Schweißnähte für höchste Zugkraft und Langlebigkeit

Der Mercedes G gilt als eines der geländegängigsten und dabei alltagstauglichsten Fahrzeuge weltweit. Seine enorme Bodenfreiheit und die inkludierte Wattiefe lassen es bereits erahnen: Das Fahrzeug soll härtesten Offroad-Bedingungen standhalten können. Zugkraft und Langlebigkeit müssen gewährleistet sein, wenn der G heftigen Stößen bei hoher Geschwindigkeit in unwegsamem Gelände ausgesetzt ist. Wie beispielsweise bei kontinuierlichen Langzeittests im steilen Gelände des Schöckl bei Graz. Auf einem spektakulären Berg-Kurs werden die Fahrzeuge auf Herz und Nieren getestet. Damit wird deutlich, dass bereits dem Rahmenbau der G-Klasse vollste Aufmerksamkeit geschenkt werden muss. Dass zudem höchste Ansprüche an die Qualität der Schweißnähte gelten, versteht sich von selbst.

Produziert wird der Rahmen von dem Automobilzulieferer Magna, genauer von Magna Presstec. Die Presstec beschäftigt rund 1.200 Mitarbeiter – aufgeteilt auf das slowakische Bratislava sowie die österreichischen Standorte Weiz und Lebring, wo auch die Basis des G-Modells entsteht. Diese stellt höchste Anforderungen an die Produktion: „Beim verwendeten Stahl handelt es sich überwiegend um Blechstärken von 2–4 mm, die mittels 657 Schweißnähten zusammengefügt werden. Die gesamte Schweißnahtlänge umfasst 76 m pro Rahmen. Die Schweißherausforderung liegt für uns im Wesentlichen darin, den 4,2 m langen Fahrwerkrahmen Schicht für Schicht – immer innerhalb der vom Kunden vorgegebenen Toleranzen sowie der geforderten Spitzenqualität – aufzubauen,“ verdeutlicht Kurt Hartmann, Bereichsleiter der Qualitätssicherung und Schweißaufsicht für die Rahmenproduktion der Mercedes G-Linie.

Den Schlüssel, um dieses Ziel zu erreichen, stellte die Fügetechnik dar: Hohe Lichtbogenstabilität bei ausgezeichnetem Einbrand war gesetzt, um die dringend notwendige Stabilität des massiven Rahmens generieren zu können. Die gewünschte Qualität erforderte zudem möglichst geringen Verzug und kontrollierbare Wärmeeinbringung. Hinsichtlich der Produktivität brauchte es darüber hinaus hohe Schweißgeschwindigkeiten. Presstec entschied sich daher für den PMC-Prozess (Pulse Multi Control) von Fronius. „Dafür war die modulare Schweißgeräteplattform TPS 500i Voraussetzung. Einfache Bedienung und die problemlose Anbindung an den Roboter sollten das Paket für uns abrunden. Aktuell haben wir auf der Mercedes G-Linie mittlerweile 36 dieser Schweißsysteme im Einsatz. Zusätzlich auch einige TPS 320i-Systeme für etwaige Handschweißarbeiten zur Qualitätskontrolle“, bemerkt Hartmann. „Unser Anspruch ist, dass jeder Rahmen absolut gleich ist – Abweichungen gilt es auszuschließen.“

Gefertigt wird in einer bestens ausgestatteten Werkshalle auf über 100 m Länge. Die in weiten Teilen autonome Produktion entspricht höchsten Standards und die aufeinander abgestimmten Robotersysteme greifen nahtlos ineinander. Dadurch ist es möglich, dass alle 10 m ein robuster und aus vielen Einzelteilen gefügter G-Rahmen die Werkshalle verlässt. Die Produktion gliedert sich in drei Abschnitte: Vorder- und Hinterbau werden simultan produziert. Einige Mitarbeiter bestücken zu Beginn die Schweißvorrichtungen. In den Zellen werden die Komponenten dann mittels Schweißrobotern gefügt. Ein Handling-Roboter nimmt die fertigen Komponenten auf, transportiert sie zur nächsten Zelle und bringt sie dort in Position. Am Ende jedes Abschnitts folgt eine für Mitarbeiter unzugängliche Zelle. Diese dient zum einen dem Ausschweißen der langen Nähte. Sie wird aber auch als Abkühlstation verwendet oder als komplexe Station, wie zum Beispiel für das Squeezing: Dabei werden die Unterschalen mit den Oberschalen der Längsträger verschachtelt, in Position gebracht und unter Druck verschweißt. Im Unterbau – dem letzten Fertigungsabschnitt – werden schließlich Vorder- und Hinterbau miteinander verheiratet. Der Rahmen nimmt nun seine markante Form an. Die letzten Arbeitsschritte beinhalten dann das Stanzen von ausgekoppelten Anbindungspunkten für das Fahrwerk. Zusätzlich schießt eine Hubzündung 192 Bolzen auf den Rahmen.

