Entwicklung eines flexiblen IHU-Werkzeug-Konzepts zur prototypischen Herstellung von Nockenwellen

Development of a flexible IHU tool concept for the prototypical manufacture of camshafts

  • Der Konkurrenzkampf zwischen Automobilzulieferern ist ein sehr gutes Beispiel für den Wettbewerb am freien Markt. Gerade wenn es um die Vergabe von neuen Aufträgen durch die Automobilhersteller geht, schenken sich die Zulieferer nichts. Bei der Vergabe von Aufträgen geht es neben Wirtschaftlichkeit und Qualität auch um die Lieferzeiten der geforderten Bauteile. So kann es schon sein, dass man einen Auftrag nicht erhält, weil eine andere Firma schneller liefert, obwohl die Qualität schlechter und die Kosten höher sind. Just in Time ist das allbekannte Motto in der heutigen Industrie. Durch längere Lieferzeiten erhöhen sich im Endeffekt auch die Gesamtkosten für ein Endprodukt. Das gilt für fast alle Bauteile eines Fahrzeugs. Dies ist auch beim Thema Nockenwellen nicht anders. Zunächst fordert der Auftraggeber Prototypen, um Tests unter realen Bedingungen durchführen zu können. Gerade in dieser Phase werden die Nockenwellen häufig den Bedingungen angepasst und abgeändert. Der Zulieferer muss schnellstmöglich auf diese Änderungen reagieren können, um den Auftrag für das letztendliche Serienteil an Land ziehen zu können. Dies gestaltet sich oft sehr schwierig, wenn die Nockenwellen durch das Verfahren des Innenhochdruckumformens hergestellt werden. Das Werkzeug in dem die Welle hergestellt wird, muss extremen Bedingungen, die für das Innenhochdruckumformen notwendig sind, standhalten. Deswegen werden die Werkzeuge mit Hauptaugenmerk auf Steifigkeit und Festigkeit konstruiert. Dadurch ist es schwer auf geforderte Änderungen zeitnah reagieren zu könne. In dieser Diplomarbeit wurde versucht ein Kompromiss zwischen Steifigkeit und Flexibilität zu finden. Zunächst wurden die änderbaren Parameter von Nockenwellen zusammengetragen. Diese sind u.a. Nockenwinkel, Nockenkonturen und Nockenbreiten. Für jeden dieser Parameter wurden verschiedene Lösungen entwickelt. Diese wurden im Team miteinander verglichen und nach VDI 2225 Blatt 3 bewertet. Die Teillösungen wurden mittels eines morphologischen Kastens auf Zusammenführbarkeit geprüft. Daraus ergaben sich im Endeffekt inklusive der Schnittstelle zu den Werkzeugträgern 48 verschiedene Lösungen für das Gesamtkonzept, welche wiederrum nach VDI 2225 Blatt 3 miteinander verglichen und bewertet wurden. Zwei Gesamtlösungen konnten sich gegenüber den anderen durchsetzen. Beide wurden auskonstruiert, da sie verschiedene Anwendungsgebiete haben. Die letztendliche Konstruktion bietet einen guten Kompromiss zwischen Flexibilität und nötiger Steifigkeit. Eine wirkliche Einstellbarkeit der einzelnen Parameter konnte, aufgrund der im IHU herrschenden Belastungen nicht erzielt werden, vielmehr baut das Gesamtkonzept auf Austauschbarkeit. Dennoch besitzt die Konstruktion einige Vorteile gegenüber der herkömmlichen Werkzeuge für die Herstellung von Nockenwellen durch das Innenhochdruckumformen. Vor allem beim Thema Lieferzeit für Prototypen von Nockenwellen punktet das in dieser Arbeit entwickelte Werkzeug.
  • The competition between automotive suppliers is a very good example of competition in the free market. It is precisely when it comes to the award of new orders by the automotive manufacturers, the suppliers go to there limit. In addition to cost-effectiveness and quality, the assignment of orders also involves the delivery times for the required components. So it can be that one does not get an order, because another company delivers faster, although the quality is worse and the costs are higher. Just in time is the well-known motto in today's industry. Longer delivery times mean that the total costs for an end product are also increased. This applies to almost all components of a vehicle. This is also not the case with camshafts. Initially, the client requires prototypes to perform tests under real conditions. In this phase, the camshafts are frequently adapted and modified. The supplier must be able to react to these changes as soon as possible in order to be able to land the order for the final serial part. This is often very difficult when the camshafts are produced by the process of internal high-pressure forming. The tool in which the shaft is made must withstand extreme conditions necessary for internal high pressure forming. For this reason, the tools are constructed with a main focus on stiffness and strength. This makes it difficult to react promptly to any changes requested. This diploma thesis has attempted to find a compromise between stiffness and flexibility. First, the modifiable parameters of camshafts were combined. These are amongst other things, cam angles, cam contours and cam widths. Various solutions have been developed for each of these parameters. These were compared in the team and evaluated according to VDI 2225 part 3. The partial solutions were tested for mergability by means of a morphological box. This resulted in a total of 48 different solutions for the overall concept, including the interface to the tool carriers, which were compared and evaluated with each other in accordance with VDI 2225 Part 3. Two total solutions were able to prevail over the others. Both were designed as they have different fields of application. The ultimate design provides a good compromise between flexibility and stiffness. A real adjustability of the individual parameters could not be achieved, because of the stresses prevailing in the IHU, but the overall concept is based on interchangeability. However, the design has some advantages over the conventional tools for the production of camshafts by internal high pressure forming. The tool developed in this work is especially worth mentioning in terms of delivery time for prototypes of camshafts.

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Metadaten
Author:Randy Greiff
Advisor:Uwe Fischer, Gunter Riedel
Document Type:Diploma Thesis
Language:German
Name:Linamar Development Center GmbH
Gewerbering 14, 08451 Crimmitschau
Date of Publication (online):2017/08/03
Year of first Publication:2017
Date of final exam:2017/08/01
GND Keyword:Innenhochdruckumformen; Nockenwelle; Werkzeug; Prototyp; Presse
Page Number:123 Seiten, 69 Abb., 17 Tab., 18 Lit.
Faculty:Westsächsische Hochschule Zwickau / Maschinenbau und Kraftfahrzeugtechnik (bis 2018)
Release Date:2017/08/03