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Fronius - Füge-Experten im Karosseriebau holen Vorsprung mit CMT-Prozess

: Fronius


Die Karosserien für den Phaeton und für den Bentley Continental GT entstehen bei Volkswagen Sachsen in Mosel/D. Bei Fahrzeugen dieser Typen erwarten die Kunden Perfektion in Fahrkomfort und Sicherheit ebenso wie handwerksmeisterliche Vollendung.

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Karosserien für Bentley und für den Phaeton entstehen in Mosel bei VW Sachsen. Andreas Krüger leitete diese Fertigung.

Karosserien für Bentley und für den Phaeton entstehen in Mosel bei VW Sachsen....

Im Finish der Karosserie soll sie optisch die Exklusivität des Fahrzeugs unterstreichen. Charakteristisch sind deshalb die relativ geringe Stückzahl der im Manufakturbetrieb gefertigten Karosserien sowie die hohe Verfügbarkeit bei relativ geringem Mechanisierungsgrad. Die Fahrzeugbauer bei Volkswagen in Sachsen müssen Aufgaben rund um Qualität, Termin und Kosten lösen. Einen Schlüssel dazu bildet der von Fronius entwickelte CMT(Cold Metal Transfer)-Schweißprozess. Reduzierter Wärmeeintrag und absolute Spritzerfreiheit führen bei geringerem Spannvorrichtungs- und Nacharbeitsaufwand zu ausgezeichneten Resultaten.

Das außerordentlich kurze Zeitfenster zwischen Investitionsentscheidung und serienmäßigem Fertigungsbeginn stellte eine Herausforderung dar, welche die VW- und Fronius-Fachleute bestanden.

1. Anspruch:
Fahrzeugqualität im Superlativ


Der Anspruch des Kunden auf Prestige zeichnet die Leitlinie beim Fertigen exklusiver Fahrzeuge. Dies lässt keinen hohen Mechanisierungsgrad zu. Die Karossen für Bentley und für den Phaeton sind aus hochfestem verzinktem Stahlblech gefügt; einige Anbauteile bestehen aus Kunststoff und Aluminium. Lediglich 25 Prozent der Herstellungsprozesse funktionieren automatisiert (zum Vergleich: Die Lupo- und Polo-Produktion ist zu 90 Prozent automatisiert).
Einen Schwerpunkt bilden
die Nähte bzw. Fügestellen. Sie binden einen hohen Anteil an Personal- und Logistikressourcen. Der 38-jährige Diplomingenieur Andreas Krüger war während des relevanten Zeitraums 2004 bis 2005 Leiter im Karosseriebau der so genannten D-Klasse (für höchste Klasse) in Mosel. Er veranschaulicht die Aufgabe mit dem Steuern des „magischen Dreiecks“ aus Qualitäts-, Kosten- und Zeitmanagement.

2. Tragende Säulen:
Konstruktionsteile und Leistungsträger


Im Schnittpunkt der im Fahrzeugaufbau wirkenden Kräfte, folglich im Brennpunkt der Problemlösung, stehen die tragenden Konstruktionsteile: der Unterbau, die Querstrebe der Rückwand, der „Wasserkasten“ sowie die A-Säule. Einen der wesentlichen Schnitt- bzw. Schwerpunkte stellt die C-Säule dar, denn die Qualität der Verbindungen ist zweifach bedeutsam: Hier müssen sowohl Stabilität als auch Optik absolut stimmen. Erstens entscheidet sich an dieser Verstrebung im Ernstfall die Fahrzeugsicherheit. Zweitens liegt der Nahtbereich an optisch exponierter Stelle, so dass hier ein Glanzlicht im reflektierenden Lack des Wagens strahlt. Das eingesetzte Schweißsystem muss dem zweifachen Anspruch gerecht werden.
Alle drei zu fügenden Teile der C-Säule sind jeweils von verschiedener Blechdicke. Die beim MIG/MAG-Schweißen unter hohem Wärmeeintrag möglichen Verformungen bzw. Einfälle parallel zur Naht waren entsprechend nachzuarbeiten. Diese Aufgabe sowie das spurlose Beseitigen auftretender Schweißspritzer bilden einen Kompetenzbereich für qualifizierte Metallfacharbeiter. In den langwierigen Arbeiten an der C-Säule erkannten die Fertigungsexperten den Schwerpunkt von zu verbrauchender Zeit (VBZ) je Karosse und Mitarbeiter. Der hohe Aufwand verschlang die Arbeitszeit von Fachleuten, deren wertintensive Manpower dringend in anderen Abteilungen gebraucht wurde! In diesem Bereich definierten die Verantwortlichen um Andreas Krüger ihr Vorhaben: Einsparpotenzial erschließen.

