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Oberflächentechnik Wie moderner Korrosionsschutz funktioniert

| Autor: Thomas Günnel

„Den fahre ich, bis er wegrostet“: Dieses Bekenntnis zum eigenen Auto könnte eine sehr lange Zweisamkeit bedeuten. Moderner Korrosionsschutz ist eine komplexe Entwicklungsaufgabe – die Tests sind extrem.

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Moderner Korrosionsschutz bedeutet bei Volkswagen auch das Fluten von Hohlräumen mit Wachs.
Moderner Korrosionsschutz bedeutet bei Volkswagen auch das Fluten von Hohlräumen mit Wachs.
(Bild: Volkswagen)

Ein Thema ist seit Jahren aus den Köpfen der meisten Fahrzeugbesitzer verschwunden: Korrosion. Wie bitte, Rost? Das war doch früher!? Stimmt – vor allem, weil Entwickler bessere Möglichkeiten erdacht haben, die das empfindliche Stahlblech wirksam vor Beschädigung und den Folgen schützen. Wie komplex der Ablauf von der Entwicklung bis zum wirksamen Korrosionsschutz ist, zeigte Volkswagen Anfang Februar in Wolfsburg.

Der Ansatz ist identisch mit dem vor zwanzig oder dreißig Jahren: Das Grundmetall muss gegenüber Sauerstoff abgeschottet werden, dann kann es nicht oxidieren. Glatte Oberflächen lassen sich einfach bearbeiten, außerdem besteht hier keine Gefahr von Staunässe. Knifflig wird es bei Falzen, etwa bei Türen oder Schwellern; oder wenn Stahl und Aluminium gemeinsam verbaut werden. Die Werkstoffe haben unterschiedliches elektrisches Potenzial – kommt nun zum Beispiel Wasser in Verbindung mit beiden Materialien, fließt Strom. Das Ergebnis: Kontaktkorrosion.

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Besonders herausfordernd ist der Korrosionsschutz deshalb beim Modularen E-Antriebs-Baukasten (MEB) von Volkswagen. Die Schweller sind hier zweiteilig ausgeführt: Im Inneren befindet sich ein Hohlkammerprofil aus leichten Aluminium-Strangpressprofilen. Die sind notwendig, weil der Rahmen die Akkus vor Intrusionen bei Unfällen schützen muss. Die Aluminium-Profile umschließen jeweils eine Lage hochfester, warmumgeformter und verzinkter Stahl. Beide Baugruppen sind miteinander verklebt – der Klebstoff ist hier zugleich der elektrische Isolator. Zusätzlich kleidet eine KTL-Beschichtung sämtliche Hohlräume aus, die Innenseiten der Stahlbleche sind zudem durch Wachs geschützt. Beide Medien gelangen durch dafür vorgesehene Stanz-Löcher in die Hohlräume des Schwellers.

Mit Wachs fluten

Beim Konservieren mittels Wachs, nicht nur beim MEB, geht Volkswagen einen eigenen Weg – die „Flutwachskonservierung“. Bei dem patentierten Verfahren werden die Rohkarossen auf 80 Grad Celsius erwärmt und auf einem Lafette genannten Gestell platziert. Aus großen Stempeln strömen anschließend rund eine halbe Minute lang 360 Liter Wachs durch Öffnungen in Schweller und Hohlräume. Auf 120 Grad Celsius erhitzt, ist das Wachs ähnlich dünnflüssig wie Wasser. Es flutet so alle tragenden Teile im unteren Bereich der Karosserie, die oberen Längsträger und Partien der Radhäuser.

Beim Touran und Tiguan gibt es 59 sogenannte Flutpunkte. „Wir könnten das natürlich auch mit 360-Grad-Sprühdüsen bewerkstelligen“, beschrieb ein Entwickler, „aber wegen der oft komplexen Falze und doppelten Materiallagen kann es vorkommen, dass Bereiche unbehandelt bleiben. Mit dem Flutwachsverfahren kann das nicht passieren.“ 56 Pumpen befördern das Wachs aus dem 8.000 Liter großen Vorratsbehälter zu den Düsen der Flutanlage.

1,5 kg Wachs als Korrosionsschutz

Im nächsten Schritt wird die Karosserie angehoben und um 15 Grad nach hinten gekippt. Der überwiegende Teil des Wachses läuft wieder ab und wird in das Wachsreservoir zurückgeführt. Rund 1,5 Kilogramm Wachs bleiben als homogener Schutzfilm im Innern der Karosserie haften. Das Verfahren setzt der Automobilhersteller in all seinen Werken ein. Um die Türen vor Korrosion zu schützen, bringen seit dem vergangenen Jahr Roboter Wachs mittels Sprühlanzen ein. Das Werk Wolfsburg ist das erste der Konzernmarke mit dieser Anlage, je nach Werk und Modell erfolgen diese Schritte aber auch noch in Handarbeit.

