Das Laserstrahlschweißen im Karosseriebau ist zu einem konventionellen Fügeverfahren geworden. Dies gilt unabhängig von der Art der Strahlquelle, der Strahlführung und für die gesamte Sicherheits-, Steuerungs-, Automatisierungs- und Vorrichtungstechnik. Mehr und mehr Baugruppen sind speziell für die Laserverfahren konstruiert, nutzen deren spezifischen Eigenschaften gezielt aus und können nicht mehr mit anderen Fügeverfahren hergestellt werden. Unterschiedliche Schweißnaht-Merkmale sind nicht durch die Lasertechnik verursacht, sondern zumeist in ungünstigen Spannbedingungen oder Bauteil-, Werkstoff- oder Beschichtungsabweichungen begründet. Trotz der hohen Präzision aller Fertigungskomponenten treten durch die Sensibilität des Fügeprozesses bedingte systematische und stochastische Nahtunregelmäßigkeiten auf. Systematisch erkennbare Ursachen sind die wenigen hundertstel bis zehntel Millimeter Bauteilgeometrie-, Positions- oder Beschichtungsabweichungen bzw. Toleranzen, deren umfassende Beherrschung noch aussteht. Unabhängig davon treten scheinbar zufällige Unregelmäßig-keiten trotz allseits optimaler Bedingungen auf. Im Ergebnis dieser Arbeit wurde eine Methode entwickelt, um aus Prozesssignalen mit einer erstaunlich einfachen Vorgehensweise entstandene Schweißnahtmerkmale zu prognostizieren. Die Merkmalseinteilung lehnt sich an der maßgeblichen Prüfvorschrift an und erreicht schon in dieser frühen Entwicklungsphase einen guten bis sehr guten Bewertungsgrad. Begründet und untermauert wird diese Methode mit der Erweiterung der bestehenden Modellvorstellung zur Laserstrahl-(Stahl)Werkstoff-Wechselwirkung vom Einschweißen zum Ver-schweißen der Nahtform I-Naht am 2-Blech Überlappstoß verzinkter Bleche. Die Vorgänge im Schweißprozess für jedes prognostizierbare Nahtmerkmal sind skizziert, begründet und mit den Prozessemissionen in Zusammenhang gebracht.:1 Einleitung .............................................................................................................................. 1 2 Stand der Technik .................................................................................................................. 3 2.1 Laserstrahlen im Karosseriebau...........................................................................................3 2.1.1 Laseranwendungen im Karosseriebau bei Volkswagen ................................................... 5 2.1.2 Golf, Passat, Phaeton und Bentley Fertigung bei Volkswagen Sachsen ........................... 6 2.1.3 Prozessbesonderheiten beim Laserstrahlschweißen im Karosseriebau ........................... 9 2.1.4 Entwicklungstendenzen der Laseranwendung im Karosseriebau ................................... 11 2.2 Qualitätssicherungsmethoden für Laserfügeverbindungen im Karosseriebau ................. 14 2.2.1 Offline Prüfung .............................................................................................................. 14 2.2.2 Inline Prüfung................................................................................................................ 19 2.2.3 Prozessüberwachung beim Laserstrahlschweißen ....................................................... 23 3 Nahteigenschaften ............................................................................................................. 27 3.1 Übersicht der Nahtunregelmäßigkeiten ........................................................................... 27 3.2 Einflüsse auf Nahteigenschaften ......................................................................................27 3.3 Thermische Verformung, Schrumpfung, Eigenspannungen, Verzug ................................. 30 4 Problemstellung, Zielsetzung und Systematik zur Lösungsfindung .................................. 32 4.1 Problemstellung............................................................................................................... 32 4.2 Zielsetzung ..................................................................................................................... 33 4.3 Systematik zur Lösungsfindung ........................................................................................33 5 Durchgeführte Untersuchungen ......................................................................................... 34 5.1 Basistechnik .....................................................................................................................34 5.1.1 Laserstrahlquelle .......................................................................................................... 34 5.1.2 Bearbeitungswerkzeug und Sensoren ...........................................................................34 5.1.3 Kamera ...........................................................................................................................36 5.1.4 Spektrale Einordnung und Sichtbereiche der Sensoren ..................................................38 5.1.5 Laserzelle und Roboter.....................................................................................................40 5.2 Inprozess Untersuchungen – Schwerpunkt Photodetektoren ........................................... 