Arbeitsbereich Sketcher - Dokumentation zu FreeCAD

Diese Seite basiert auf dem offiziellen FreeCAD-Wiki Arbeitsbereich Sketcher und hat das Ziel, verständlicher zu sein.

Einleitung

Symbol des
Arbeitsbereiches
Sketcher

Im Arbeitsbereich Sketcher erstellt man 2D-Skizzen, die in anderen Arbeitsbereichen benötigt werden, z.B. in PartDesign, Arch ua.

Auf diesen Seiten wird nur die Zusammenarbeit mit PartDesign behandelt.

Wenn Sie eine technische Zeichnung erstellen wollen, sind Sie im Arbeitsbereich TechDraw besser aufgehoben. Sketcher ist dafür nicht geeignet.

Tipps

Wer nicht gerne am Bildschirm liest, sollte es mit dem Smartphone versuchen.
Sketcher mit einer Schritt-für-Schritt-Anleitung kennenlernen: → Tubenwickler.

Verwendete Begriffe

Auf diesen Seiten umfasst der Begriff Punkt einzelne Punkte, Linienendpunkte, Mittelpunkte, Knotenpunkte usw. Ebenso ist Linie der Oberbegriff für gerade Linien, gebogene Linien, Linienzüge, Kreise usw.
Dies weicht zwar vom FreeCAD-Wiki ab, vereinfacht aber Beschreibungen.

Vorgehensweise beim Skizzieren

In PartDesign sind Skizzen Grundlage für alle komplexen 3D-Volumenelemente. Im Zusammenspiel mit dem Arbeitsbereiche Sketcher entsteht ein 3D-Volumenelement in 4 Schritten:

Das erste Element: Grundkörper

1. Neues Skizzenblatt öffnen und Skizzenebene festlegen

Arbeitsbereich PartDesign
Neues Skizzenblatt
Als Skizzenebene wählt man zunächst eine Ebene des Koordinatensystems, z.B. die xy-Ebene.
Tutorium: → Tubenwickler - Die 1. Skizze
Nach Schließen des Skizzenblattes kann man das Skizzenblatt im Koordinatensystem verschieben und drehen.
Tutorium: → Bleistiftspitzer - Messertasche

2. Skizze grob erstellen

Abb.02a grobe Skizze
eines Hammerkopfes
(xy-Ebene rund um den Nullpunkt)

Arbeitsbereich Sketcher (öffnet sich automatisch mit einer Skizze)
Die Skizze beginnt man mit einfachen Skizzengeometrien wie Linien, Rechtecken, Kreisbögen usw. und legt sie zunächst grob auf das Skizzenblatt.
Werkzeuge: → Skizzengeometrien (diese Seite)
Werkzeuge: → Skizzenwerkzeuge (diese Seite)
Tutorium: → Tubenwickler - Grundriss grob skizzieren
Konturen, die in ein 3D-Elemente umgewandelt werden sollen, müssen geschlossen sein (→ Abb.02b). Lücken oder Überschneidungen oder sternförmige Knoten im Verbund der Linien verhindern die Umwandlung (→ Abb.02a). Von dieser Regel ausgeschlossen sind → Hilfslinien.

3. Skizze einschränken

Screenshot geometrisch eingeschränkte Skizze

Abb.02b geometrische Einschränkungen
vertikal, horizontal, symmetrisch, Punkt-an-Linie

Punkte und Linien sind auf dem Skizzenblatt zunächst frei beweglich. Einschränkungen dienen dazu, die Punkte und Linien korrekt auszurichten und im Koordinatensystem zu fixieren.
Details: → Diese Seite - Freiheitsgrade, Einschränkungen und Löser
Geometrische Einschränkungen sind Punkt-an-Punkt-Bindung, Parallelität usw. ohne Maßangaben. Sie benötigen weniger Rechenkapazität als maßliche Einschränken und sind deshalb zu bevorzugen.
→ Diese Seite - geometrische Einschränkungen
Maßliche Einschränkungen kann man auch einfach Bemaßung nennen und umfassen Längen, Winkel, Mengen ...
→ Diese Seite - maßliche Einschränkungen

Abb.02c bemaßte Skizze
(=maßlich eingeschränkt)
(grün = vollständig bestimmt)
Maße können auch als Formeln eingegeben und / oder in Tabellen verwaltet werden.

4. Skizze verwerten

Abb.02d Skizze zu
3D-Volumen extrudiert

Nach Verlassen des Skizzenblattes kann man die Skizze im Arbeitsbereich PartDesign in ein 3D-Volumen umwandeln. Im einfachsten Fall lässt man die Skizze senkrecht wachsen [Aufpolstern, Extrusion, Pad] (→ Abb.02d).

Das nächste Element

Die vier Schritte Neue Skizze - grob erstellen - einschränken - in 3D umwandeln werden so oft wiederholt wie es nötig ist.

Abb.02e Skizze im Hammerkopf
(xz-Ebene)

Neues Skizzenblatt öffnen und Skizzenebene festlegen
Skizze grob erstellen
Skizze einschränken
Skizze verwerten

Abb.02f einfacher Hammerkopf

Skizzen können im Arbeitsbereich PartDesign nicht nur 3D-Volumen erschaffen (=additiv), sondern auch entfernen (=subtraktiv). Hier genügt senkrechtes Vertiefen [Tasche, subtraktive Extrusion, Pocket] (→ Abb.02f).

