Schweißen und Löten im Karosseriehandwerk

Schweißen und Löten im Karosseriehandwerk leicht gemacht
von Franz Krämer, Köln, Heinz Lorenz und Bernd Budig, Mündersbach
Einleitung
Bei über 50 Millionen Kraftfahrzeugen in Deutschland
ist die Karosseriereparatur ein wichtiger Faktor für das
Kfz -Gewerbe. In Deutschland gibt es in Zukunft den
Ausbildungsberuf des Karosserie- und Fahrzeugbaumechaniker/in bzw. Mechaniker/in für Karosserie und
Fahrzeugtechnik.
Der Hauptschwerpunkt erstreckt sich dabei auf die
Unfallinstandsetzung von Pkw’ s und Lkw’ s. An das
Personal und die Werkstattausrüstung werden sehr
hohe Anforderungen gestellt um die Reparaturrichtlinien der Hersteller zu erfüllen. Die im Kfz-Bau
eingesetzten unterschiedlichen Werkstoffe erfordern
zum Schweißen den Einsatz der Schweißverfahren:
MIG/MAG und das MIG – Löten. Mit der Schweißmaschine PHOENIX CAREXPERT 300 (Bild 1) der
Firma EWM wird eine Zukunftslösung für den Einsatz
dieser Schweißverfahren in der Karosseriereparatur
aufgezeigt.
Die fachgerechte Instandsetzung der Fahrzeuge ist nur
möglich, wenn aus der Vielzahl neuer Verbindungstechniken, für die modernen Werkstoffe und geringen
Blechdicken, die in der letzten Zeit bei der Neufertigung
von Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen, das richtige
ausgewählt wird. Einige Neuerungen auf diesem Gebiet
sollen im Folgenden aufgezeigt werden.
Neue Werkstoffe halten Einzug in den
Karosseriebau
Aus ökologischen und ökonomischen Gründen soll die
Fahrzeugmasse möglichst gering sein um den Energieverbrauch zu reduzieren. Allerdings darf die Fahrzeugsicherheit und der Fahrkomfort nicht beeinträchtigt werden. Dies erfordert den Einsatz geeigneter
Werkstoffe, um ein Optimum des Stoff- und Formleichtbaues zu erreichen.
Stahlwerkstoffe
Die heute verwendeten Stahlwerkstoffe sollen bei
gutem Umformverhalten ein Höchstmaß an Festigkeit
und Korrosionsschutz besitzen. Karosseriebleche mit
Festigkeitswerten von bis zu 1300 MPa mit Zinkschichtdicken von bis zu 20 µm sind bei modernen
Karosserien Fakt. Dies erfordert eine Reparaturtechnik, die auch nach der Instandsetzung eines verunfallten Fahrzeugs den Insassen den gleichen Schutz wie
vor dem Unfall bietet. Durchrostungsgarantien der
Hersteller von bis zu 13 Jahren bedeuten für den Reparaturbetrieb eine gewaltige Herausforderung hinsichtlich des Korrosionsschutzes.
Aluminium
Der Einsatz von Aluminium erhöht sich immer mehr.
Sind es auch zur Zeit nur wenige Automobilhersteller,
die eine komplette Karosserie aus Aluminium anbieten, so erhöht sich der Aluminiumanteil an den Fahr-
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Bild 1 Phoenix komplett, Schweißen mit Zubehör und Option
zeugen durch den Einsatz von Türen, Hauben und
Kotflügeln immer mehr. Hierdurch sind auch neue
Reparaturverfahren erforderlich, die bis vor einiger
Zeit noch nicht eingesetzt wurden.
Schweißtechniken in der
Karosserieinstandsetzung
Teilt man weiter die Karosserie in die Reparaturbereiche: Strukturteile und Außenhaut ein, so müssen nicht
nur die Schweißverfahren MIG/MAG und das MIG –
Löten mit den angebotenen Schweißmaschinen möglich sein, sondern auch der Blechdickenbereich von
0,8 mm bis 5 mm muss gefügt werden können. Dies
erfordert eine Schweißmaschine, die diese Bedienungen komplett für alle Bereiche ohne langwierige Einstellvorgänge erfüllt.
