ThyssenKrupp Presta Camshafts

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ThyssenKrupp Presta Camshafts
ThyssenKrupp Logo
Rechtsform Unternehmensgruppe
Gründung 1941
Sitz Ilsenburg, Deutschland
Leitung Frank Altag
Mitarbeiter 1.890 (2012)
Umsatz > 400 Mio. EUR (2012)
Branche Automobilindustrie
Website thyssenkrupp-presta-camshafts.com

ThyssenKrupp Presta Camshafts ist ein Teilkonzern innerhalb von ThyssenKrupp, der aus der Firma PSE hervorgegangen ist, die ursprünglich 1941 durch Oerlikon-Bührle in Liechtenstein gegründet wurde. Die Führungsgesellschaft der Gruppe ist die ThyssenKrupp Presta Ilsenburg GmbH mit ihren Sitz in Ilsenburg (Deutschland); weitere Standorte der Gruppe sind in Chemnitz, Eschen (Liechtenstein), Danville (Illinois) (USA) und Dalian (China). Neue Produktionsstätten in Ilsenburg (Deutschland), Changzhou (China) und Pocos de Caldas (Brasilien) befinden sich im Aufbau.

Die Unternehmensgruppe gehört zu den weltweit erfolgreichsten Herstellern von gebauten Nockenwellen und anderen Ventiltriebskomponenten für Verbrennungsmotoren im PKW- und LKW-Markt. Mit 1900 Mitarbeitern an fünf Standorten weltweit werden über 23 Millionen Nockenwellen pro Jahr produziert. Der Umsatz des Unternehmens im Jahr 2012 betrug über 400 Mio. €.

Organisation und Geschichte[Bearbeiten]

Darstellung eines Ventiltriebs mit Einlass- und Auslassnockenwellen

1941 gründete Oerlikon-Bührle die Firma PSE mit Fabrik und Hauptsitz in Eschen. Mit ca. 300 Mitarbeitern produzierte PSE Munitionskomponenten. Ab 1946 spezialisierte sich die Firma auf die Fertigung von Schrauben. Die erste Massivumformung für die Automobilindustrie fand 1967 statt. Die zu diesem Zeitpunkt in Presta umbenannte Firma beschäftigte sich ab 1985 zusätzlich mit der Entwicklung von Nockenwellen.

Nach dem Verkauf von Presta an Krupp 1991 wurden die Nockenwellenaktivitäten weiter vorangetrieben und die erste Serienfertigung der von Presta gebauten Nockenwellen fing in Eschen 1994 an. Gleichzeitig wurde eine neue Gesellschaft in Danville im US-Bundesstaat Illinois für Massivumformung und Nockenwellen gegründet.

Mit der Fusion der Unternehmen Thyssen und Krupp zu ThyssenKrupp im Jahr 1999 wurde Krupp Presta erneut umbenannt zu ThyssenKrupp Presta. Ein Jahr zuvor gründete Presta eine neue Gesellschaft in Ilsenburg. 2005 baute Presta ein Werk in Dalian (China) 2006 eines in Chemnitz.

Im Jahr 2007 waren weltweit etwa 5.500 Mitarbeiter in der ThyssenKrupp Presta Unternehmensgruppe beschäftigt. Allein das Werk in Ilsenburg hatte 450 Mitarbeiter, erzielte eine Produktion von 8,4 Mio. Nockenwellen und hatte sich zum größten Nockenwellenwerk der Welt entwickelt.

Bis 2007 wurden die Produkte hochpräzise Massivumformteile, Lenksysteme, gebaute Nockenwellen und Ventiltriebsysteme in der ThyssenKrupp Presta Unternehmensgruppe hergestellt. Mit der Gründung des ThyssenKrupp Presta TecCenter Ende 2007[1] wurde ThyssenKrupp Presta in die neuen Bereiche ThyssenKrupp Presta Steering und ThyssenKrupp Presta Camshafts getrennt. Die Entwicklung und Herstellung von Ventiltriebsystemen und gebauten Nockenwellen findet seit diesem Zeitpunkt unter dem Markennamen ‘ThyssenKrupp Presta Camshafts’ statt. Ihre Führungsgesellschaft ist die ThyssenKrupp Presta Ilsenburg GmbH.