Freiheitsgrade, Einschränkungen und der Löser

Wenn man eine Linie in eine Skizze eingefügt hat, ist sie in Größe und Position noch beweglich. Man sagt, die Linie habe Freiheiten bzw. Freiheitsgrade [DOF = Degrees of Freedom]. Jeder Punkt hat zwei DOF (x- und y-Koordinate) und jede gerade Linie vier DOF (Vier Koordinaten ihrer Endpunkte oder zwei Koordinaten eines Endpunktes plus Länge und Richtung)...

Um die Skizze eindeutig zu definieren, müssen die Freiheiten durch Einschränkungen ersetzt werden. Das Ziel ist eine vollständig bestimmte Skizze, d.h. DOF = 0.

Einschränkungen kann man bereits beim Skizzieren vergeben, wenn man auf die Einschränkungssymbole achtet, oder man vergibt die Einschränkungen nachträglich.

Abb.03a Meldungen des Lösers

Dabei helfen die Meldungen des Lösers. Der Löser ist ein Programmteil im Hintergrund von FreeCAD und versucht, aus den Einschränkungen schlau zu werden, die wir vergeben haben. Sketcher meldet die Ergebnisse des Löser permanent (→ Abb.03a) und es ist ratsam, ständig ein Auge darauf zu haben und spätestens dann zu reagieren, wenn die Meldungen rot werden.

Sobald der Löser zufrieden und die Skizze vollständig bestimmt ist, wird sie hellgrün (→ Abb.02c, Abb.03b)

Wenn der Löser keine Lösung findet, sollte man einfach andere Einschränkungen versuchen. Manchmal findet der Löser überraschende Lösungen, leider auch nachträglich, dann hat man Pech gehabt und fängt u.U. von vorne an (Beispiel → instabile Skizzen).

Sonstiges

Je mehr Freiheitsgrade eine Skizze hat, desto schwieriger ist sie beherrschbar.
→ Skizzen so einfach wie möglich halten
→ Wenn man Linien einfügt, sollte man sie möglichst bald einschränken.

Oberfläche des Sketchers

Geplant:

Aufgaben-Paneel

Einstellungen zum Sketcher

Farben der Bildschirmdarstellung usw. ändert man in:
Menüleiste - Bearbeiten - Einstellungen - Skizze

Werkzeuge von Sketcher

Die Werkzeuge des Arbeitsbereiches Sketcher stehen in der Menüleiste und in Symbolleiste zur Verfügung:

Menuleiste - Ansicht - Symbolleisten - Skizze: Ein
Menuleiste - Sketch ... (dort findet man auch Shortcuts)

Allgemein

Allgemeine Sketcherwerkzeuge sind meistens nur wirksam, wenn kein Skizzenblatt in Bearbeitung ist, vulgo: wenn man nicht in einer Skizze ist. Beachten Sie, dass beim Verlassen eines Skizzenblattes gelegentlich automatisch der Arbeitsbereich PartDesign geöffnet wird.

Neues Skizzenblatt anlegen [Skizze, New Sketch]

Erstellt eine neues Skizzenblatt auf einer vorher ausgewählten Stützebene [Support] und geht in den Bearbeitungsmodus.
Stützebenen können sein:
- eine Ebene im Koordinatensystem
- eine Bezugsebene
- eine Fläche auf einem 3D-Modell, aber dies unterliegt dem topologischen Benennungsproblem.
Wenn keine Stützebene vorgewählt wurde, erscheint ein Dialogfenster, in dem man eine Ebene (keine Fläche) auswählen kann.
In den Eigenschaften des Skizzenblattes [Sketch Property] kann die Skizzenebene ggü. der Stützebene gedreht oder versetzt werden.
- Anwendungsbeispiel: → Bleistiftspitzer - Messertasche
- Anwendungsbeispiel: → Billarddreieck - Skizzenebene für den Flansch

Skizzenblatt öffnen [bearbeiten, Edit Sketch]

Öffnet eine vorhandene Skizze, die vorher in der Baumansicht ausgewählt wurde.
Man kann ein Skizzenblatt auch in der Baumansicht mit einem Doppelklick öffnen.
Mit dem Öffnen einer Skizze wechselt der Arbeitsbereich von PartDesign zu Sketcher.

Skizzenblatt verlassen [Leave Sketch]

Verlässt ein Skizzenblatt und wechselt wieder zum Arbeitsbereich PartDesign.

Skizzenblatt ausrichten [View Sketch]

Legt das Skizzenblatt auf die Bildschirmebene.

