Einleitung
Das Bolzenschweißen ist eines der präzisesten und effizientesten Fügeverfahren in der modernen Metallbearbeitung. Es ermöglicht das dauerhafte, feste und elektrische Verbinden von Bolzen, Stiften oder ähnlichen Verbindungselementen mit metallischen Werkstücken – in Sekundenbruchteilen und ohne das Werkstück zu durchbohren.
Ob im Fahrzeugbau, Maschinenbau, Schiffbau oder in der Elektrotechnik: Das Bolzenschweißen hat sich als unersetzliches Verfahren etabliert. In Zeiten von Automatisierung, Robotik und Industrie 4.0 gewinnt es zudem zunehmend an Bedeutung, da es sich ideal für automatisierte Produktionsprozesse eignet.
Im Folgenden wird das Bolzenschweißen umfassend beschrieben – von der technischen Funktionsweise über die verschiedenen Verfahren bis hin zu Normen, Anwendungen und zukünftigen Entwicklungen.
1. Grundlagen des Bolzenschweißens
1.1 Definition
Bolzenschweißen ist ein Lichtbogen-Schweißverfahren, bei dem ein Bolzen (oder ein ähnliches Verbindungselement) mit einem metallischen Werkstück durch Schmelzen verbunden wird. Dabei wird der Bolzen selbst als Elektrode genutzt.
Das Verfahren gehört zur Gruppe der Lichtbogenschweißverfahren und zeichnet sich durch seine Schnelligkeit, Präzision und hohe Festigkeit der Verbindung aus.
1.2 Physikalisches Prinzip
Das Grundprinzip beruht auf der Erzeugung eines Lichtbogens zwischen dem Bolzenende und der Werkstückoberfläche. Dieser Lichtbogen schmilzt sowohl die Stirnfläche des Bolzens als auch den Werkstückbereich an.
Anschließend wird der Bolzen durch Federdruck oder mechanische Bewegung in das Schmelzbad eingetaucht. Nach kurzer Abkühlzeit entsteht eine stoffschlüssige Verbindung, die nahezu so fest ist wie das Grundmaterial selbst.
2. Historische Entwicklung
Die Ursprünge des Bolzenschweißens gehen auf die 1930er Jahre zurück. Es wurde zunächst in der Schiffbauindustrie entwickelt, um schwere Bolzen schnell und zuverlässig an großen Stahlplatten zu befestigen.
In den 1950er Jahren fand das Verfahren zunehmend Anwendung in der Automobilindustrie, im Stahlbau und später in der Elektrotechnik. Mit der Einführung moderner Inverter-Schweißgeräte und CNC-gesteuerter Anlagen in den letzten Jahrzehnten hat sich die Präzision und Effizienz nochmals deutlich verbessert.
Heute ist das Bolzenschweißen ein unverzichtbares Verfahren in der industriellen Serienfertigung, insbesondere dort, wo Schnelligkeit und Prozesssicherheit gefragt sind.
3. Verfahren des Bolzenschweißens
Es gibt verschiedene Varianten des Bolzenschweißens, die sich in der Art der Lichtbogenerzeugung, der Schutzmaßnahmen und der Anwendung unterscheiden.
3.1 Hubzündungs-Bolzenschweißen
Beim Hubzündungsverfahren (Lift-Arc oder Drawn Arc) wird der Bolzen zunächst auf das Werkstück aufgesetzt. Ein kurzer Stromimpuls hebt den Bolzen leicht an, wodurch der Lichtbogen gezündet wird.
Der Lichtbogen schmilzt die Kontaktflächen auf, und der Bolzen wird anschließend mit Federkraft in das Schmelzbad gedrückt.
Vorteile:
- Hohe Festigkeit der Verbindung
- Geeignet für größere Bolzendurchmesser (3–25 mm)
- Verwendung bei unlegierten, legierten Stählen, Aluminium und Edelstahl
Anwendungsbereiche:
- Maschinenbau
- Stahlbau
- Fahrzeugbau
3.2 Spitzenzündungs-Bolzenschweißen
Das Spitzenzündungsverfahren (Tip Ignition) wird vor allem bei dünnen Blechen und kleineren Bolzen verwendet. Dabei besitzt der Bolzen eine kleine Zündspitze, die beim Schweißen verdampft und den Lichtbogen zündet.
Dieses Verfahren arbeitet extrem schnell (Schweißzeit ca. 1–3 ms) und verursacht nur eine geringe thermische Belastung des Werkstücks.
Vorteile:
- Sehr kurze Schweißzeiten
- Keine oder minimale Rückverformung
- Ideal für dünne Bleche ab 0,5 mm
Anwendungsbereiche:
- Elektronikindustrie
- Blechverkleidungen
- Haushaltsgeräte
3.3 Kurzzeit-Bolzenschweißen
Beim Kurzzeitverfahren wird ein sehr kurzer, intensiver Stromimpuls verwendet. Dadurch kann das Schweißen ohne zusätzliche Schutzatmosphäre erfolgen.
Dieses Verfahren wird häufig mit Kondensatorentladungssystemen durchgeführt, die eine schnelle Energieabgabe ermöglichen.
Vorteile:
- Sehr präzise Energiezufuhr
- Geringe thermische Belastung
- Ideal für automatisierte Prozesse
3.4 Bolzenschweißen mit Schutzgas
Hier wird ein Schutzgas (meist Argon oder CO₂-Gemisch) verwendet, um die Schweißstelle während des Prozesses vor Oxidation zu schützen. Dieses Verfahren wird häufig bei Edelstahl und Aluminium eingesetzt.
Vorteile:
- Saubere Schweißnaht
- Keine Schlacke oder Oxidation
- Hohe Oberflächenqualität
4. Geräte und Ausrüstung
4.1 Schweißgeräte
Bolzenschweißgeräte bestehen aus folgenden Hauptkomponenten:
- Energiequelle (Transformator, Inverter oder Kondensatorgerät)
- Schweißpistole mit Hubmechanismus
- Steuerungseinheit für Parameter wie Stromstärke, Zeit und Hubhöhe
4.2 Bolzenarten
Es existieren zahlreiche Bolzenformen, z. B.:
- Gewindebolzen
- Isolierbolzen
- Bolzen mit Innengewinde
- Bolzen mit Flansch oder Kopf
Diese Bolzen bestehen meist aus Stahl, Edelstahl oder Aluminium und sind nach Normen wie DIN EN ISO 13918 genormt.