ThyssenKrupp Presta Camshafts ist der Business Area ‘Components Technology’ der ThyssenKrupp AG zugeordnet.[2]

Produkte und Technik[Bearbeiten]

Gebaute Nockenwellen[Bearbeiten]

Gebaute PKW- und LKW-Nockenwellen

Die Nockenwelle spielt eine zentrale Rolle im Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors, indem sie das Öffnen und Schließen der Ein- und Auslassventile konstruktionsgerecht steuert.

Während noch heute viele Nockenwellen in einem Stück gegossen oder geschmiedet werden, bestehen gebaute Nockenwellen aus Einzelteilen, die gemeinsam auf ein Rohr montiert werden.[3] Die Idee dazu ist bereits mehr als 70 Jahre alt. Einzug in die Serienfertigung von PKW-Motoren erhielten gebaute Nockenwellen Anfang der 1990er Jahre, nachdem geeignete, kostengünstige und prozessfähige Fügeverfahren zur Verfügung standen.

Das Verfahren hat verschiedene Vorteile:

  • Gewichtseinsparung von 30 bis 40 % gegenüber einer konventionellen nicht-gebauten Nockenwelle
  • Übertragung von hohen dynamischen und statischen Drehmomenten
  • Kombination von hochwertigen Nockenwerkstoffen mit kostengünstigen Werkstoffen für die weniger beanspruchten Teile
  • Das Presta-Verfahren erlaubt die automatische 100%ige Überwachung aller wesentlichen Verfahrensparameter und geometrischen Merkmale während der Montage

Die oben genannten Vorteile der gebauten Nockenwellen, die bisher nur im PKW-Markt zu finden waren, spielen eine noch bedeutendere Rolle für LKW-Nockenwellen.[4] Die erste Serienfertigung von gebauten Nockenwellen für LKW-Anwendungen wurde am Standort ThyssenKrupp Presta Chemnitz GmbH bereits umgesetzt.

Nockenwellenmodul, gefertigt nach Presta²-Verfahren

Nockenwellenmodule mit Potential zur weiteren Bauteil-/Funktionsintegration[Bearbeiten]

Die zunehmende Technologievielfalt im Powertrain erfordert von den Motorenherstellern eine Erhöhung der Flexibilität in der Prozesskette sowie eine damit verbundene Senkung der Produktionskosten über z. B. Modularisierung oder zusätzliche Funktions-/Bauteilintegration. Diesem Trend trägt die ThyssenKrupp Presta Camshafts mit der Entwicklung von Nockenwellenmodulen (PICA – Presta Integrated Camshaft Assemblies) als auch integrierten Ölabscheidesystemen für Blow-By Gase (POSS – Presta Oil Separation System) Rechnung. Die Umsetzung des Trends wurde durch die Weiterentwicklung des bewährten Presta-Verfahrens zur Montage gebauter Nockenwelle gewährleistet (Presta²). Darüber hinaus wurden Kompetenzen im Bereich der Abscheidungsmechanismen von Partikeln in Gasen aufgebaut.

Im Gegensatz zum Stand der Technik werden bei diesem Verfahren die Nockenwellen in der Lagerstruktur (Lagerböcke oder -rahmen, Zylinderkopfhauben) mit fertigbearbeiteten Komponenten gebaut. Dabei werden die bekannten Vorteile wie beispielsweise der robuste Kraft- und Formschluss sowie die 100% Qualitätsdatenerfassung für jede Verbindung beibehalten. Da die Integration der Lagerung in die Nockenwellenmodule eine geschlossene Ausführung der Gleitlager ermöglicht, ist eine deutliche Reduktion der Reibleistung in den Lagern und somit auch Minderung der CO2-Emissionen des Verbrennungsmotors erreichbar. Eine weitere Verbesserung kann durch den optionalen Einsatz von Wälzlagern erzielt werden. Ein Beispiel dafür ist die Exzenterwelle des variablen Hubverstellsystems Valvetronic der Firma BMW.

