Wie fügt der Automobilbau?

Fügetechnologien im Wettbewerb

Viele Fertigungsverfahren im Automobilbau dienen nur einem Ziel: Der festen, unlösbaren Verbindung von Karosserieteilen. Punkt-, Buckel- oder Laserschweißen, Löten oder Kleben, Clinchen oder Stanznieten oder vielleicht eine Kombination verschiedener Verfahren? Welches Fügeverfahren macht das Rennen bei den deutschen Automobilbauern? bbr fragte nach, bei Audi, BMW, DaimlerChrysler, Opel, Porsche und VW.

24. August 2004

Die Beteiligung an unserer Kurzumfrage war hervorragend. Bis auf Porsche Wir nehmen grundsätzlich an keiner Umfrage teil, konnten wir alle Automobilhersteller für ein Statement gewinnen und möchten uns dafür herzlich bedanken. (d. Red.)

Audi: Dr. Ulrich Hackenberg, Leiter Konzeptentwicklung, Entwicklung Aufbau, Elektrik/Elektronik

Auch in Zukunft wird das Punktschweißen die bevorzugte Verbindungstechnik bei Stahl-Blech-Karossen sein. In ausgewählten Bereichen wird das Punktschweißkleben wegen der besseren technischen Performance zum Einsatz kommen. Bei Verbindungen, bei denen nur eine einseitige Zugänglichkeit gegeben ist, wird vermehrt die Lasertechnik eingesetzt werden. In der Aluminium-Blech-Technologie ist das Stanznieten ein ideales Fügeverfahren bei zweiseitiger Zugänglichkeit. Noch vor dem Einsatz bei Stahl-Fahrzeugen wurde für Aluminium- Fahrzeuge die Lasertechnik qualifiziert. Für Spezialanwendungen setzt Audi im neuen A8 auch das Laser-MIG-Hybrid-Schweißen ein. Fügt man Aluminium mit Stahl, so ist das Stanznietkleben eine bewährte mechanische Fügetechnik. Zukünftig werden in Mischbauweise aber auch Laser-Löt-Verfahren zunehmend zum Einsatz kommen. Vorsprung durch Technik: Diese Maxime gilt bei Audi sowohl für die eingesetzten Materialien als auch für die innovativen Verbindungstechnologien.

BMW: Michael Blabst, Leiter Unternehmenskommunikation

Die BMW Group nutzt immer einen Mix an Fügeverfahren im Karosserierohbau. Hierbei bestimmt das jeweilige Fahrzeug mit seinem Werkstoffsystem, welche Technologien zum Einsatz kommen. Die BMW-Spezialisten wählen deshalb je Produktlinie die effizienteste Auswahl an Fügetechnik unter Beachtung der konstruktiven und materialseitigen Anforderungen. Hierbei spielen die Faktoren Qualität, Zeit und Kosten bei der Entscheidungsfindung eine wesentliche Rolle. Technologisch sind in den Karosserierohbauten der BMW Group unterschiedliche Formen des Laserschweißens, Punktschweißens, Punktschweißklebens wie auch das Aluschweißen oder Reibschweißen im Einsatz. Außerdem wird abhängig vom Materialmix beispielsweise gelötet, gestanzt, genietet, geschraubt und geklebt. Die Klebetechnologie hat hier vom Stellenwert in den letzten Jahren an Bedeutung zugenommen. Hier ist ein eindeutiger Trend zu sehen. Aber auch in den nächsten Jahren wird die geeignete Kombination für die jeweiligen Materialsysteme zu einer Verfeinerung und Ausweitung von Fügetechnologien führen. Die Zukunft basiert somit nicht auf einem einzigen Fügeverfahren, sondern liegt in der Beherrschung eines effizienten Technologiemixes. Diese Systemkompetenz ist entscheidend.

DaimlerChrysler: Berthold Hopf, Produktionsplanung Mercedes-Benz Pkw, Leiter Füge- und Montagetechnik

Die Antwort auf diese Frage lautet für die Herstellung von Personenwagen der Marke Mercedes-Benz: Es wird keinen Gewinner unter den Fügeverfahren geben. Traditionell ist das Widerstandspunktschweißen das dominierende Fügeverfahren im Karosserierohbau. Daneben kamen in der Vergangenheit Schutzgasschweißverfahren wie MIG- oder WIG-Schweißen zum Einsatz. Durch die starke Forderung, das Gewicht der Rohbaukarosserie zu reduzieren, wurden in den letzten zehn Jahren vermehrt Möglichkeiten gesucht, durch neue Materialien, aber auch durch neue Fügeverfahren zur Gewichtsreduktion beizutragen. Beide Entwicklungsrichtungen verlangen Weiterentwicklungen in der Fügetechnik.

Materialleichtbau: Durch den Einsatz von Leichtbaumaterialien in Verbindung mit Stahl entstand in einigen Bereichen des Rohbaus eine hybride Materialbauweise (Mischbau). Dabei steht aus technologischen Gründen das Widerstandspunktschweißen nicht mehr zur Verfügung. Für die Kombination von Aluminium und Stahl wurden die mechanischen Fügeverfahren Stanznieten und Clinchen weiterentwickelt. In vielen Fällen werden die mechanischen Fügeverfahren in Verbindung mit dem Einsatz von Klebstoffen angewendet. Dadurch werden die Eigenschaften der Fügeverbindung deutlich verbessert.

Neben der Mischbauweise Aluminium/Stahl findet sich in den Türen der CL- und der SL-Klasse ein Materialhybrid aus Aluminium und Magnesium. Die Außenbeplankung der Tür ist in Aluminium dargestellt, das Innenteil ist als Magnesium-Druckguß-Bauteil realisiert. Die Verbindung zwischen Außenund Innenteil wird durch Kleben und Falzen hergestellt.