40 5.2.1 Analyse Toleranzbandmethode ........................................................................................ 40 5.2.2 Statistische Analyse von Einflussgrößen............................................................................................. 43 5.2.3 Einzelanalyse der Einflussgröße Spalt ................................................................................................ 49 5.2.4 Spaltverträglichkeit dünner Strukturbleche ......................................................................................... 52 5.2.5 Einführung der MILLIMETERPEGEL ..................................................................................................... 54 5.3 Inprozess Untersuchungen – Schwerpunkt Prozessbildbewertung .................................... 58 5.3.1 Analyse LWM-C ................................................................................................................................. 58 5.3.2 Messung der Dampfkapillare und der Schmelzbadlänge ..................................................................... 70 5.3.3 Off-axis Prozessbeobachtung ............................................................................................................... 71 5.3.4 Charakterisierung der Durchschweißung ............................................................................................. 72 5.3.5 Auslegung geeigneter Schweißprozessbeleuchtung ............................................................................. 75 5.3.6 Koaxiale und off-axis Beobachtungen ................................................................................................. 79 6 Nahteigenschafts-Bewertungsmethode ............................................................................... 86 6.1 Vorgehensweise ........................................................................................................................86 6.2 Durchgangslöcher, Poren, Endkrater ....................................................................................95 6.3 Aussagesicherheit .....................................................................................................................95 7 Modellbildung ...................................................................................................................... 97 7.1 Anfang und Ende der Schweißnaht ........................................................................................98 7.2 Nahtmerkmal „Spritzer“ (0-Spaltschweißen) .......................................................................99 7.3 Nahtmerkmal „In Ordnung“ ................................................................................................102 7.4 Nahtmerkmal „Geringer Nahtein- bzw. Wurzelrückfall“ .................................................104 7.5 Nahtmerkmal „Starker Nahtein- bzw. Wurzelrückfall“ ....................................................106 7.6 Nahtmerkmal „Oben geschnitten“ .......................................................................................108 7.7 Nahtmerkmal „Falscher Freund“ (nicht verschweißt) .......................................................110 8 Zusammenfassung und Ausblick ...................................................................................... 112 9 Verzeichnisse ...................................................................................................................... 115 9.1 Literatur .................................................................................................................................115 9.2 Normen ...................................................................................................................................124 9.3 Abkürzungen ..........................................................................................................................125 9.4 Formelzeichen .........................................................................................................................127 9.5 Abbildungen ...........................................................................................................................127 10 Anlagen ............................................................................................................................... 132 10.1 Nahtunregelmäßigkeiten an Laserschweißnähten ..............................................................132 10.2 Sensor-Fehler-Übersicht ........................................................................................................137 10.3 Fehler-Ursachen-Parameter ..................................................................................................139 10.4 Arbeitsplan – Versuchsabfolge und Resultate .....................................................................141 / The laser welding in the car body shop has become a conventional joining process. This is independent from the type of the laser beam source, the course of the radiation and for the complete safety-, control-, automation- and equipment-technology. More and more modules are especially designed for the laser procedure, use their specific characteristics and cannot be produced by any other joining processes. Different