3. Vor dem Start:
Ziele, Favoriten und Partner definieren


4,3 Meter Laser- und 18 Meter Schmelzschweißnähte verlaufen in der fertig montierten Bentley-Karosse; beim VW Phaeton sind es nur unwesentlich weniger. Dem entsprechend hoch ist der Anteil des Schweißens an der Wertschöpfung. Die Fachleute von Volkswagen in Sachsen haben ihren Schweißsystempartner demnach kritisch gewählt. Mit Fronius, einem europäischen Markt- und weltweiten Technologieführer, unterhalten sie erprobt gute Kunden-Lieferanten-Beziehungen. Jens Rickmann betreut im Auftrag von Fronius den Kunden Volkswagen am Standort Mosel. Zu Beginn des zweiten Halbjahres 2004 trat Rickmann an Andreas Krüger heran, um ihm zum Problem der hohen VBZ an der C-Säule einen Lösungsansatz aufzuzeigen. Dieser basiert auf dem CMT-Prozess und eröffnet die Möglichkeit, mit geringerer Wärmezufuhr spritzerfrei zu arbeiten. Daraus ließe sich ein Ergebnis erzielen, das dem mit herkömmlichen MIG/MAG-Schweißen erreichten qualitativ überlegen sei – Einsparpotenzial eingeschlossen!
Auf der letzten EuroBlech (2004) konnte sich Krüger weiter über das innovative Verfahren informieren. Ab sofort stand fest: „Die Frage ist nicht, ob wir CMT bei uns haben wollen, sondern wann und wie schnell wir es einführen können!“

4. Gewinner:
Spannender Wettlauf um Termin, Kosten und Qualität


Noch während der Messe legte Krüger beim Schweißsystempartner Fronius seinen Bedarf dar. Entwicklungsleiter Heinz Hackl und Jürgen Bruckner von Fronius begannen umgehend mit der Konzeption zur Realisierung. Krüger spezifizierte und präzisierte im Verlauf der ersten Besprechungen sein Ziel und gab zeitliche und stufenweise Rahmendaten vor: Die Anzahl der Mitarbeiter pro Tag sollte reduziert – oder entsprechend 2 Stunden VBZ je Karosserie erreicht werden. Die mehrtägige Testphase vor dem Beginn der Serie konnte nur in einer Produktionsruhe stattfinden. Also fiel die Entscheidung auf die 52. und 53. Kalenderwoche. Bis zum nächsten
Zeitfenster an Ostern hätten er und seine Mitarbeiter zwar das Risiko minimiert, jedoch wäre ein Vorsprung vor den Mitbewerbern vergeben gewesen. In dieser Situation bewährten sich die fachlichen ebenso wie die Führungs- bzw. Teamqualitäten aller Beteiligten. Kurzfristig lag dann der verbindliche Plan vor: Testphase bei Fronius mit Demo-Systemen von Fronius – Test mit Demo-Systemen in der Wolfsburger F&E-Abteilung – Einbau in Mosel – Einstellung und Optimierung der CMT-Naht – Serieneinsatz der ersten und der zweiten Stufe.
Seit dem 3. Januar 2005 läuft CMT nun im Karosseriebau. „Am Ende war es ein Erfolg“, resümiert Krüger. Trotz gründlicher Konzeption war das Restrisiko für den Rückbau der Anlage einzukalkulieren. „Natürlich spürten wir Erleichterung, als die Meldung vom zufrieden stellenden Testergebnis kam “, erzählt Krüger. „Erfahrungskurve“ nennt er anschaulich den Verlauf dieser spannungsreichen Wochen. Der Einsatz habe sich gelohnt, denn „Wir haben den Wettbewerb gewonnen, und zwar nachhaltig!“ Die Zielvorgabe ist übererfüllt: Qualifizierte Mitarbeiter stehen eher als geplant für andere anspruchsvolle Aufgaben zur Verfügung.