Abschließend werden die Qualität der Schweißnähte kontrolliert, etwaige Schweißspritzer entfernt und gegebenenfalls Schweißnähte nachgearbeitet. Final vermisst robotergesteuerte Lasertechnik den Rahmen nochmals ganz exakt und prüft, ob er allen Qualitätskriterien entspricht. Um den hohen Grad der Automatisierung bei ebenso hoher Qualität für die G-Linie gewährleisten zu können, lag der Fokus von vornherein auf der Integration von Monitoring- und Datenanalysetools für Schweißprozesse. Der Automobil-Zulieferer suchte deshalb speziell nach einer Kooperation mit Fügetechnikspezialisten, deren Systeme und Lösungen die hundertprozentige digitale Nachverfolgbarkeit der Schweißprozesse möglich machen. Mit der Softwarelösung Weldcube Premium gelang es Fronius, ein umfangreiches Schweißdaten-Managementsystem in der Fertigung zu etablieren und den Nutzen der unterschiedlichen im Einsatz befindlichen Software-Systeme aufzuzeigen.

„Weldcube Premium ist ein wesentlicher Pfeiler unseres Qualitätsmanagements“, betont Kurt Hartmann. „Die absolute Nachverfolgbarkeit jeder einzelnen Schweißnaht ist für uns enorm wichtig.“ An den Qualitätskontrollplätzen bekommen die geschulten Mitarbeiter via Terminal genaueste Informationen: Gibt es auffällige oder tatsächlich fehlerhafte Nähte? Mit Fronius Weldcube sondierte Stellen werden einer detaillierten Sichtprobe unterzogen und gegebenenfalls nachgearbeitet. Erst dann wird der G-Rahmen für weitere Prozessschritte freigegeben. Die gesammelten Daten fließen dann wiederum in die Optimierung der automatisierten Schweißprozesse ein. Weldcube Premium zeichnet jeden Millimeter Schweißnaht auf. So ist es einfach, die Kosten für Verbrauchsmaterialien wie Gas und Schweißdraht zu analysieren. Doch es gibt noch deutlich mehr Potenzial: „Predictive Maintenance mittels Weldcube Premium könnte uns Einsparpotenzial aufzeigen, z. B. wenn das Schweißdatenmanagement genaue Wartungsintervalle vorgibt“, überlegt Hartmann. „Über den Zustand von Kontaktrohren, Rohrbögen, Brennern und Vorschubgeräten wüssten wir immer genau Bescheid. So könnten wir die Geräte rechtzeitig servicieren, um fehlerhafte Schweißnähte, Nacharbeit oder gar Bauteilausschuss zu vermeiden.“

Der für Magna zuständige Fronius Key-Account-Manager Christoph Pangerl ist sich sicher: „Die Erkenntnisse aus der Kooperation mit Magna Presstec waren überaus wertvoll. Wir konnten sie direkt in unsere Produktentwicklung einfließen lassen. Unsere Software-Lösungen haben wir damit für einen breiten Kundenkreis zugänglich gemacht.“ Kurt Hartmann führt den Gedanken fort: „Speziell das Schweißdatenmanagement hilft uns, unsere Fügetechnik in allen Bereichen zu optimieren. Das Potenzial ist riesig. Und mit der fachlichen Unterstützung der Fronius-Experten können wir dieses System mittlerweile gewinnbringend einsetzen.“ Magna Presstec verwendet darüber hinaus bereits die Fronius-Lösung Central User Management (CENTRUM) – diese unterstützt ebenfalls im Qualitätsmanagement. Zentral werden damit Benutzer- und Schweißberechtigungen verwaltet. Mit einer Chipkarte authentifiziert sich der Schweißer am Schweißgerät. So wird sichergestellt, dass nur spezifische geschulte Mitarbeiter mit den vorgesehenen Parametern arbeiten können, was Fehlerquellen bestmöglich ausschließt. „Wir fertigen hier erfolgreich automobile Zukunft – aus Leidenschaft und mit persönlicher Verantwortung“, schließt Hartmann.