Wo FreeCAD in den PEP eines Tier-1-Zulieferers passt
Bei Unternehmen wie Bosch, ZF, Mahle, Valeo oder Brose beginnt die Entwicklung eines neuen Antriebssystems meist lange bevor erste Serienkonstruktionen in NX, CATIA oder Creo entstehen. In frühen PEP-Phasen (Product Engineering Process) werden Konzepte bewertet, Varianten untersucht, Packaging-Studien erstellt und technische Risiken identifiziert.
Genau in diesen frühen Entwicklungsphasen kann FreeCAD interessante Vorteile bieten. Nicht als Ersatz für das spätere Serien-CAD, sondern als Werkzeug für Vorentwicklung, Konzeptentwicklung und automatisierte Variantenuntersuchungen.
Der Grund ist einfach: Bei modernen E-Bikes, E-Scootern und elektrischen Motorrädern müssen heute zahlreiche Varianten bewertet werden. Motorleistung, Getriebeübersetzung, Kühlkonzepte, Batteriekonfigurationen und Einbauräume verändern sich oft mehrfach, bevor eine Plattform freigegeben wird.
Welche Komponenten sich besonders gut für FreeCAD eignen
Bei Zweirad-Antrieben stehen vor allem Komponenten im Fokus, die viele Varianten durchlaufen.
Dazu gehören:
- Motorgehäuse
- Getriebegehäuse
- Motorhalter
- Batteriegehäuse
- Kühlkörper
- Sensorhalter
- Inverter-Gehäuse
- Kabel- und Leitungsführungen
- Prüfadapter
- Montagevorrichtungen
Gerade bei diesen Bauteilen entstehen häufig dutzende Varianten während der Konzeptphase.
Parametrische Getriebeentwicklung mit Spreadsheet Workbench
Ein typisches Problem bei Mittelmotoren ist die Abstimmung von Übersetzung, Bauraum und Lagerkonzept.
Hier kann die Spreadsheet Workbench einen Vorteil gegenüber klassischen CAD-Systemen bieten. Anstatt Maße über zahlreiche Einzelparameter zu verwalten, können Entwickler zentrale Antriebsparameter in einer Tabelle definieren und mit dem gesamten Modell verknüpfen. Änderungen an Achsabständen oder Übersetzungen aktualisieren die abhängigen Komponenten automatisch.
Für Vorentwicklungsprojekte bedeutet dies, dass verschiedene Getriebearchitekturen sehr schnell gegeneinander untersucht werden können.
Packaging-Studien für den Fahrzeugrahmen
Eine der größten Herausforderungen moderner E-Bikes besteht darin, Motor, Batterie und Elektronik innerhalb immer kompakterer Rahmen unterzubringen.
Mit der Kombination aus Sketcher, Part Design und Assembly können Entwickler unterschiedliche Packaging-Konzepte aufbauen und vergleichen.
Besonders interessant ist dabei der Top-Down-Ansatz von FreeCAD. Zunächst wird der verfügbare Bauraum im Rahmen definiert. Anschließend werden Motor, Batterie und Elektronik innerhalb dieser Hüllgeometrie entwickelt.
Dieser Workflow entspricht häufig eher der Realität moderner Zweiradentwicklung als die klassische Konstruktion einzelner Komponenten mit anschließender Integration.
Automatische Generierung von Produktfamilien
Ein aktueller Trend bei E-Bike-Antrieben sind Plattformstrategien.
Aus einer Motorplattform entstehen beispielsweise:
- 250-W-Varianten
- 500-W-Varianten
- Cargo-Versionen
- S-Pedelec-Versionen
In vielen CAD-Systemen werden solche Varianten über komplexe Konfigurationswerkzeuge verwaltet.
In FreeCAD können Entwickler stattdessen eigene Generatoren auf Basis von Python und parametrischen Modellen erstellen. Parameter wie Motordurchmesser, Gehäuselänge, Kühlrippenanzahl oder Batteriegröße können automatisch angepasst werden. Die Python-Schnittstelle und Parametrik ermöglichen dabei die direkte Automatisierung solcher Entwicklungsaufgaben.
Gerade in Innovationsabteilungen entstehen dadurch sehr kurze Iterationszyklen.
Kühlkonzepte schneller untersuchen
Mit steigender Leistungsdichte werden thermische Themen immer wichtiger.
Besonders bei:
- High-Performance-E-Bikes
- E-Motorrädern
- Cargo-Bikes
- Offroad-Antrieben
müssen Gehäusegeometrien regelmäßig angepasst werden.
Hier bietet FreeCAD einen Vorteil, weil parametrische Modelle direkt in automatisierte Simulationsworkflows eingebunden werden können. Forschungsprojekte nutzen FreeCAD bereits als Grundlage für automatisierte CAD- und CFD-Prozesse, bei denen Geometrievarianten generiert und anschließend simuliert werden.
Für Vorentwicklungsabteilungen kann dies die Anzahl untersuchbarer Kühlkonzepte deutlich erhöhen.
Prüf- und Montagevorrichtungen parallel entwickeln
Ein Bereich, der häufig übersehen wird, sind die Hilfsmittel rund um die eigentliche Produktentwicklung.
Bei Bosch, Mahle oder ähnlichen Unternehmen entstehen parallel zum Antrieb zahlreiche:
- End-of-Line-Prüfadapter
- Dichtheitsprüfungen
- Montagevorrichtungen
- Sensor-Kalibrieraufnahmen
- Prüfstandsadapter
Diese Komponenten durchlaufen oft deutlich kürzere Entwicklungszyklen als das eigentliche Produkt.
Hier kann FreeCAD besonders interessant sein, da Entwicklungsteams schnell eigene Bibliotheken und Automatisierungen für wiederkehrende Vorrichtungskonzepte aufbauen können.
Fazit
Der größte Nutzen von FreeCAD in der Zweirad-Motorisierung liegt nicht in der Serienkonstruktion eines freigegebenen Antriebssystems. Dafür kommen bei großen OEMs und Tier-1-Zulieferern meist etablierte Enterprise-CAD-Systeme zum Einsatz.
Interessant wird FreeCAD in den frühen PEP-Phasen, in denen Varianten untersucht, Plattformen entwickelt und technische Konzepte bewertet werden. Besonders die Kombination aus Spreadsheet Workbench, Part Design, Assembly und Python-Automatisierung ermöglicht Workflows, mit denen sich Packaging-Studien, Getriebevarianten, Gehäusekonzepte oder komplette Produktfamilien oft schneller entwickeln lassen als in klassischen CAD-Umgebungen, die primär für die Verwaltung freigegebener Serienprodukte optimiert wurden.
