Extrem

Technik

Der SLS AMG ist nicht nur eine extremes Fahrzeug auf der Straße. Seine Herstellung erfordert ebenfalls Extremes: Das gilt auch für die eingesetzte Schweißtechnik, etwa am Überrollbügel.

15. Februar 2011

Die Schweißnähte am ›Traumauto‹ Mercedes-Benz SLS AMG müssen besondere technische, organisatorische und wirtschaftliche Anforderungen erfüllen. Deshalb nutzt Magna Steyr dafür weltweit als erstes Unternehmen das für den industriellen Serienbetrieb modifizierte Equipment zum manuellen CMT-Schweißen. Der Schwierigkeitsgrad zweier kurzer Nahtpaare übertrifft den der übrigen Nähte von insgesamt 70000 mm jedoch markant. »Dies ist die schwierigste Naht meiner 30-jährigen Berufszeit bei Magna Steyr«, beschreibt dies Werner Karner, der erfahrene Leiter des Fügezentrums Versuchsbau. Die Nähte in reproduzierbarer hoher Qualität wirtschaftlich zu fügen, trägt bei zum positiven Beantworten der rhetorischen Mercedes-Benz-Frage: »Ist das noch ein Auto?«

»Die Karosserie des SLS AMG verfügt über eine hohe Steifigkeit und Verformungsreserven, die Kollisionsenergien aufnehmen und somit die Insassen vor Verletzungen schützen können. Der Rohbau des SLS AMG besteht aus der nur 241 kg leichten Aluminium-Rohkarosserie. Diese exklusive Konstruktion vereint ›intelligenten‹ Leichtbau mit sehr hoher Festigkeit – und ermöglicht damit kompromisslose Fahrdynamik«, beschreibt Mercedes-Benz sein Spitzenprodukt. Noch vor den mechanischen und chemischen realisieren in erster Linie metallurgische Verbindungen die geforderte sehr hohe Festigkeit.

Exponiert gilt dies für die Fügestelle zwischen der B-Säule (Seitenwand) und dem Dach. Hier treffen zwei parallel verlaufende Bleche auf ein einzelnes; die drei sind aus jeweils 1,1 mm dünnen AlMg 6014, wie das Schliffbild zeigt. Die jeweils auf der linken und rechten Seite des Fahrzeuges 150 mm kurze Naht muss mehrere extreme Anforderungen erfüllen: Das Spaltmaß zwischen den zu fügenden Blechen schwankt und kann in Folge der Summe von Bauteiltoleranzen mehrere Millimeter betragen; die von der Karosseriekonstruktion geforderte Festigkeit muss die Naht komplett erfüllen; der Nahtquerschnitt und die Nahtkontur müssen so gestaltet sein, dass ein Übermaß zum mechanischen Nachbearbeiten entsteht, denn das Spachteln zum Ausgleich von Unebenheiten ist bei PKW dieser Kategorie ein absolutes Tabu; der Verzug muss so gering sein, dass maximal 0,2 mm mechanische Nachbearbeitung zum Ausgleich genügen; die Oberfläche muss riss- und porenfrei sein, und selbstverständlich muss das endgültige Verfahren in der gegebenen Taktzeit auch wirtschaftlich darstellbar sein. Schon einzelne dieser Forderungen stellen sowohl Fügeexperten wie Schweißtechniken vor kaum lösbare Aufgaben. Dies gilt aber vor allem in Kombination und mit entsprechender Totalität. Verständlich, dass die Verantwortlichen bei Magna Steyr die technischen Möglichkeiten, Alternativen und Perspektiven ausführlich evaluierten und, soweit sinnvoll, erprobten.

Das Metall-Inertgas-Schweißen (MIG) entfiel von vornherein als Alternative. Denn wegen der hohen Temperatur verziehen sich die dünnen Aluminiumbleche. Zu geringe Nahterhöhung, Spritzerbildung und mangelhafte Optik bilden weitere Ausschlussgründe. Beim ›langsamen‹ Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) ist der Wärmeeintrag zu hoch. Er führt zuerst zum Ausdehnen der Bauteile und lässt sie beim anschließenden Abkühlen stark schrumpfen. An dieser im Blick des Betrachters exponierten Nahtposition ist Verzug jedoch absolut unzulässig. Aus wirtschaftlicher Sicht ist die lange Abkühlzeit und damit eine zu lange Taktzeit nicht akzeptabel. Ähnliche Ausschlussgründe wie die gegen das WIG-Schweißen gelten auch gegen das Plasma-Schweißen.