Skizze freilegen [Abschnitt anzeigen, Schnitt anzeigen View Section]

Öffnet vorübergehend den Blick auf die Skizzenebene, falls diese im Inneren eines Körpers verborgen ist.
Weitere Methoden: → Blick ins Innere von Körpern

Skizzenebene neu zuordnen [Skizze einer Fläche zuordnen, Map Sketch]

Löst ein Skizzenblatt von seiner bisherigen Stützebene und bindet es an eine neue Stützebene. Vorher muss man die Skizze verlassen.
Die Eigenschaften des Skizzenblattes [Sketch Property] bleiben erhalten, z.B. Versatz ggü. der Stützebene.
siehe auch: → Neues Skizzenblatt anlegen

Skizzenblatt neu zuordnen und versetzen [Skizze neu ausrichten, Reorient Sketch]

Ähnlich Skizzenblatt neu zuordnen mit den Unterschieden:
- Erlaubt zusätzlich einen Versatz senkrecht zur Stützebene
- Begrenzt Stützebenen auf die Hauptebenen des Koordinatensystems, z.B. die xy-Ebene
siehe auch: → Neues Skizzenblatt anlegen

Skizze überprüfen [Validate Sketch]

Soll Skizzen analysieren und reparieren, zB. bei der Fehlermeldung "Failed to validate broken face"
FreeCAD-Wiki: Sketcher - Skizze überprüfen

Skizzen zusammenführen [Merge Sketch]

Kopiert zwei oder mehr Skizzen und legt sie auf ein neues Skizzenblatt.
Vorgehensweise:
- Arbeitsbereich - Sketcher
- Zwei oder mehr Skizzenblätter wählen
- Skizzen zusammenführen
Das neue Skizzenblatt übernimmt die Skizzenebene der Skizze, die zuerst angeklickt wurde.
Sketcher legt das neue Skizzenblatt nicht in einen Body, ggf. muss es verschoben werden.
Die Kopien sind nicht lebend, d.h., sie ändern sich nicht, wenn sich das Original ändert.
Wenn man eine Kopie einer einzelnen Skizze möchte, kann man sie mit einem leeren Skizzenblatt zusammenführen.

Skizzenblatt spiegeln [Skizze spiegeln, Mirror Sketch]

Spiegelt ein Skizzenblatt an der X-Achse, der Y-Achse oder dem Nullpunkt seines eigenen Koordinatensystems und legt ein neues Skizzenblatt an.
Vorgehensweise:
- Arbeitsbereich - Sketcher
- Ein Skizzenblatt wählen
- Skizzenblatt spiegeln
Das neue Skizzenblatt übernimmt die Skizzenebene und das Koordinatensystem des gespiegelten Skizzenblattes.
Sketcher legt das neue Skizzenblatt nicht in einen Body, ggf. muss es verschoben werden.
Die Kopien sind nicht lebend, d.h., sie ändern sich nicht, wenn sich das Original ändert.

Skizziervorgang abbrechen [Esc, Vorgang anhalten, Stop Operation]

Beendet einen Skizziervorgang wie Linienzug, B-Spline, ...
Esc-Taste hat die gleiche Wirkung.

Skizzieren

Skizzengeometrien

Skizzengeometrien sind einfache geometrische Grundformen, aus denen eine Skizze aufgebaut wird.

Skizzenpunkt setzen [Punkt, Point]

Erstellt einen einzelnen Punkt, z.B. für den Mittelpunkt einer geraden Linie.
Position des Punktes anklicken

gerade Linie skizzieren [Strecke, Line]

Zeichnet die kürzeste Verbindung zwischen zwei Punkten.
Startpunkt und Endpunkt anklicken

Aufklappmenü Kreisbögen [Arc]

Kreisbogen aus Mittel- und Endpunkten skizzieren [Arc]
Kreisbogen aus 3 Punkten am Umfang skizzieren [3Point Arc]

Aufklappmenü Kreise [Vollkreis, Circle]

Kreis aus Mittelpunkt und 1 Punkt am Umfang skizzieren [Circle]
Kreis aus 3 Punkten am Umfang skizzieren [3Point Circle]

Aufklappmenü Kegelschnitte [Ellipse, Hyperbel, Parabel, Create Conic]

Ellipse aus Mittelpunkt und 2 Scheitelpunkten skizzieren [Ellipse By Center]
Ellipse aus 3 Scheitelpunkten skizzieren [Ellipse By 3Points]
Ellipsenbogen skizzieren [Arc Of Ellipse]
(Mittelpunkt, Scheitelpunkt, Startpunkt und Endpunkt anklicken)
Hyperbelbogen skizzieren [Arc Of Hyperbola]
(Mittelpunkt, Scheitelpunkt, Startpunkt und Endpunkt anklicken)
Parabelbogen skizzieren [Arc Of Parabola]
(Brennpunkt, Scheitelpunkt, Startpunkt und Endpunkt anklicken)

Aufklappmenü B-Splines [B-Spline]

offenes B-Spline skizzieren [BSpline]
Zeichnet ein offenes B-Spline mithilfe ihrer Kontrollpunkte.
geschlossenes B-Spline skizzieren [Periodic BSpline]
Zeichnet ein geschlossenes B-Spline mithilfe ihrer Kontrollpunkte.

Linienzug skizzieren [Polylinie, Create Polyline]

Zeichnet Klick für Klick einen verbundenen Linienzug aus mehreren einzelnen Linien.
Durch Drücken der Taste M (wie Modus) kann man während des Zeichnens zwischen verschiedenen Linienformen (gerade oder kreisförmig) und Übergängen (beliebig, tangential, rechtwinklig) durchschalten. 3x m bedeutet, dass ein tangentialer Kreisbogen folgt.

Aufklappmenü Rechtecke [Rectangles]
Alle Rechtecke liegen parallel zum Koordinatensystem.

