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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur rechnergestützten Konstruktion von Bauteilen
und Bauteilsystemen.
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(Dieses
Verfahren wurde bisher für
die CAD-Software (CAD = Computer- Aided Design) SolidWorks realisiert.)
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Rechnergestütztes Entwerfen
und Konstruieren, wird aufgrund seiner bedeutenden wirtschaftlichen
Vorteile in vielen Bereichen von Planung, Darstellung und Produktion
eingesetzt. Baugruppen können
virtuell erstellt und auf Funktion, Statik, Design usw. geprüft und optimiert
werden, ohne zahlreiche reale Versuchsmodelle bauen zu müssen. Fertigungsmaschinen
können
mit den Daten von virtuellen Modellen gesteuert werden, sodass eine
flexible automatische Fertigung möglich ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
hat zum Ziel, Teile, Baugruppen und Unterbaugruppen (im folgenden
zusammenfassend als Bauteilsystemkomponenten bezeichnet) flexibler
und zeitsparender zu konstruieren.
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Das
Verfahren sollte folgende Aufgaben erfüllen:
- a)
Bauteilsystemkomponenten sollen automatisch in ein Bauteilsystem
einfügbar
sein
- b) Die eingefügten
Bauteilsystemkomponenten sollen sich in ihrer Form und Größe automatisch einer
vordefinierten Figur anpassen
- c) Die eingefügten
Bauteilsystemkomponenten sollen parametrisch ins Bauteilsystem eingebunden
sein.
- d) Bei den einzufügenden
Bauteilsystemkomponenten soll die Anzahl der parametrisch einzubindenden
geometrischen Elemente, die die Außenform der Bauteilsystemkomponenten
bestimmen, variabel sein können.
- e) Bei den einzufügenden
Bauteilsystemkomponenten soll die Möglichkeit bestehen weitere
Bauteilsystemkomponenten einzufügen.
- f) Für
die einzufügenden
Bauteilsystemkomponenten soll nach Festlegung der Bewegungsfunktion
(unbeweglich, dreh- oder schiebbar) die Verknüpfung automatisch erfolgen.
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Der
Aufbau von Bauteilsystemen erfolgt durch das Einfügen und
Verknüpfen
von Bauteilsystemkomponenten. Durch die Verknüpfung wird jeweils ein geometrisches
Element (z.B. Fläche,
Kante, Punkt) einer Bauteilsystemkomponente mit einem geometrischen
Element einer anderen Bauteilsystemkomponente „verbunden". Zwischen beiden geometrischen Elementen
wird eine Bedingung (z.B. deckungsgleich, parallel, Abstand) festgelegt.
Die Zuordnung von Bedingungen zu den Elementen erfolgt solange,
bis die gewünschte
Zuordnung (fest, schwenk- oder schiebbar) zwischen den zwei zu verknüpfenden
Bauteilsystemkomponenten erreicht ist.
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Automatisch
kann die Verknüpfung
erfolgen , wenn die programminterne Benennung der geometrischen
Elemente bekannt ist, wie in den folgenden beiden Fällen.
- Fall 1) Eine bereits eingefügte Komponente wird durch eine
Kopie von sich selbst ersetzt. Die Elemente der Kopie besitzen die
gleichen programminternen Benennungen, die zugeordnet werden können. Die
Kopie kann hierbei z.B. eine Variante mit zusätzlichen Merkmalen sein, soweit
die zu verknüpfenden
Elemente erhalten bleiben.
- Fall 2) Die zu verknüpfenden
Elemente erhalten vom Anwender eine Benennung. Dann dient die Benennung
als Identifikationsmerkmal. Nach dieser Methode können beliebige
Komponenten zugeordnet werden.
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Der
Nachteil im Fall 1: Die Verknüpfung
von verschiedenartigen Bauteilsystemkomponenten ist nicht möglich, da
sich die programminterne Benennung der geometrischen Elemente ändert.
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Der
Nachteil im Fall 2: Die Zuordnung erfolgt nur zwischen zwei Bauteilsystemkomponenten,
sodass die Möglichkeit
besteht, viele Bauteilsystemkomponenten mit einer Basiskomponente
automatisch verknüpfbar
zu machen Es besteht aber nicht die Möglichkeit, die Bauteilsystemkomponenten
beliebig untereinander zu kombinieren.
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Eine
weitere Möglichkeit
wird als Verfahren in der Offenlegungsschrift
DE 101 17 380 A1 beschrieben.
Die Bauteilsystemkomponenten sind nach diesem Verfahren kombinierbar
und werden über
die Elemente Ebene und Achse automatisch zugewiesen, wobei teilweise
die Geometriedaten der Bauteilsystemkomponenten aus Templates übernommen werden
und die abschließende
Positionierung manuell über
einen Distanzparameter erfolgt.
