Einleitung
Das Bolzenschweißen ist ein bewährtes Fügeverfahren, das seit Jahrzehnten in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt wird. Es handelt sich um eine spezielle Schweißtechnik, bei der metallische Bolzen oder Stifte dauerhaft mit einer Grundfläche verbunden werden. Anders als bei herkömmlichen Schweißverfahren wie MIG/MAG oder WIG wird beim Bolzenschweißen keine Naht erstellt, sondern eine punktuelle Verbindung zwischen einem Schweißbolzen und einem Werkstück.
Dieses Verfahren zeichnet sich durch hohe Wirtschaftlichkeit, Geschwindigkeit und Flexibilität aus. Es ist vor allem dort unverzichtbar, wo Bolzen oder Gewindestifte in großer Stückzahl sicher und zuverlässig auf Metallflächen aufgebracht werden müssen – beispielsweise im Fahrzeugbau, Schiffbau, Maschinenbau oder auch in der Elektro- und Bauindustrie.
Im Folgenden wird das Verfahren detailliert erklärt, von den Grundlagen über die verschiedenen Techniken, die Anwendungsgebiete, die eingesetzten Geräte und Normen bis hin zu aktuellen Entwicklungen und Zukunftsaussichten.
1. Grundlagen des Bolzenschweißens
Das Bolzenschweißen basiert auf dem Prinzip, dass ein Schweißbolzen und die Oberfläche eines Werkstückes durch einen elektrischen Lichtbogen lokal angeschmolzen werden. Anschließend wird der Bolzen in die Schmelze gedrückt, wodurch eine stoffschlüssige, hochfeste Verbindung entsteht.
Wichtige Merkmale:
- Kurze Schweißzeiten: oft weniger als eine Sekunde
- Keine zusätzlichen Hilfsstoffe wie Schrauben oder Muttern erforderlich
- Hohe Festigkeit der Verbindung
- Automatisierbarkeit: ideal für Massenfertigung
1.1 Geschichte des Bolzenschweißens
Das Verfahren wurde in den 1930er Jahren in den USA entwickelt, ursprünglich für den Schiffbau. Dort mussten Bolzen schnell und zuverlässig auf Decks befestigt werden. Später fand es auch Anwendung in der Automobilindustrie und im allgemeinen Maschinenbau. Heute ist es ein Standardverfahren, das weltweit genutzt wird.
2. Verfahren des Bolzenschweißens
Es gibt verschiedene Verfahren, die je nach Material, Bolzengröße und Anwendung eingesetzt werden. Die wichtigsten sind:
2.1 Hubzündungs-Bolzenschweißen
- Am häufigsten verwendetes Verfahren
- Der Bolzen wird durch ein Hubgerät vom Werkstück abgehoben
- Ein Lichtbogen zündet und schmilzt Bolzenende sowie Werkstückoberfläche an
- Nach einer definierten Zeit wird der Bolzen in die Schmelze zurückgeführt
Vorteile: hohe Festigkeit, geeignet für große Bolzendurchmesser (bis 25 mm).
2.2 Spitzenzündungs-Bolzenschweißen
- Besonders geeignet für dünne Bleche
- Die Zündung erfolgt durch eine kleine Spitze am Bolzenende, die verdampft und den Lichtbogen auslöst
- Die Schweißzeit ist extrem kurz (Millisekundenbereich)
Vorteile: minimale Wärmeeinflusszone, keine Durchschmelzung bei dünnem Material.
2.3 Kondensatorentladungs-Bolzenschweißen
- Ein Kondensator wird aufgeladen und innerhalb von Millisekunden entladen
- Es entsteht ein sehr intensiver, kurzer Lichtbogen
- Besonders geeignet für kleine Bolzen und dünne Materialien
Vorteile: extrem schnell, ideal für Serienfertigung.
2.4 Schutzgas- und Schutzatmosphären-Bolzenschweißen
- Um Oxidation zu verhindern, wird ein Schutzgas wie Argon oder CO₂ eingesetzt
- Besonders wichtig bei hochwertigen Materialien wie Edelstahl
3. Schweißbolzen und Materialien
Beim Bolzenschweißen kommen unterschiedliche Bolzenarten zum Einsatz.
3.1 Arten von Schweißbolzen
- Gewindebolzen (M3 – M25)
- Gewindehülsen
- Stifte oder Pins
- Isoliernägel für Dämmstoffe
- Bolzen mit Innengewinde
3.2 Materialien
Die Bolzen und Werkstücke bestehen meist aus:
- Baustahl
- Edelstahl
- Aluminium und Aluminiumlegierungen
- Messing
- Kupfer
Die Wahl des Materials hängt stark von der Anwendung ab.
4. Geräte und Ausrüstung
Ein typisches Bolzenschweißsystem besteht aus:
- Bolzenschweißgerät (Stromquelle, Steuerung)
- Schweißpistole oder -kopf
- Zubehör wie Massekabel, Schutzgasanschluss, Hubvorrichtung
4.1 Mobile Bolzenschweißgeräte
Kompakte Geräte für den Einsatz auf Baustellen oder in Werkstätten.
4.2 Automatisierte Systeme
Robotergesteuerte Anlagen für die Serienproduktion in der Automobilindustrie.
5. Anwendungsgebiete
Das Bolzenschweißen wird in zahlreichen Branchen eingesetzt.
5.1 Fahrzeugbau
- Befestigung von Halterungen, Kabelbindern, Leitungen, Wärmeschutzblechen
- Millionen von Bolzen werden in einem Auto durch dieses Verfahren aufgebracht
5.2 Schiffbau
- Befestigung von Isoliermaterialien, Leitungen, Kabelträgern
- Hohe Korrosionsbeständigkeit durch Edelstahlschweißbolzen
5.3 Bauwesen
- Befestigung von Isolierungen, Dämmstoffen, Brandschutzplatten
- Betonbau: Kopfbolzen als Verankerung
5.4 Maschinen- und Anlagenbau
- Montage von Blechen, Abdeckungen, Kabelkanälen
- Schnelle Befestigung ohne Bohren oder Schrauben
5.5 Elektroindustrie
- Leiterplattenbestückung
- Fixierung von Bauteilen auf dünnen Metallplatten
6. Vorteile des Bolzenschweißens
- Schnelligkeit: in Bruchteilen einer Sekunde ausgeführt
- Kosteneffizienz: keine Vor- oder Nachbearbeitung notwendig
- Festigkeit: Verbindung ist oft stärker als das Grundmaterial
- Materialschonung: kein Durchbohren notwendig
- Ästhetik: keine sichtbaren Schweißnähte, glatte Oberfläche
- Flexibilität: für verschiedene Materialien und Bolzengrößen geeignet
7. Qualitätskontrolle und Normen
Damit die Schweißverbindungen zuverlässig sind, müssen Qualitätsstandards eingehalten werden.
7.1 Normen
- DIN EN ISO 14555: regelt das Lichtbogen-Bolzenschweißen
- DIN EN ISO 4063: Prozessnummern für Bolzenschweißen
- DIN EN ISO 13918: Spezifikation für Schweißbolzen
7.2 Prüfverfahren
- Sichtprüfung
- Zerstörungsfreie Prüfungen (z. B. Ultraschall)
- Mechanische Prüfungen (Abreißtest, Biegetest)