Rechteck aus zwei Eckpunkten skizzieren [Rectangle]
Rechteck aus Mittelpunkt und einem Eckpunkt skizzieren [Rectangle Center]
Rechteck mit abgerundeten Ecken skizzieren [Oblong]
(2 gegenüberliegenden Eckpunkte anklicken)

Aufklappmenü regelmäßige Vielecke [Polygon]

Lage und Größe der Vielecke werden mit ihrem Mittelpunkt und einem Eckpunkt ausgewählt.
Achtung: Ihre Eckpunkte sind in einen Hilfskreis eingebunden und ihre Seiten sind gleich lang. Damit sind die Vielecke zwar geometrisch vollständig bestimmt, aber nicht stabil: → instabiles Sechseck

gleichseitiges Dreieck skizzieren [regelmäßiges Dreieck, Create Triangle]
Quadrat skizzieren [regelmäßiges Viereck, Create Square]
regelmäßiges Fünfeck skizzieren [Pentagon]
regelmäßiges Sechseck skizzieren [Hexagon]
regelmäßiges Siebeneck skizzieren [Heptagon]
regelmäßiges Achteck skizzieren [Octagon]
regelmäßiges Vieleck skizzieren [Regular Polygon]
Zeichnet ein regelmäßiges Polygon aus der Eckenzahl, dem Mittelpunkt und einem Eckpunkt.

Kontur eines Langlochs skizzieren [Slot]

Mittelpunkt des 1. Halbkreises und Endpunkt des 2. Halbkreises anklicken (das Symbol ist diesbezüglich missverständlich)
Ein Langloch ist eine gerade Nut mit halbrunden Stirnseiten, seine Kontur sieht aus wie eine Stadionrunde.

Skizzenwerkzeuge

Die hier gelisteten Skizzenwerkzeuge führt FreeCAD zum Teil unter Skizzengeometrien und zum Teil unter Skizzenwerkzeuge.

Skizzenwerkzeuge, die FreeCAD unter Skizzengeometrien führt, umfassen Ecken abrunden, Linien zuschneiden, Linien verlängern, Linien teilen, andere Skizzen oder Kanten aus 3D-Geometrien klonen (der Klon ist abhängig vom Original), zwischen Hilfslinien und normalen Linien umschalten

Skizzenwerkzeuge, die FreeCAD unter Skizzen-Werkzeuge führt, umfassen Spiegeln, Klonen (der Klon ist abhängig vom Original), Kopieren (die Kopie ist unabhängig vom Original) und Anordnen von Skizzen oder Teilen davon:

Ecke abrunden [Radius, Kantenverrundung, Create Fillet]

Rundet die Ecke zwischen zwei verbundenen Linien (gerade oder gebogen) ab.
Maße und Einschränkungen, die an den Eckpunkt gebunden waren, gehen verloren.
Der Radius der Abrundung kann nachträglich bemaßt werden.
Lösung: FilletConstraintPreserving

Ecke abrunden und erhalten [Einschränkungserhaltende Verrundung, Create Fillet Constraint Preserving]

Rundet die Ecke zwischen zwei verbundenen geraden Linien ab und erhält den Eckpunkt.
Maße und Einschränkungen, die an den Eckpunkt gebunden waren, bleiben erhalten!
Zeitsparendes Hilfsmittel, um Radien und 45°-Fasen schon in der Skizze anzulegen, wo sie sicher sind vor dem topologischen Benennungsproblem
Der Radius der Abrundung kann nachträglich bemaßt werden.
Beispiele:
- Tutorium: Radien in der Skizze beim Tubenwickler
- Tutorium: Fasen in der Skizze bei der Fliegenklatsche
- Wiederkehrende Aufgaben: Radien und Fasen.

Linie zuschneiden [Linie trimmen, stutzen, abschneiden, Trimming]

Entfernt ein angeklicktes Linienstück bis zur nächsten Linie.
An der Schnittstelle werden die Linien Punkt-an-Punkt bzw. Punkt-an-Linie verbunden.
Vergleiche: Extend

Linie verlängern [Kante dehnen, Extend]

Verlängert ein angeklicktes Linienstück mit dem Mauszeiger.
Vergleiche: Extend

Linie teilen [Kante trennen, Split]

Fügt in einer Linie einen Knotenpunkt ein, d.h., die Linie (gerade oder gebogen) wird in zwei Linien geteilt, die Punkt-an-Punkt verbunden bleiben.
Die meisten Einschränkungen werden beibehalten

Kante klonen [Linie kopieren, External]

Projiziert eine Kante aus dem Körper [3D-Modell, Body] lebend auf die Skizzenebene.
Lebend heißt, dass es sich um einen Klon handelt, der den Änderungen im 3D-Modell folgt.
Das Verfahren firmiert unter "parametrischer Konstruktion", unterliegt aber dem topologischen Benennungsproblem.
Vergleiche: CarbonCopy, Copy, Clone

Skizzenblatt klonen [Pause, Carbon Copy]