MAG- Schweißen
Das MAG- Schweißen war bis vor kurzem neben dem
Widerstandspunktschweißen das Fügeverfahren
schlechthin. Die Schmelztemperatur des Zusatzwerkstoffes von etwa 1500 °C bewirkt allerdings eine sehr
hohe Erwärmung im Schweißbereich. Dies führt zu
einem Festigkeitsverlust bei den modernen Stahlwerkstoffen und die hohen Eigenspannungen bewirken ein Einfall der Karosseriefläche in diesem Bereich, was zu zusätzlichen teuren Nacharbeiten führt.
Bei verzinkten Blechen tritt eine hohe Zinkverdamp-
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fung und -verbrennung ein, was zu ungenügendem
Korrosionsschutz führt.
Die Reparaturrichtlinien vieler Automobilhersteller
schreiben aber dieses Schweißverfahren besonders
im Strukturbereich noch vor, so dass dieses Verfahren
immer noch bei der Reparatur angewendet werden
muß.
MIG- Schweißen
Der Einsatz von Aluminium bei Voll- Al- Karosserien
erfordert im Strukturbereich das MIG- Schweißen
beim Verbindung von Profilen mit Gussknoten. Im
Außenhautbereich wird dieses Schweißverfahren
weniger eingesetzt, allerdings kann durch Aufschweißen von Zugadaptern eine Rückverformung von deformierten Bereichen die nur von einer Seite zugänglich sind vorgenommen werden.
Bei der Lkw – Instandsetzung erstreckt sich die Reparatur auf Kofferaufbauten und Muldenkipper.
Sorte
DINKurzzeichen
Legierungsbasis
Schmelzbereich °C
Siliziumbronze
SG-CuSi3
Cu + 3% Sili-
910-1025
zium
Zinnbronze
SG-CuSn6
Cu + 6% Zinn
910-1040
Aluminium-
SG-CuAl8
Cu + 8% Alu-
1030-1040
bronze
minium
Tabelle 1 Die wichtigsten Lötwerkstoffe zum Lichtbogenlöten
MIG- Löten
Durch die modernen Stahlwerkstoffe wird eine Reduzierung der Wärmeeinbringung im Nahtbereich notwendig. Hierfür bietet sich das MIG- Löten besonders
an.
Im Gegensatz zum MIG- oder MAG - Schweißen wo
artgleiche oder artähnliche Schweißzusätze eingesetzt werden, verwendet man beim MIG-Löten Bronzedrähte, die unter argonreichen Schutzgasen abgeschmolzen werden. Die Schmelztemperatur der Lötzusätze ist gegenüber dem Grundwerkstoff wesentlich
niedriger. Der Schmelzbereich von Silizium- Zinnoder Aluminiumbronzen liegt nicht wesentlich über
1000 °C, siehe Tabelle 1.
Im Gegensatz zum Schweißen, wo ein tiefer Einbrand
erwünscht ist, erfolgt die Bindung beim Lichtbogenlöten nur durch Diffusion und durch Adhäsionsvorgänge
im Lötbereich.
Dies wird durch den niedrigen Schmelzpunkt des Lotes und durch eine stechende Brennerführung erreicht, die den Lichtbogen weniger auf den Grundwerkstoff sondern mehr auf das Schweißbad richtet.
Hieraus ergibt sich eine geringere Erwärmung der
Fügezone gegenüber dem MAG- Schweißen, sodass
Festigkeitsverluste bei höherfesten und hochfesten
Stählen vermindert werden. Ebenso wird das Verdampfen und Verbrennen der metallischen Oberflächenüberzügen minimiert und die beim MAGSchweißen auf verzinkten Oberflächen typische
Spritzerbildung findet nicht statt.
Bild 2 Die wichtigsten Nahtarten bei der Karosseriereparatur
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Diese Vorteile des Lötens haben dazu geführt, dass
sowohl bei der Neufertigung als auch bei der Reparatur von Kraftfahrzeugen, zunehmend mehr MIGgelötet als MAG- geschweißt wird.
