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Prof. Dr.-Ing. A. Belei

CAD Catia Solids

Arbeitsunterlagen

Kurbelwelle

Verfasser: Thomas Löwenthal

Hamburg 2006

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Konstruktionsbeschreibung der 6-Zylinder-Kurbelwelle mit Hilfe von

CATIA V5

0. Allgemeines

- Folgende Bezeichnungen sind für die einzelnen Bauteile einer Kurbelwelle gebräuchlich:

- Die Dokumentation beruht auf Catia V5, Release 7. Es führen oft verschiedene Möglich-

keiten und Wege zum Ziel. Die Einheit für Maßangaben ist, sofern nicht anders vermerkt,

Millimeter.

1. Erstellen der Wange

- In dem Menü START- MECHANISCHE KONSTRUKTION - PART DESIGN ein neues

CATIA Bauteil öffnen:

- Die y-z Ebene selektieren und durch Anklicken des Symbols den Skizzierer starten

Im Skizzierer soll die Grundkontur der Wange erstellt werden:

- Mit dem Kreissymbol einen Kreis k1 mit Radius 45 und Mittelpunktskoordinaten (0/0)

erstellen. Anmerkung: Über das Symbol Bedingung kann der Radius festgelegt

werden.

Einen zweiten Kreis k- 2 mit Radius 40 und Mittelpunktskoordinaten (0/52) auf die gleiche Art

und Weise erstellen

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- Dazu zunächst mit dem Kreissymbol den zweiten Kreis k2 erstellen und dann die beiden

Kreismittelpunkte von k1 und k2 durch Anpicken des Bedingungssymbols und

anschließendes Auswählen der Mittelpunkte im Abstand 52 festlegen.

- Einen dritten Kreis k3 mit Radius 120 an beliebiger Stelle mit dem Kreissymbol so erstellen,

dass er scheinbar die beiden ersten Kreise berührt. Den dritten Kreis k3 anpicken und mit

gedrückter STRG-Taste den Kreis k1 anklicken. Beide Kreise werden rot eingefärbt. Über

das Symbol für beide Kreise k1 und k3 die Bedingung Tangente im Dialogfenster

definieren:

Analog mit Kreis k2 und k3 verfahren.

- Den dritten Kreis k3 an der gelben Vertikalachse v spiegeln:

Vorgehensweise:

• Kreis 3 k3 anklicken

• Symbol für Spiegelung anklicken

• V-Achse anklicken. Ergebnis:

2.Kreis k2(0,52,40)

1.Kreis k1(0,0,45)

V-Achse

3.Kreis k3(x,y,120)

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- Trimmen der Kreise untereinander:

• Das Symbol zum Trimmen von Linien anklicken

• Zuerst Kreis 3 an einem Abschnitt zwischen k1 und k2 anpicken, dann k2 anpicken.

Folge: Kreis 3 wurde an Kreis 2 getrimmt. Entsprechend mit den anderen beiden

Kreisen verfahren, bis folgende Skizze entsteht:

- Erzeugung des Solids aus der Skizze:

• Den Skizzierer verlassen

• Im dreidimensionalen Raum einen Block mit Hilfe des Befehls Block erzeugen:

Es erscheint folgendes

Fenster:

Anmerkung:

Die Wange soll in positive x-

Richtung zeigend erzeugt

werden.

Typ: Bemaßung

Länge (Breite der Wange):

32

Profil-Auswahl: Skizze1

Mit OK bestätigen.

x

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Ansicht des Wangen – Solids nach der letzten Operation:

- Verrunden der Kanten:

Mit dem Befehl die Kantenverrundung aufrufen. Im folgenden Fenster den

Kantenradius 4 angeben. Als zu verrundende Objekte entweder die beiden Ovalkanten oder

die Seitenflächen der Wange („2 Teilflächen“) anpicken und zum Schluß mit OK bestätigen.

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- Einfügen des Wangenkoordinatensystems:

Es erweist sich später zur Definition von Richtungen als zweckmäßig, ein

Wangenkoordinatensystem einzuführen. Dazu im Menüpunkt EINFÜGEN den Unterpunkt

ACHSENSYSTEM auswählen.