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Nach
diesem Verfahren erhalten alle möglichen
einsetzbaren Bauteilsystemkomponenten zu ihrer Positionierung die
gleichen Elemente (Ebene und Achse) und können damit über die Elementart und/oder
deren Bezeichnung automatisch verknüpft werden.
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Bei
diesem Verfahren erfolgt die Verknüpfung aufgrund der zweidimensionalen
Elemente Ebene und Achse und nicht wie im erfindungsgemäßen Verfahren
aufgrund einer 3-dimensionalen Referenzfigur.
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Es
ist mit keinem der genannten Verfahren möglich,
- – die Bauteilsystemkomponente
automatisch parametrisch in das Bauteilsystem einzubinden
- – die
Größe der Bauteilsystemkomponente
dem Bauteilsystem automatisch anzupassen
- – die
Bauteilsystemkomponente entsprechend ihrer Bewegungsfunktion automatisch
zu verknüpfen
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Dem
im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahren liegt die Aufgabenstellung
zugrunde, verschiedenartigste Bauteilsystemkomponenten, die häufiger in
Bauteilsystemen benötigt
werden, und deren Größen variabel
sein kann, möglichst
zeitsparend und flexibel in Bauteilsysteme einzufügen. Dabei
soll die Größe der Bauteilsystemkomponenten vom
Bauteilsystem abhängig
sein, das gesamte Bauteilsystem parametrisch bleiben und die Bauteilsystemkomponenten
sollen je nach gewählter
Bewegungsfunktion fest oder beweglich verknüpft werden.
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Lösung:
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem
Verfahren zur rechnergestützten
Konstruktion von Modellkomponenten mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und einem System mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst. Vorteilhafte
Verfahrensvarianten sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
einem Verfahren zur rechnergestützten Konstruktion
von Bauteilsystemkomponenten gemäß der Erfindung
werden die geometrischen Elemente der einzufügenden Bauteilsystemkomponenten
auf Referenzfiguren referenziert, die die äußere Form der Bauteilsystemkomponenten
bestimmen. Durch die Referenzierung wird die Größe der Bauteilsystemkomponenten
durch die Referenzfigur „steuerbar". Im Bauteilsystem
wird eine zweite Referenzfigur als „Platzhalter" eingesetzt und auf
die Bauteilsystemgeometrie referenziert und parametrisch „eingebunden". Da alle typgleichen
Referenzfiguren von einer Basis-Referenzfigur abstammen, sind die
Benennungen der geometrischen Elemente in allen typgleichen Referenzfiguren
gleich. Da die Benennungen dieser Elemente bekannt ist, kann die
Größenanpassung,
das parametrische Einbinden und eine wählbare Bewegungsfunktion zwischen
zwei Referenzfiguren automatisch erfolgen.
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Der
Vorteil dieses Verfahrens liegt in der überaus großen Flexibilität, mit der
Bauteilsystemkomponenten automatisch eingefügt und kombiniert werden können, wobei
das Bauteilsystem parametrisch bleibt.
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Einzufügende Bauteilsystemkomponenten können ihrerseits
weitere Referenzfiguren enthalten, sodass leicht sehr viele Varianten
erzeugt werden können.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann leicht nachträglich
auf bereits vorhandene Bauteilsystemkomponenten angewendet werden,
sodass diese Bauteilsystemkomponenten ebenfalls flexibel und automatisch
einfügbar
werden.
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Dies
Verfahren ermöglicht
die automatische Bauteilsystemerzeugung, wenn die Zuordnung gegebener
Bauteilsystemkomponenten zur entsprechenden Referenzfigur im Bauteilsystem
erfolgt ist.
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Die
genannten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich,
weil die Konstruktion einer Referenzfigur (neu) in die Konstruktionsarbeit eingeführt wird.
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Die
Referenzfigur ist gekennzeichnet durch die eine geometrische Figur
bestimmenden geometrischen Elemente wie z.B. Linien bzw. Kanten,
Punkte bzw. Eckpunkte, Ebenen bzw. Flächen.
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Die
Referenzfigur wird dabei als Verbindungselement zwischen Bauteilsystemkomponenten benutzt.
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Die
zu steuernden geometrischen Elemente der Bauteilsystemkomponente
und die entsprechenden geometrischen Elemente des steuernden Bauteilsystems
erhalten durch diese Konstruktion indirekt eine einheitliche Benennung
der geometrischen Elemente, die für einen automatischen Ablauf
wesentlich ist.
