos = [
'1x' => "/images/logo.gif",
'icon' => "/images/logo.gif",
'wordmark' => [
'src' => "/images/wordmark.png",
'width' => 135,
'height' => 40,
],
];
$wgFavicon = "/images/favicon.ico";

* Das neue Array enthält einen Eintrag ''''icon'''' für das Logo im Vector-2022 Skin. monobook greift auf den alten Wert 1x zu.
* Zusätzlich wurde das wordmark ergänzt, um die Wiedererkennbarkeit, insebsondere in der mobilen Ansicht zu erhöhen. Hier wird das Icon nicht angezeigt. Das wordmark wurde neu erstellt und in den images-Ordner hochgeladen.
* Die neue Variante ist eine Kombination des Arrays für das große Logo und '''$wgFavicon''' für die Anzeige im Browsertab.

* Achtung: Die Darstellung der Bilder funktioniert nur, wenn der Direktzugriff im image-Ordner durch die .htaccess-Datei erlaubt ist. Dazu die alte Datei mit einfügen bzw. gleich komplett mit dem gesicherten image-Ordner importieren.

==== Hochladen von Dateien konfigurieren ====
Für das Wiki-System muss man die Konfiguration der Datei-Größe und die zu verwendende Verzeichnis-Struktur über '''LocalSettings.php''' vornehmen. Dazu folgende Konfiguration anfügen:
$wgEnableUploads = true;
$wgMaxUploadSize = 1024*1024*200; # 200MB
$wgUploadSizeWarning = 1024*1024*10; # 10MB
$wgUseImageResize = true;
$wgUseImageMagick = true;
$wgImageMagickConvertCommand = "/usr/bin/convert";
$wgFileExtensions = array( 'png', 'gif', 'jpg', 'jpeg', 'zip', 'pdf', 'hlp', 'swf', 'wmv', 'svg' );
##fix for thumbnail error 25:
$wgMaxImageArea = 3e7;
$wgMaxShellMemory = 1024000;
$wgMaxShellFileSize = 204800;
## Directories images/archive, images/thumb and images/temp werden automatisch angelegt!
$wgHashedUploadDirectory = false; # nicht Bilder-Verzeichnisstruktur "/a/ab/foo.png" verwenden

* Außerdem muss man die zuvor gesicherte Datei '''php.ini''' in das Wurzelverzeichnis des Wiki-Systems speichern (dort, wo auch '''LocalSettings.php''' liegt).

== Uebertragen der Inhalte ==
Hintergründe und Details zu den hier verwendeten Methoden finden sich wieder im [[OptiYummy-Update_1.31_auf_1.35#Uebertragen_der_Inhalte|letzten Update]]. Aktuelle Änderungen sind mit aufgeführt. Zunächst die wichtigsten Schritte zum Sichern des Vorgängersystems:

''' Sichern der Datenbank:'''
* Das kompakteste Backup der Datenbank kam aus dem Strato-eigenen Backupsystem.
* Der Zugriff erfolgt über die '''Weboberfläche > Datenbanken und Webspace > Datenbankverwaltung > Backups anzeigen''' (entsprechende Datenbank des alten Wikis wählen)
* Man wählt anschließend "'''Sichern und herunterladen'''" für die aktuellste Version. '''Achtung:''' Sehr kurzfristige Änderung <24h sind unter Umständen noch nicht enthalten!
* Strato stellt anschließend Zugangsdaten für einen '''SFTP-Server (Port: 22)''' bereit. Der Download kann z.B. per FileZilla erfolgen.
* Das erzeugte Archiv ist nur etwa halb so groß wie beim Export über PhpMyAdmin.

'''Bilder:'''
Vor dem erneuten Einlesen der Datenbank sollte spätestens jetzt die alten Bilddateien wieder hinzugefügt werden.

* Umbenennen des bestehenden image-Ordners (z.B. image_original). Dieser kann dann später gelöscht werden.
* Zum Einfügen des zuvor exportierten, archivierten Ordners gibt es verschiedene Wege. Wegen der großen Datenmenge ist der direkte Weg über SFTP sehr zeitaufwändig.
* Schneller ist es, das erzeugte Archiv hochzuladen und per SSH (z.B. mit PUTTY) auf dem Server selbst zu entpacken.
* Der hier beschriebene Weg ist dabei nicht der schnellste, beugt aber Fehlern bei mangelnder Erfahrung im Umgang mit den Consolen-Programmen vor. Eine große Menge Bilder vom falschen Ort wieder sauber zu entfernen kann sonst unter Umständen aufwändig sein.
* Zunächst wird das '''Archiv per SFTP''' auf den '''Server''' in ein freies Verzeichnis geladen, hier im Beispiel /TEMP.
* Dort kann man das Archiv ohne Risiko mit seiner bestehenden Ordnerstruktur entpacken:
cd TEMP
tar -xpf image_backup.tgz
* Anschließend kopiert man nur den image-Ordner und dessen Inhalt an die korrekte Stelle im neuen Wiki-System:
cd ..
cp -rp TEMP/app/images STRATO-apps/mediawiki_xx/app
* Die Dateien in /TEMP kann man löschen.

'''Erneutes Einlesen der Datenbank:'''
* Zur Sicherheit sollte man die Original-Datenbank der "nackten" Installation mit PhpMyAdmin sichern. Diese ist nur bei unvorhergesehenen Fehlern nötig, dann aber evtl. hilfreich.
* Seit Version 1.35 werden den Datenbankeinträgen Präfixe vorangestellt. Diese mussten dann beim Import ergänzt werden.
* Bei einem Update auf Version 1.39 muss man nicht unbedingt die Datenbankeinträge anpassen, sondern kann in der neuen '''LocalSettings.php''' das Präfix entsprechend der bereits bestehenden Datenbank definieren (Am Ende der Datei einfügen):
## Datenbank mit altem Praefix einbinden
# MySQL specific settings
$wgDBprefix = "ab12_";
* '''Achtung:''' Der Platzhalter '''ab12_''' ist durch das korrekte Präfix zu ersetzen.
* Die entpackte '''*.sql''' Datei sollte man für den erneuten Import dann in den neuen Ordner '''mediawiki_xx''' hochladen (dort entpacken ist per Kommandozeile natürlich auch möglich).
* In diesem Ordner führt man dann per SSH folgenden Befehl mit den entsprechenden Zugangsdaten der Datenbank aus:
mysql -h rdbms -u BENUTZERNAME -pPASSWORT dbxxxxxx < optiyummy_export.sql
* Achtung: hierbei steht links die neue Datenbank des frisch installierten Wikisystems und rechts die exportierte Datei der alten. '''Kein Leerzeichen vor dem Passwort der Datenbank!'''

Die Datenbank-Strukturen der Versionen 1.39 und 1.44 sind unterschiedlich. Deshalb muss bei jedem MediaWiki-Update auch ein Update der Datenbank erfolgen:
* Die fehlerhaften Datenbank-Einträge für die aktuelle Version 1.44 werden durch Ausführen des [https://www.mediawiki.org/wiki/Manual:Update.php '''Update-Script'''] im Web-Browser generiert nach Aufruf von:
<nowiki> https://www.optiyummy.net/mw-config/index.php </nowiki>
# Bestätigen der Spracheinstellungen mit '''Weiter'''.
# Wert des '''$wgUpgradeKey''' für das vorhandene Wiki als Aktualisierungsschlüssel eingeben (ohne die ""), danach '''Weiter'''.
# MediaWiki-Tabellen aktualisieren mit '''Weiter''' bestätigen.
Nach dem Datenbankupdate kann die Setupseite verlassen werden. Danach läuft das MediaWiki wie gewünscht mit den portierten Inhalten.