Klont die komplette Skizze aus einem andern Skizzenblatt [Sketch], wenn die beiden Skizzenblätter auf der gleichen oder auf parallelen Ebenen liegen.
Klon heißt, dass die Kopie den Änderungen in der originalen Skizze folgt. In der Praxis funktioniert es, wenn man Maße ändert, z.B. von 10 mm auf 12 mm. Es funktioniert nicht, wenn Linien oder Einschränkungen ergänzt oder gelöscht werden.
Im Klon kann zwischen Hilfslinien und normalen Linien umgeschaltet werden, d.h., man kann andere Teile der Skizze nutzen.
Das Verfahren firmiert unter "parametrischer Konstruktion", unterliegt aber vermutlich dem topologischen Benennungsproblem.
Vergleiche: External, Copy, Clone

Hilfslinie ein-/ausschalten [Konstruktionsgeometrie, Toggle Construction Linie]

Schaltet Linien zwischen Hilfslinie und normaler Linien um
Hilfslinien werden außerhalb der Skizze ignoriert.
Anwendungsbeispiel:
- Symmetrielinien in Skizzen, die beim Aufpolstern nicht stören sollen.

Skizzenelemente spiegeln [Symmetrie, Symmetry]

Kopiert Skizzen ganz oder teilweise durch Spiegeln an einer ausgewählten Linie.
Die Kopie übernimmt interne Einschränkungen, also z.B. eine Parallelität, wenn alle betroffenen Linien mitgespiegelt werden.
Nach dem Spiegeln sind Original und Kopie unabhängig voneinander.
Vorgehensweise
- Skizze oder Teil davon auswählen
- Spiegelachse auswählen
- Skizzeelemente spiegeln

Skizzenelemente klonen [Clone]

Klont Skizzen ganz oder teilweise.
Der Klon übernimmt interne geometrische Einschränkungen, also z.B. eine Parallelität, wenn alle betroffenen Linien mitgespiegelt werden.
Der Klon ist drehbar, sofern das Original keine horizontale oder vertikale Einschränkungen hat, die beim Klonen übernommen werden.
Bemaßungen werden durch geeignete Einschränkungen wie Gleiche Länge oder Parallelität an das Original gebunden. Der Klon ändert sich also mit dem Original, sofern keine geometrischen Einschränkungen gerändert werden.
Vergleiche: CarbonCopy, External, Copy, Clone

Skizzenelemente kopieren [Copy]

Kopiert Skizzen ganz oder teilweise.
Die Kopie übernimmt interne geometrische Einschränkungen, also z.B. eine Parallelität, wenn alle betroffenen Linien mitgespiegelt werden.
Die Kopie ist drehbar, sofern das Original keine horizontale oder vertikale Einschränkungen hat, die beim Kopieren übernommen werden.
Nach dem Kopieren sind Original und Kopie unabhängig voneinander.
Vergleiche: CarbonCopy, External, Copy, Clone

Skizzenelemente verschieben [Move]

Verschiebt Skizzenelemente.

Skizzenelemente rechteckig anordnen [Rechteckige Matrix, Rectangular Array]

Ordnet Skizzen ganz oder teilweise in einer rechteckigen Matrix angeordnet.
Vorgehensweise
- Skizzenelemente auswählen
- Skizzenelemente rechteckig anordnen
- Einstellungen in der Maske wählen (s.u.)
- Die Maus am Faden gibt Abstand und Richtung zwischen den Kopien grob vor.
- Ggf. hellblaues Gitterraster mithilfe seiner drei Maße ausrichten (vertikaler und horizontaler Abstand und ein Winkel).
Einstellungen in der Maske
- Gleiche vertikale/horizontale Abstände: ...
- Beschränkung in der Trennung:
  - Ein: Die Kopien werden an ein hellblaues Gitterraster gebunden. Dieses Gitterraster ist bemaßt und durch Ändern dieser Maße kann man das Gitter ausrichten.
  - Aus: Die Kopien sind einzeln frei beweglich.
- Klonen
  - Ein: vergleiche → Skizzenelemente klonen
  - Aus: vergleiche → Skizzenelemente kopieren
  - In beiden Fällen sind die Tochterelemente drehbar, sofern das Original keine horizontale oder vertikale Einschränkungen hat.
Komplexe Skizzen sind schwierig und kopierte Skizzenelemente aller Art erhöhen die Komplexität schnell. Man sollte deshalb immer prüfen, ob sich die Aufgabe auch anders lösen lässt, z.B. mit PartDesign - Multitransform.

B-Spline-Werkzeuge

Davon verstehe ich zu wenig, also:
FreeCAD-Wiki: Sketcher - B-Spline-Werkzeuge

2D-Einschränkungen einschließlich Maßen

Nachdem man Punkte und Linien zur Skizze hinzugefügt hat, sind sie zunächst frei beweglich. Skizzen einschränken bedeutet, Punkte und Linien gegeneinander und gegenüber dem Koordinatensystem festzulegen [Beschränken, Abhängigkeiten vergeben, Freiheiten entfernen, Constrain]. So werden die Punkte und Linien korrekt ausgerichtet und im Koordinatensystem fixiert.

Geometrische Einschränkungen

Geometrische Einschränkungen beschreiben die Anordnung von Punkten, Linien und Koordinatensystem relativ zueinander ohne Maßangaben. Sie benötigen weniger Rechenkapazität als maßliche Einschränkungen und sind deshalb zu bevorzugen.

Punkt an Punkt binden [koinzident, Coincident]

Verbindet mehrere Punkte (Skizzenpunkte, Linienendpunkte, Mittelpunkte ...) miteinander.