Das integrierte Ölabscheidungssystem zeichnet sich durch einen geringeren Bauraumbedarf gegenüber Abscheidungssystemen, z.B. Zyklonabscheider/Fliesabscheider in Zylinderkopfhauben aus. Zudem stellt sich durch die Einbausituation im Motor eine geringere Vereisungsgefahr dar. Eine verbesserte Abscheidungsgüte gerade im Partikelsprektum kleiner 1 µm Teilchengröße berücksichtigt die durch DownSizing-Maßnahmen am Gesamtmotor veränderten Anforderungen an das Abscheidevermögen.

Variable Ventilsteuerung[Bearbeiten]

Concentric Cam Typ II, ermöglicht eine variable Ventilöffnungsdauer

Unter variabler Ventilsteuerung wird die Möglichkeit verstanden, Öffnungs- und/oder Schließwinkel und/oder Hub der Gaswechselventile eines Verbrennungsmotors variieren zu können. Es gibt diverse Technologien, die diese Funktionalitäten ermöglichen,[5] allerdings haben fast alle Varianten eine direkte Schnittstelle zur Nockenwelle.

Im Fall von einer einfachen Verschiebung der Nockenhubkurven einer Nockenwelle wird ein Nockenwellenversteller am Ende der Nockenwelle befestigt. Durch Zusammenarbeit mit Lieferanten von Nockenwellenverstellern lassen sich Kosten sparen und die Funktion des Nockenwellenverstellers verbessern, indem die Schnittstelle zwischen Nockenwelle und Nockenwellenversteller optimal ausgelegt wird. Unter anderem ist es möglich, den Nockenwellenversteller direkt auf die Nockenwelle während der Nockenwellenmontage zu fixieren.

Eine Erweiterung dieses Konzepts ist die ConcentricCam-Lösung (Deutsch: Nockenwelle in einer Nockenwelle). Sie ähnelt dem von Chrysler im Dodge Viper verwendeten Konzept,[6] wodurch ein Teil der Nocken fest mit der Außenwelle der Nockenwellenmontage gebunden ist und ein Teil der Nocken zu einer Innenwelle fixiert ist. Durch Verdrehung der Innenwelle relativ zur Außenwelle mittels eines Nockenwellenverstellers werden Vorteile hinsichtlich Leistungsersteigerung und Abgasreduzierung erzielt, zum Beispiel: durch Verwendung eines Miller-Zyklus. Weiterhin ist eine Variation der Ventilhuböffnungsdauer möglich, die vor allem für Dieselmotoren eine interne Abgasrückführung realisieren lässt.

Aufgrund des zunehmenden Bewusstseins bezüglich Abgasemissionen und der legislativen Notwendigkeit, den CO2-Ausstoß des Verbrennungsmotors zu reduzieren, haben auch vollvariable Ventilhubsteuerungssysteme eine große Bedeutung, insbesondere bei Ottomotoren. Wie der BMW Valvetronic[7] und FIAT MultiAir ermöglicht das PDVC-System[8] (Presta Delta Valve Control System) die Veränderung des Ventilhubs während des laufenden Motorbetriebs. Durch diese sogenannte „Entdrosselung des Motors“ und anderen Effekte werden Verbrauch und Abgasemissionen im Teillastbereich verringert.

Elektromobilität[Bearbeiten]

Schnittmodell einer gebauten Rotorwelle

Als Spezialist für Welle-Nabe-Verbindungen ist auch die Entwicklung und Fertigung von Bauteilen für elektrische Antriebe Bestandteil des Produktportfolios von ThyssenKrupp Presta Camshafts. Schwerpunkt der Entwicklung sind dabei Rotor- und Getriebewellen elektrifizierter Antriebssysteme und -achsen, die sich durch alternative Herstellungsverfahren, Werkstoffe und innovative Bauteil- und Funktionsintegrationen vom aktuellen Stand der Technik differenzieren und anhand spezifischen Zielfahrzeuganforderungen validiert sind.