== Weitere Anpassungen ==
Im [[OptiYummy-Update_1.31_auf_1.35#Druckversion_der_Seiten_anpassen|vorherigen Update]] musste die Druckversion der Seite angepasst werden. Diese Änderung ist scheinbar nicht mehr notwendig.
=== Extensions ===
Für die genutzten Erweiterungen finden sich Hinweise im [[OptiYummy-Update_1.31_auf_1.35#Weitere_Anpassungen_des_Erscheinungsbildes|letzten Update]]. Prinzipiell ist es ausreichend die aktuellen Quelldateien herunterzuladen und jeweils den entpackten Ordner auf dem Server im Pfad '''/STRATO-apps/mediawiki_x/app/extensions''' hinzuzufügen. Der Ordnername entspricht dabei der Erweiterung (ohne Suffixe wie "-master" oder ähnlichem). Es empfiehlt sich die Daten lokal zu entpacken und nur den Ordner mit den eigentlichen Inhalten korrekt benannt auf den Server zu laden.

* [https://www.mediawiki.org/wiki/Extension:WikiEditor Extension:WikiEditor] → bereits in der Standardinstallation vorhanden
* [https://www.mediawiki.org/wiki/Extension:HitCounters Extension:HitCounters] → nur per git clone
* [https://www.mediawiki.org/wiki/Extension:EmbedVideo Extension:EmbedVideo] → nur per git clone
* [https://www.mediawiki.org/wiki/Extension:SimpleMathJax Extension:SimpleMathJax] → normaler Download und entpacken

* Zwei Erweiterungen ließen sich nicht mehr über den Browser herunterladen. Stattdessen kann man per SSH in das extensions-Verzeichnis auf dem Server navigieren und dort <code>git clone</code> mit den jeweils auf den Websieten der extensions angegebenen URLs ausführen.

Die Erweiterungen werden dann in '''LocalSettings.php''' eingefügt:
## Extensions:
wfLoadExtension( 'WikiEditor' );
wfLoadExtension( 'EmbedVideo' );
wfLoadExtension( 'SimpleMathJax' );
$wgSmjSize = 125;
wfLoadExtension( 'HitCounters' );

Auf der Wikiseite Spezial:Version wird angezeigt, ob die Erweiterungen erfolgreich installiert wurden.

=== Ausblenden von Links fuer nicht angemeldete Nutzer ===
Nachfolgend werden Anpassungen der Darstellung vorgenommen. Gegenüber dem [[OptiYummy-Update_1.35_auf_1.39#Ausblenden_von_Links_fuer_nicht_angemeldete_Nutzer|letzten Update]] wurde hier eine Vereinfachung vorgenommen und alles in LocalSettings.php definiert.

'''Ausblenden von Registerkarten für nicht angemeldete Nutzer'''

Die nachfolgende Funktion kann ans Ende von '''LocalSettings.php''' eingefügt werden und sorgt dafür, dass entsprechende Navigationselemente für nicht angemeldete Nutzer nicht mehr angezeigt werden:
## Tabs vor nicht eingeloggten Nutzern verbergen
function efAddSkinStylesAnon( OutputPage &$out, Skin &$skin ) {
global $wgUser;
if($wgUser->isAnon()) {
$out->addInlineStyle( '#ca-history { display:none !important; }' ); // Hide history tab
$out->addInlineStyle( '#ca-viewsource { display:none !important; }' ); // Hide source tab
$out->addInlineStyle( '#ca-talk { display: none !important; }' ); // hide discuccion tab
$out->addInlineStyle( '#ca-nstab-main { display: none !important; }}' );
$out->addInlineStyle( '#ca-nstab-project { display: none !important; }' );
$out->addInlineStyle( '#ca-nstab-special { display: none !important; }' );
// zusaetzlich Werkzeuge und Navigation mit Spezialseiten ausblenden
$out->addInlineStyle( '#p-tb { display: none !important; }' );
$out->addInlineStyle( '#p-navigation { display: none !important; }' );
//gesamte Werkzeug gesamt fuer vector-2022 ausblenden
$out->addInlineStyle( '#vector-page-tools-dropdown { display: none !important; }' );
}
return true;
}
$wgHooks['BeforePageDisplay'][] = 'efAddSkinStylesAnon';

Diese Lösung ist eine abgewandelte Form eines Vorschlags aus [https://www.mediawiki.org/wiki/Topic:Qyydsoxnt44t8arl diesem Beitrag].

Gegenüber dem [[OptiYummy-Update_1.35_auf_1.39#Ausblenden_von_Links_fuer_nicht_angemeldete_Nutzer | letzten Update]] werden hier auch gleich Werkzeuge mit ausgeblendet. Eine Modifikation der Skin.php ist nicht mehr nötig. Auch die in Mediawiki 1.44 neue Änderung der automatisch generierte Navigationsleiste wurde deaktiviert. Hier würden sonst die Spezialseiten automatisch verlinkt. Je nach Skin befindet sich die Navigationsleiste dann bei den Werkzeugen oder im Hauptmenü.

'''Fusszeile nur mit Impressum'''
* Die Fußzeile besteht weiterhin aus Unterseiten und wurde dadurch mit der Datenbank schon korrekt importiert.
* Details und Dokumentation zu Änderungen der Fußzeile im [[OptiYummy-Update_1.35_auf_1.39#Ausblenden_von_Links_fuer_nicht_angemeldete_Nutzer | letzten Update]] unten.
* Die Anzahl der Seitenaufrufe wird anschließend weiterhin angezeigt.
* Eine Anpassung sollte hier in der entsprechenden Extension vorgenommen werden.
* Dazu kann in '''mediawiki_xx/app/extensions/HitCounters/includes/Hooks.php''' Zeile 198 auskommentiert werden:
//$footerItems['viewcount'] = $viewcountMsg; //viewcount nicht in footer schreiben
* '''Achtung:''' Im Gegensatz zu den anderen Anpassungen wird sich die HitCounter-Erweiterung nach einem Update vermutlich wieder zurücksetzen und muss neu angepasst werden.

== Resultat ==
* Das Mediawiki wird im aktuellen Design korrekt dargestellt. Desktop und Mobilansicht funktionieren.
* Insbesondere in der Desktopansicht können Nutzer Schriftgröße, Seitenbreite und Darkmode selbst über die Brille oben rechts nach eigenen Vorzügen konfigurieren.
* Der Monobook-Skin funktioniert weiterhin und kann einfach zentral aktiviert oder auf beliebeigen Seiten durch Ergänzen von <code>&useskin=monobook</code> am Ende der URL geladen werden.

OptiYummy-Update 1.39 auf 1.44

2025-10-17T14:17:12Z

Christoph Steinmann: /* Ausblenden von Links fuer nicht angemeldete Nutzer */ Links angepasst

== Vorhaben ==

Nach Supportende von Version 1.39.1 des Mediawikis sollte auch dieses System auf die neue Version umgestellt werden.
Der Prozess ist sehr ähnlich zum [[OptiYummy-Update 1.35 auf 1.39|vorherigen Update]]. Dort finden sich weitere Details und Hintergründe. Hier werden hauptsächlich Änderungen erläutert und sonstige Schritte nur kurz dokumentiert.
Es erfolgte eine komplette Neuinstallation mit anschließendem Übertragen der bisherigen Konfiguration und Inhalte.
Folgende Daten wurden zuvor gesichert:
* Kopie des '''gesamten Ordners mediawiki_ab''' (ab = alte Version) vom Server des Hosters per SFTP. Dieser Schritt ist nicht unbedingt notwendig. Die alte Installation sollte auf dem Server bestehen bleiben und Daten daraus extrahiert werden können.
* Export der Datenbank über Strato-Webseite und PhpMyAdmin. Ausführliche Informationen dazu im [[OptiYummy-Update_1.31_auf_1.35#Uebertragen_der_Inhalte|vorletzten Update]].
* '''Export der Datenbank''' über Datenbankübersicht bei Strato > Backups. Dort werden Daten zum Download per SFTP auf Port 22 bereitgestellt. (Kleinere Dateigröße als PhpMyAdmin!, Details [[OptiYummy-Update_1.35_auf_1.39#Uebertragen_der_Inhalte|siehe unten]])
* Packen des gesamten '''image-Ordners''' mit anschließendem Download des Archivs per SFTP:
cd STRATO-apps/mediawiki_ab
tar -vczhf image_backup.tgz app/images

Theoretisch wäre ein Update auch möglich (aber nicht empfohlen), wenn man nur die nötigsten Dateien sichert:
* '''Backup der Datenbank''' bei Strato per SFTP.
* Packen und sichern des aktuellen '''image-Ordners''' mit allen Dateien und Unterordnern.
* Sichern der beiden Dateien '''robot.txt''' und '''php.ini''' aus dem Ordner '''mediawiki_ab/app''', statt Sicherung des gesamten Ordners.