Aber nicht nur die Verbindung zwischen Leichtbaumaterialien oder Leichtbaumaterial und Stahl stellte neue Herausforderungen an die Fügetechniker, auch die Weiterentwicklungen bei den Stahlwerkstoffen zu neuen höher- und höchstfesten Stählen führten zu neuen Entwicklungen in der Fügetechnik. Hierbei stehen wir erst am Anfang der Entwicklung. Durch den Einsatz von Kleben und Punktschweißen lassen sich gute Ergebnisse erzielen. Weiterentwicklungen in der Fügetechnik sind bei diesen Anwendungen dringend erforderlich, um die gesteigerten Materialeigenschaften der Stahlwerkstoffe zukünftig auch an der Fügestelle ausnutzen zu können.

Fertigungsleichtbau: Neben dem Materialleichtbau gewinnt auch der Fertigungsleichtbau bei der Reduzierung des Rohbaugewichtes zunehmende Bedeutung. So ist es beispielsweise möglich, durch den Einsatz von Klebstoff in Verbindung mit Punktschweißen die Steifigkeit des Fahrzeuges um 10 % bis 15 % zu erhöhen. Ebenso können Betriebsfestigkeit und Crash-Festigkeit durch den Einsatz des kombinierten Fügeverfahrens Punkschweißkleben im Strukturbereich verbessert werden. Durch diese Maßnahmen wird es möglich, Verstärkungen entfallen zu lassen und damit Gewicht zu reduzieren.

Das Kleben spielt inzwischen als Fügeverfahren im modernen Karosserierohbau eine wichtige Rolle. Allerdings wird Kleben immer in Verbindung mit Punktschweißen, Stanznieten oder Clinchen eingesetzt.

Neben dem Kleben wird in Zukunft das Laserstrahlschweißen an Bedeutung gewinnen. Bei DaimlerChrysler wurde in der Produktion von Mercedes-Benz Personenwagen bereits 1990 die erste Anwendung des Laserstrahlschweißens im Karosserierohbau eingeführt. Heute finden wir Anwendungen beim Schweißen von Aluminium, Türen, Strukturbauteilen oder beim Löten von Klappen. Hierbei hat das Laserlöten den großen Vorteil, daß Anwendungen im Außenhaut-/Sichtbereich mit optisch ausgezeichneter Qualität möglich sind. Zukünftig wird vermehrt die Möglichkeit der einseitigen Zugänglichkeit des Laserstrahlschweißens zum Tragen kommen. Dies wird dem Konstrukteur zusätzliche Gestaltungsmöglichkeiten eröffnen.

Zusammenfassung:

Wie eingangs gesagt: es wird in Zukunft im Karosserierohbau nicht das Fügeverfahren schlechthin geben. Es werden nach wie vor mehrere Verfahren zum Einsatz kommen:

- Nach wie vor das Punktschweißen, allerdings in reduziertem Umfang

- Bei Leichtmetallen und Mischbauweise die mechanischen Verfahren Stanznieten und Clinchen

- Das Kleben bietet in Kombination mit Punktschweißen und Stanznieten oder Clinchen erhebliche Vorteile

in der Struktur des Fahrzeuges

- Laserstrahlschweißen und Laserlöten werden aufgrund ihrer guten Eigenschaften im zukünftigen Karosserierohbau in einigen Bereichen andere Fügeverfahren ablösen.

Zusammenfassend gilt, daß bei der Auswahl der Fügeverfahren immer die Fragen nach Funktion, Qualität, Kosten und Wirtschaftlichkeit im Vordergrund stehen und Grundlage der Entscheidung für oder gegen ein Verfahren sind.

Adam Opel AG, Dr. Ralph Fürderer, Direktor Strategien und Planung, Manufacturing Engineering General Motors Europa:

Dominierende Fügetechnologie wird weiterhin das Punktschweißen im Karosseriebau bleiben. Es stellt nach wie vor in den meisten Fällen die wirtschaftlichste Fügeform dar, und die Technologie sowie die Infrastruktur ist in den Fertigungswerken vorhanden. Die steigenden Anforderungen bezüglich Struktursteifigkeit und Leichtbau führen allerdings auch vermehrt zu Fügefällen, bei denen das Widerstandsschweißen an seine technischen und wirtschaftlichen Grenzen stößt. Typische Beispiele hierfür sind Verbindungen von NE-Metallen, Kunststoffen und Hybridverbindungen sowie Verbindungen mit begrenzter Zugänglichkeit. Nennenswerte Technologien für diese Einsatzfälle sind derzeit Löten, Kleben, Laserschweißen, Clinchen und Stanznieten.

Langfristig besteht ein hohes Potential im Bereich der kalten Fügetechnologien wie beispielsweise Kleben, Clinchen und Stanznieten. Diese Technologien bilden derzeit den Forschungsschwerpunkt in der Adam Opel AG und im Gesamtverbund von General Motors.

Volkswagen AG, Wolfsburg, Hans-Gerd Bode, Leitung Produktkommunikation

Die Fügetechniken bei Volkswagen werden jeweils nach wirtschaftlichen (Kosten und Einmalaufwand) und technischen Notwendigkeiten (Material, Festigkeitsanspruch, Optik) ausgewählt: Wir praktizieren sowohl Punkt- und Laserschweißen, in Ausnahmen WIG- und MAG-Schweißungen, als auch Kleben und - in geringerem Maße - Kaltfügeverfahren (zum Beispiel Clinchen). Die Fertigungsverfahren in unserem Haus unterliegen also keinem Trend.

Erschienen in Ausgabe: 07/2008