characteristics of welds are not caused by the laser technique, but mostly due to unfavourable clamping conditions or because of tolerances of parts, material or coating. Despite the big precision of all production components, systematic and stochastic welding imperfections appear due to the sensibility of the joining process. Systematically identifiable causes are the deviations or tolerances of a few hundredths to tenths of a millimetre concerning the component’s geometry, positions and coatings, whose complete control is still due. Independent from that appear seemingly random irregularities, despite the well-optimal conditions. In result to this work, a method for pre-calculating welding characteristics through an amazingly simple approach was developed. The classification is based on the test specification and achieved even at this early stage of development a good or very good rating level. This method is justified and supported through the addition of the already existing image of the model to the laser/material interaction; from weld-in to the weld-together of square butt form- seams on 2 zinc coated sheets lap joint. The transactions within the welding process for each pre-calculated seam-characteristic are outlined, justified and related to the process emissions in context.:1 Einleitung .............................................................................................................................. 1 2 Stand der Technik .................................................................................................................. 3 2.1 Laserstrahlen im Karosseriebau...........................................................................................3 2.1.1 Laseranwendungen im Karosseriebau bei Volkswagen ................................................... 5 2.1.2 Golf, Passat, Phaeton und Bentley Fertigung bei Volkswagen Sachsen ........................... 6 2.1.3 Prozessbesonderheiten beim Laserstrahlschweißen im Karosseriebau ........................... 9 2.1.4 Entwicklungstendenzen der Laseranwendung im Karosseriebau ................................... 11 2.2 Qualitätssicherungsmethoden für Laserfügeverbindungen im Karosseriebau ................. 14 2.2.1 Offline Prüfung .............................................................................................................. 14 2.2.2 Inline Prüfung................................................................................................................ 19 2.2.3 Prozessüberwachung beim Laserstrahlschweißen ....................................................... 23 3 Nahteigenschaften ............................................................................................................. 27 3.1 Übersicht der Nahtunregelmäßigkeiten ........................................................................... 27 3.2 Einflüsse auf Nahteigenschaften ......................................................................................27 3.3 Thermische Verformung, Schrumpfung, Eigenspannungen, Verzug ................................. 30 4 Problemstellung, Zielsetzung und Systematik zur Lösungsfindung .................................. 32 4.1 Problemstellung............................................................................................................... 32 4.2 Zielsetzung ..................................................................................................................... 33 4.3 Systematik zur Lösungsfindung ........................................................................................33 5 Durchgeführte Untersuchungen ......................................................................................... 34 5.1 Basistechnik .....................................................................................................................34 5.1.1 Laserstrahlquelle .......................................................................................................... 34 5.1.2 Bearbeitungswerkzeug und Sensoren ...........................................................................34 5.1.3 Kamera ...........................................................................................................................36 5.1.4 Spektrale Einordnung und Sichtbereiche der Sensoren ..................................................38 5.1.5 Laserzelle und Roboter.....................................................................................................40 5.2 Inprozess Untersuchungen – Schwerpunkt Photodetektoren ........................................... 40 5.2.1 Analyse Toleranzbandmethode ........................................................................................ 40 5.2.2 Statistische Analyse von Einflussgrößen............................................................................................. 43 5.2.3 Einzelanalyse der Einflussgröße Spalt ................................................................................................ 49 5.2.4 Spaltverträglichkeit dünner Strukturbleche ......................................................................................... 