Für den SFTP-Zugriff wurde [https://filezilla-project.org/ FileZilla] genutzt. Kopiervorgänge und das Bearbeiten von Dateien sind damit sehr komfortabel möglich.

== Installation des MediaWiki-Systems mit STRATO-AppWizard ==
Das Web-Interface für Hosting-Pakete wird von STRATO kontinuierlich modifiziert. Diese Beschreibung entspricht dem Stand vom Oktober 2025:
* Damit eine Domain (hier: optiyummy.net) für das neue Wiki-System verwendet werden kann, darf sie nicht extern umgeleitet oder von anderen Anwendungen belegt sein! Dies ist über die Domain-Verwaltung des Webhosting-Paketes zu realisieren (interne Umleitung z.B. auf /.
* Auf der Startseite des Kundenlogin findet man unten in der Navigationsleiste den Eintrag '''WordPress & Co.'''
* Nach Wählen dieser Funktion findet man in der Kategorie '''Community-Software''' die Möglichkeit zur '''MediaWiki-Installation'''.
* Die Domäne optiyummy.net wurde infolge des Einhaltens der obigen Bedingungen in der Liste zur Auswahl angeboten
* Nach dem Ausfüllen der geforderten Angaben betätigt man "Fertigstellen":
** Administrator-Benutzername + Passwort
** Administrator E-Mail
** Titel der Webseite

Das erstellte MediaWiki-System besitzt folgende Konfiguration:
* Version 1.44.2
* Es wurde ein Ordner "/STRATO-apps/mediawiki_xx/app" (xx = neue Version) angelegt
* Danach steht ein MediaWiki-System in seiner Grundeinstellung zur Verfügung.
* Die Datenbank ist jetzt eine MariaDB. Das Vorgehen hat sich gegenüber der alten SQL-Datenbank dadurch aber zum Glück nicht verändert.

== Wiki-System individuell konfigurieren ==
Die Konfiguration des Wikis erfolgt bis zum Einspielen der alten Datenbank sehr ähnlich wie bisher. Weitere Details sind bei Unklarheiten im [[OptiYummy-Update_1.31_auf_1.35#Wiki-System_individuell_konfigurieren|letzten Update]] nachzulesen. Neuerungen und Anpassungen in dieser Version werden auf dieser Seite explizit hier erläutert.

Die folgenden Einstellungen sind in der Datei '''LocalSettings.php''' vorzunehmen, welche sich im Wiki-Verzeichnis mediawiki_xx befindet. Alle hier beschriebenen Änderungen sollten ganz am Ende der Datei im vorgesehenen bereich erfolgen. Die vordefinierten Standardeinstellungen werden dabei überschrieben, bleiben aber bei Problemen in der Datei erhalten und sind nicht verloren.

Die Konfiguration kann komplett per SSH über Kommandozeile oder die "Datei Bearbeiten"-Funktion von FileZilla per SFTP erfolgen. Dabei wird die Datei heruntergeladen, lokal unter AppData/.../FileZilla gespeichert und beim Speichern im Texteditor automatisch (nach expliziter Bestätigung) von FileZilla zurück zum Server übertragen.

* '''Server''': '''ssh.strato.de'''
* '''Benutzername''': ''Domän-Name'' (im Beispiel: '''www.optiyummy.net''')

==== Vergeben von Nutzerrechten ====
'''Wichtig:''' Standardmäßig können auch anonyme Nutzer Wiki-Seiten editieren! Deshalb sollte man als erste Aktionen die Nutzerrechte ändern.

##----------------------------------------------------------
## Benutzerverwaltung
## Nur noch angemeldeten Benutzern das Bearbeiten erlauben
$wgGroupPermissions['*']['edit'] = false;
## Neuanmeldungen verbieten
$wgGroupPermissions['*']['createaccount'] = false;
## Anlegen neuer Seiten nur für angemeldete Nutzer
$wgGroupPermissions['*']['createpage'] = false;
## Anlegen neuer Diskussionen nur für angemeldete Nutzer
$wgGroupPermissions['*']['createtalk'] = false;
## Verstecken der Edit-Section-Links vor nichtangemeldeten Nutzern
$wgDefaultUserOptions['editsection'] = false;
## Ausschalten der Links auf IP-Diskussionsseiten rechts oben
$wgShowIPinHeader = false;

Es wird ein Creative Commons Lizenzmodell für die Inhalte benutzt. Zulässig ist folgende Verwertung der Inhalte:
* Verteilung: kopieren, verbreiten und öffentlich Aufführen
* Modifikation: Anpassung der Inhalte an die eigene Arbeit
* Kommerzielle Verwertung
Unter der Bedingung:
* der Namensnennung des Autors oder des Lizenzsgebers,
* ohne den Eindruck zu erwecken, bei der Verwertung Unterstützung erhalten zu haben.
Dazu sind folgenden Variablen in '''LocalSettings.php''' zu ergänzen:
$wgRightsUrl = "https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/";
$wgRightsText = "Creative Commons";
$wgRightsIcon = "https://i.creativecommons.org/l/by/3.0/88x31.png";

==== Indizierung durch Suchmaschinen reglementieren ====
Man sollte für Suchmaschinen die zuvor aus dem alten Wiki gesicherte Datei '''robots.txt''' in den Ordner mediawiki_xx/app kopieren. Weitere Hinweise dazu im [[OptiYummy-Update_1.31_auf_1.35#Indizierung_durch_Suchmaschinen_reglementieren|vorletzten Update]].

==== Anpassen des Erscheinungsbildes ====
'''Wahl eines Skins'''
* Standardmäßig ist in der Version 1.44 der Skin "vector-2022" eingestellt.
* Für dieses Update wurde der moderne Skin beibehalten.
* Alle Einstellungen sind auch mit dem alten Skin "monobook" kompatibel und gestet. Dieser könnte über <code>$wgDefaultSkin = "monobook";</code> wieder aktiviert werden.
* Durch Einfügen folgender Zeilen in '''LocalSettings.php''' kann man "vector-2022" geeignet konfigurieren:
##Anpassungen fuer Vector-2022 Skin
# Hauptmenue per default in Sidebar anpinnen fuer eingeloggte user, leider nciht fuer anonym verfuegbar
$wgVectorDefaultSidebarVisibleForAuthUsers = true;
$wgVectorDefaultSidebarVisibleForAnonUsers = true;
$wgDefaultUserOptions['vector-main-menu-pinned'] = 1;
$wgDefaultUserOptions['vector-page-tools-pinned'] = 0;
$wgDefaultUserOptions['vector-toc-pinned'] = 1;
$wgDefaultUserOptions['vector-appearance-pinned'] = 0;
# Responsive mobile aktivieren
$wgVectorResponsive = true;
# Darkmode als Option aktivieren, Standard bleibt heller Modus
$wgVectorNightMode['logged_out'] = true;
$wgVectorNightMode['logged_in'] = true;
# fuer darkomde css des vector-2022 anpassen:
function efDisableLogoInversion( OutputPage &$out, Skin &$skin ) {
$out->addInlineStyle( '.mw-logo-container { filter: none !important;' ); // class mw-logo-container nicht invertieren
}
$wgHooks['BeforePageDisplay'][] = 'efDisableLogoInversion';

Wie den Kommentaren zu entnehmen ist werden folgende Anpassungen und Konfigurationen am Skin vorgenommen:
* Für Authentifizierte Nutzer werden Hauptmenü und Inhaltsverzeichnisse standardmäßig angepinnt. Die Nutzer können dies individuell anpassen. Für Annoynme Nutzer ist leider keine Voreinstellung möglich.
* Responsive Design für die mobile Ansicht wird aktiviert. Bei Bedarf kann dies auf Ausgabegeräten durch die Option "Desktopwebseite anzeigen" im Browser deaktiviert werden.
* Darkmode wird als Option aktiviert. Standardmäßig ist dieser nicht aktiv, kann aber vom User eingeschaltet werden.
* Für den Darkmode wird eine Funktion ergänzt, die verhindert, dass das Logo des Wikis farblich invertiert wird.

