Einleitung
Das Bolzenschweißen ist ein etabliertes Fügeverfahren, das in zahlreichen Industriezweigen Anwendung findet – von der Automobilproduktion über den Stahl- und Metallbau bis hin zu energieintensiven Branchen wie dem Schiffbau und der Elektrotechnik. Durch das Verfahren wird ein Bolzen oder Stift mit einer metallischen Grundfläche verbunden, ohne dass zusätzliche Verbindungselemente wie Schrauben, Muttern oder Nieten erforderlich sind. Dies spart Zeit, Material und sorgt für äußerst belastbare Verbindungen.
In diesem ausführlichen Artikel betrachten wir die Technik des Bolzenschweißens, seine Funktionsweise, verschiedene Verfahren, Anwendungsgebiete, Vorteile, Herausforderungen sowie zukünftige Entwicklungen.
1. Grundlagen des Bolzenschweißens
Das Bolzenschweißen gehört zur Gruppe der Lichtbogenschweißverfahren. Dabei wird ein Bolzen, meist aus Metall, mithilfe eines elektrischen Lichtbogens mit einer Werkstückoberfläche verschweißt. Die Besonderheit liegt darin, dass der Bolzen gleichzeitig als Elektrode dient.
1.1 Definition
Unter Bolzenschweißen versteht man das Aufbringen von Bolzen, Gewindestiften oder anderen Befestigungselementen auf Metalloberflächen durch Wärmeeinwirkung (Lichtbogen oder Kondensatorentladung).
1.2 Typische Werkstoffe
- Stähle (unlegiert, legiert, Edelstahl)
- Aluminium und Aluminiumlegierungen
- Kupferlegierungen
- Messing
Je nach Werkstoffwahl müssen Stromstärke, Schweißzeit und ggf. Schutzgas angepasst werden.
2. Verfahren des Bolzenschweißens
Es existieren verschiedene Verfahren, die je nach Anwendungsfall zum Einsatz kommen.
2.1 Hubzündungs-Bolzenschweißen
Das am weitesten verbreitete Verfahren:
- Der Bolzen wird mithilfe einer Haltevorrichtung leicht vom Werkstück abgehoben.
- Zwischen Bolzen und Werkstück entsteht ein Lichtbogen.
- Dieser erhitzt beide Oberflächen.
- Der Bolzen wird zurückgedrückt und verbindet sich mit dem Werkstück.
Vorteile: hohe Festigkeit, auch für größere Bolzen geeignet.
2.2 Spitzenzündungs-Bolzenschweißen
Hierbei wird die Energie durch einen Kondensator entladen.
- Die Zündung erfolgt über die Spitze des Bolzens.
- Besonders geeignet für dünne Bleche (0,5 bis 3 mm).
- Sehr kurze Schweißzeiten (Millisekunden).
Vorteil: Es entstehen keine Durchdringungen, die Oberfläche bleibt unversehrt.
2.3 Kurzzeit-Bolzenschweißen
- Verwendung bei kleineren Bolzen und dünneren Werkstücken.
- Schweißzeit: wenige Millisekunden.
- Eignet sich besonders gut für Serienfertigung.
2.4 Schutzgas-Bolzenschweißen
- Kombination aus Hubzündung und zusätzlichem Schutzgas (z. B. Argon oder CO₂).
- Verhindert Oxidation der Schweißstelle.
- Wird besonders bei Edelstahl oder Aluminium eingesetzt.
3. Technische Ausrüstung
Um Bolzenschweißen durchzuführen, sind spezielle Geräte erforderlich.
3.1 Bolzenschweißgerät
Das Herzstück ist das Schweißgerät, das entweder mit Kondensatorentladung oder Lichtbogen arbeitet.
3.2 Schweißpistolen
- Handgeführte Schweißpistolen
- Automatisierte Schweißköpfe
- CNC-gesteuerte Roboterlösungen für Großserien
3.3 Befestigungselemente
Die Bolzen selbst gibt es in unterschiedlichen Formen:
- Gewindebolzen
- Isolierbolzen
- Stifte
- Haken
4. Anwendungen des Bolzenschweißens
Das Verfahren ist universell einsetzbar.
4.1 Automobilindustrie
- Befestigung von Kabelhaltern, Clips, Abdeckungen
- Verbindung von Karosserieelementen
4.2 Schiffbau
- Befestigung von Isoliermaterialien
- Montage von Kabeltrassen
- Befestigung von Rohrleitungen
4.3 Bauwesen
- Befestigung von Stahlkonstruktionen
- Herstellung von Verbunddecken (Beton-Stahl)
- Anbringen von Schallschutz- und Dämmmaterialien
4.4 Elektrotechnik
- Montage von Leiterplatten
- Befestigung von elektrischen Bauteilen
5. Vorteile des Bolzenschweißens
- Schnelligkeit – ein Bolzen ist in weniger als einer Sekunde verschweißt.
- Wirtschaftlichkeit – keine Zusatzmaterialien wie Schrauben oder Muttern.
- Festigkeit – Verbindungen sind hoch belastbar.
- Flexibilität – einsetzbar für verschiedene Werkstoffe und Geometrien.
- Saubere Oberfläche – kein Durchdringen bei dünnen Blechen.
- Automatisierbarkeit – optimal für Massenfertigung.
6. Qualitätsanforderungen und Prüfmethoden
Wie bei jedem Schweißverfahren ist Qualitätssicherung entscheidend.
6.1 Sichtprüfung
- Kontrolle der Schweißnaht
- Prüfung auf Spritzer oder Risse
6.2 Mechanische Prüfungen
- Biegeprüfung
- Abreißprüfung
- Scherprüfung
6.3 Zerstörungsfreie Prüfungen (ZfP)
- Ultraschallprüfung
- Röntgenprüfung
7. Normen und Vorschriften
Das Bolzenschweißen ist in verschiedenen Normen geregelt:
- DIN EN ISO 14555: Lichtbogenschweißen von Bolzen
- DIN EN ISO 13918: Bolzenarten und Maße
- DIN EN ISO 17662: Prüfung und Kalibrierung von Schweißgeräten
Diese Normen sichern gleichbleibende Qualität und Vergleichbarkeit in der Industrie.
8. Herausforderungen beim Bolzenschweißen
Trotz vieler Vorteile gibt es auch Grenzen:
- Dicke Oxidschichten können Verbindungen beeinträchtigen.
- Hoher Energiebedarf bei großen Bolzen.
- Bei falscher Einstellung können Poren oder unvollständige Schweißungen entstehen.
- Erfordert saubere Oberflächen und präzise Ausführung.
9. Zukünftige Entwicklungen
Mit zunehmender Digitalisierung und Automatisierung entwickelt sich auch das Bolzenschweißen weiter.
9.1 Robotergestütztes Schweißen
- Einsatz in automatisierten Fertigungsstraßen.
- Höhere Präzision und Effizienz.
9.2 Neue Werkstoffe
- Anpassung an Leichtbaumaterialien wie Titan oder moderne Aluminiumlegierungen.
9.3 Nachhaltigkeit
- Energieeffizientere Verfahren.
- Recyclingfreundliche Verbindungen.