Nahtformen bei der Karosseriereparatur
Beim MIG-Löten und MAG-Schweißen kommen
hauptsächlich Überlapp-, Stumpf -, Bördel- und Kehlnähte vor. Bild 2 zeigt die wichtigsten bei der KfzReparatur vorkommenden Fugenformen und Bild 3
zeigt typische Lötnähte, die bei der Reparatur eines
Türschwellers vorkommen können. Für die Befestigung von Außenhautteilen wendet man die Lochpunkt- und Langlochverbindung an. Das Heften von
Karosserieteilen und die Befestigung von Zugadapter
ergänzen die Gesamtnahtformen.
Für eine Blechdicke können somit bei einer Karosseriereparatur bis zu 8 Nahtarten erforderlich sein.
Die Überlappnaht bei der ein Blech abgesetzt ist oder
die einen „Schuh“ auf der inneren Seite (3-BlechNaht) bekommt, wird bei den Strukturteilen und im
Bereich der Außenhaut bei Abschnittsreparaturen
eingesetzt. Diese Art der Verbindung erleichtert den
Vollanschluss der Bleche und verhindert gleichzeitig
einen Einfall der Karosseriefläche. In Randbereichen
wird für die Verbindung von Karosserieteilen die
Lochpunkt- und Langlochnaht angewendet. Dies kann
sowohl bei Strukturteilen als auch im Außenhautbereich sein.
Das Anlöten von Zugadaptern dient zur Rückverformung von Karosseriebereichen mit dem Zughammer
bzw. mit dem hydraulischen Richtgerät. Hierdurch
wird das gefürchtete Einreißen von Karosserieteilen
verhindert. Ferner dient der Adapter für den Anschluss eines Hebelwerkzeuges, mit dem Dellen aus
Karosserieteilen herausgezogen werden können.
Einstellen der optimalen Schweißparameter für
das MIG- Löten mit der PHOENIX CAREXPERT 300
Die vorkommenden Nahtarten und Blechdicken erfordern unterschiedliche Lötdaten. Natürlich muss dem
speziellen Wärmebedarf der verschiedenen Nahtformen Rechnung getragen werden. Bei verzinkten Blechen soll der Zinkabbrand gering sein ohne allerdings
eine ausreichende „Legierungsbildung“ im Nahtbereich zu unterbinden. Bei Lötungen im Außenhautbereich muss darauf geachtet werden, dass bei I- Nähten eine Lötnahtwurzel entsteht, da später eine Oberflächenbearbeitung der Lötnaht erfolgt. Als ideal hat
sich bei I- Nähten eine Lötfuge mit 0,8 mm Spalt erwiesen. Diese Lötfuge wird durch eine erst seit einigen Monaten auf dem Markt angebotene Trennscheibe des Schleifmittelherstellers Rhodius möglich. Besonders im Dünnblechbereich bis 1,2 mm Blechdicke
hat sich diese Kombination als nahezu unersetzlich
erwiesen.
Die Einstellung optimaler Lötparameter setzt eine
große Erfahrung des Karosseriefachmanns voraus,
die durch die Typenvielfalt der Reparaturfahrzeuge
weiter erschwert wird. Eine Probelötung an Fahrzeugen verbietet sich von selbst und ein Lötversuch an
Probeblechen gibt nicht die Verhältnisse am Bauteil
wieder.
Betrachtet man die Möglichkeiten bei 5 Blechdickenvariationen und 8 Naht-Formen, so ergibt sich schon
für das MAG- Schweißen und das MIG- Löten eine
Anzahl von je 40 Einstellungsmöglichkeiten.
Das Einstellen bei konventionellen MIG/MAG- Geräten wird zusätzlich dadurch erschwert, dass bei der
manuellen Einstellung die Geschwindigkeit des Drahtvorschubs, der die Stromstärke und damit die Leistung bestimmt, und die Lichtbogenlänge, woraus die
Spannung resultiert, genau aufeinander abgestimmt
werden müssen.