'''Eigenes Logo und Favicon'''
* Die erforderlichen Daten kommen später aus dem importierten image-Ordner. Zu Testzwecken können Sie jetzt schon in den noch leeren Ordner kopiert werden.
* Alternativ kann man auch warten, bis der gesamte Ordner wieder hergestellt wurde (siehe unten). Dann funktionieren nachfolgende Änderungen nicht sofort. Alternativ kann auch jetzt schon der gesamte Ordner importiert werden.
* Einfügen in '''LocalSettings.php''':

## Eigenes Logo 135x135 Pixel einbinden
$wgLogos = [
'1x' => "/images/logo.gif",
'icon' => "/images/logo.gif",
'wordmark' => [
'src' => "/images/wordmark.png",
'width' => 135,
'height' => 40,
],
];
$wgFavicon = "/images/favicon.ico";

* Das neue Array enthält einen Eintrag ''''icon'''' für das Logo im Vector-2022 Skin. monobook greift auf den alten Wert 1x zu.
* Zusätzlich wurde das wordmark ergänzt, um die Wiedererkennbarkeit, insebsondere in der mobilen Ansicht zu erhöhen. Hier wird das Icon nicht angezeigt. Das wordmark wurde neu erstellt und in den images-Ordner hochgeladen.
* Die neue Variante ist eine Kombination des Arrays für das große Logo und '''$wgFavicon''' für die Anzeige im Browsertab.

* Achtung: Die Darstellung der Bilder funktioniert nur, wenn der Direktzugriff im image-Ordner durch die .htaccess-Datei erlaubt ist. Dazu die alte Datei mit einfügen bzw. gleich komplett mit dem gesicherten image-Ordner importieren.

==== Hochladen von Dateien konfigurieren ====
Für das Wiki-System muss man die Konfiguration der Datei-Größe und die zu verwendende Verzeichnis-Struktur über '''LocalSettings.php''' vornehmen. Dazu folgende Konfiguration anfügen:
$wgEnableUploads = true;
$wgMaxUploadSize = 1024*1024*200; # 200MB
$wgUploadSizeWarning = 1024*1024*10; # 10MB
$wgUseImageResize = true;
$wgUseImageMagick = true;
$wgImageMagickConvertCommand = "/usr/bin/convert";
$wgFileExtensions = array( 'png', 'gif', 'jpg', 'jpeg', 'zip', 'pdf', 'hlp', 'swf', 'wmv', 'svg' );
##fix for thumbnail error 25:
$wgMaxImageArea = 3e7;
$wgMaxShellMemory = 1024000;
$wgMaxShellFileSize = 204800;
## Directories images/archive, images/thumb and images/temp werden automatisch angelegt!
$wgHashedUploadDirectory = false; # nicht Bilder-Verzeichnisstruktur "/a/ab/foo.png" verwenden

* Außerdem muss man die zuvor gesicherte Datei '''php.ini''' in das Wurzelverzeichnis des Wiki-Systems speichern (dort, wo auch '''LocalSettings.php''' liegt).

== Uebertragen der Inhalte ==
Hintergründe und Details zu den hier verwendeten Methoden finden sich wieder im [[OptiYummy-Update_1.31_auf_1.35#Uebertragen_der_Inhalte|letzten Update]]. Aktuelle Änderungen sind mit aufgeführt. Zunächst die wichtigsten Schritte zum Sichern des Vorgängersystems:

''' Sichern der Datenbank:'''
* Das kompakteste Backup der Datenbank kam aus dem Strato-eigenen Backupsystem.
* Der Zugriff erfolgt über die '''Weboberfläche > Datenbanken und Webspace > Datenbankverwaltung > Backups anzeigen''' (entsprechende Datenbank des alten Wikis wählen)
* Man wählt anschließend "'''Sichern und herunterladen'''" für die aktuellste Version. '''Achtung:''' Sehr kurzfristige Änderung <24h sind unter Umständen noch nicht enthalten!
* Strato stellt anschließend Zugangsdaten für einen '''SFTP-Server (Port: 22)''' bereit. Der Download kann z.B. per FileZilla erfolgen.
* Das erzeugte Archiv ist nur etwa halb so groß wie beim Export über PhpMyAdmin.

'''Bilder:'''
Vor dem erneuten Einlesen der Datenbank sollte spätestens jetzt die alten Bilddateien wieder hinzugefügt werden.

* Umbenennen des bestehenden image-Ordners (z.B. image_original). Dieser kann dann später gelöscht werden.
* Zum Einfügen des zuvor exportierten, archivierten Ordners gibt es verschiedene Wege. Wegen der großen Datenmenge ist der direkte Weg über SFTP sehr zeitaufwändig.
* Schneller ist es, das erzeugte Archiv hochzuladen und per SSH (z.B. mit PUTTY) auf dem Server selbst zu entpacken.
* Der hier beschriebene Weg ist dabei nicht der schnellste, beugt aber Fehlern bei mangelnder Erfahrung im Umgang mit den Consolen-Programmen vor. Eine große Menge Bilder vom falschen Ort wieder sauber zu entfernen kann sonst unter Umständen aufwändig sein.
* Zunächst wird das '''Archiv per SFTP''' auf den '''Server''' in ein freies Verzeichnis geladen, hier im Beispiel /TEMP.
* Dort kann man das Archiv ohne Risiko mit seiner bestehenden Ordnerstruktur entpacken:
cd TEMP
tar -xpf image_backup.tgz
* Anschließend kopiert man nur den image-Ordner und dessen Inhalt an die korrekte Stelle im neuen Wiki-System:
cd ..
cp -rp TEMP/app/images STRATO-apps/mediawiki_xx/app
* Die Dateien in /TEMP kann man löschen.

'''Erneutes Einlesen der Datenbank:'''
* Zur Sicherheit sollte man die Original-Datenbank der "nackten" Installation mit PhpMyAdmin sichern. Diese ist nur bei unvorhergesehenen Fehlern nötig, dann aber evtl. hilfreich.
* Seit Version 1.35 werden den Datenbankeinträgen Präfixe vorangestellt. Diese mussten dann beim Import ergänzt werden.
* Bei einem Update auf Version 1.39 muss man nicht unbedingt die Datenbankeinträge anpassen, sondern kann in der neuen '''LocalSettings.php''' das Präfix entsprechend der bereits bestehenden Datenbank definieren (Am Ende der Datei einfügen):
## Datenbank mit altem Praefix einbinden
# MySQL specific settings
$wgDBprefix = "ab12_";
* '''Achtung:''' Der Platzhalter '''ab12_''' ist durch das korrekte Präfix zu ersetzen.
* Die entpackte '''*.sql''' Datei sollte man für den erneuten Import dann in den neuen Ordner '''mediawiki_xx''' hochladen (dort entpacken ist per Kommandozeile natürlich auch möglich).
* In diesem Ordner führt man dann per SSH folgenden Befehl mit den entsprechenden Zugangsdaten der Datenbank aus:
mysql -h rdbms -u BENUTZERNAME -pPASSWORT dbxxxxxx < optiyummy_export.sql
* Achtung: hierbei steht links die neue Datenbank des frisch installierten Wikisystems und rechts die exportierte Datei der alten. '''Kein Leerzeichen vor dem Passwort der Datenbank!'''