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Im
erfindungsgemäßen Verfahren
wird nur ein Typ von Referenzfigur eingesetzt (siehe Zeichnung 1 1, 2, 3),
grundsätzlich
können
aber verschiedene Typen von Referenzfiguren oder eine Kombination
mehrerer Typen von Referenzfiguren eingesetzt werden. Wesentlich
ist, dass beim automatischen Einfügen von Bauteilsystemkomponenten
die Benennung der geometrischen Elemente der zu verknüpfenden
Referenzfiguren bekannt ist und sich die Elementtypen miteinander
verknüpfen
und parametrisch aufeinander beziehen lassen.
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Die
Referenzfigur hat einen variablen Aufbau und kann (beliebig) erweitert
werden, damit auch Bauteilsystemkomponenten mit unterschiedlich
vielen zu steuernden geometrischen Elementen eingefügt werden
können.
Als Beispiel ist in Zeichnung 1 die Referenzfigur in verschiedenen
Ausbaustufen dargestellt (1, 2, 3) und die darauf referenzierbaren Bauteilsystemkomponenten
(übrige Abbildungen).
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Die „steuernde" Referenzfigur von
zwei miteinander zu verbindenden Referenzfiguren muss mindestens
so viele geometrische Elemente besitzen wie in der „gesteuerten" Referenzfigur gesteuert
werden sollen, kann aber mehr geometrische Elemente besitzen, wenn
auch das Einfügen
von Referenzfiguren mit mehreren zu steuernden geometrischen Elementen
möglich
sein soll.
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Die „steuernde" Referenzfigur kann
neben der Größe auch
die Form der zu steuernden Referenzfigur und damit die Grundform
der davon abhängigen
Bauteilsystemkomponenten steuern. Dabei kann die Form der zu steuernden
Referenzfigur nur in der Weise geändert werden, dass die Kantenlängen und
die von den Kanten gebildeten Winkel veränderbar sind. Diese Möglichkeit
besteht nur, wenn die von der gesteuerten Referenzfigur abhängige Bauteilsystemkomponente
so flexibel aufgebaut ist, das sie auch in der Form veränderbar
ist.
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Für die Festlegung
der Bewegungsfunktion (schieb- oder drehbar) einer Bauteilsystemkomponente
enthalten die Referenzfiguren zusätzlich eine Ebene und einen
funkt oder Linie. Die Ebene legt die Bewegungsebene fest, der Punkt
den Drehpunkt bzw. die Linie die Schiebrichtung.
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Werden
Bauteilsysteme ausschließlich
aus Referenzfiguren zusammengebaut, können diese mit jeder beliebigen
zur Verfügung
stehenden Bauteilsystemkomponente verbunden werden, so dass alte möglichen
Kombinationen, nach der Zuordnung von Bauteilsystemkomponenten zur
Referenzfigur, automatisch erzeugt werden können.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird im folgenden weiter anhand eines Konstruktionsbeispiels und
der zugehörigen
Zeichnungen erläutert, wobei
diese Darstellung lediglich der Veranschaulichung dient und die
Erfindung hierauf nicht einschränken
soll.
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Das
Konstruktionsbeispiel enthält
folgende Teile:
- – einen Schrankkorpus ohne
Inneneinteilung
- – zwei
Schrankinneneinteilungen bestehend aus Referenzfiguren
- – eine
Auswahl an einfügbaren
Bauteilsystemkompanenten, die bereits auf eine Referenzfigur referenziert
sind
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Zeichnung
1: Varianten eines Referenzfigurentyps (1, 2, 3) mit unterschiedlich vielen
geometrischen Elementen (Erweiterungen) und die darauf referenzierbaren
Bauteilsystemkomponenten (Schrankkomponenten)
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Zeichnung
2: Zuordnung der Schrankinneneinteilung 1 (4 bis 4.3)
und der Schrankinneneinteilung 2 (4.4 bis 4.6)
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Zeichnung
3: Zuordnung der Schrankkomponenten zur Schrankinneneinteilung (5 bis 5.4) und Zuordnung der Türfüllung zur Schrankkomponente
Rahmentür
(6 bis 6.2)
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Zeichnung 1:
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Perspektivische
Darstellung von Varianten eines Referenzfigurentyps (1, 2, 3). Die
unterschiedlichen Erweiterungen einer Referenzfigur sind nötig, um
die unterschiedlichen Schrankkomponenten darauf referenzieren zu
können.
Für Bauteilsystemkompanenten
mit einfacher Grundform wie z.B. Einlegeböden (1.1) oder Türfüllungen (1.2) reicht in der Regel die Referenzierung
auf den Basiskörper
der Referenzfigur.
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Der
Schubkasten (2.1) benötigt dagegen
für die
separate „Steuerung" von Blendenteil
und Kastenteil eine zusätzliche „Erweiterung".