Bild 3 Typische Lötnähte bei Reparaturen an einem Türschweller
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Eine neuartige MIG/MAG- Schweißanlage (PHOENIX
300 CAREXPERT) Bild 4, die speziell für das Karosseriehandwerk entwickelt wurde, löst diese Probleme
auf intelligente Art. Das Schweißgerät ist konzipiert für
folgende Aufgaben:
•
MAG-Schweißen für alle Stahlbleche im
Karosseriebereich
•
MIG-Löten an beschichteten und unbeschichteten Blechen
•
MIG-Schweißen von Aluminium im Dünnblechbereich
In der Maschine sind Kennlinien mit den optimalen
Daten für die wichtigsten bei der Karosseriereparatur
vorkommenden Schweiß/Lötarbeiten und Nahtartenarten abgelegt. Diese müssen vom Schweißer/Löter
nur noch aufgerufen werden. Diese Daten beruhen
auf dem Know-how des Geräteherstellers sowie den
Erfahrungen namhafter Karosseriebetriebe. Durch
aufwendige Versuche an Karosserieblechen und Originalkarosserieteilen wurden praxisgerechte Einstellparameter ermittelt. Weiterhin kann man für viele
Kfz-Typen, die vom Hersteller für Reparaturarbeiten
freigegebenen Daten für Schweiß- und Lötaufgabe
einstellen. Wie das alles funktioniert wird im nächsten
Abschnitt beschrieben.
Die benutzerfreundliche Einstellung macht vieles
möglich
Die Einstellung erfolgt durch Betätigung von Tipptasten auf dem Bedienfeld an der Frontseite der Stromquelle. Diese Einstellung kann für das MAG- und MIGSchweißen sowie für das MIG- Löten vorgenommen
werden. Im nachfolgenden soll dies für das MIG- Löten aufgezeigt werden.
Zum Aufrufen der vom Hersteller der Stromquelle
gespeicherten Daten wählt man zunächst im mittleren
Teil des Bedienfeldes, das in Bild 5 abgebildet ist, in
der Zeile ganz links aus, mit welchem Lötdraht
(CuSi 3) bzw. Schutzgas (Argon) gelötet werden soll.
Daneben erfolgt die Einstellung des Drahtdurchmessers von 0,8 mm. Die Blechdicke wird durch den Reparaturbereich am Fahrzeug vorgegeben. Diese Einstellungen werden durch Leuchtdioden angezeigt.
Hiermit ist die Grundeinstellung für den Bediener
beendet.
Bild 5 Rechter Teil des Bedienfeldes
Die weitere Einstellung erfolgt jetzt nur noch durch die
vorgegebenen Nahtformen. Hierzu dienen u. a. die
selbsterklärenden Symbole die am Gerät und am
Schweißbrenner abgebildet sind, siehe auch Bild 2.
Durch einen Wippschalter und Display am Schweißbrenner können diese Nahtformen direkt abgerufen
werden. Ein Verlassen des
Arbeitsplatzes, um eine
notwendige Korrektur
vorzunehmen, ist nicht mehr
erforderlich, der Schweißer
kann sich voll auf den
Lötvorgang konzentrieren.
Zusätzlich zu den abgespeicherten Daten, kann die
Spannung und damit die
Lichtbogenlänge mit dem
mittleren Drehknopf in Bild 6
noch in einem Bereich von +/-2
Volt verändern. Allerdings ist
dies im Praxisbetrieb kaum
notwendig.
Bild 4 Ansicht der MIG/MAG-Anlage Phoenix 300 Car Expert Puls
Bild 6 Linker Teil des Bedienfeldes
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Diese Einstellungspraxis hat gegenüber den bisherigen Geräten folgende Vorteile:
•
Der Anwendungsbereich gilt für das MIG/
MAG – Schweißen und das MIG - Löten
•
Eine bedienerfreundliche Einstellung unmittelbar am Schweißbrenner ist möglich
•
Die Einstellungen sind optimal für die entsprechende Nahtart hinsichtlich der Festigkeit der Verbindung
•
Geringste Wärmeeinbringung im Nahtbereich sind bei dünnen Blechen möglich
Bild 7 MIG-Schweißbrenner „CAR CONTROL“
Namhafte Hersteller von Kraftfahrzeugen haben
selbst Reparaturkonzepte erarbeitet, die
ihre Vertragswerkstätten bei entsprechenden Reparaturen einhalten sollen. Wenn man auf das Autosymbol
rechts neben dem Display tippt, kann man mit den
Auf- und Abtasten daneben, den zu reparierenden
Kfz-Typ aussuchen. Mit dem linken Autosymbol in Bild
5 lassen sich dann die Daten für die Schweiß- und
Lötaufgaben auf den jeweiligen Fahrzeugtyp bezogen
einstellen. Ein Update ist für die Eingabe herstellerspezifischer Daten für spätere neue Fahrzeugtypen
jederzeit möglich. Für spezielle Fälle kann auch eine
„ freie Einstellung“ vorgenommen werden. Diese Einstellung kann auch bei nicht karosseriespezifischen
Fügeaufgaben eingesetzt werden.