Die Datenbank-Strukturen der Versionen 1.39 und 1.44 sind unterschiedlich. Deshalb muss bei jedem MediaWiki-Update auch ein Update der Datenbank erfolgen:
* Die fehlerhaften Datenbank-Einträge für die aktuelle Version 1.44 werden durch Ausführen des [https://www.mediawiki.org/wiki/Manual:Update.php '''Update-Script'''] im Web-Browser generiert nach Aufruf von:
<nowiki> https://www.optiyummy.net/mw-config/index.php </nowiki>
# Bestätigen der Spracheinstellungen mit '''Weiter'''.
# Wert des '''$wgUpgradeKey''' für das vorhandene Wiki als Aktualisierungsschlüssel eingeben (ohne die ""), danach '''Weiter'''.
# MediaWiki-Tabellen aktualisieren mit '''Weiter''' bestätigen.
Nach dem Datenbankupdate kann die Setupseite verlassen werden. Danach läuft das MediaWiki wie gewünscht mit den portierten Inhalten.

== Weitere Anpassungen ==
Im [[OptiYummy-Update_1.31_auf_1.35#Druckversion_der_Seiten_anpassen|vorherigen Update]] musste die Druckversion der Seite angepasst werden. Diese Änderung ist scheinbar nicht mehr notwendig.
=== Extensions ===
Für die genutzten Erweiterungen finden sich Hinweise im [[OptiYummy-Update_1.31_auf_1.35#Weitere_Anpassungen_des_Erscheinungsbildes|letzten Update]]. Prinzipiell ist es ausreichend die aktuellen Quelldateien herunterzuladen und jeweils den entpackten Ordner auf dem Server im Pfad '''/STRATO-apps/mediawiki_x/app/extensions''' hinzuzufügen. Der Ordnername entspricht dabei der Erweiterung (ohne Suffixe wie "-master" oder ähnlichem). Es empfiehlt sich die Daten lokal zu entpacken und nur den Ordner mit den eigentlichen Inhalten korrekt benannt auf den Server zu laden.

* [https://www.mediawiki.org/wiki/Extension:WikiEditor Extension:WikiEditor] → bereits in der Standardinstallation vorhanden
* [https://www.mediawiki.org/wiki/Extension:HitCounters Extension:HitCounters] → nur per git clone
* [https://www.mediawiki.org/wiki/Extension:EmbedVideo Extension:EmbedVideo] → nur per git clone
* [https://www.mediawiki.org/wiki/Extension:SimpleMathJax Extension:SimpleMathJax] → normaler Download und entpacken

* Zwei Erweiterungen ließen sich nicht mehr über den Browser herunterladen. Stattdessen kann man per SSH in das extensions-Verzeichnis auf dem Server navigieren und dort <code>git clone</code> mit den jeweils auf den Websieten der extensions angegebenen URLs ausführen.

Die Erweiterungen werden dann in '''LocalSettings.php''' eingefügt:
## Extensions:
wfLoadExtension( 'WikiEditor' );
wfLoadExtension( 'EmbedVideo' );
wfLoadExtension( 'SimpleMathJax' );
$wgSmjSize = 125;
wfLoadExtension( 'HitCounters' );

Auf der Wikiseite Spezial:Version wird angezeigt, ob die Erweiterungen erfolgreich installiert wurden.

=== Ausblenden von Links fuer nicht angemeldete Nutzer ===
Nachfolgend werden Anpassungen der Darstellung vorgenommen. Gegenüber dem [[OptiYummy-Update_1.35_auf_1.39#Ausblenden_von_Links_fuer_nicht_angemeldete_Nutzer|letzten Update]] wurde hier eine Vereinfachung vorgenommen und alles in LocalSettings.php definiert.

'''Ausblenden von Registerkarten für nicht angemeldete Nutzer'''

Die nachfolgende Funktion kann ans Ende von '''LocalSettings.php''' eingefügt werden und sorgt dafür, dass entsprechende Navigationselemente für nicht angemeldete Nutzer nicht mehr angezeigt werden:
## Tabs vor nicht eingeloggten Nutzern verbergen
function efAddSkinStylesAnon( OutputPage &$out, Skin &$skin ) {
global $wgUser;
if($wgUser->isAnon()) {
$out->addInlineStyle( '#ca-history { display:none !important; }' ); // Hide history tab
$out->addInlineStyle( '#ca-viewsource { display:none !important; }' ); // Hide source tab
$out->addInlineStyle( '#ca-talk { display: none !important; }' ); // hide discuccion tab
$out->addInlineStyle( '#ca-nstab-main { display: none !important; }}' );
$out->addInlineStyle( '#ca-nstab-project { display: none !important; }' );
$out->addInlineStyle( '#ca-nstab-special { display: none !important; }' );
// zusaetzlich Werkzeuge und Navigation mit Spezialseiten ausblenden
$out->addInlineStyle( '#p-tb { display: none !important; }' );
$out->addInlineStyle( '#p-navigation { display: none !important; }' );
//gesamte Werkzeug gesamt fuer vector-2022 ausblenden
$out->addInlineStyle( '#vector-page-tools-dropdown { display: none !important; }' );
}
return true;
}
$wgHooks['BeforePageDisplay'][] = 'efAddSkinStylesAnon';

Diese Lösung ist eine abgewandelte Form eines Vorschlags aus [https://www.mediawiki.org/wiki/Topic:Qyydsoxnt44t8arl diesem Beitrag].

Gegenüber dem [[OptiYummy-Update_1.35_auf_1.39#Ausblenden_von_Links_fuer_nicht_angemeldete_Nutzer]] werden hier auch gleich Werkzeuge mit ausgeblendet. Eine Modifikation der Skin.php ist nicht mehr nötig. Auch die in Mediawiki 1.44 neue Änderung der automatisch generierte Navigationsleiste wurde deaktiviert. Hier würden sonst die Spezialseiten automatisch verlinkt. Je nach Skin befindet sich die Navigationsleiste dann bei den Werkzeugen oder im Hauptmenü.

'''Fusszeile nur mit Impressum'''
* Die Fußzeile besteht weiterhin aus Unterseiten und wurde dadurch mit der Datenbank schon korrekt importiert.
* Details und Dokumentation zu Änderungen der Fußzeile im [[OptiYummy-Update_1.35_auf_1.39#Ausblenden_von_Links_fuer_nicht_angemeldete_Nutzer]] unten.
* Die Anzahl der Seitenaufrufe wird anschließend weiterhin angezeigt.
* Eine Anpassung sollte hier in der entsprechenden Extension vorgenommen werden.
* Dazu kann in '''mediawiki_xx/app/extensions/HitCounters/includes/Hooks.php''' Zeile 198 auskommentiert werden:
//$footerItems['viewcount'] = $viewcountMsg; //viewcount nicht in footer schreiben
* '''Achtung:''' Im Gegensatz zu den anderen Anpassungen wird sich die HitCounter-Erweiterung nach einem Update vermutlich wieder zurücksetzen und muss neu angepasst werden.

== Resultat ==
* Das Mediawiki wird im aktuellen Design korrekt dargestellt. Desktop und Mobilansicht funktionieren.
* Insbesondere in der Desktopansicht können Nutzer Schriftgröße, Seitenbreite und Darkmode selbst über die Brille oben rechts nach eigenen Vorzügen konfigurieren.
* Der Monobook-Skin funktioniert weiterhin und kann einfach zentral aktiviert oder auf beliebeigen Seiten durch Ergänzen von <code>&useskin=monobook</code> am Ende der URL geladen werden.