Das folgende Dialogfenster zur Definition des Achsensystems einfach mit OK bestätigen.

Es wurde ein rechtshändiges Koordinatensystem im Ursprung (0/0/0) erstellt:

Die verrundete Kurbelwellenwange mit dem zusätzlichen Koordinatensystem zeigt die

folgende Abbildung:

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- Erstellen der Kröpfung

• Zunächst die Wange mit dem Befehl Rechteckmuster duplizieren

• Im Dialogfenster folgende Eingaben vornehmen:

Exemplare: 2

Abstand: 61mm

Referenzelement:

x-Achse anpicken

(= Kante 1)

evtl. Richtung

umkehren, sodass die

„Kopie“ negative x-

Werte annimmt

Mit OK bestätigen.

x-Richtung

• Erstellen des Kurbelzapfens:

Zunächst auf die Seitenfläche einer Wange klicken und den Skizzierer starten

Im Skizzierer einen Kreis mit Koordinaten k4(0,52) und Radius 32 erstellen (vgl.

nebenstehende Abbildung):

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den Skizzierer verlassen und anschließend im dreidimensionalen Raum einen Block

mit folgenden Parametern erzeugen:

Typ: bis zum letzten

Auswahl: Skizze2

Evtl. Richtung

umkehren

Mit OK bestätigen

• Verrunden des Kurbelzapfens mit den Wangen

Die Kanten a und b anklicken und mit Radius 3 mit den Wangen verrunden:

Kante a

Kante b

Ergebnis:

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• Erstellen des Hauptzapfens

Die Seitenfläche der linken Wange anklicken und im Skizzierer einen Kreis mit

Koordinaten k5(0,0) und Radius 37 erzeugen

Anschließend in den dreidimensionalen Raum

zurückkehren und mit Hilfe eines Blockes der

Länge 36 den Hauptzapfen erzeugen:

Verrunden des Hauptzapfens mit der Wange mit Radius 3:

Den Hauptzapfen mit dem Befehl Verrunden

gegenüber der Wange mit Radius 3

verrunden (siehe Abbildung). Dazu

entweder eine Kante des Zapfens oder zwei

Flächen (Wange/Zapfen) anpicken.

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• Erzeugen der Kurbelzapfenbohrung

Die Seitenfläche einer Wange anklicken und den Skizzierer starten

Im Skizzierer einen Kreis k6 mit den Koordinaten k6(0,61) und Radius 19 erzeugen:

Den Skizzierer verlassen und mit der Kreiskontur

sowie dem Befehl Tasche mit folgenden

Parametern eine Bohrung erzeugen:

Typ: Bis zum letzten

Offset: 0mm

Auswahl: Skizze 4

Mit OK bestätigen

Ansicht im Skizzierer

Ansicht beim Erzeugen der Tasche

• Verrunden der Kurbelzapfenbohrung mit den Wangenseitenflächen

Die Kanten der Bohrung gegenüber den Seitenflächen der Wangen mit Radius 0,75 verrunden.

Dazu die Kanten c und d anklicken ( )

Kante c

Kante d

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Ergebnis nach dem Verrunden:

3. Erstellen der Ölbohrung

- Zunächst im dreidimensionalen Raum mit dem Befehl Punkt zwei Punkte P1(50/-37/0)

und P2(-14,5/32/52) erzeugen, indem im Dialogfenster die Option Punkt durch Koordinaten

ausgewählt wird:

Punkt P1 Punkt P2

- Die beiden Punkte P1 und P2 durch Aufruf des Befehls Linie und anschließendes

Anpicken der Punkte miteinander verbinden.

