Heißer Saubermacher Audi setzt für Alu-Karosserien auf Fronius-Plasmareinigung

Die sogenannte Heiß-Aktiv-Plasmatechnik (HAP) Acerios von Fronius entfernt partikuläre und filmische Verunreinigungen auf Oberflächen. Das macht sich Audi im Vorfeld des Bolzenschweißens zunutze.

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Das Plasmasystem Acerios von Fronius reinigt sowohl metallische als auch nichtmetallische Oberflächen. Der Automobilhersteller Audi setzt das Verfahren seit einiger Zeit ein, wenn es um dünne Karosserieteile aus Aluminium geht. Und zwar an Arealen wo die Bleche für das Bolzenschweißen vorbereitet werden müssen. Dort gelang es mit Acerios die anfallenden Reinigungskosten erheblich zu reduzieren. Gleichzeitig schont das Vorgehen Ressourcen.

Der Ausfall einer Massebolzenverbindung kann im schlimmsten Fall zum Liegenbleiben eines Fahrzeugs führen, erklärt Daniel Rudolph, verantwortlich für Fügetechnik und Leichtbau bei der Audi AG. In der Audi-A8-Produktion setzt man auch noch recht zahlreiche Massebolzen, bei denen man sicherstellen müssen, dass jeder einzelne perfekt und fest sitzt. Dafür muss ein relativ hoher Aufwand betrieben werden, wie der Experte betont. Denn die Qualität jeder Bolzenschweißung wird maßgeblich durch die Eigenschaften der Oberfläche am Bauteil mitbestimmt. Verunreinigungen durch Ziehöle und Trockenschmierstoffe, wie sie in der Metallumformung typischerweise eingesetzt werden, können zu mangelhaften Verbindungen zwischen Bolzen und Karosserieteil führen.

Das dünne Blech erlaubt keine schnelle Clean-Flash-Reinigung

Oft lässt sich Verunreinigung zwar mit dem Bolzenschweißgerät selbst lösen. Dazu wird dem eigentlichen Schweißvorgang ein Stromstoß (Clean Flash) vorgeschaltet, der in der Lage ist, die Schweißfläche zu reinigen. Aber bei Blechen mit unter 2 Millimeter Stärke kann man das vergessen, weil das Blech beim Schweißvorgang einfach durchbrennen würde. Außerdem könnten bei diesem Verfahren unter anderem Poren entstehen, welche die Nahtqualität auch beeinträchtigen.

Ein derartiges Bauteil in der Audi-Produktion ist die Stirnwand des Audi A8. Sie besteht aus einer Aluminiumblechlegierung (6xxx) und ist an den Stellen, an denen Massebolzen geschweißt werden, nur 1,5 Millimeter dick. Das gesamte Bauteil musste früher zeit- und kostenintensiv chemisch gereinigt und gebeizt werden, erinnert sich Rudolph.

Partielle Bauteilreinigung mit Plasma statt Chemie

Vor rund vier Jahren stand bei Audi dann der Aufbau einer neuen Produktionsanlage für die mittlerweile fünfte A8-Generation an. Und der aufwendigen chemischen Reinigung wollte man endlich den Rücken kehren. Eine mögliche Alternative sah man beim HAP von Fronius, mit der sich der dem Automobilhersteller gut bekannte Schweißtechnlieferant und Entwicklungspartner bereits intensiv befasste. Auch Audi hatte den HAP-Ansatz bereits mit Partnern aus der Forschung zuvor verfolgt.

Weil Rudolphs Aufgabengebiet auch die Evaluierung neuer Fertigungsmöglichkeiten sowie deren Weiterentwicklung bis zur Serienreife beinhaltet, kam es zu einer intensiven Kooperation mit Fronius-Experten. Der daraus resultierende Ansatz wurde später gemeinsam zur Serienreife entwickelt und qualifiziert. Rudolph erklärt: „Fronius oblag hauptsächlich die Entwicklungsarbeit der Prozess- und Anlagentechnik. In unserer Produktion fanden dann anwendungsbezogene Funktionsversuche, Parametertests, Standzeittests und Funktionstests statt.“ Audi untersuchte dabei, wie sich die neue Technologie auf die weitere Teile der Prozesskette wie Fügenverfahren, Festigkeitsaspekte, Lackhaftung und vieles mehr auswirken könnte.

Mittels Schutzgasstrom wird bei Acerios das Lichtbogenplasma zu einer Flamme geformt, die im Kern Temperaturen von bis zu 1.000 °C erreicht. Die dadurch ausgelösten thermischen und chemischen Prozesse sorgen dafür, dass Materialoberflächen partiell und punktgenau von organischen Rückständen und filmartigen Verschmutzungen befreit werden können. Gleichzeitig wird die Oberfläche aktiviert. Weil der Lichtbogen bei Acerios zwischen Plasmadüse und Wolframelektrode des Brenners entsteht, ist eine Masseverbindung zum Werkstück nicht erforderlich. Entsprechend lassen sich auch nichtmetallische Materialien mit HAP reinigen.

Verschleißgrenze diverser Teile noch nicht in Sicht

Audi hat die Tauglichkeit von Acerios im Vorfeld natürlich geprüft und Einflussgrößen sowie mögliche Parameterfenster ermittelt. Zusammen mit Fronius hat der Automobilhersteller dann den Prototypen schnell und gezielt für den Serieneinsatz optimiert. Dann oblag es der Audi-Fertigung, eine günstige Einbausituation zu identifizieren.

Die Verantwortlichen der A8-Linie entschieden sich schließlich für den Einsatz von Acerios in einer Roboterzelle, die genügend freie Nebenzeiten für die Reinigung von zwei Bereichen – mit einer Fläche von je 12 Quadratzentimetern – aufwies. Deshalb reichte die verfügbare Zeit sogar dafür aus, die Brenndauer von Acerios auf 6 Sekunden pro Schweißpunkt zu erhöhen. Infolge dessen beträgt der Abstand des Brenners zum Werkstück 30 Millimeter. Und den Strom kann Audi dann ohne Einschränkungen in Sachen Reinigungswirkung auf 120 Ampere absenken.

Das schont die Verschleißteile, die von Audi zuvor nach rund 10.000 Reinigungspunkten gewechselt wurden. Es zeigte sich im Laufe der Zeit, dass die Verschleißgrenzen nun erst viel später erreicht werden. Der turnusmäßige Tausch wurde deshalb laufend verlängert. Wann es mit den Bauteilen zu Ende ist, weiß man übrigens immer noch nicht – trotz 25.000 gesetzter Reinigungspunkte.

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