OptiYummy-Update 1.39 auf 1.44

2025-10-17T14:15:26Z

Christoph Steinmann: /* Ausblenden von Links fuer nicht angemeldete Nutzer */ kleine Korrektur

== Vorhaben ==

Nach Supportende von Version 1.39.1 des Mediawikis sollte auch dieses System auf die neue Version umgestellt werden.
Der Prozess ist sehr ähnlich zum [[OptiYummy-Update 1.35 auf 1.39|vorherigen Update]]. Dort finden sich weitere Details und Hintergründe. Hier werden hauptsächlich Änderungen erläutert und sonstige Schritte nur kurz dokumentiert.
Es erfolgte eine komplette Neuinstallation mit anschließendem Übertragen der bisherigen Konfiguration und Inhalte.
Folgende Daten wurden zuvor gesichert:
* Kopie des '''gesamten Ordners mediawiki_ab''' (ab = alte Version) vom Server des Hosters per SFTP. Dieser Schritt ist nicht unbedingt notwendig. Die alte Installation sollte auf dem Server bestehen bleiben und Daten daraus extrahiert werden können.
* Export der Datenbank über Strato-Webseite und PhpMyAdmin. Ausführliche Informationen dazu im [[OptiYummy-Update_1.31_auf_1.35#Uebertragen_der_Inhalte|vorletzten Update]].
* '''Export der Datenbank''' über Datenbankübersicht bei Strato > Backups. Dort werden Daten zum Download per SFTP auf Port 22 bereitgestellt. (Kleinere Dateigröße als PhpMyAdmin!, Details [[OptiYummy-Update_1.35_auf_1.39#Uebertragen_der_Inhalte|siehe unten]])
* Packen des gesamten '''image-Ordners''' mit anschließendem Download des Archivs per SFTP:
cd STRATO-apps/mediawiki_ab
tar -vczhf image_backup.tgz app/images

Theoretisch wäre ein Update auch möglich (aber nicht empfohlen), wenn man nur die nötigsten Dateien sichert:
* '''Backup der Datenbank''' bei Strato per SFTP.
* Packen und sichern des aktuellen '''image-Ordners''' mit allen Dateien und Unterordnern.
* Sichern der beiden Dateien '''robot.txt''' und '''php.ini''' aus dem Ordner '''mediawiki_ab/app''', statt Sicherung des gesamten Ordners.

Für den SFTP-Zugriff wurde [https://filezilla-project.org/ FileZilla] genutzt. Kopiervorgänge und das Bearbeiten von Dateien sind damit sehr komfortabel möglich.

== Installation des MediaWiki-Systems mit STRATO-AppWizard ==
Das Web-Interface für Hosting-Pakete wird von STRATO kontinuierlich modifiziert. Diese Beschreibung entspricht dem Stand vom Oktober 2025:
* Damit eine Domain (hier: optiyummy.net) für das neue Wiki-System verwendet werden kann, darf sie nicht extern umgeleitet oder von anderen Anwendungen belegt sein! Dies ist über die Domain-Verwaltung des Webhosting-Paketes zu realisieren (interne Umleitung z.B. auf /.
* Auf der Startseite des Kundenlogin findet man unten in der Navigationsleiste den Eintrag '''WordPress & Co.'''
* Nach Wählen dieser Funktion findet man in der Kategorie '''Community-Software''' die Möglichkeit zur '''MediaWiki-Installation'''.
* Die Domäne optiyummy.net wurde infolge des Einhaltens der obigen Bedingungen in der Liste zur Auswahl angeboten
* Nach dem Ausfüllen der geforderten Angaben betätigt man "Fertigstellen":
** Administrator-Benutzername + Passwort
** Administrator E-Mail
** Titel der Webseite

Das erstellte MediaWiki-System besitzt folgende Konfiguration:
* Version 1.44.2
* Es wurde ein Ordner "/STRATO-apps/mediawiki_xx/app" (xx = neue Version) angelegt
* Danach steht ein MediaWiki-System in seiner Grundeinstellung zur Verfügung.
* Die Datenbank ist jetzt eine MariaDB. Das Vorgehen hat sich gegenüber der alten SQL-Datenbank dadurch aber zum Glück nicht verändert.

== Wiki-System individuell konfigurieren ==
Die Konfiguration des Wikis erfolgt bis zum Einspielen der alten Datenbank sehr ähnlich wie bisher. Weitere Details sind bei Unklarheiten im [[OptiYummy-Update_1.31_auf_1.35#Wiki-System_individuell_konfigurieren|letzten Update]] nachzulesen. Neuerungen und Anpassungen in dieser Version werden auf dieser Seite explizit hier erläutert.

Die folgenden Einstellungen sind in der Datei '''LocalSettings.php''' vorzunehmen, welche sich im Wiki-Verzeichnis mediawiki_xx befindet. Alle hier beschriebenen Änderungen sollten ganz am Ende der Datei im vorgesehenen bereich erfolgen. Die vordefinierten Standardeinstellungen werden dabei überschrieben, bleiben aber bei Problemen in der Datei erhalten und sind nicht verloren.

Die Konfiguration kann komplett per SSH über Kommandozeile oder die "Datei Bearbeiten"-Funktion von FileZilla per SFTP erfolgen. Dabei wird die Datei heruntergeladen, lokal unter AppData/.../FileZilla gespeichert und beim Speichern im Texteditor automatisch (nach expliziter Bestätigung) von FileZilla zurück zum Server übertragen.

* '''Server''': '''ssh.strato.de'''
* '''Benutzername''': ''Domän-Name'' (im Beispiel: '''www.optiyummy.net''')

==== Vergeben von Nutzerrechten ====
'''Wichtig:''' Standardmäßig können auch anonyme Nutzer Wiki-Seiten editieren! Deshalb sollte man als erste Aktionen die Nutzerrechte ändern.

##----------------------------------------------------------
## Benutzerverwaltung
## Nur noch angemeldeten Benutzern das Bearbeiten erlauben
$wgGroupPermissions['*']['edit'] = false;
## Neuanmeldungen verbieten
$wgGroupPermissions['*']['createaccount'] = false;
## Anlegen neuer Seiten nur für angemeldete Nutzer
$wgGroupPermissions['*']['createpage'] = false;
## Anlegen neuer Diskussionen nur für angemeldete Nutzer
$wgGroupPermissions['*']['createtalk'] = false;
## Verstecken der Edit-Section-Links vor nichtangemeldeten Nutzern
$wgDefaultUserOptions['editsection'] = false;
## Ausschalten der Links auf IP-Diskussionsseiten rechts oben
$wgShowIPinHeader = false;

Es wird ein Creative Commons Lizenzmodell für die Inhalte benutzt. Zulässig ist folgende Verwertung der Inhalte:
* Verteilung: kopieren, verbreiten und öffentlich Aufführen
* Modifikation: Anpassung der Inhalte an die eigene Arbeit
* Kommerzielle Verwertung
Unter der Bedingung:
* der Namensnennung des Autors oder des Lizenzsgebers,
* ohne den Eindruck zu erwecken, bei der Verwertung Unterstützung erhalten zu haben.
Dazu sind folgenden Variablen in '''LocalSettings.php''' zu ergänzen:
$wgRightsUrl = "https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/";
$wgRightsText = "Creative Commons";
$wgRightsIcon = "https://i.creativecommons.org/l/by/3.0/88x31.png";

==== Indizierung durch Suchmaschinen reglementieren ====
Man sollte für Suchmaschinen die zuvor aus dem alten Wiki gesicherte Datei '''robots.txt''' in den Ordner mediawiki_xx/app kopieren. Weitere Hinweise dazu im [[OptiYummy-Update_1.31_auf_1.35#Indizierung_durch_Suchmaschinen_reglementieren|vorletzten Update]].