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Anmerkung:

Im Dialogfenster Linie folgende Einstellungen vornehmen:

Linienart: Punkt-Punkt

Punkt 1: Punkt 1

Punkt 2: Punkt 2

Stützelement: Standard

- Mit dem Befehl Ebene

eine Ebene senkrecht zur Linie durch einen der beiden Punkte P1 oder P3 legen, indem im

Dialogfenster der Ebenentyp Senkrecht zur Kurve ausgewählt wird und anschließend auf

die Kurve und auf den Endpunkt geklickt wird. (vgl. Abbildung)

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- Mit dem Befehl Bohrung die Ölbohrung mit Durchmesser 5 erstellen:

• Nach Aufruf des Befehls auf die vorher erzeugte Ebene klicken

• Im Dialogfenster als Typ

Bis zum letzten

auswählen und den

Durchmesser mit 5mm

festlegen

• Mit OK die Eingaben

bestätigen

Dialogfenster beim Erstellen der

Bohrung

- Die Ölbohrung sowohl mit dem Kurbel- als auch dem Hauptzapfen mit Radius 0,75

verrunden

• Den Befehl Ausrunden

aufrufen

Kante e

Kante f

• Die beiden Körperkanten e

und f auswählen (Die zweite

Körperkante mit gedrückter

STRG - Taste anpicken) und

im Dialogfenster nach

bestätigender Anzeige

(„2 Kanten“) als

Rundungsradius 0,75

eingeben (siehe Abbildung)

• Mit OK bestätigen

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4. Erzeugen der 6-Zylinder Kurbelwelle

- Die sechs Kröpfungen der Kurbelwelle werden jeweils durch Duplizieren der Kröpfungen,

Einfügen als neuer Körper und anschließendes Transformieren in Form von Translation und

Rotation erzeugt. Nach dem Vereinigen der sechs Kröpfungen erfolgt eine abschließende

Verrundung

- Erstellen der sechs Kröpfungen

• Den Hauptkörper im Strukturbaum anklicken

Ansicht des Verzeichnisbaums mit markiertem

Hauptkörper

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• Zum Kopieren des Körpers die Tastenkombination STRG - C drücken

• Zum „unsichtbaren“ Einfügen über den bereits bestehenden Körper die

Tastenkombination STRG - V drücken. (Anmerkung: Aufgrund der Komplexität der

Körper kann das Kopieren und Einfügen etwas Zeit in Anspruch nehmen). Ergebnis: Im

Strukturbaum entsteht ein Körper 2, der im dreidimensionalen Raum allerdings mit

Körper 1 identisch ist.

• Den Körper 2 mit dem Befehl

Verschiebung um 129mm in x-

Richtung bewegen: Dazu im Dialogfenster

auf das Feld Richtung klicken und

anschließend die x-Achse des

Wangenkoordinatensystems anpicken.

Für den Abstand den Wert –129 angeben.

• Den Körper 2 um –120° drehen: Dazu den Befehl Drehung1 aufrufen. Im

Dialogfenster auf das Feld Achse klicken

und anschließen die x-Achse des

Wangenkoordinatensystems anpicken.

Als Winkel –120deg eingeben.

• Ergebnis: Es ist eine zweite Kröpfung

entstanden, die um 129mm zur ersten

versetzt sowie um 120° verdreht

angeordnet ist.

• Die dritte Kröpfung kann sowohl aus der zweiten Kröpfung durch Kopieren, Einfügen,

Translation in x-Richtung um ebenfalls 129mm und Drehung um –120° erzeugt werden

als auch aus der ersten Kröpfung durch Translation um 258mm und anschließende

Drehung um –240°. Die Vierte Kröpfung wird aus der Dritten nur durch eine weitere

- 1 Man erhält den Befehl Drehung, indem man auf den kleinen Pfeil des Befehls Verschiebung klickt und dann das

neue Symbol Drehung auswählt

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Verschiebung erzeugt, während die Fünfte aus der Vierten eine nochmalige Drehung

um –240° erfordert. Analog kann bei der letzten Kröpfung verfahren werden.

• Es sollte ein Hauptkörper entstehen, welcher aus sechs Einzelkörpern besteht:

Es müssen noch einige scharfe Kanten, im Folgenden g bis k bezeichnet, mit einem Radius von

3mm ausgerundet werden:

g h i j k

• Ein erfolgreiches Verrunden erfordert zunächst die Verschmelzung der sechs

Einzelkörper zu einem Hauptkörper

Im Strukturbaum den Körper 2 anwählen. Er erscheint farbig markiert.