Punkt an Linie binden [Punkt auf Objekt, Point on Object]

Verbindet einen Punkt mit einer Linie.
Auf der Linie einschließlich ihrer Verlängerung bleibt der Punkt beweglich. Man kann auch sagen, dass der Punkt an eine Gerade bzw. einen Vollkreis gebunden ist.

Vertikal anordnen [senkrecht, lotrecht, Vertical]

Richtet eine gerade Linie senkrecht aus oder ordnet mehrere Punkte senkrecht übereinander an.

Horizontal anordnen [waagerecht, Horizontal]

Richtet eine gerade Linie waagerecht aus
oder
ordnet mehrere Punkte waagerecht nebeneinander an.

Parallel anordnen [Parallel]

Macht zwei oder mehr gerade Linien parallel zueinander.

Rechtwinklig anordnen [orthogonal, Perpendicular]

Macht zwei gerade Linien rechtwinklig zueinander
bzw.
richtet eine gerade Linie auf den Mittelpunkt eines Kreisbogens aus.
Wenn man beim Einschränken einen oder zwei Linienendpunkte beteiligt, werden diese zusätzlich Punkt-an-Linie [Point on Object] oder Punkt-an-Punkt [Konizidenz] angebunden.

Tangential anordnen [kollinear, Tangent]

macht beliebige Linien tangential
bzw.
macht gerade Linien kollinear [fluchtend, auf einer Geraden liegend]
Wenn man beim Einschränken einen oder zwei Linienendpunkte beteiligt, werden diese zusätzlich Punkt-an-Linie [Point on Object] oder Punkt-an-Punkt [Konizidenz] angebunden.

Gleiche Länge zuweisen [Equal]

Macht mehrere gerade Linien gleich lang oder
macht mehrere Radien von Kreisbögen gleich lang.
Wenn man eine gerade Linie und einen Radius gleichsetzen möchte, kann man den Radius mit einer Hilfslinie nachbilden.

Symmetrisch anordnen [Symmetric]

Macht zwei Punkte symmetrisch zu einer geraden Linie oder zu einem dritten Punkt.
Bei drei Punkten muss der mittlere Punkt zuletzt gewählt werden.

Linie fixieren [blockieren, Block]

Die Linie wird ggü. dem Koordinatensystem festgelegt.
Die Fixierung kann insgesamt gelöscht, aber nicht bearbeitet werden.
Ich benutze es, um Linien, deren genaue Maße oder Position keine Rolle spielt, schnell vollständig bestimmt zu machen.
FreeCAD-Forum zum Thema: → Block Constraint

Maßliche Einschränkungen

Maßliche Einschränkungen, die in FreeCAD dimensionale Beschränkungen heißen, beschreiben die Anordnung von Punkten, Linien und Koordinatensystem relativ zueinander ohne Maßangaben (Längen, Winkel, Mengen ...).

Maße, Formeln und Einheiten

Maße kann man auf mehrere Weisen eingeben.

Zahlen mit oder ohne Maßeinheiten
- Wenn keine Einheiten angegeben werden, setzt FreeCAD je nach Zusammenhang mm [Millimeter] oder SI-Basiseinheiten ein.
- Wikipedia: SI-Basiseinheiten
- FreeCAD-Wiki: Einheiten
Mathematische Ausdrücke [Formel, Funktion, Expression]
- FreeCAD-Wiki: FreeCAD-Wiki Ausdrücke
Werte aus Tabellen
- FreeCAD-Wiki: Arbeitsbereich Spreadsheet (Tabellenkalkulation)
Maße, die an anderer Stelle bereits verwendet wurden (s.u. → Parameter)
Kombinationen aus Zahlen, Formeln und Tabellenwerten.

Alle Maße können nachträglich bearbeitet werden.

(Parameter-)Name

Abb.03b (Parameter-)Name

Maße aus einer Skizze kann man als Parameter in andere Skizzen o.ä. lebend übernehmen. Das bedeutet, dass sich die Änderung eines Parameters automatisch auf die anderen Skizzen oder Extrusionen usw. überträgt.

Damit das Maß in einer Skizze gefunden werden kann, muss es einen (Parameter-)Namen bekommen. Dies geschieht in der Maske Länge einfügen (→ Abb.03b).

Ab FC0.20 kann man die (Parameter-)Namen in der Skizze anzeigen lassen:

Menüleiste - Bearbeiten - Einstellungen - Skizze - Anzeige - Zeige Namen der maßlichen Einschränkung ..: ein

An anderer Stelle (im selben Körper [Body]) wird ein Parameter mit dem folgenden Ausdruck gefunden:
Sketch00x.Constraints.Breite

Sketch00x steht für die Skizze, in der der Parameter benannt wurde, also Sketch oder Sketch001 oder ...
Breite ist der Name des Parameters

Referenzmaße

Abb.03c grafische Lösung
mit Referenzmaßen (blau)

Nachdem eine Skizze vollständig bestimmt ist (DOF = 0), kann man keine weiteren Beschränkungen eingeben. Will man trotzdem Maße abgreifen, die sich in der Skizze ergeben haben, kann man sie als Referenzmaße einfügen. Referenzmaße werden vom Löser ignoriert und zur Unterscheidung blau dargestellt. Sie sind vergleichbar mit Hilfsmaßen in technischen Zeichnungen, die in runden Klammern dargestellt werden.
Anwendungen von Referenzmaßen:

Kontrolle von Maßen
Grafische Lösungen geometrischer Berechnungen (→ Abb.03b)
Ergebnisse wie in Abb.03b erleichtern es, schiefe Skizzenebenen ans Koordinatensystem zu binden statt an Flächen des 3D-Modells, wo es dem topologischen Benennungsproblem unterliegt.
Wenn man dem Winkel in Abb.03b einen Namen gibt, kann man mit ihm andere Beschränkungen parametrisch steuern, z.B. die Lage einer Skizze.
Beispiele auf diesen Seiten:
- → Bleistiftspitzer - Grundkörper
- → Fliegenklatsche - Wabenmuster
- → Referenzmaße statt rechnen im Kapitel Parameter

Sketcher vs TechDraw

Auf die vielleicht geplante technische Zeichnung muss man keine Rücksicht nehmen, denn die Maße werden zwar in der Skizze festgelegt, aber später in der technischen Zeichnung neu angeordnet.

Die maßlichen Einschränkungen im Einzelnen:

Koordinaten oder Abstände bemaßen

Bemaßen X- und/oder Y-Koordinaten eines einzelnen Punktes
oder
Bemaßen Abstände in X- und/oder Y-Richtung von mehreren Punkten

XY-Maß gleichzeitig festlegen und ggf. nachträglich ändern [Sperren, Lock]
X-Maß bemaßen [Horizontaler Abstand, X-Koordinate, Distance X]
Y-Maß bemaßen [Vertikaler Abstand, Y-Koordinate, Distance Y]

Länge oder Abstand bemaßen [Sperren, Distance]

Bemaßt die Länge einer Linie oder den direkten Abstand zwischen zwei Punkten.

Durchmesser bemaßen [Diameter]

Radius bemaßen [Radius]

Radius / Durchmesser bemaßen [Radiam]

Wählt automatisch Durchmesser für Vollkreise und Radius für Kreisbögen.

Winkel bemaßen [Angle]

Bemaßt den Winkel zwischen zwei geraden Linien.
Wenn nur eine gerade Linie gewählt wurde, wird der Winkel im Koordinatensystem angegeben (zur x-Achse gegen den Uhrzeigersinn).

Snellius'sches Brechungsgesetz [Snells Law]

Schränkt zwei gerade Linien an einer dritten Linie (Grenzfläche) so ein, dass ihre Richtungen dem Snellius'schen Brechungsgesetz folgen. Das Verhältnis der Brechungsindizes ist frei wählbar.
FreeCAD-Wiki: Snellius'sches Brechungsgesetz

Einschränkungswerkzeuge

Einschränkungswerkzeuge unterstützen den Weg zu einer vollständig bestimmten Skizze.

Referenz-/Normal-Bemaßung umschalten [Referenz/treibende Einschränkung, Toggle Driving Constraint]

Schaltet zwischen Referenzbemaßung (blaue Darstellung) und einschränkender Bemaßung (rote Darstellung) um.
Wenn ein Maß in der Skizze ausgewählt ist, wird dieses umgeschaltet.
Wenn kein Maß in der Skizze ausgewählt ist, wird die die Vorgabe in der Werkzeugleiste umgeschaltet. Dies kann z.B. sinnvoll sein, wenn man mehrere Referenzmaße vergeben möchte.
Referenzmaße können sich mit der Skizze ändern und vergessen dann ihren ursprünglichen Wert.
Nicht vergesslich sind → deaktivierte Maße.
Sie auch → Referenzmaße auf dieser Seite.

Einschränkung aktiv: ein/aus [Umschalten aktive Einschränkung, Toggle Active Constraint]

Abb.04a Aufgaben-Paneel Skizze
Constraints

Schaltet die Wirksamkeit einer Einschränkung ein (rote Darstellung) bzw. aus (graue Darstellung).
Deaktivierte Einschränkungen verhindern nicht, dass die betreffenden Skizzenelemente geändert werden, aber sie nehmen ihren ursprünglichen Wert wieder an, sobald sie reaktiviert werden.
Deaktivierte Maße werden in der Grafikansicht nicht angezeigt. Man kann sie im Aufgaben-Paneel markieren, um sie zu reaktivieren (→ Abb.04a).

unterbestimmte Elemente anzeigen [Select Elements With DoFs]

Hebt Linien und Punkte in grün hervor, die noch Freiheiten (DOF) haben.
Ob eine Linie oder ihre Endpunkte hervorgehoben werden, ist für mich nicht vorhersehbar. Vermuttlich hängt dies mit dem Löser zusammen.

Einzellinien verbinden und Linienzug schließen [Form schließen, Close Shape]

Scheint mehrere unverbundene (!) Linien an ihren Endpunkten Punkt-an-Punkt [Coincident] zu verbinden und zwar in der Reihenfolge, in der die Linien ausgewählt wurden. Der Linienzug ergibt eine geschlossene Kontur.
FreeCAD-Wiki: Skizzierer FormSchließen

Einzellinien verbinden [Linien verbinden, Connect Lines]

Scheint mehrere unverbundene (!) Linien an ihren Endpunkten Punkt-an-Punkt [Coincident] zu verbinden und zwar in der Reihenfolge, in der die Linien ausgewählt wurden. Der Linienzug bleibt offen.
FreeCAD-Wiki: Skizzierer LinienVerbinden

Einschränkungen eines Elementes anzeigen [Select Constraints]

Hebt für ein gewähltes Element (Punkt oder Linie) die zugehörigen Einschränkungen hervor (grün im Grafikfenster, grau hinterlegt im Aufgaben-Paneel).