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Fünf Komponenten des Korrosionsschutz

Zum Korrosionsschutz an Fahrzeugen gehören in der Regel fünf Bereiche:

  • Lackaufbau,
  • Verzinkung der Bleche,
  • Steinschlag- und Unterbodenschutz,
  • Abdichtnähte und
  • Hohlraumversiegelung.

Ausschließlich mittels Wachs lässt sich Korrosion aber nicht verhindern. Ein Beispiel für konstruktiven Korrosionsschutz sind die Türen des Golf 8 – hier konkret die Zone im unteren Bereich, in der das Innen- und das Außenteil in der Falzung aufeinandertreffen. Türen sind Nassräume, in die Regenwasser eindringt, das von den Scheiben abläuft. Damit sich kein Rost bildet, füllt ein technischer Klebstoff den Hohlraum der Falzschlaufe und schafft zugleich eine feste Verbindung zwischen beiden Teilen. Eine PVC-Feinnahtabdichtung versiegelt die umgelegte Falzkante, und die Innenbereiche der Tür erhalten – wie beschrieben – eine Hohlraumkonservierung mit Wachs.

Konstruktiv vor Korrosion schützen

Weitere konstruktive Maßnahmen finden sich zum Beispiel am Spalt zwischen dem Kotflügel und der A-Säule. Beim aktuellen Golf nutzt Volkswagen ein hartes Formteil mit umlaufenden weichen Dichtlippen. Schweiß-Blindniete halten Kotflügel und Seitenschweller auf einem definierten Abstand, während der Lackierung der Karosserie kann sich dort eine KTL-Beschichtung ausbilden. Der Spalt fungiert außerdem als Drainage für im Fahrzeugbetrieb von außen eindringendes Spritzwasser. Zudem schützt eine Schicht Wachs den Bereich zwischen Kotflügel und A-Säule.

Das Fahrzeug darf sich nicht selbst beschädigen.

Ein interessantes Detail ist die sogenannte Schwellerstufe, eine kleine Stufe in der Blechkontur, die wie ein Damm wirkt – gegen von den Vorderrädern aufgewirbelte Gischt, die in den Türspalt drückt. Der Unterdruck, den das fahrende Auto erzeugt, würde das Wasser sonst über den Schweller in Richtung des Fahrzeuginneren ziehen – die Feuchtigkeit könnte so unter die Dichtung gelangen, die Innen- und Außenschweller verbindet. Bekannt und bewährt beim Korrosionsschutz sind zudem Verkleidungen aus flächigen Kunststoff-Schalen, die den Unterboden vor Steinschlag und Nässe schützen. Nebenbei bewirken sie einen besseren cw-Wert, weil sie Verwirbelungen reduzieren. Alle anderen Zonen werden von PVC geschützt, das in flüssigem Zustand in unterschiedlichen Schichtdicken auf die lackierte Rohkarosserie gespritzt wird. Eine Golf-spezielle Konstruktion sind außerdem gekapselte Kennzeichenleuchten, in denen sich keine Feuchtigkeit sammeln kann.

Korrosionsschutz durch Simulation verbessern

Viele Details, die in Summe dafür sorgen sollen, dass das Fahrzeug auch nach Jahren noch keinen Rost ausbildet. Dahinter steckt detaillierte Entwicklungsarbeit. Der erste Schritt heißt heute: Simulation. „Das Fahrzeug darf sich nicht selbst beschädigen“, beschreibt Johannes Neft, Leiter der Karosserieentwicklung bei Volkswagen, den Ansatz, und meint damit vor allem den „Selbstbewurf“ mit Steinchen, die von den Vorderrädern aufgeschleudert werden und auf die Flanken prallen. Abhilfe kann zumindest teilweise die Form der Schweller schaffen: Minimale Änderungen im Design der Seitenfallung können bewirken, dass die aufgewirbelten Steinchen abprallen, statt die Oberflächenbeschichtung zu beschädigen.

„Wir versuchen Korrosion mehr und mehr per Simulation vorherzusagen“, sagt Neft. „Je mehr simuliert wird, desto mehr Erfahrung ist aber auch notwendig, um die Ergebnisse einschätzen zu können.“ Deshalb bleibt es nicht bei digitalen Simulationen. Um tatsächlich zu erfahren, wie sich Fremdeinwirkung auf den Korrosionsschutz auswirkt, hilft nur: fahren. Im sogenannten dynamischen Korrosionstest prüft Volkswagen die Fahrzeuge auf dem Testgelände in Ehra-Lessin. Hier muss jedes neu entwickelte Modell „durch“, stichprobenartig auch Serienfahrzeuge; etwa 40 Stück jährlich.

