Systematik für Bauteile

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Diese Seite enthält Überlegungen für eine Systematik für Bauteile des Universal Prototyping Kit (UniPro-Kit).

Bestandsaufnahme

Zunächst ist zu klären, was für Arten von Teile mit welchen grundlegenden Eigenschaften für typischen Anwendungen benötigt werden. Damit wir nicht das Rad neuerfinden, ist es hilfreich erstmal zu recherchieren, was es an vergleichbaren Standards gibt (siehe Universal_Prototyping_Kit#Literatur_und_Links). Im Besten Fall gibt es bereits einen passenden DIN- oder ISO-Standard, auf den einfach verwiesen werden kann. Beispielsweise macht es vermutlich wenig Sinn, sich einen eigenen Standard für Schrauben auszudenken, statt auf das Metrisches ISO-Gewinde zu verweisen.

Eine Umfangreiche Liste von vorhandenen Standards und Normen, die möglicherweise zu Teilen für OSE übernommen werden könnten, steht unter Liste von möglichen OSE-Standards.

Vorhandene Open Hardware Systeme und ihre Grundmaße

Name Kurzbeschreibung Parameter
OpenBeam Extrudierte Aluminiumprofile 15x15mm, 3mm Nut, M3 Schrauben
OpenRails Schienen und Rollen für Linearbewegung, kompatibel mit OpenBeam
Makerbeam Extrudierte Aluminiumprofile 10x10mm , M3 Schrauben (siehe Profil)
Makeblock Umfangreicheres System vgl. wie Lego Technik (kompatibel aber stabiler) 8mm Raster, z.B. 8x24 und 8x8, 4mm Lochdurchmesser, M4 Schrauben
OpenStructures Allgemeines Konzept für kompatible OpenHardware 40mm Raster mit 10mm Lochabstand
Bitbeam Holzstangen, kompatibel zu Lego 5/16"x5/16" (~7,93mm), 8mm Lochraster, 4.8 mm Lochdurchmesser,
Gridbeam Quadratische Stangen für Möbel u.v.a.m 1.5"x1.5" (~38.1mm) und 1.5" Lochabstand, 5/16" (~7.93mm) Schrauben ca 70mm Länge
Gridbeam-Box Gridbeam-Variante 50mm Lochraster, 8.5mm Löcher für M8-Schrauben (bz. 6.5mm für M6)
Contraptor Aluwinkel mit Lochraster 25,4mm (1") Lochraster, 6.35mm (1/4") Löcher für 10-24er (ca. 4,8mm) Schrauben
Cheapskate Cheapskate - linear motion and bearing system based on aluminum extrusion such as 80/20 and similar, as well as one of the most common bearings, the 608 skateboard bearings

OpenStructures und Lego-Raster im Vergleich

40mm x 40mm Raster von OpenStructures (schwarz) und 8mm x 8mm Raster von Lego/Makeblock/Bitbeam (blau)

Systematik

Rahmenbedingungen und Vorgaben

1. Mit "Systematik" ist hier ein Formalismus gemeint, mit dem sich jedes beliebige Bauteil in eine Systematik einordnen lässt und mit einer eindeutigen Teil-Nr. versehen werden kann.

2. Darüberhinaus sollten aber auch noch weitere Informationen dem Bauteil beigefügt werden können, wie z.B. eine graphische Darstellung, aus der z.B. Bemaßungen hervorgehen können. Diese sollte min. in 2D vorliegen und kann aber ggflls. auch noch durch eine 3D-Version ergänzt werden. Letztere hätte den Vorteil, das vermittels einer ganzen 3D-Library von solchen Bauteilen in CAD-Programmen damit schon Geräte oder Maschinen zusammengesetzt bzw. konstruiert werden können, ehe man physikalisch auch nur ein einziges Metallteil zurechtgesägt hat. Derartige Libraries sind genau die Voraussetzung damit ein Programm wie Solidworks aus einer 3D-Konstruktion automatisch Stücklisten erstellen kann. Gleiches gilt übrigens auch für elektronische Bauteile, z.B. kann Eagle auch mit entsprechenden Elektro-Bauteile-libraries Stücklisten automatisch generieren (oder auch 3D-Darstellungen einer Schaltungs-Platine).