Elemente einer Einschränkung anzeigen [Select Elements Associated With Constraints]

Hebt für eine gewählte Einschränkung die zugehörigen Elemente (Punkt oder Linie) hervor (grün im Grafikfenster, grau hinterlegt im Aufgaben-Paneel).

Redundante Einschränkungen anzeigen [Select Redundant Constraints]

Abb.04a Aufgaben-Paneel Skizze
- Meldungen des Lösers

Hebt alle redundanten Einschränkungen in der Skizze hervor (grün im Grafikfenster, grau hinterlegt im Aufgaben-Paneel).
Redundante Einschränkungen ist eine Form der Überbestimmung und deshalb sind nicht zulässig.
Der Löser meldet zwar, dass Redundanzen vorhanden sind, zeigt aber nicht, wo sie liegen. Das tut dieses Werkzeug.
Alternativ kann man Automatisches Entfernen redundander Beschränkungen in den Meldungen des Lösers aktivieren (→ Abb.04b).

Widersprüchliche Einschränkungen hervorheben [Select Conflicting Constraints]

Hebt alle widersprüchlichen Einschränkungen in der Skizze hervor (grün im Grafikfenster, grau hinterlegt im Aufgaben-Paneel).

Interne Elemente entfernen bzw. ergänzen [Restore Internal Alignment Geometry]

Kegelschnitte und B-Splines nutzen interne Geometrieelemente, z.B. Haupt- und Nebenachsen von Ellipsen (graue Linien), die man auch bemaßen kann. Dieses Werkzeug entfernt diese Linien, wenn sie nicht genutzt werden, oder ergänzt sie wieder, falls sie vorher entfernt wurden..

Achsenausrichtung entfernen [Remove Axes Alignment]

Entfernt horizontale und vertikale Ausrichtungen von den ausgewählten Skizzenelementen.
Winkel und Parallelitäten zu den Achsen bleiben allerdings enthalten.

Alle Einschränkungen löschen [Delete All Constraints]

Handgranate: Zurück bleibt ein Haufen einsamer Linien und Punkte.

Virtuellen Raum für Einschränkungen wechseln [Switch Virtual Space]

Im Sketcher gibt es zwei virtuelle Räume für Einschränkungen. Standardmäßig werden alle Einschränkungen in Raum 1 gelegt, man kann sie aber auch in Raum 2 verschieben und sich den einen oder anderen Raum darstellen lassen. Wirksam bleiben die Einschränkungen in jedem Fall.
Anwendung? Weiß nich ...
FreeCAD-Wiki: Skizzierer WechselnVirtuellerRaum

Standardwerkzeuge

Standardwerkzeuge [Std Base] stehen für mehrere Arbeitsbereiche bereit:

Neue Datei erstellen [Std_New]

Datei öffnen [Std_Open]

Datei speichern [Std_Save]

Datei drucken [Std_Print]

Ausschneiden [Std_Cut]

Kopieren [Std_Copy]

Einfügen [Std_Paste]

Rückgängig [Std_Undo]

Wiederholen [Std_Redo]

Doppelklickverhalten [Std_UserEditMode]

Legt fest, welches Werkzeug aufgerufen wird, wenn man einen Doppelklick auf ein Element in der Baumansicht setzt.
Verfügbar, aber nicht für jedes Element anwendbar sind:

Automatik [Vorgabe, User Edit Mode Default]
Verschieben [User Edit Mode Transform]
Abtrennen (???) [User Edit Mode Cutting]
Farbe [User Edit Mode Color]
→ kann für jede Oberfläche einzeln gewählt werden

Aktualisieren [Std_Refresh]

Direkthilfe [Std_WhatsThis]

Bewährte Vorgehensweisen

Unabhängig von individuellen Vorlieben gibt es einige Arbeitsweisen, die das Leben erleichtern können:

Komplexe Skizzen sind eine Herausforderung und je mehr Freiheitsgrade eine Skizze hat, desto schwieriger ist sie beherrschbar.
- Skizzen so einfach wie möglich halten
- In kleinen Schritten vorgehen: Wenn man Linien einfügt, sollte man sie möglichst bald einschränken.
- Wenn möglich, mehrere einfache Skizzen verwenden statt einer komplizierten.
- Mehrfach-Anordnungen in PartDesign verlegen, wenn möglich
Profil-Skizzen, also Skizzen mit Querschnitten, die anschließend ein 3D-Modell umgewandelt werden, müssen geschlossen sein. Lücken und Überschneidungen verhindern die Umwandlung.
Geometrische Einschränkungen sind für FreeCAD einfacher als maßliche Beschränkungen, also zu bevorzugen.
Symmetrien ausnutzen! (Am Anfang war die Mittellinie, habe ich gelernt, als CAD noch mit dem Tuschestift gemacht wurde.)

Arbeitsbereich Sketcher in FreeCAD