Einleitung
Das Bolzenschweißen ist ein hochspezialisiertes Schweißverfahren, das in zahlreichen Industriezweigen eine zentrale Rolle spielt. Ob im Stahlbau, Schiffbau, Fahrzeugbau oder in der Elektroindustrie – das Verfahren bietet eine effiziente, sichere und wirtschaftliche Möglichkeit, Bolzen, Gewindestifte oder Buchsen mit metallischen Werkstücken zu verbinden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Schweißverfahren zeichnet sich das durch kurBolzenschweißenze Schweißzeiten, hohe Festigkeit und eine minimale thermische Belastung des Grundmaterials aus.
In diesem Artikel wird das Bolzenschweißen in all seinen Facetten erläutert – von den technischen Grundlagen und Verfahrenstypen über die Vorteile und Einsatzgebiete bis hin zu aktuellen Normen, Sicherheitsanforderungen und zukünftigen Entwicklungen.
1. Grundlagen des Bolzenschweißens
1.1 Definition und Prinzip
Beim Bolzenschweißen handelt es sich um ein Lichtbogen-Schweißverfahren, bei dem ein Bolzen oder Stift (das sogenannte Schweißteil) mit dem Grundwerkstoff verbunden wird, ohne dass zusätzliche Schweißzusätze erforderlich sind. Der Bolzen wird kurzzeitig geschmolzen und anschließend mit dem Grundmaterial verschmolzen, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung entsteht.
Das Verfahren basiert auf der Erzeugung eines elektrischen Lichtbogens zwischen Bolzen und Werkstück. Dieser Lichtbogen schmilzt sowohl das Ende des Bolzens als auch die Oberfläche des Grundmaterials an. Anschließend wird der Bolzen in das Schmelzbad gedrückt, wodurch eine dauerhafte, homogene Verbindung entsteht.
2. Geschichte und Entwicklung
Das Bolzenschweißen wurde in den 1930er-Jahren entwickelt und zunächst im Schiffbau eingesetzt, um Isolationshalterungen an Stahlwänden zu befestigen. Mit dem technologischen Fortschritt erweiterte sich das Anwendungsspektrum schnell auf Maschinenbau, Fahrzeugproduktion und Elektrotechnik.
In den 1960er-Jahren ermöglichte die Entwicklung von Kondensatorentladungsschweißgeräten die Anwendung des Verfahrens auch bei dünnen Blechen, was die Flexibilität und Wirtschaftlichkeit erheblich steigerte.
Heute gehört das Bolzenschweißen zu den Standardverfahren im industriellen Fügebereich und wird sowohl manuell als auch vollautomatisch eingesetzt.
3. Verfahrenstypen beim Bolzenschweißen
Es gibt verschiedene Varianten des Bolzenschweißens, die sich hauptsächlich durch die Art der Energiezufuhr und die Schweißdauer unterscheiden.
3.1 Lichtbogen-Bolzenschweißen mit Hubzündung
Dies ist die am weitesten verbreitete Variante.
Der Bolzen wird in einer Halterung positioniert und durch eine kurze elektrische Entladung ein Lichtbogen gezündet. Dabei hebt sich der Bolzen geringfügig vom Werkstück ab („Hubbewegung“), schmilzt an und wird anschließend wieder in das Schmelzbad gedrückt.
Vorteile:
- Sehr hohe Festigkeit
- Geeignet für Bolzendurchmesser von 3–25 mm
- Gute Reproduzierbarkeit
- Automatisierbar
Nachteile:
- Nur für Materialien mit ausreichender Dicke geeignet
- Relativ hoher Energieverbrauch
3.2 Kurzzeitbolzenschweißen
Dieses Verfahren arbeitet mit extrem kurzen Schweißzeiten (1–3 ms) und ist ideal für dünnwandige Werkstoffe. Es wird vor allem im Karosseriebau und in der Elektrotechnik eingesetzt.
Die Energie wird über einen Kondensator bereitgestellt, der sich in Bruchteilen einer Sekunde entlädt.
Vorteile:
- Kaum Verformung oder Durchbrand
- Geeignet für Bleche ab 0,5 mm Dicke
- Sehr kurze Schweißzeiten
Nachteile:
- Begrenzte Bolzengröße (meist bis 10 mm Durchmesser)
- Höhere Anforderungen an die Oberflächenreinheit
3.3 Bolzenschweißen mit Schutzgas oder Keramikring
Zur Vermeidung von Oxidation kann das Schweißbad entweder durch Schutzgas (z. B. Argon) oder durch einen Keramikschutzring abgeschirmt werden. Diese Variante wird besonders im Stahlbau und bei hochfesten Materialien angewandt.