52 5.2.5 Einführung der MILLIMETERPEGEL ..................................................................................................... 54 5.3 Inprozess Untersuchungen – Schwerpunkt Prozessbildbewertung .................................... 58 5.3.1 Analyse LWM-C ................................................................................................................................. 58 5.3.2 Messung der Dampfkapillare und der Schmelzbadlänge ..................................................................... 70 5.3.3 Off-axis Prozessbeobachtung ............................................................................................................... 71 5.3.4 Charakterisierung der Durchschweißung ............................................................................................. 72 5.3.5 Auslegung geeigneter Schweißprozessbeleuchtung ............................................................................. 75 5.3.6 Koaxiale und off-axis Beobachtungen ................................................................................................. 79 6 Nahteigenschafts-Bewertungsmethode ............................................................................... 86 6.1 Vorgehensweise ........................................................................................................................86 6.2 Durchgangslöcher, Poren, Endkrater ....................................................................................95 6.3 Aussagesicherheit .....................................................................................................................95 7 Modellbildung ...................................................................................................................... 97 7.1 Anfang und Ende der Schweißnaht ........................................................................................98 7.2 Nahtmerkmal „Spritzer“ (0-Spaltschweißen) .......................................................................99 7.3 Nahtmerkmal „In Ordnung“ ................................................................................................102 7.4 Nahtmerkmal „Geringer Nahtein- bzw. Wurzelrückfall“ .................................................104 7.5 Nahtmerkmal „Starker Nahtein- bzw. Wurzelrückfall“ ....................................................106 7.6 Nahtmerkmal „Oben geschnitten“ .......................................................................................108 7.7 Nahtmerkmal „Falscher Freund“ (nicht verschweißt) .......................................................110 8 Zusammenfassung und Ausblick ...................................................................................... 112 9 Verzeichnisse ...................................................................................................................... 115 9.1 Literatur .................................................................................................................................115 9.2 Normen ...................................................................................................................................124 9.3 Abkürzungen ..........................................................................................................................125 9.4 Formelzeichen .........................................................................................................................127 9.5 Abbildungen ...........................................................................................................................127 10 Anlagen ............................................................................................................................... 132 10.1 Nahtunregelmäßigkeiten an Laserschweißnähten ..............................................................132 10.2 Sensor-Fehler-Übersicht ........................................................................................................137 10.3 Fehler-Ursachen-Parameter ..................................................................................................139 10.4 Arbeitsplan – Versuchsabfolge und Resultate .....................................................................141

Diese Arbeit erklärt anhand von Vertragswerkstätten der Volkswagen AG, wie Kfz-Handwerker im komple-xen Feld Werkstatt Probleme lösen. Sie deckt auf, wie und warum Kfz-Handwerker auf besondere Weise Denken und Handeln. Dies meint, wie sie arbeiten, lernen und vor Allem, wie und warum sie Medien an-eignen – oder verweigern: Täglich diagnostizieren und reparieren Kfz-Handwerker Fahrzeuge. Dabei ist oft zu beobachten, dass extra dafür hergestellte Hilfsmedien von ihnen umgangen oder gar offen abgelehnt werden. Dies führt teils zu schweren Fehlern, teils aber auch zu herausragenden Leistungen. Bislang ist kaum geklärt, aus welchen Gründen dies erfolgt. Von den Handwerkern genannte Gründe er-scheinen in der Außenperspektive oft sonderbar. Doch sie sind subjektiv vernünftig. Die Untersuchung zeigt, mit welchen Begründungen die Handwerker sich gegen Medienaneignung entscheiden. Und sie er-klärt, inwiefern dies daran liegt, dass Computer im Spannungsverhältnis zwischen