Im Menü EINFÜGEN den Menüpunkt BOOLESCHE OPERATIONEN –

VEREINIGEN UND TRIMMEN auswählen (siehe Abbildung auf folgender Seite)

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Das folgende Dialogfenster mit OK bestätigen.

Ergebnis: Körper 1 und 2 sind zu einem Hauptkörper verschmolzen

Die gleiche Vorgehensweise mit den Körpern 3,4,5 und 6 wiederholen.

Aus den Einzelkörpern ist ein Gesamtkörper entstanden.

Den Befehl Ausrunden aufrufen und im Dialogfenster die zu verrundenden Kanten

angeben (Kanten g-k mit gedrückter STRG - Taste anpicken) und den Radius 3

wählen.

• Ergebnis der verrundeten Kurbelwelle:

Um das Schwungrad und die Nebenaggregate befestigen zu können, ist es notwendig,

die Kurbelwelle mit entsprechenden Flanschen zu versehen. Dies geschieht im

Folgenden.

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- Die Schwungradverbindung wird konstruiert, indem man ein Profil um seine Achse rotieren

läßt.

- Den Skizzierer aufrufen, und auf die x-z-Ebene des Wangenkoordinatensystems klicken

- Mit dem Befehl Profil eine Profilkontur mit folgenden Eckpunkten erstellen

1 P10(58/0/0) 2 P11(58 /0/37) 3 P12(97/0/37) 4 P13(147/0/32)

5 P14(147/0/28) 6 P15(149/0/28) 7 P16(149/0/30)

8 P17(169/0/30) 9 P18(172/0/27) P19(172/0/0)

Die Punkte 1 bis nacheinander anpicken und zum Schluß mit Punkt 1 das Profil schließen. 1 2 3 4 56 7 8 9

Die Punkte 1 P10(58/0/0) und P19(172/0/0) definieren eine Achse, um die das Profil

später rotieren wird. Mit dem Befehl Achse eine Achse ( Linie) erzeugen,

indem zunächst Punkt 1 angepickt und dann bei gedrückter linker Maustaste Punkt

angewählt wird (Anmerkung: Es genügt auch, eine beliebig lange horizontale Linie durch

beide Punkte zu zeichnen).

- Den Skizzierer verlassen und im dreidimensionalen Raum den Befehl Welle auswählen

Das automatisch folgende Dialogfenster mit OK bestätigen. Die Schwungradverbindung ist

somit konstruiert.

Die beiden Abbildungen verdeutlichen den Zustand nach dem Beenden des Skizzierers

bzw. nach der Erzeugung der Schwungradverbindung.

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Kante l

Dialogfenster bei der Welleerzeugung Zustand nach der letzten Operation - Der Zapfen muß nun noch mit der Kurbelwelle mit Radius 3 verrundet werden. Dazu den

Befehl Verrunden aufrufen und die Kante l anpicken. Als Rundungsradius 3mm angeben.

- Ergebnis: Ansicht des mit dem Hauptkörper automatisch verschmolzenen und verrundeten

Zapfens

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- Die Nebenaggregatseite wird in ähnlicher Weise zur Schwungradverbindung erstellt

- Wieder den Skizzierer in der x-z-Ebene starten.

- Mit dem Befehl Profil eine Profilkontur mit folgenden Eckpunkten erstellen:

1 P20(-713/0/0) 2 P21(-713/0/57) 3 P22(724/0/57) 4 P23(724/0/40)

5 P24(727/0/40) 6 P25(727/0/0) 6 5 4 3 2 1

Die Punkte 1 bis 6 nacheinander anpicken und zum Schluß mit Punkt 1 das Profil

schließen. Mit dem Befehl Achse Linie durch die Punkte 1 und 6 erzeugen.

- Den Skizzierer verlassen und im dreidimensionalen Raum wieder den

Befehl Welle auswählen. Das Dialogfenster mit OK bestätigen.

- Den Nebenaggregatflansch mit dem Hauptzapfen mit Radius 3

verrunden. Dazu den Befehl Verrunden aufrufen und die Kante m

anpicken.