Vorteile:
- Saubere Schweißnähte
- Hohe Verbindungsqualität
- Minimierte Oxidation
4. Materialien für das Bolzenschweißen
Das Bolzenschweißen ist vielseitig einsetzbar und eignet sich für eine breite Palette von Metallen, darunter:
- Unlegierte und legierte Stähle
- Edelstähle (V2A, V4A)
- Aluminium und Aluminiumlegierungen
- Kupfer
- Messing
Wichtig ist, dass die Werkstoffe elektrisch leitfähig sind und eine ausreichende Schweißbarkeit besitzen. Nichtleitende Materialien können mit geeigneten Zwischenlagen oder Beschichtungen verschweißt werden.
5. Anwendungsgebiete des Bolzenschweißens
Das Verfahren ist in vielen Branchen unverzichtbar geworden:
5.1 Bauwesen
Im Stahl- und Brückenbau werden Schweißbolzen als Verankerungselemente für Betonplatten verwendet. Auch im Fassadenbau dienen sie zur Befestigung von Trägerelementen.
5.2 Fahrzeug- und Maschinenbau
Hier werden Bolzen zur Befestigung von Blechen, Verkleidungen und Komponenten eingesetzt. Die Verbindung ist stabil, vibrationsfest und erfordert keine zusätzlichen Bohrungen oder Schrauben.
5.3 Schiffbau
Bolzenschweißen findet Anwendung bei der Befestigung von Isolationsmaterialien, Haltern und Konsolen, ohne die Schiffsstruktur zu schwächen.
5.4 Elektrotechnik
In der Elektroindustrie werden kleine Bolzen und Buchsen auf dünne Bleche geschweißt, um Leiterplatten oder Kabelhalterungen zu montieren.
5.5 Haushalts- und Konsumgüterindustrie
Auch in der Fertigung von Haushaltsgeräten, Möbeln und Metallkonstruktionen ist Bolzenschweißen ein wirtschaftliches Verfahren.
6. Vorteile des Bolzenschweißens
- Hohe Wirtschaftlichkeit:
Keine zusätzlichen Verbindungselemente wie Muttern oder Schrauben nötig. - Kurze Schweißzeiten:
Typischerweise unter einer Sekunde, ideal für Serienfertigung. - Hohe Festigkeit:
Die Verbindung ist oft stärker als das Grundmaterial selbst. - Saubere Oberfläche:
Kein Durchbohren oder Nachbearbeiten notwendig. - Automatisierbarkeit:
Moderne Anlagen ermöglichen robotergestütztes Schweißen. - Vielseitigkeit:
Einsetzbar für viele Materialien und Branchen.
7. Normen und Qualitätssicherung
Das Bolzenschweißen ist in verschiedenen Normen geregelt, unter anderem in:
- DIN EN ISO 14555 – Lichtbogenschweißen von Bolzen
- DIN EN ISO 4063 – Nummernsystem für Schweißverfahren
- DIN EN ISO 13918 – Schweißbolzen und -buchsen
Diese Normen definieren Anforderungen an Bolzentypen, Werkstoffe, Abmessungen und Prüfverfahren.
Zur Qualitätssicherung werden Schweißverbindungen regelmäßig durch Zerstörungsfreie Prüfungen (ZfP) wie Sichtprüfung, Röntgen oder Ultraschall überprüft.
8. Sicherheit und Arbeitsschutz
Da beim Bolzenschweißen hohe Temperaturen und elektrische Ströme entstehen, sind strenge Sicherheitsmaßnahmen erforderlich:
- Tragen von Schweißschutzkleidung, Handschuhen und Gesichtsschutz
- Verwendung von Absauganlagen zur Reduktion von Rauchgasen
- Regelmäßige Wartung und Prüfung der Geräte
- Schulung des Fachpersonals gemäß DGUV-Regel 100-500
9. Automatisierung und Digitalisierung
Mit dem Einzug der Industrie 4.0 hat sich auch das Bolzenschweißen weiterentwickelt. Moderne Systeme sind heute mit Sensortechnik, Prozessüberwachung und digitaler Steuerung ausgestattet. Dadurch lassen sich Schweißparameter in Echtzeit erfassen und optimieren.
Robotergestütztes Bolzenschweißen ermöglicht eine gleichbleibend hohe Qualität und Produktivität, insbesondere in der Serienfertigung.
10. Zukunftsaussichten
Die Zukunft des Bolzenschweißens liegt in der weiteren Automatisierung, Energieeffizienz und der Anpassung an neue Materialien.
Mit dem verstärkten Einsatz von Leichtmetallen und Verbundwerkstoffen werden hybride Verfahren und neue Bolzentypen entwickelt.
Auch die Integration in digitale Fertigungsprozesse (Smart Welding) spielt eine immer wichtigere Rolle.
Fazit
Das Bolzenschweißen ist ein leistungsfähiges, präzises und wirtschaftliches Fügeverfahren, das in nahezu allen Industriezweigen unverzichtbar ist. Es bietet eine schnelle, sichere und dauerhafte Verbindung von Metallelementen – ohne Bohren, Schrauben oder Löten. Durch moderne Technologien, Automatisierung und Normung bleibt das Bolzenschweißen auch in Zukunft eine Schlüsseltechnologie im Metallbau und Maschinenwesen.