An dem linken Display können neben der Stromstärke
wahlweise auch die eingestellte Blechdicke, die angewendete Drahtvorschubgeschwindigkeit oder die
Stromaufnahme des Drahtvorschubmotors angezeigt
werden. Letztere gibt einen Hinweis darauf, ob die
Drahtvorschubeinrichtung störungsfrei läuft. Zu hohe
Stromaufnahme deutet z.B. auf ein Verstopfen der
Drahtförderwege hin. Im rechten Teil des Displays
können wahlweise die eingestellt Lichtbogenspannung oder Hersteller und Typ des zu reparierenden
Fahrzeugs angezeigt werden. Weitere Einstellmöglichkeiten, wie Betriebsart, Schweißart
(Standard/Impuls) Gasnachströmzeit usw. runden den
guten Gesamteindruck der Anlage ab.
Neben der Einstellung am Bedienfeld besteht bei Benutzung eines Spezialbrenners Bild 7 auch die Möglichkeit die Programme 1 – 8 direkt am Brenner
aufzurufen.
Dokumentation der Fügeparameter
Die Fügedaten-Dokumentations Software Q-DOC
9000 in Bild 8, gewährleistet im Bedarfsfall eine
lückenlose Dokumentation aller Einstelldaten - so
kann man jederzeit die ordnungsgemäße Reparatur
nachweisen.
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Gesamtanlage (Bild 1):
Die Schweißanlage ist auf einem Fahrwagen in optimaler Arbeitshöhe angebracht. Die Grundeinstellungen können hierdurch ohne die „übliche Verneigung“
vor dem Gerät vorgenommen werden. Eine großzügige Ablage auf der Maschine in Verbindung mit einem zusätzlichen Ablageraum unter der Maschine
berücksichtigt die Bedürfnisse des Fachmanns.
Bild 8 EWM Software Q-DOC 9000
Fazit:
Im Karosseriebau hat sich in den letzten Jahren vieles
getan. Moderne Werkstoffe sind zur Anwendung gekommen und beim Fügen von dünnen beschichteten
Stahlblechen wird immer mehr auf eine fachgerechte
und kostengünstige Reparatur geachtet.
Um den Karosserieinstandsetzungstechnikern in den
Reparaturbetrieben die Arbeit beim Schweißen und
Löten zu erleichtern und den hohen Qualitätsstandard
zu erhalten, wurde deshalb speziell eine Schutzgasschweißanlage entwickelt, die für den Bediener das
Einstellen und die Handhabung erheblich vereinfacht.
In der Software der Stromquelle ist das Know-how
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des Herstellers und das von bedeutenden Karosseriebetrieben gespeichert. Ferner sind die von namhaften Kraftfahrzeugherstellern für Reparaturen
vorgegebenen Einstellungen abrufbar.
Indem der Karosserieinstandsetzungstechniker sich
dieser Datenbank bedient, arbeitet er immer mit optimaler Einstellung, was das Schweißen und Löten so
erleichtert, dass er sich optimal auf das Führen des
Brenners in der Fuge konzentrieren kann. Qualitativ
hochwertige Reparaturen sind das Ergebnis.
Mit der PHOENIX CAREXPERT 300 bietet die Firma
EWM eine Maschine für die Zukunft an. Einsetzbar für
die Metallschutzgas-Schweißverfahren und das MIGLöten, speziell für die Karosseriereparaturen der Automobilhersteller und der freien Karosseriewerkstätten.
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