Kante m

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Die folgende Abbildung zeigt, dass dem Nebenaggregatflansch noch Bohrungen zur

Momentenübertragung fehlen:

- Die Momentübertragung erfolgt durch 10 Bohrungen mit jeweils einem Durchmesser von 9

Millimetern.

Den Skizzierer mit der in der nebenstehenden Abbildung

markierten Fläche starten und in dieser Ebene einen

Kreis k7 mit Mittelpunktskoordinaten (0/48,5) und

Durchmesser 9 erzeugen

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- Ansicht der Kurbelwelle im Skizzierers:

- Den Skizzierer verlassen und im dreidimensionalen Raum eine Tasche durch den Kreis k7

definieren:

Einstellungen im Dialogfenster zur

Definition der Tasche:

Typ: bis zum letzten

Auswahl: Skizze 39

Mit OK die Eingaben bestätigen

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Ergebnis:

- Die zehn Bohrungen werden mit dem Befehl Kreismuster2 erzeugt

Im Dialogfenster der Kreismusterdefinition folgende Einstelllungen auswählen:

Parameter: Vollständiger Kranz

Exemplare: 10

Objekt für Muster: Die erstellte Tasche anpicken

Referenzelement:die x-Achse des Wangenkoordinatensystems anpicken

- 2 Den Befehl Kreismuster erhält man aus dem Befehl Rechteckmuster durch Anklicken des Pfeils

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- Die fertige Kurbelwelle zeigen die folgenden Abbildungen:

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7. Hinweise und Anmerkungen zur Zeichnungserstellung

- Allgemeines:

• Die Zeichnung wird auf einem Blatt des Formats DINA0 erstellt.

• Die Zeichnung umfasst insgesamt neun Ansichten:

Eine Ansicht der Kurbelwelle von oben (M 1:2)

Zwei Ansichten der Kurbelwelle von der Seite (M1:1)

Eine Isometrische Ansicht (M1:2)

Ein Schnitt durch die Kurbelwellenlängsachse (x-z-Ebene)

Ausgehend von dem Längsschnitt durch die Kurbelwelle zwei Detailschnitte durch

die Kröpfungen eins und sechs

Zwei Schnitte durch eine Ölbohrung zur Darstellung des wahren Durchmessers

sowie der wahren Winkel zur Kurbelwellenlängsachse

In den beiden Detailansichten werden die Kröpfungen bemaßt

Die Hauptansicht der Kurbelwelle von oben dient der Darstellung der

Kröpfungsabstände

Die Seitenansichten veranschaulichen Wangenradien bzw. Kröpfungswinkel

• In Catia V5 ist für die Zeichnungsableitung das Drafting -Modul zuständig. Es ist im

Hauptmenü unter START - MECHANISCHE KONSTRUKTION – DRAFTING zu finden.

- Zusammenfassung der Zeichnungsableitung:

• Erstellen der Vorderansicht von oben

• Für diese Ansicht ist es notwendig, sowohl das 3D- als auch das Drafting-Fenster

nebeneinander zu betreiben

Das Drafting-Modul starten (Papierformat DINA0, Leeres Blatt)

Alternative: Die Datei DINA0.CAT öffnen. Diese Datei enthält bereits ein leeres Blatt

sowie einen Zeichnungsrahmen

Im Drafting-Fenster den Befehl Vorderansicht auswählen

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In den dreidimensionalen Raum wechseln, im Strukturbaum den Hauptkörper

selektieren (ganze Welle wird eingefärbt) und die Stirnseite des

Nebenaggregatflansches anpicken. Im Drafting - Fenster erscheint eine

Seitenansicht. Mit dem Kompass (blaues Zeigersymbol) kann diese Ansicht um drei

Achsen rotiert werden, bis die Ansicht die gewünschte Form besitzt:

Die Vorderansicht selektieren und die rechte Maustaste drücken. Folgendes Menü

erscheint:

Im Unterpunkt Ansichtenpositionierung

kann festgelegt werden, ob die aktive

Ansicht frei beweglich ist oder einer

Hauptansicht zugeordnet wird.