3. Eine andere wichtige Zusatzinformation wären eine oder mehrere Quellenangaben, d.h., wo kann man das Teil kaufen, wo in De und wo in anderen Ländern. Wie lautet dabei die BestellNr. des jeweiligen Anbieters (und , vielleicht noch als grobe Orientierung, wie war der Preis davon im Jahre 2012) ?

4. Manche Teile gibt es nicht zukaufen oder aber sind günstiger selbst anzufertigen. In diesem Fall könnte man eine Beschreibung beifügen, wie das Teil (wenns geht mit möglichst einfachen Mitteln , Stichwort: DIY-able) selbst hergestellt werden kann, dabei kann es auch mehrere unterschiedliche Verfahren geben.

5. In manchen Fällen, wo man z.B. eine gewisse erforderliche Präzision erreichen will, oder auch einfach nur größere Stückzahlen benötigt, kann es sinnvoll sein, sich ein einfaches Hilfswerkzeug oder Hilfsteil für die Selbstherstellung zu bauen, als Beispiel möchte ich hier eine Bohrlehre nennen. Diese Art von Hilfstools werde ich im folgenden als "Jig" bezeichnen. Nach meiner Vorstellung würde also ausser dem Bauteilekatalog noch parallel ein kleinerer Katalog gepflegt werden, indem solche Jigs aufgeführt werden, ev. auch mit einer Herstellungsanleitung für das Jig selbst. Auf jedenfall aber mit einer eindeutigen Jig-Nr., denn es könnte ja immerhin sein, das ein bestimmtes Jig sowohl bei der Herstellung von Bauteil X als auch von Bauteil Y eingesetzt werden kann.


Die ganze Sache besteht dann hinterher in der Praxis aus zwei wichtigen Elementen:

Das eine wäre die Systematik selbst, d.h., eine Reihe von Vorschriften, Formalismen und Listen, die in etwa dem oben gesagten entsprechen aber natürlich noch etwas detaillierter ausgeführt sind und dazu dienen, ein neues Bauteil (oder ein Jig) sinnvoll einzugliedern und ihm eine eindeutige Bauteile-Nr. zuordnen zu können.

Das andere wäre eine Datenbank in der die ganzen Bauteile und Jigs gepflegt werden. Hier könnte man sich z.B. auch zugehörige 3D-Librarys runterladen oder nachschlagen wie ein bestimmtes Bauteil entweder selbst hergestellt werden kann oder wo man es kaufen kann.




Grund-Kriterien für die Einordnung eines Bauteils: Teil-Nr. und Datenblatt

Neue Bauteile werden nach folgenden Kriterien in die Systematik eingeordnet und mit einer TeilNr. versehen:

  • Jede TeilNr. ist eindeutig
  • Mittels der TeilNr. kann ein Bauteil in einer Bauteil-Liste eindeutig indentifiziert werden
  • Die TeilNr. setzt sich aus mehreren Elementen zusammen, so dass anhand der Nr. schon ein paar grundlegende Aussagen über die Art des Bauteils abgeleitet werden können, wie etwa die Zuordnung zu einer Kategorie. Allerdings sollte dies zugunsten kompakter Teile-Nummern nicht überstrapaziert werden und liefert daher nur einen groben Anhaltspunkt.
  • Die detailliertesten Informationen über ein Bauteil sind in einem gesonderten Datenblatt enthalten.
  • Ein Datenblatt beschreibt normalerweise nur ein bestimmtes Bauteil, kann aber in Ausnahmefällen auch eine ganze Reihe von Bauteilen enthalten, welche sich nur in einem einzigen Parameter, wie etwa der Länge, unterscheiden. In diesem Falle sind aber sämtliche Teile-Nummern der einzelnen Teile auf dem Datenblatt mit aufzulisten und dem jeweiligen Wert des variablen Parameters zuzuordnen. Der Zweck besteht darin, bei der Erstellung der Datenblätter Redundanz und somit unnötigen Arbeitsaufwand zu minimieren.
  • Das Datenblatt enthält desweiteren Angaben zu Bezugsquellen oder Beschreibungen von Herstellungsverfahren sowie zu Jigs die für die Herstellung genutzt werden können.