==== Anpassen des Erscheinungsbildes ====
'''Wahl eines Skins'''
* Standardmäßig ist in der Version 1.44 der Skin "vector-2022" eingestellt.
* Für dieses Update wurde der moderne Skin beibehalten.
* Alle Einstellungen sind auch mit dem alten Skin "monobook" kompatibel und gestet. Dieser könnte über <code>$wgDefaultSkin = "monobook";</code> wieder aktiviert werden.
* Durch Einfügen folgender Zeilen in '''LocalSettings.php''' kann man "vector-2022" geeignet konfigurieren:
##Anpassungen fuer Vector-2022 Skin
# Hauptmenue per default in Sidebar anpinnen fuer eingeloggte user, leider nciht fuer anonym verfuegbar
$wgVectorDefaultSidebarVisibleForAuthUsers = true;
$wgVectorDefaultSidebarVisibleForAnonUsers = true;
$wgDefaultUserOptions['vector-main-menu-pinned'] = 1;
$wgDefaultUserOptions['vector-page-tools-pinned'] = 0;
$wgDefaultUserOptions['vector-toc-pinned'] = 1;
$wgDefaultUserOptions['vector-appearance-pinned'] = 0;
# Responsive mobile aktivieren
$wgVectorResponsive = true;
# Darkmode als Option aktivieren, Standard bleibt heller Modus
$wgVectorNightMode['logged_out'] = true;
$wgVectorNightMode['logged_in'] = true;
# fuer darkomde css des vector-2022 anpassen:
function efDisableLogoInversion( OutputPage &$out, Skin &$skin ) {
$out->addInlineStyle( '.mw-logo-container { filter: none !important;' ); // class mw-logo-container nicht invertieren
}
$wgHooks['BeforePageDisplay'][] = 'efDisableLogoInversion';

Wie den Kommentaren zu entnehmen ist werden folgende Anpassungen und Konfigurationen am Skin vorgenommen:
* Für Authentifizierte Nutzer werden Hauptmenü und Inhaltsverzeichnisse standardmäßig angepinnt. Die Nutzer können dies individuell anpassen. Für Annoynme Nutzer ist leider keine Voreinstellung möglich.
* Responsive Design für die mobile Ansicht wird aktiviert. Bei Bedarf kann dies auf Ausgabegeräten durch die Option "Desktopwebseite anzeigen" im Browser deaktiviert werden.
* Darkmode wird als Option aktiviert. Standardmäßig ist dieser nicht aktiv, kann aber vom User eingeschaltet werden.
* Für den Darkmode wird eine Funktion ergänzt, die verhindert, dass das Logo des Wikis farblich invertiert wird.

'''Eigenes Logo und Favicon'''
* Die erforderlichen Daten kommen später aus dem importierten image-Ordner. Zu Testzwecken können Sie jetzt schon in den noch leeren Ordner kopiert werden.
* Alternativ kann man auch warten, bis der gesamte Ordner wieder hergestellt wurde (siehe unten). Dann funktionieren nachfolgende Änderungen nicht sofort. Alternativ kann auch jetzt schon der gesamte Ordner importiert werden.
* Einfügen in '''LocalSettings.php''':

## Eigenes Logo 135x135 Pixel einbinden
$wgLogos = [
'1x' => "/images/logo.gif",
'icon' => "/images/logo.gif",
'wordmark' => [
'src' => "/images/wordmark.png",
'width' => 135,
'height' => 40,
],
];
$wgFavicon = "/images/favicon.ico";

* Das neue Array enthält einen Eintrag ''''icon'''' für das Logo im Vector-2022 Skin. monobook greift auf den alten Wert 1x zu.
* Zusätzlich wurde das wordmark ergänzt, um die Wiedererkennbarkeit, insebsondere in der mobilen Ansicht zu erhöhen. Hier wird das Icon nicht angezeigt. Das wordmark wurde neu erstellt und in den images-Ordner hochgeladen.
* Die neue Variante ist eine Kombination des Arrays für das große Logo und '''$wgFavicon''' für die Anzeige im Browsertab.

* Achtung: Die Darstellung der Bilder funktioniert nur, wenn der Direktzugriff im image-Ordner durch die .htaccess-Datei erlaubt ist. Dazu die alte Datei mit einfügen bzw. gleich komplett mit dem gesicherten image-Ordner importieren.

==== Hochladen von Dateien konfigurieren ====
Für das Wiki-System muss man die Konfiguration der Datei-Größe und die zu verwendende Verzeichnis-Struktur über '''LocalSettings.php''' vornehmen. Dazu folgende Konfiguration anfügen:
$wgEnableUploads = true;
$wgMaxUploadSize = 1024*1024*200; # 200MB
$wgUploadSizeWarning = 1024*1024*10; # 10MB
$wgUseImageResize = true;
$wgUseImageMagick = true;
$wgImageMagickConvertCommand = "/usr/bin/convert";
$wgFileExtensions = array( 'png', 'gif', 'jpg', 'jpeg', 'zip', 'pdf', 'hlp', 'swf', 'wmv', 'svg' );
##fix for thumbnail error 25:
$wgMaxImageArea = 3e7;
$wgMaxShellMemory = 1024000;
$wgMaxShellFileSize = 204800;
## Directories images/archive, images/thumb and images/temp werden automatisch angelegt!
$wgHashedUploadDirectory = false; # nicht Bilder-Verzeichnisstruktur "/a/ab/foo.png" verwenden

* Außerdem muss man die zuvor gesicherte Datei '''php.ini''' in das Wurzelverzeichnis des Wiki-Systems speichern (dort, wo auch '''LocalSettings.php''' liegt).

== Uebertragen der Inhalte ==
Hintergründe und Details zu den hier verwendeten Methoden finden sich wieder im [[OptiYummy-Update_1.31_auf_1.35#Uebertragen_der_Inhalte|letzten Update]]. Aktuelle Änderungen sind mit aufgeführt. Zunächst die wichtigsten Schritte zum Sichern des Vorgängersystems:

''' Sichern der Datenbank:'''
* Das kompakteste Backup der Datenbank kam aus dem Strato-eigenen Backupsystem.
* Der Zugriff erfolgt über die '''Weboberfläche > Datenbanken und Webspace > Datenbankverwaltung > Backups anzeigen''' (entsprechende Datenbank des alten Wikis wählen)
* Man wählt anschließend "'''Sichern und herunterladen'''" für die aktuellste Version. '''Achtung:''' Sehr kurzfristige Änderung <24h sind unter Umständen noch nicht enthalten!
* Strato stellt anschließend Zugangsdaten für einen '''SFTP-Server (Port: 22)''' bereit. Der Download kann z.B. per FileZilla erfolgen.
* Das erzeugte Archiv ist nur etwa halb so groß wie beim Export über PhpMyAdmin.

'''Bilder:'''
Vor dem erneuten Einlesen der Datenbank sollte spätestens jetzt die alten Bilddateien wieder hinzugefügt werden.

* Umbenennen des bestehenden image-Ordners (z.B. image_original). Dieser kann dann später gelöscht werden.
* Zum Einfügen des zuvor exportierten, archivierten Ordners gibt es verschiedene Wege. Wegen der großen Datenmenge ist der direkte Weg über SFTP sehr zeitaufwändig.
* Schneller ist es, das erzeugte Archiv hochzuladen und per SSH (z.B. mit PUTTY) auf dem Server selbst zu entpacken.
* Der hier beschriebene Weg ist dabei nicht der schnellste, beugt aber Fehlern bei mangelnder Erfahrung im Umgang mit den Consolen-Programmen vor. Eine große Menge Bilder vom falschen Ort wieder sauber zu entfernen kann sonst unter Umständen aufwändig sein.
* Zunächst wird das '''Archiv per SFTP''' auf den '''Server''' in ein freies Verzeichnis geladen, hier im Beispiel /TEMP.
* Dort kann man das Archiv ohne Risiko mit seiner bestehenden Ordnerstruktur entpacken:
cd TEMP
tar -xpf image_backup.tgz
* Anschließend kopiert man nur den image-Ordner und dessen Inhalt an die korrekte Stelle im neuen Wiki-System:
cd ..
cp -rp TEMP/app/images STRATO-apps/mediawiki_xx/app
* Die Dateien in /TEMP kann man löschen.

'''Erneutes Einlesen der Datenbank:'''
* Zur Sicherheit sollte man die Original-Datenbank der "nackten" Installation mit PhpMyAdmin sichern. Diese ist nur bei unvorhergesehenen Fehlern nötig, dann aber evtl. hilfreich.
* Seit Version 1.35 werden den Datenbankeinträgen Präfixe vorangestellt. Diese mussten dann beim Import ergänzt werden.
* Bei einem Update auf Version 1.39 muss man nicht unbedingt die Datenbankeinträge anpassen, sondern kann in der neuen '''LocalSettings.php''' das Präfix entsprechend der bereits bestehenden Datenbank definieren (Am Ende der Datei einfügen):
## Datenbank mit altem Praefix einbinden
# MySQL specific settings
$wgDBprefix = "ab12_";
* '''Achtung:''' Der Platzhalter '''ab12_''' ist durch das korrekte Präfix zu ersetzen.
* Die entpackte '''*.sql''' Datei sollte man für den erneuten Import dann in den neuen Ordner '''mediawiki_xx''' hochladen (dort entpacken ist per Kommandozeile natürlich auch möglich).
* In diesem Ordner führt man dann per SSH folgenden Befehl mit den entsprechenden Zugangsdaten der Datenbank aus:
mysql -h rdbms -u BENUTZERNAME -pPASSWORT dbxxxxxx < optiyummy_export.sql
* Achtung: hierbei steht links die neue Datenbank des frisch installierten Wikisystems und rechts die exportierte Datei der alten. '''Kein Leerzeichen vor dem Passwort der Datenbank!'''