Im Unterpunkt Eigenschaften sind für die

jeweilige Ansicht wichtige Eigenschaften

abgelegt. Dies gilt später ebenso für die

Veränderung der Eigenschaften von

späteren Bemaßungen.

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Das Menüfenster Eigenschaften hat folgenden Aufbau:

Es kann ausgewählt

werden, welche Linien zur

Geometrieaufbereitung

dargestellt werden sollen

(z. B. Mittellinien und

Achsen).

Der Maßstab der Ansicht

kann beliebig verändert

werden.

• Den Befehl Projizierte Ansicht zweimal aufrufen und zur Ortsfestlegung der neuen

Seitenansichten einmal neben die linke Seite der Vorderansicht und einmal neben die

rechte Seite klicken. Folgende Zeichnung sollte sich ergeben nachdem die

Seitenansichten auf Maßstab 1:1 vergrößert wurden:

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• Mit dem Befehl Abgesetzter Schnitt den Längsschnitt durch die Kurbelwelle

erzeugen, indem ein Schnitt entlang der Längsachse definiert wird.

Ergebnis nach der letzten Operation:

Nun können die beiden Detailansichten der äußersten Kröpfungen zur Bemaßung der

Anschlüsse erzeugt werden:

• Dazu den Befehl Detailansicht aufrufen, in die Mitte der Kröpfungen picken und

dann mit der Maus die erscheinenden Kreise soweit aufziehen, dass zwei kreisförmige

Detailansichten entstehen, welche die benötigten Details enthalten:

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• Die Isometrische Ansicht der Kurbelwelle mit Hilfe des Befehls Isometrische Ansicht

erstellen. Dazu bei aktiviertem Befehl in den dreidimensionalen Raum wechseln und die

Kurbelwelle so mit der Maus drehen, bis eine ansprechende isometrische Ansicht

entsteht. Im Strukturbaum den Hauptkörper auswählen und auf die Stirnfläche des

Nebenaggregatanschlusses picken. Im Drafting- Fenster erscheint nun die isometrische

Ansicht, welche wieder mit dem Kompaß gedreht werden kann.

Ergebnis:

• Die Ölbohrung muß so durchschnitten werden, dass der wahre Durchmesser sowie die

wahren Winkel zur Kurbelwellenlängsachse erkennbar sind.

Die beiden Schnitte werden wie folgt erzeugt:

In der Vorderansicht der Kurbelwelle die Anzeige der verdeckten Linien im

Eigenschaftsfenster der Ansicht (siehe oben) aktivieren. Die Ölbohrungen werden

sichtbar.

Eine Symmetrielinie durch die gewünschte Ölbohrung mit dem zugehörigen

Linienbefehl erstellen und anschließend abtrimmen ( ). Die Darstellung der

verdeckten Linien wieder ausschalten. Auf der so erstellen Linie einen abgesetzten

Schnitt durchführen . Die Hilfslinie in den No-Show-Bereich stellen. Der Maßstab

der Ansicht ist 1:1.

Die zweite Schnittansicht entsteht auf analogem Wege, indem in der einen

Seitenansicht der Kurbelwelle die Ölbohrungen sichtbar geschaltet werden, eine

Symmetrielinie erzeugt sowie wieder ein abgesetzter Schnitt ausgeführt wird. Die

Ansicht wird anschließend auf den Maßstab 1:2 verkleinert.

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Das Ergebnis sollte wie folgt aussehen:

• Abschließend können die einzelnen Ansichten bemaßt werden.

Zur Bemaßung stehen die verschiedensten Bemaßungstypen zur Verfügung.

Die wichtigsten sind:

Bezugsbemaßung 1

Abstandsmaß 2

Winkelmaß 3

Radienbemaßung 4

Durchmesserbemaßung 5

Fasenbemaßung 6 1 2 3 4 5 6

Durch anpicken des Maßes und klicken der rechten Maustaste können im folgenden

Menüpunkt Eigenschaften die Einstellungen der jeweiligen Bemaßung sehr detailliert

verändert werden hinsichtlich Wert, Maßlinie, Toleranzen und Darstellungsarten.

• Im Anhang befindet sich eine vollständig bemaßte Zeichnung der Kurbelwelle.

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