Die TeilNr. : Zusammensetzung und formaler Aufbau

Format: XX00YY000000-ZZZ


XX (1. und 2. Stelle): 2 Grossbuchstaben des Alphabets welche die Kategoriengruppe aus der Kategorienliste (in fortlaufender Reihenfolge) bezeichnen, also, z.B. "Endlos-Profile"

00 (3. und 4. Stelle): Zahl zwischen 01 und 99, welche die Hauptkategorie bezeichnet, also z.B. "L, U, C, I - Profile"


YY (5. und 6. Stelle): Grossbuchstaben des Alphabets, welche die speziellere Subkategorie wenn möglich in Mnemonischer Weise bezeichnen, also z.B. "WI" für Winkelprofil.


000 (7. bis 9. Stelle): Zahl zwischen 01 und 999, welche fortlaufend vergeben wird und Bauteile bezeichnet, die der gleichen Subkatgorie angehören, aber unterschiedliche Maße aufweisen, also z.B. ein Winkelprofil mit den Maßen 20x20x3mm vs. 40x40x4mm.

000 (10. bis 12. Stelle): Zahl zwischen 01 und 999, welche fortlaufend vergeben wird und einen variablen Parameter nummeriert, wie etwa die Länge.


- (13. Stelle): Ein Trennungsstrich, als konstantes Formatierungselement


ZZZ (14. bis 16. Stelle): Grossbuchstaben des Alphabets, welche ein Materialkürzel enthalten, also etwa "HOL" für Holz, "ALU" für Aluminium, "POM" für Delrin.


Der Trennungsstrich und das Materialkürzel sind in der Umgangsprache optional und können nach Ermessen auch weggelassen werden, sind aber im Datenblatt natürlich Pflicht. Anhand dieses Kürzels können somit Bauteile mit exakt gleichen Abmessungen aber unterschiedlichen Materialien eindeutig nummeriert bzw. unterschieden werden.

Der variable Parameter ist ebenfalls optional und kann insbesondere, wenn das Bauteil eh nur in einer bestimmten Abmessung, also ohne variable Reihe, vorhanden ist, auch weggelassen werden.

Die Bauteile-Nr. "XX00YY000000-ZZZ" ist unbelegt und dient zum einen als Formatangabe, kann aber auch in Stücklisten vorab als Dummy eingesetzt werden, der dann später gegen die richtige BauteileNr. ausgetauscht werden sollte.



Das Datenblatt

Das Datenblatt ist tabellarisch in mehrere Felder unterteilt, denen folgende Funktionen zukommen:


Bauteile-Nr.: Eindeutige Bezeichnung eines Bauteils, also z.B. AA01WI001001-ALU . Diese Nummer ist auch gleichzeitig der Name des Datenblattes und wird auch als dessen Dateiname verwendet.

Bezeichnungstext: Name bzw. Beschreibung des Bauteils in Textform. Kann aus einer Hauptbezeichnung nebst einigen Parametern bestehen, also z.B. Winkelprofil, 25x25x3mm, 25mm lang"

Reihentabelle: Tabelle mit Variationen dieses Bauteils in einem Parameter, also etwa der Länge. Die Tabelle enthält die Bauteile-Nummern, sowie den Wert des variablen Parameters, also z.B.

                       AA01WI00101-ALU          25mm
                        AA01WI00102-ALU          50mm
                        AA01WI00103-ALU          75mm
                        AA01WI00104-ALU         100mm
                        AA01WI00105-ALU         125mm
                        AA01WI00106-ALU         150mm
                        ... (usw.)

Das Materialkürzel kann dabei weggelassen werden, gilt aber implizit. Bei mehreren Varianten wird die kleinste Größe als Datenblattname bzw. Bauteile-Nr. des ersten Feldes verwendet.


2D-Zeichnung: Eine oder mehrere 2D-Zeichnungen, d.h., ggflls. in verschiedenen Ansichten. Darin sind alle erforderlichen Maßangaben enthalten.


3D-Zeichnung: Eine perspektivische Darstellung des Bauteils als optionale Ergänzung. Maßangaben können enthalten sein, müssen aber nicht.