Zweidreiviertel Jahre betrug der Zeitraum vom Projektstart bis zur Serienfertigung des SLS AMG im Januar 2010. Diese Phase nutzen die Grazer Automobilbauer hinsichtlich der Aluminiumkarosserie für intensive Verfahrenstests und Ausbildung der Aluminiumschweißer. Prinzipiell positiv verliefen die Entwicklung und die Ergebnisse mit dem Prozess ›CMT manuell‹. Speziell in die exponierten Nähte zwischen B-Säule und Dach investierten sie sehr viele Ideen und Arbeit. Allerdings fiel bei diesen häufig breiten und dazu erforderlich relativ dicken Nähten ein verhältnismäßig hoher Nacharbeitsaufwand an.

Die Finish-Experten wünschten immer wieder eine stärker überhöhte Naht. Vorschläge, mehrere Lagen zu schweißen, wurden wieder verworfen, weil damit bei Aluminium Grobkorn entsteht, die Festigkeit leidet und der Verzug zunimmt. Die Idee, das in der Stahlblechverarbeitung bewährte Pendeln per Roboter zu nutzen, wurde ebenfalls schnell verworfen. Denn wegen des langsamen Hin- und Herbewegens steigt der Wärmeeintrag und hebt so den Hauptvorteil des ›kalten‹ CMT-Schweißens auf.

Der Schweißexperte Werner Karner erinnert sich: »In einem Erfahrungsaustausch mit Fronius erfuhren wir von einem neuen CMT-Prozess. ›CMT Advanced‹, einen Wechselstromprozess, sollten wir statt ›CMT manuell‹ testen. Wir erhofften uns, damit gelegentlich auftretende Probleme mit Poren an Gussverbindungen zu vermeiden.« Dort brachte es keine Verbesserung, »weil aber gerade wieder vom Finish der Wunsch nach mehr Potenzial zum Materialabtragen geäußert worden war, kam mir die Idee, CMT Advanced robotergeführt zu testen«.

Zuerst probierten die Grazer Schweißexperten dies an einem Musterteil. »Unser Finish-Experte war begeistert. Und der Werkstoff-Techniker war so zufrieden wie mit den anderen CMT-manuell-geschweißten Werkstücken«, ergänzt Karner. Er erhielt sofort die Genehmigung, mit dem neuen Verfahren die exponierte Naht an einem Vorserien-Fahrzeug zu schweißen. Das Ergebnis überzeugt sowohl den Leiter des Versuchsbaus, Manfred Kolar, als auch den Programmmanager Karl Hartl so eindeutig, dass sie CMT Advanced sofort in die Vorserienfertigung übernahmen. Statt der über zwei Jahre dauernden Entwicklung von CMT manuell für die Serienproduktion hatte CMT Advanced den Sprung in die Serienfertigung in lediglich 14 Tagen geschafft.

Die maximale Stromstärke von lediglich 90 A ergibt sich aus der Kennlinie. Dies sorgt für den geringen Wärmeeintrag. Fronius arbeitete innerhalb der 14-Tage-Einführungsphase für die Schweißnähte des SLS AMG eine spezifische Kennlinie aus. Sie berücksichtigt auch die bei Magna Steyr benutzten Schweißzusatzwerkstoffe sowie Gase.

Vor der Einführung von CMT Advanced standen für die Serienproduktion mehrere fertigungstechnische Alternativen zur Diskussion. Die Dachhaut nachträglich zu beschneiden, um so engere Toleranzen zu erreichen, hätte neue Fertigungsschritte, zusätzliche Maschinen und Werkzeuge erfordert. Mehrlagig oder pendelnd das Material breiter und dicker aufzutragen würde den Fertigungsablauf komplizieren und kostspielige Nacharbeit hervorrufen. »Dank der kurzfristigen und erfolgreichen Lösung mit CMT Advanced konnten wir die aufwendigen Alternativen ad acta legen«, freut sich Karl Hartl.

Inzwischen schweißt ein Roboter außer den exponierten Dach-B-Säulen-Verbindungen auch zwei weitere Komplexe an der Schwellerabdeckung. Seit einem Jahr freuen sich die Verantwortlichen bei Magna Steyr über diese perfekten Schweiß- und Fertigungserfolge.

Gerd Trommer, Gernsheim

Erschienen in Ausgabe: 01/2011