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Die
Schrankinneneinteilung 1 (3.1)
und die Schrankinneneinteilung 2 (3.2) besitzen zwei „Erweiterungen" damit alle dargestellten
Bauteilsystemkomponenten darauf referenziert werden können.
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Zeichnung 2 (oben):
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Veranschaulichung
der Verfahrensschritte in perspektivischer Darstellung. Der Schrankkorpus (4) ist in keine übergeordnete
Referenzfigur eingebunden und ist das steuernde Bauteilsystem für alle einzufügenden Bauteilsystemkomponenten.
Im Schrankinnenraum des Schrankkorpus ist eine Referenzfigur parametrisch „eingebunden" (nicht dargestellt),
d.h. sie ist auf die Schrankinnenraumgeometrie referenziert, sodass
eine Änderung
in den Schrankabmessungen auch die Referenzfigur mit „anpassen" würde.
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Dem
Schrankkorpus wird als erstes die Bauteilsystemkomponente Schrankinneneinteilung 2 (4.1) zugeordnet (4.2) und in der Größe angepasst
(4.3). Die Bauteilsystemkomponente
Schrankinneneinteilung 2 besteht aus insgesamt sechs Referenzfiguren,
eine rahmenbildende Referenzfigur (nicht dargestellt), Fach (a)
oben links, Trennwand, Fach (b) oben rechts, Einlegeboden und Fach
(c) unten. Die rahmenbildende Referenzfigur „steuert" bei einer Größenänderung alle übrigen Referenzfiguren.
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Die
Zuordnung von Schrankinneneinteilung 2 zum Schrankkorpus
erfolgt, indem die rahmenbildende Referenzfigur der Schrankinneneinteilung 2 mit
der Referenzfigur des Schrankinnenraums verknüpft wird (Bewegungsfunktion
fest) und auf diese referenziert wird. Die Referenzierung bewirkt,
dass alle Referenzfiguren, die auf der rahmenbildenden Referenzfigur
der Schrankinneneinteilung referenziert sind, nun von der Geometrie
des Schrankinnenraum abhängen.
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Zeichnung 2 (unten):
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Der
angepassten Referenzfigur 4.3 (b), die
das untere Fach der Schrankinneneinteilung 2 bildet, wird
die rahmenbildende Referenzfigur (nicht dargestellt) von Imneneinteilung 1 zugeordnet (4.5) und in der Größe angepasst
(4.6). Auch bei der
Inneneinteilung 1 sind alle Referenzfiguren auf die rahmenbildende
Referenzfigur referenziert, so dass auch hier bei einer Veränderung
der rahmenbildenden Referenzfigur die nachgeordneten Referenzfiguren
mit angepasst werden. Die Größenaufteilung
der 3 Fächer
und 2 Einlegeböden
innerhalb der rahmenbildenden Referenzfigur wird über Parameter
festgelegt.
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Die
Unterteilung der Schrankinneneinteilung kann solange fortgesetzt
werden, bis die gewünschte Schrankinneneinteilung
erreicht ist.
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Zeichnung 3 (oben):
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Im
Schrankinnenraum (5)
sind nun insgesamt 12 Referenzfiguren eingefügt, die lediglich der automatischen
Steuerung dienen. Jeder dieser Referenzfiguren könnte eine Schrankkomponente zugeordnet
werden. Da die Referenzfiguren teilweise ineinander liegen, erhalten
nur die Referenzfiguren eine Schrankkomponente zugewiesen, die ein
Fach oder einen Einlegeboden darstellen. In gleicher Weise, wie
die Schrankinneneinteilungen zugeordnet wurden, werden die Schrankkomponenten
Schubkasten (5.2), Tür (5.3), und der Einlegeboden
(5.1) zugeordnet. 5.4 zeigt den Schrankkorpus
mit den eingefügten
Schrankkomponenten, die entsprechend ihrer Bewegungsfunktion eingefügt wurden.
Die Schrankkomponenten können auch
aus komplexeren Baugruppen bestehen.
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Die
eingefügten
Bauteilsystemkomponenten können
ihrerseits weitere Referenzfiguren enthalten.
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Zeichnung 3 (unten):
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Den
Rahmentüren
(6) wird eine bestimmte
Türfüllung (6.1) zugewiesen, die ebenfalls
nach der Positionierung in der Größe angepasst wird.
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Das
fertige Bauteilsystem (6.2)
ist parametrisch, die Außenabmessungen
des Bauteilsystems sowie alle in einer Referenzfigur festgelegten Parameter,
die nicht über
geometrische Beziehungen gesteuert werden, sind über Parameter veränderbar.
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Bei
der Änderung
eines Parameters würden sich
alle davon abhängigen
Bauteilsystemkomponenten anpassen.