2D- und 3D-Dateinamen: Falls die 2D- oder 3D-Zeichnung separat als CAD-Datei oder auch nur als Darstellung wie etwa .jpg-Datei existiert. Anhand des Suffix können verschiedene Dateiformate unterschieden werden. Der oder die Dateinamen sollten als Präfix sowas wie "2D_" oder "3D_" enthalten, sowie den Datenblattnamen falls das Datenblatt nur ein Bauteil enthält oder falls bei einer Reihe alle Varianten des Bauteils in der Datei enthalten sind. Falls die Varianten einer Reihe in mehreren Dateien dargestellt sind, dann werden hierbei in den Dateinamen die jeweiligen Bauteile-Nummern der Varianten verwendet. Bei darstellenden Dateien wie .jpg oder .png kann im Namen auch noch die Auflösung, also etwa 1024x768 mit angegeben werden. Die Dateinamen werden regulär unterhalb der Darstellung als Beschriftung mit angegeben.

Thumbnails: Für Katalogauswahl- bzw. Browsing-Zwecke könnte auch noch eine verkleinerte Darstellung mit erstellt und angegeben werden, deren genaues Format noch festzulegen ist.


Bezugsquellen:


Herstellungsverfahren:


Jigs:


... tbc.



Die Kategorienliste

Die Kategorienliste ist eine vordefierte Liste mit den wichtigsten Kategoriengruppen, Hauptkategorien und Subkategorien von Bauteilen. Mit ihrer Hilfe lassen sich neue Bauteile schonmal zumindest grob in eine bestimmte Richtung einordnen und umgekehrt später die Suche nach einem bestimmten Bauteil systematisch eingrenzen.


A. Endlos-Profile:

AA. L, U, C, I - Profile

AB. Quadrat- und Rechteck-Rohre

AC. Rundrohre

AD. T-Slot 20mm

...


B. Verbindungsstücke:

BA. Winkelverbindungsbleche

BB. Rohrverbinder

BC. Gelenke

BD. Scharniere

...


C. Grundplatten

CA. Quadrat, Rechteck, jeweils 2, 4, und 6 Lochreihen

CB. Platten mit umgebogenen Rändern

CC. Dreieck- und Trapezartige Formen

CD. Runde Platten

CE. Kreissektorplatten

CF. Nutengrundplatten

CG Halter- und Adapter-Platten

...


D. Kleinteile

DA. Schrauben, Muttern

DB. Unterlegscheiben

DC. Madenschrauben

DD. Nutensteine

DE. Druck- und Zugfedern

...


E. Achsen und Zubehör

EA. Wellen

EB. Gewindestangen

EC. Kugellager und Lagerböcke

ED. Stellringe und Stellklötze

EE. Flansche

EF. Wellen-Kupplungen

EG Gleitlager ...


F. Räder und Rollen

FA. Räder

FB. Laufrollen

FC. Lochscheibenrad

...


G. Getriebeteile

GA. Zahnräder

GB. Kegelzahnräder

GC. Kronräder

GD. Schnecken

GE. Pulleys und Zahnriemen

GF. Ritzel und Ketten

...


H. Motoren und Zubehör

HA. Steppermotoren

HB. Servos

HC. Schalter

...


I. Elektronik

IA. uC-Controller

IB. Sensoren

...

Literatur und Links

Referenz Beschreibung
[1] Auflistung aller DIN-Normen bei Wikipedia
[2] Bauteilekatalog von Maedler, in dem auch u.a. DIN-Bauteile gelistet sind
[3] Maedler bei Sketchup Warehouse
[4] Maedler bei Cadenas
[5] Hersteller-orientierter Bauteilekatalog
[6] Hersteller-orientierter Bauteilekatalog
[7] CAD-Library
[8] Norelem, Anbieter von Normbauteilen
[9] eBook zur Einführung in die DIN-Normen
[10] "How to build with Gridbeam", eBook von Phil Jergenson,Richard Jergenson,Wilma Keppel
[11] "Box Beam Sourcebook", eBook von Phil Jergenson,Richard Jergenson. (Tip: Enthält u.a. auch tolle Entwürfe von elektrischen Fahrzeugen, teils mit Solarbetrieb)