Zwölf Jahre in sechs Monaten

Das Testprogramm verdichtet ein durchschnittliches Autoleben im Zeitraffer. In sechs Monaten fahren die Entwickler 90 Zyklen, am Ende werden so zwölf Auto-Jahre beim Kunden nachgestellt. Die Tests sind umfangreich und bilden sehr unterschiedliche, korrosionsfördernde Bedingungen ab: Streusalz, Schotter, Wasser, schlechte Straßen, Kälte und Frost, hohe Luftfeuchtigkeit, Hitze oder Staub. Ein Zyklus dauert etwas länger als einen Tag – anschließend findet eine Sichtprüfung statt, um Schwachstellen zu erkennen.

Auf der Schotterstrecke zum Beispiel fahren die Tester relativ hohe Geschwindigkeiten. Sie führen zu einem intensiven „Eigenbewurf“ mit Steinen, der vor allem den Unterboden und die Fahrzeugflanken belastet. Die typischen Steinschläge von Autobahnfahrten stellt der Hersteller simpel mit zwei Fahrzeugen nach, die eine Splitt-Teststrecke nah hintereinander befahren. Die so genannte Splash-Strecke simuliert eine mit Salz abgetaute Autobahn, hier muss das Auto mit hoher Geschwindigkeit eine Strecke durch aggressives, salzhaltiges Wasser zurücklegen, wodurch das Wasser in jede Ritze des Unterbodens gesogen wird. Bei der Schlammdurchfahrt dringt eine Mischung aus Torf, Lehm, Metallen und Salzen in Ritzen und Hohlräume ein, wo es in der Folge abrasiv wie Schleifpaste wirkt.

Wir gehen bei unseren Tests von den schlechtesten Bedingungen auf den für Korrosion kritischsten Märkten aus.

Eine andere Art von Stress bereitet der sogenannte „verschärfte Kurs“: Hier provozieren wechselnde Untergründe wie Kopfsteinpflaster, Buckel, Schlaglöcher, Schienen und Schwellen Verwindungen und Verschränkungen. Dadurch können Anbauteile an der Karosserie reiben und Korrosion verursachen. Eine Durchfahrt durch eine tiefe Salzwasserlache komplettiert das Fahrprogramm. Um die Fahrzeuge unter erschwerten realen Bedingungen zu testen, werden sie mit wassergefüllten Tanks voll beladen. „Wir gehen bei unseren Tests von den schlechtesten Bedingungen auf den für Korrosion kritischsten Märkten aus“, beschreibt ein Tester. Hier wäre wohl kein typisch deutscher Autobesitzer gerne dabei.

Im Test: 68 kg Salz je Auto

Ein weiterer Testbestandteil ist der sogenannte Hydropuls. Vier hydraulisch betätigte Stempel, einer unter jedem Rad, simulieren dynamische Belastungen, wie sie auf realen Straßen und Wegen auftreten. Die Anlage steht in einer Klimakammer, die zusätzlich extreme Temperaturen und Wetterbedingungen erzeugen kann. Sie führen dazu, dass sich korrosionsrelevante Materialien an der gesamten Karosserie ausdehnen und zusammenziehen. Ähnlich anspruchsvoll ist die Feuchtekammer, in der das Auto mehrere Stunden lang warmen Salznebel ausgesetzt wird. Im Innenraum wird währenddessen ein Unterdruck erzeugt, der die feuchte Umgebungsluft in jede Ritze saugt. Stichwort Salz: Im Lauf des Tests werden für jedes Auto 68 Kilogramm Salz verbraucht.

Um die Tests möglichst realistisch abzubilden, beschädigen die Mitarbeiter die Karosserie vor den Tests an definierten Stellen. Zum Beispiel ritzen sie die Oberfläche durch alle Lackschichten bis auf das Blech an. In einer Regenkammer prüfen die Tester zudem die Karosserie auf Dichtheit gegen Gase und Wasser: indem sie die Karosserie in der Regenkammer mit hydraulischen Stempeln in extreme Schräglagen bringen. Am Ende der Tests zerlegen die Ingenieure die Fahrzeuge, inspizieren vor allem Hohlräume und Fügeverfahren und werfen einen Blick hinter aufgesetzte Bleche. Pro Fahrzeug öffnen sie dafür etwa 1.000 Schweißpunkte. Über sämtliche Fahrzeuge hinweg kommen so etwa 150.000 Stunden jährlicher Arbeitsaufwand für den Korrosionstest zusammen.

