3 CAD-Tools zur Verbesserung der Konstruktion von Elektrofahrzeugen

Verfasst von: Dave Martin
  • 10/5/2022
  • Lesezeit : 3 min
Electric sportscar charging.

Als frühes Mitglied des Fahrzeugdesign-Teams für Amazon Prime Air war ich an der Entwicklung von elektrisch betriebenen Drohnen für die Paketzustellung beteiligt. Angesichts der von der FAA vorgeschriebenen Gewichtsbeschränkung von 55 Pfund kam ein Verbrennungsmotor für den Antriebsstrang nicht in Frage. Daher wurde unser Antriebssystem durch Batterien angetrieben.

In den letzten zehn Jahren haben sich immer mehr Branchen und Produkte der Elektrifizierung zugewandt. Unter Elektrifizierung versteht man die Entwicklung von Produkten, die mit batteriebetriebenem Strom aus erneuerbaren Quellen betrieben werden, im Gegensatz zu Stromerzeugungs- und -Übertragungssystemen, die andere Quellen wie Verbrennungsmotoren nutzen.

Vorteile der Elektrifizierung

Die Elektrifizierung bietet eine Reihe von Vorteilen, unter anderem:

  • Geringeres Gewicht. Die interne Verbrennung erfordert schwere Komponenten wie Motorblöcke aus Gusseisen oder Aluminiumlegierungen. Auch der Kraftstoff und die Kraftstoffzufuhrsysteme tragen zum Gewicht bei.
  • Weniger Geräusche. Denken Sie an Einzylinder-Zweitaktmotoren wie den Laubbläser oder Rasenmäher Ihres Nachbarn. Batteriebetriebene Produkte verursachen in der Regel weniger Lärmbelästigung.
  • Sauberer. Dies ist einer der Hauptvorteile der Elektrifizierung. Elektrofahrzeuge erzeugen keine Abgase und tragen nicht zum CO2-Ausstoß bei. Die Wärmeerzeugung für die Produktion aus erneuerbaren Quellen kann geringe bis keine CO2-Emissionen verursachen.

Bei der Elektrifizierung ist nicht alles eitel Sonnenschein. Elektrobatterien haben ihre eigenen Probleme in Bezug auf Ladezeit, Entladekapazität, Gewicht und sogar Brände. Elektrofahrzeuge haben in der Regel nicht die gleiche Reichweite wie ihre Verbrennungsmotoren mit gleichem Gewicht. Aber die Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien steigt in der Regel jedes Jahr um etwa 5%, was im Laufe der Zeit zu einer deutlichen Verbesserung führt.

Der Trend zur Elektrifizierung dürfte mit der Zeit ebenfalls zunehmen. Im August 2021 wurde in den USA eine Verordnung erlassen, wonach die Hälfte aller verkauften Fahrzeuge bis 2030 emissionsfrei sein soll. In einer kürzlich ausgestrahlten Episode von NOVA mit dem Titel "The Great Electric Airplane Race" wurden mehrere Unternehmen vorgestellt, die bemannte und unbemannte emissionsfreie Flugzeuge entwickeln. Die Elektrifizierung erstreckt sich nicht nur auf den Transport, sondern auch auf die Fertigung. Global Efficiency Intelligence hat 13 industrielle Teilsektoren identifiziert, die von der Dekarbonisierung und Elektrifizierung profitieren könnten, darunter Stahl, Aluminium, Kunststoffe, Lebensmittel und sogar die Bierherstellung.

Wie CAD die Elektrifizierung unterstützen kann

Mehrere Module der Creo-Familie können Sie bei der Entwicklung von Produkten auf Elektrobasis unterstützen.

Creo Schematics. Ein Schaltplan ist eine 2D-Darstellung der vernetzten Systeme in Ihrem Produkt. Sie können auf einer hohen Ebene mit einem Blockdiagramm beginnen und dieses zur Entwicklung eines Schaltplans verwenden. Anhand des Schaltplans können Sie herausfinden, welche Komponenten und Pins verbunden werden müssen, und die ersten Anschlüsse und Drahtstärken definieren. Die Informationen aus Ihrem Schaltplan können mit Hilfe eines Prozesses, der logischen Referenzierung genannt wird, genutzt werden, um den 3D-Routing-Prozess in Creo Parametric zu automatisieren.

Creo Cabling. Um Strom und Informationen über Ihr Produkt zu liefern, müssen Sie die Routen, Verzweigungen und Längen Ihres Kabelbaums kennen. Mit der Piping and Cabling Extension (PCX) können Sie Kabelbäume, Spulen und Drähte in Ihren 3D-Baugruppenmodellen definieren. Dieses Routing kann manuell durchgeführt werden oder, wie oben erwähnt, die Informationen aus einem 2D-Schaltplan nutzen. Anschließend können Sie die erforderlichen Fertigungsdaten wie flache Kabelbäume für die Fertigung und Tabellen für Ihre Kabelbaumläufe und Spool-Stücklisten generieren.

Clearance and Creepage Extension (CCX). Bei Amazon Prime Air hatten wir Kupferkabel mit höherem Querschnitt und höherer Spannung, die den Strom von unseren Batterien zu den Propellermotoren führten. Oft ließ es sich nicht vermeiden, dass die Signalkabel auf denselben Pfaden verliefen. Interferenzen durch Hochspannungskabel sind immer ein Problem. Das CCX bietet Analysen zur Unterstützung von Konstruktionsentscheidungen, um die richtigen Abstände zwischen den elektrischen Netzen in der Luft und entlang der Oberflächen zu gewährleisten, sowie Warnungen vor möglichen Kurzschlüssen.

Luft- und Kriechstrecken in Creo

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Der Autor

Dave Martin Dave Martin ist ein ehemaliger Creo-, Windchill- und Mathcad-Dozent und -Berater. Nachdem er PTC verlassen hatte, war er der Creo-Spezialist für Amazon; und ein Maschinenbauingenieur, Creo-Administrator und Windchill-Administrator für Amazon Prime Air. Er hat einen Abschluss in Maschinenbau vom MIT und arbeitet derzeit als Avionikingenieur für Blue Origin.