Eine aus mehreren Bauteilen hergestellte, hohlzylindrische Rotorwelle befindet sich bereits im Serienanlauf mit einem Kunden. Vorteilhaft ist dabei unter anderem die Möglichkeit der Leistungsskalierung der Maschine über die Rotor- bzw. Rohrlänge. Weitere Optimierungspotentiale werden u. a. untersucht durch

  • Umsetzung von Gesamtrotoren mit gefügten Blechpaketen (am Beispiel von Rotoren permanenterregter Synchronmaschinen)
  • Integration von motoreigenen Funktionen in den Rotorhohlraum (z. B. Rotorkühlung, Sensorik)
  • Gestaltung von Getriebewellen in rein elektrischen Antriebssträngen

Synergien und innovative Ideen entstehen durch das konzerninterne Potential in der Zusammenarbeit mit der ThyssenKrupp Magnettechnik (Permanentmagnete), ThyssenKrupp Systems Engineering (Montageplanung) und ThyssenKrupp Electrical Steel (Werkstoffentwicklung hochfester Elektrobänder) als auch der Kooperation mit externen Entwicklungspartnern.

Standorte[Bearbeiten]

Fertigungshallen und Forschungs- & Entwicklungszentrum in Chemnitz

Chemnitz (Deutschland)[Bearbeiten]

  • Aktivitäten: Serienfertigung & Forschungs- und Entwicklungszentrum
  • Mitarbeiter: 160 (2012)
  • Firma: ThyssenKrupp Presta Chemnitz GmbH in Chemnitz
  • Nockenwellenproduktion: 3,8 Mio. Stück (2012)
ThyssenKrupp Presta Dalian

Dalian (China)[Bearbeiten]

  • Aktivitäten: Serienfertigung
  • Mitarbeiter: 413 (2012)
  • Firma: ThyssenKrupp Presta Dalian Co. Ltd. in Dalian
  • Nockenwellenproduktion: 4.3 Mio. (2012)
ThyssenKrupp Presta Danville

Danville (USA)[Bearbeiten]

  • Aktivitäten: Serienfertigung
  • Mitarbeiter: 428 (2012)
  • Firma: ThyssenKrupp Presta Danville LCC in Danville (Illinois)
  • Nockenwellenproduktion: 5,2 Mio. (2012)
ThyssenKrupp Presta TecCenter

Eschen (Liechtenstein)[Bearbeiten]

  • Aktivitäten: Technologiezentrum, Prototypenfertigung und Kleinserienherstellung
  • Mitarbeiter: 206 (2012)
  • Firma: ThyssenKrupp Presta TecCenter AG in Eschen (Liechtenstein)
  • Nockenwellenproduktion: 0,2 Mio. (2012)
ThyssenKrupp Presta Ilsenburg

Ilsenburg (Deutschland)[Bearbeiten]

  • Aktivitäten: Serienfertigung & Geschäftsführung
  • Mitarbeiter: 668 (2012)
  • Firma: ThyssenKrupp Presta Ilsenburg GmbH in Ilsenburg
  • Nockenwellenproduktion: 9,8 Mio. (2012)

Geschäftsführung[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  •  Michael Pyper: Gebaute Nockenwellen (= Bibliothek der Technik Band 251). Verlag Moderne Industrie.
  •  Andreas Stapelmann, Peter Wiesner: Ventiltrieb und Zylinderkopf: Innovative Bauteilintegration entlang der Nockenwelle (3. VDI-Fachtagung, November 2008). VDI-Verlag.
  •  Jonathan Heywood, Jürgen Meusel, Andreas Stapelmann: Innovative integrierte Ventiltriebslösungen (März 2009). Verlag Haus der Technik.
  •  Jonathan Heywood: Neues Zylinderkopfkonzept – Reduzierung von Kosten, Masse und Reibungsverlusten (November 2009). ATZ, Ausgabe 2009-10.

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Hot Frog: ThyssenKrupp Presta TecCentre Oktober 2007
  2. ThyssenKrupp: Components Technology Mai 2013
  3. ThyssenKrupp Presta Camshafts: Animation des Presta Montageverfahrens Mai 2013
  4. Fachpresse Mitteilung: Die gebaute Nockenwelle für Nutzfahrzeuge. April 2005
  5. Variable Cam Timing. In: Automobiltechnische Zeitschrift (ATZ)
  6. Animation: Concentric Camshafts Mechadyne International
  7. BMW Valvetronic Technisches Institut für Aus- und Weiterbildung
  8. ThyssenKrupp Presta Camshafts: Animation des PDVC-Systems