den Expertise-Denk¬wei-sen der Handwerker und den sozialen Beziehungen der Akteure stehen. Die Akteure sind Mitarbeiter im Autohaus, aber auch beim Hersteller und beim Importeur des jew. Landes. Dies gelingt durch die theoretische Basis subjektwissenschaftlicher Lerntheorie, unter Bezugnahme auf wissenschaftliche Nachbardisziplinen und mit der Methodologie, Strategie und Methodik qualitativer So-zialforschung. Die Phänomene werden exemplarisch aus mehrwöchigen Feldstudien in Werkstätten der Volkswagen AG in Deutschland qua O-Ton-Audiomittschnitt, Interview und Beobachtung rekonstruiert und mit begleitenden Quellen ergänzt. So entstehen z.B. Modelle - zur Typologie intuitiver und analytischer Arbeitsstrategien der Handwerker - zu Reflexionsauslösern - zu Medienkontakthürden und - zur Medien(vertrauens)bewertung im Prozess der Medienkompetenzentwicklung. Durch diese erstmals in solcher Form geleistete Phänomen-Aufschlüsselung werden - neue Ansatzpunkte des didaktischen Designs - und für die technische Redaktion - Herausforderungen an Medien und Prozesse - und für die Qualitätssteigerung zwingend zu leistende Aufgaben aufgezeigt. Es werden fast banal scheinende, subtile alltägliche Phänomene analysiert und deren massiver Einfluss auf Fehler und Erfolge des Handelns verdeutlicht. Da ersteres oberflächlich altbekannt und oft unhinterfragt ist, wird die große Bedeutung für einen erfolgreichen Reparaturprozess zumeist übersehen. Darum bietet sich hier noch ungenutztes Verbesserungs-Potential. Die Befunde fokussieren auf deutsche ‚Werkstattlogik‘, sind aber mit kritischem Rückbezug auf kulturelle Besonderheiten auf die Volkswagen AG Vertragswerkstätten in über 150 Ländern anwendbar.:Inhalt Auf einen Blick – Zusammenfassung und Schlagworte Aufbau der Kapitel 1 Einleitung 1 1.1 Problemstellung und Einleitung in das Phänomenfeld – die Herausforderung Werkstatt 1 1.2 Settingbeschreibung – das Szenario Werkstatt 4 1.3 Verwertungsziele – die Handreichungen für Redaktion, Computer und Forschungsgemeinschaft 5 1.4 Fragestellung – die Aneignung der Handwerker 6 1.5 Forschungsstrategie – der Analyseverlauf 7 1.5.1 Grounded Theory 7 1.5.2 Aufbau der Analyse 13 2 Exploration 15 2.1 Sensibilisierendes Konzept ad hoc – die ersten Überlegungen 15 2.2 Pädagogische Basis – die Ausgangs-Modelle als Integral der Analyse 16 2.2.1 Mediendidaktische Klassifikation – die Gegenstandsbeschreibung 16 2.2.2 Subjektwissenschaftliche Lerntheorie – das Integral der Theoriefolien 20 2.2.3 Mentale Modelle – die Erweiterung des Integrals um ein Bindeglied zu Experten-Begründungen 28 2.2.4 IT-Design, Medienkompetenz und Medienaneignung – die Erweiterung des Integrals um Bindeglieder zum Computer 32 2.3 Forschungs-Stand – der Status quo und neue Perspektiven als Anregung für die Analyse 39 2.3.1 Studien direkt zum Phänomen Medien und Werkstatt 40 2.3.2 Offene Fragen in der Praxisdisziplin Technische Redaktion 58 2.3.3 Offene Fragen zum Gestaltungswissen pädagogischer Psychologie 67 2.3.4 Technik im Forschungsfeld IT-Design 74 2.3.5 Didaktische Aspekte des Lernens und Wissens außerhalb von Lehr-Lern-Institutionen 91 2.3.6 Arbeitsobjekt, Subjekt und Feld in der komplexen Problemlöseforschung 105 2.3.7 Subjektsicht in Expertiseforschung, Routinen und Standards 115 2.3.8 Intuition und Analyse durch Forschung zum natürlich-intuitiven Entscheiden 136 2.3.9 Fehler-Forschung und Human Factors 156 2.3.10 Hochverlässlichkeit und Hochleistung in Gruppen 168 2.3.11 Soziodynamik 176 2.3.12 Forschung zur Vergemeinschaftung bei Lernen und e-Learning 180 2.4 Sensibilisierendes Konzept a priori – die Zusammenführung zu Suchsonden 195 2.5 Forschungs-Design – der Bau der Werkzeuge 198 2.5.1 Methodologie, Gütekriterien und Folgerungen 198 2.5.2 Methodik und Instrumentarium 202 3 Ergebnis 216 3.1 Aufbau der Ergebnisdarstellung 216 3.2 Werkstattlogik – das Konzept a posteriori als Befunde zu den Phänomenen und abgeleitete Prinzipien 218 3.2.1 Bekannte didaktische Faktoren 218 3.2.2 Kontext 220 3.2.3 Arbeitsstrategien der Handwerker 237 3.2.4 Begründungslogik intuitiv-heuristischer Arbeitsstrategie 247 3.2.5 Entscheidungsfaktoren für Arbeitsstrategien 272 3.2.6 Medienkollaboration und Medienaneignung 292 3.3 Antworten – die Auflösung der Fragestellung und didaktische Schlussfolgerungen 321 3.3.1 Kompression – die Rekapitulation der Frage und die verdichtete Antwort 321 3.3.2 Extrakt – die Zusammenschau der Befunde als Checkliste 323 3.3.3 Rahmen – die Zentralsätze als Meta-Modell 331 3.3.4 Effekt – die durch die Phänomene erzeugten Medienkontakthürden 332 3.4 Ausblick – die Diskussion der Ergebnisse und die Desiderata an die Forschungsgemeinschaft 333 Appendix Eins 336 A1 Literatur 336 A2 Abbildungen 365 A3 Abkürzungen 366 Appendix Zwei 369 A4 Empirische Quellen 369 A4.1 Codings pro Phänomen 369 A4.2 Analysierte Dokumente 402 A4.3 Transkripte 402 A4.4 MAXQDA-Files 402 A5 Ausgelagerte Details des Instrumentariums 403 A5.1 Interview-Leitfaden 403 A5.2 Transkriptionssystem 408 A5.3 Nicht eineindeutige Abkürzungen der rekonstruktiven Zusammenfassung 409 A6 Ausgelagerte Details der Theoriefolien 410

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