Der Lackaufbau

Und die meist glänzenden Oberflächen? Die sind mittels mehrerer Schichten geschützt, zu denen auch der Lack selbst gehört. Die meisten verzinkten Karosseriebleche der VW-Modelle sind nur 0,8 Millimeter dick, versehen mit einer Zinkschicht von 5 bis 7 µm. Die Phosphatschicht auf ihrer Oberfläche misst 1 bis 2 µm. Die KTL-Beschichtung beträgt weitere 20 µm. Der Füller ist 35 µm dick. Darauf befinden sich der farbige Lack sowie der abschließende Klarlack. Insgesamt besteht der Lackaufbau aus vier Schichten und ist etwa 110 bis 130 µm dick – eineinhalbmal so viel wie ein menschliches Haar.

Die Vorbehandlung

Bereits die Stahl-Coils vom Lieferanten, aus denen die Bandschneidanlage die Blechplatinen herausschneidet, sind verzinkt. Nach ihrem Zusammenbau durchläuft die Rohkarosserie eine Vorbehandlungsline aus zehn hintereinanderliegenden Becken. Spezielle Bäder entfernen Reste von Schutzölen, Schleifstoffen und ähnlichen Rückständen aus dem Presswerk und dem Karosseriebau. Danach werden die Oberflächen mit de-inoisiertem Wasser gespült und durch spezielle Chemikalien aktiviert. Dabei bilden sich Kristalisationskeime für die spätere Phosphatschicht – die das anschließende Auftragen des kristallinen Zinkphosphats verbessert. Dieses bildet den Haftgrund für die KTL-Beschichtung. Am Ende stehen ein weiterer Spülvorgang mit vollentsalztem Wasser und einer wässrigen Passivierlösung.

Die KTL-Beschichtung

Die Kathodische Tauchlackbeschichtung ist die Basis für den Korrosionsschutz. Sie findet in vier weiteren Becken statt. Der Lack in den Becken ist wasserlöslich, seine festen Bestandteile werden während der Tauchvorgänge unter Gleichspannung auf die Karosserie abgeschieden, die hier als Kathode dient. Der geschlossene Lackfilm ist auf den Außenflächen 17 bis 22 µm dick. In den Hohlräumen, in die er durch Löcher einströmt, misst er mindestens 10 µm. Bei der anschließenden Trocknung im Durchlaufofen wird die KTL-Schicht bei 160 bis 200 Grad Celsius eingebrannt.

Füller, Basis- und Klarlack

Der Füller gewährleistet die Elastizität des Lacks und damit den Schutz gegen Beschädigungen. Die Schichten bringen mit Hochrotationszerstäubern auf. Ein elektrostatisches Feld reduziert Verwirbelungen der Lacktröpfchen in der Kabine.

In der nächsten Station erhält die Karosserie den zweischichtigen Decklack:

  • Der Basislack verleiht den Farbton. Wenn es sich um einen Metallic- oder Perleffektlack handelt, enthalten die Farbpigmente winzige Partikel, sogenannte Effektgeber.
  • Die Zweikomponenten-Klarlackschicht gibt dem Lack Tiefe und Glanz. Sie ist zugleich UV-Schutz und Schutz gegen Steinschlag, Kratzer, mechanische Beanspruchung und Umwelteinflüsse wie Baumharze, Vogelkot etc..

Unterbodenschutz und Abdichtung

Viele Bereiche des Unterbodens – vor allem der untere Bereich der Stirnwand, die Seitenschweller und der Gepäckraumboden – werden mit flüssigem PVC geschützt, das von Robotern flächig aufgetragen wird. Es schützt vor Steinschlag, dichtet ab und dämpft akustisch. Weitere Roboter übernehmen im Fahrgastraum, im Motorraum und in den Radhäusern die sogenannte Grobabdichtung der Schweißnähte mit PVC. PVC-Feinabdichtungen gibt es in einigen Bereichen der Motorhaube, am Kofferraumdeckel, an den Türen sowie an den Scheinwerferöffnungen. Einige von ihnen werden von Hand aufgetragen.

„Der Erfolg aller Maßnahmen ist aber erst viel später sichtbar“, sagt einer der Testingenieure. Deshalb sind Mitarbeiter der Qualitätssicherung bei sogenannten Korrosions-Feldreisen vor allem in Ländern unterwegs, die im Winter viel Salz auf die Straßen streuen. Dort untersuchen sie die dortigen Kundenfahrzeuge auf Korrosion unter realen Bedingungen. In Europa sind laut der Tester die kritischsten Länder Österreich und Schweden.

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Über den Autor

 Thomas Günnel

Thomas Günnel

Redakteur/Fachjournalist, Redaktion AUTOMOBIL INDUSTRIE