Die Datenbank-Strukturen der Versionen 1.39 und 1.44 sind unterschiedlich. Deshalb muss bei jedem MediaWiki-Update auch ein Update der Datenbank erfolgen:
* Die fehlerhaften Datenbank-Einträge für die aktuelle Version 1.44 werden durch Ausführen des [https://www.mediawiki.org/wiki/Manual:Update.php '''Update-Script'''] im Web-Browser generiert nach Aufruf von:
<nowiki> https://www.optiyummy.net/mw-config/index.php </nowiki>
# Bestätigen der Spracheinstellungen mit '''Weiter'''.
# Wert des '''$wgUpgradeKey''' für das vorhandene Wiki als Aktualisierungsschlüssel eingeben (ohne die ""), danach '''Weiter'''.
# MediaWiki-Tabellen aktualisieren mit '''Weiter''' bestätigen.
Nach dem Datenbankupdate kann die Setupseite verlassen werden. Danach läuft das MediaWiki wie gewünscht mit den portierten Inhalten.

== Weitere Anpassungen ==
Im [[OptiYummy-Update_1.31_auf_1.35#Druckversion_der_Seiten_anpassen|vorherigen Update]] musste die Druckversion der Seite angepasst werden. Diese Änderung ist scheinbar nicht mehr notwendig.
=== Extensions ===
Für die genutzten Erweiterungen finden sich Hinweise im [[OptiYummy-Update_1.31_auf_1.35#Weitere_Anpassungen_des_Erscheinungsbildes|letzten Update]]. Prinzipiell ist es ausreichend die aktuellen Quelldateien herunterzuladen und jeweils den entpackten Ordner auf dem Server im Pfad '''/STRATO-apps/mediawiki_x/app/extensions''' hinzuzufügen. Der Ordnername entspricht dabei der Erweiterung (ohne Suffixe wie "-master" oder ähnlichem). Es empfiehlt sich die Daten lokal zu entpacken und nur den Ordner mit den eigentlichen Inhalten korrekt benannt auf den Server zu laden.

* [https://www.mediawiki.org/wiki/Extension:WikiEditor Extension:WikiEditor] → bereits in der Standardinstallation vorhanden
* [https://www.mediawiki.org/wiki/Extension:HitCounters Extension:HitCounters] → nur per git clone
* [https://www.mediawiki.org/wiki/Extension:EmbedVideo Extension:EmbedVideo] → nur per git clone
* [https://www.mediawiki.org/wiki/Extension:SimpleMathJax Extension:SimpleMathJax] → normaler Download und entpacken

* Zwei Erweiterungen ließen sich nicht mehr über den Browser herunterladen. Stattdessen kann man per SSH in das extensions-Verzeichnis auf dem Server navigieren und dort <code>git clone</code> mit den jeweils auf den Websieten der extensions angegebenen URLs ausführen.

Die Erweiterungen werden dann in '''LocalSettings.php''' eingefügt:
## Extensions:
wfLoadExtension( 'WikiEditor' );
wfLoadExtension( 'EmbedVideo' );
wfLoadExtension( 'SimpleMathJax' );
$wgSmjSize = 125;
wfLoadExtension( 'HitCounters' );

Auf der Wikiseite Spezial:Version wird angezeigt, ob die Erweiterungen erfolgreich installiert wurden.

=== Ausblenden von Links fuer nicht angemeldete Nutzer ===
Nachfolgend werden Anpassungen der Darstellung vorgenommen. Gegenüber dem [[OptiYummy-Update_1.35_auf_1.39#Weitere_Anpassungen|letzten Update]] wurde hier eine Vereinfachung vorgenommen und alles in LocalSettings.php definiert.

'''Ausblenden von Registerkarten für nicht angemeldete Nutzer'''

Die nachfolgende Funktion kann ans Ende von '''LocalSettings.php''' eingefügt werden und sorgt dafür, dass entsprechende Navigationselemente für nicht angemeldete Nutzer nicht mehr angezeigt werden:
## Tabs vor nicht eingeloggten Nutzern verbergen
function efAddSkinStylesAnon( OutputPage &$out, Skin &$skin ) {
global $wgUser;
if($wgUser->isAnon()) {
$out->addInlineStyle( '#ca-history { display:none !important; }' ); // Hide history tab
$out->addInlineStyle( '#ca-viewsource { display:none !important; }' ); // Hide source tab
$out->addInlineStyle( '#ca-talk { display: none !important; }' ); // hide discuccion tab
$out->addInlineStyle( '#ca-nstab-main { display: none !important; }}' );
$out->addInlineStyle( '#ca-nstab-project { display: none !important; }' );
$out->addInlineStyle( '#ca-nstab-special { display: none !important; }' );
// zusaetzlich Werkzeuge und Navigation mit Spezialseiten ausblenden
$out->addInlineStyle( '#p-tb { display: none !important; }' );
$out->addInlineStyle( '#p-navigation { display: none !important; }' );
//gesamte Werkzeug gesamt fuer vector-2022 ausblenden
$out->addInlineStyle( '#vector-page-tools-dropdown { display: none !important; }' );
}
return true;
}
$wgHooks['BeforePageDisplay'][] = 'efAddSkinStylesAnon';

Diese Lösung ist eine abgewandelte Form eines Vorschlags aus [https://www.mediawiki.org/wiki/Topic:Qyydsoxnt44t8arl diesem Beitrag].

Gegenüber dem [[OptiYummy-Update_1.35_auf_1.39#Weitere_Anpassungen|letzten Update]] werden hier auch gleich Werkzeuge mit ausgeblendet. Eine Modifikation der Skin.php ist nicht mehr nötig. Auch die in Mediawiki 1.44 neue Änderung der automatisch generierte Navigationsleiste wurde deaktiviert. Hier würden sonst die Spezialseiten automatsich verlinkt. Je nach Skin befindet sich die Navigationsleiste dann bei den Werkzeugen oder im Hauptmenü.

'''Fusszeile nur mit Impressum'''
* Die Fußzeile besteht weiterhin aus Unterseiten und wurde dadurch mit der Datenbank schon korrekt importiert.
* Details und Dokumentation zu Ändeurngen der Fußzeile im [[OptiYummy-Update_1.35_auf_1.39#Weitere_Anpassungen|letzten Update]] ganz unten.
* Die Anzahl der Seitenaufrufe wird anschließend weiterhin angezeigt.
* Eine Anpassung sollte hier in der entsprechenden Extension vorgenommen werden.
* Dazu kann in '''mediawiki_xx/app/extensions/HitCounters/includes/Hooks.php''' Zeile 198 auskommentiert werden:
//$footerItems['viewcount'] = $viewcountMsg; //viewcount nicht in footer schreiben
* '''Achtung:''' Im Gegensatz zu den anderen Anpassungen wird sich die HitCounter-Erweiterung nach einem Update vermutlich wieder zurücksetzen und muss neu angepasst werden.

== Resultat ==
* Das Mediawiki wird im aktuellen Design korrekt dargestellt. Desktop und Mobilansicht funktionieren.
* Insbesondere in der Desktopansicht können Nutzer Schriftgröße, Seitenbreite und Darkmode selbst über die Brille oben rechts nach eigenen Vorzügen konfigurieren.
* Der Monobook-Skin funktioniert weiterhin und kann einfach zentral aktiviert oder auf beliebeigen Seiten durch Ergänzen von <code>&useskin=monobook</code> am Ende der URL geladen werden.