5. Daten und Perspektiven:
Funktionsmuster für weitere Modelle


Bevor er auf die technischen Details des CMT-Prozesses zu sprechen kommt, beschreibt der damalige Leiter “Karosseriebau D-Klasse“ nochmals die Nutzenaspekte. Natürlich hat VW verschiedene Angebote geprüft. Letztlich habe aber die ausgereifte, transparent dargestellte Technologie von Fronius überzeugt. Regelmäßig erhobene Prüfdaten belegen die Richtigkeit der Wahl: Die Festigkeit der CMT-gelöteten Naht sei sehr gut; sogar höher als die des Grundmaterials. Eine Karosse pro Monat werde zerstörend geprüft sowie Stichproben mit Schliffbildern angefertigt, die übrigen per Zugproben, visueller und Ultraschall-Prüfung kontrolliert.
„Hauptvorteil ist der um 20 bis 30 % geringere Wärmeeintrag. Bei den relativ geringen Blechdicken wirkt er sich vor allem mit einer Halbierung des Blecheinfalls aus“, erläutert Krüger. Diese Schonung des Bleches rechnet sich, weil an der C-Säule signifikant weniger Zeit für die aufwändigen
Abfolgen aus Anheben und Glätten fällig wird. Jetzt müssen die Facharbeiter die Bleche nur noch maximal 0,1 mm heben. Die Ursache der Wärmereduzierung ist der per kontrollierten Kurzschluss unterbrochene Lichtbogen. „Spritzerfrei, nicht bloß spritzerarm ist CMT“, führt Krüger die Liste der Nutzenkriterien fort. Weil sich die Drahtelektrode mit einer Frequenz bis zu 70 Hz digital gesteuert zurückzieht, bleibt 70 Mal pro Sekunde definitiv nur ein Tropfen von der abschmelzenden Elektrode in der entstehenden Naht liegen. Null Aufwand für das Nacharbeiten von Spritzern ist bei den Karossen der Luxusklasse relevant: Der dabei entstehende Staub würde sich im Innern der kompliziert geformten Karosserie festsetzen und würde wie Gift in den Reinraum-Bedingungen der Lackiererei wirken!
„CMT ist genauer und es ist schneller als der übliche MIG/MAG-Prozess“. Krüger fasst zusammen: „Ich sehe im normalen MSG-Schweißen keinen technischen Vorteil, der nicht auch dem CMT-Prozess eigen ist. Spanntechnik- und Logistikaufwände entfallen, weil der Wärmeverzug geringer ist.“ Die Investition in diese Ausrüstung habe sich ausgezahlt. Absehbar wird es die zweite, komplette CMT-Naht geben. „Wir setzen das Verfahren als erster Automobilist serienmäßig ein“, erklärt Krüger. „Damit verfügen wir über ein Muster für die Funktionsweise bei weiteren Modellen.“

CMT - Cold Metal Transfer

Das thermische Fügen von Stahl mit Aluminium galt lange Zeit als unmöglich. Bis jetzt, denn der CMT-Prozess definiert die metallurgischen Grenzen gänzlich neu. Der neue, kalte MIG/MAG-Schweißprozess steht für ein einfach anzuwendendes Fügeverfahren von Stahl mit Aluminium. Möglich wird dies durch den „kalten Werkstoffübergang“ – englisch
„Cold Metal Transfer“. Der Aluminium-Zusatzwerkstoff schmilzt zusammen mit dem Aluminium-Grundwerkstoff auf, wobei die Schmelze den verzinkten Stahlwerkstoff benetzt.

Hochpräzise Tropfenablöse und geringer Wärmeeintrag

Für den CMT-Prozess entscheidend ist eine hochdynamische, in die Prozessregelung eingebundene Drahtbewegung. Der Draht bewegt sich vor, und sobald der Kurzschluss erfolgt, wird er wieder zurückgezogen. Bis zu 70 Mal pro Sekunde. Das Resultat ist eine hochpräzise Tropfenablöse und eine gleichmäßige, spritzerfreie Schweißnaht.


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Im Gespräch

/xtredimg/2018/Blechtechnik/Ausgabe239/16832/web/IMG_0801_x.jpgGebündelte Kompetenz in der Schweiß- und Schneidetechnik
Aufgrund der Übernahme von Oerlikon durch Lincoln Electric machen auch deren österreichische Generalvertretungen RW-Technik und Weld-Tec gemeinsame Sache. Ihr jeweiliges Produktportfolio sowie ihre umfangreiche Anwendungs- und Beratungskompetenz ergänzen sie sich dabei ideal. Diese Synergien möchten die beiden Unternehmen nutzen, um am Markt gemeinsam als Komplettanbieter in der Schweiß- und Schneidetechnik aufzutreten. Christian Hafenscherer, Vertriebsleiter und Partner bei RW-Technik, sowie Ing. Christian Schurian, Geschäftsführer von Weld-Tec, verraten uns die Details. Das Gespräch führte Ing. Norbert Novotny, x-technik
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