Bolzenschweißen – Technik, Verfahren, Anwendungen und Vorteile

Einleitung

Das Bolzenschweißen ist ein hochspezialisiertes Fügeverfahren, das in zahlreichen Branchen – vom Maschinenbau über die Automobilindustrie bis hin zum Bauwesen – eine zentrale Rolle spielt. Dabei werden metallische Bolzen, Stifte oder Gewindeelemente mithilfe eines Lichtbogens oder Kondensatorentladungsschweißens dauerhaft und sicher mit einem Werkstück verbunden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Schraub- oder Nietverbindungen zeichnet sich das Bolzenschweißen durch seine Effizienz, hohe Belastbarkeit und die Möglichkeit der automatisierten Verarbeitung aus.

Dieser Artikel liefert einen tiefgehenden Überblick über das Verfahren, die verschiedenen Techniken, Anwendungsgebiete, Vor- und Nachteile sowie technische Details. Zudem werden die Entwicklungen in der Automatisierung und Digitalisierung des Bolzenschweißens beleuchtet.

1. Grundlagen des Bolzenschweißens

1.1 Definition

Bolzenschweißen ist ein Lichtbogenschweißverfahren, bei dem ein Bolzen oder Stift direkt mit einem Grundwerkstoff verschweißt wird. Es handelt sich also nicht um ein Verbindungselement wie eine Schraube, das in ein Gewinde eingeschraubt wird, sondern um eine stoffschlüssige Verbindung, die durch Schmelzen und Erstarren des Materials entsteht.

1.2 Historische Entwicklung

Die Technik des Bolzenschweißens entstand in den 1930er-Jahren, als Ingenieure nach effizienteren Methoden suchten, um Befestigungselemente dauerhaft mit Metallstrukturen zu verbinden. Besonders im Schiffbau und in der Luftfahrt fand das Verfahren rasch Verbreitung, da es eine enorme Zeitersparnis im Vergleich zum Bohren und Schrauben bot.

1.3 Vorteile gegenüber anderen Fügeverfahren

Keine Bohrungen notwendig – das Werkstück bleibt ungeschwächt.
Sehr kurze Prozesszeiten – meist im Millisekunden- bis Sekundenbereich.
Hohe Belastbarkeit – da die Verbindung stoffschlüssig ist.
Automatisierbarkeit – ideal für Serienfertigung.
Flexibilität – geeignet für unterschiedliche Bolzenformen, Größen und Materialien.

2. Verfahren des Bolzenschweißens

Es gibt verschiedene Verfahren, die je nach Material, Werkstückdicke und Einsatzgebiet ausgewählt werden. Die wichtigsten sind:

2.1 Hubzündungs-Bolzenschweißen

Ein Lichtbogen wird durch das kurzzeitige Anheben des Bolzens gezündet.
Das Grundmaterial und die Bolzenunterseite schmelzen an.
Der Bolzen wird anschließend in die Schmelze zurückgeführt und verfestigt sich.
Vorteile: universell einsetzbar, auch für größere Bolzendurchmesser.
Anwendung: Bauwesen, Maschinenbau, Stahlkonstruktionen.

2.2 Kurzzeit-Bolzenschweißen

Der Bolzen wird direkt aufgesetzt, ein extrem kurzer Lichtbogen (ca. 2–10 ms) entsteht.
Durch die kurze Zeit ist kaum Wärmeeintrag vorhanden.
Geeignet für dünne Bleche (ab 0,6 mm).
Anwendung: Karosseriebau, Weißblech, Dünnblechfertigung.

2.3 Kondensatorentladungs-Bolzenschweißen

Der benötigte Strom wird in Kondensatoren gespeichert und schlagartig entladen.
Sehr schneller Vorgang, praktisch ohne Wärmeeinfluss auf das Werkstück.
Ideal für kleine Bolzendurchmesser.
Anwendung: Elektrotechnik, Feinmechanik, Elektronikgehäuse.

2.4 Schutzgas-Bolzenschweißen

Ergänzend zu den genannten Verfahren wird Schutzgas wie Argon oder CO₂ verwendet.
Verhindert Oxidation und sorgt für saubere Schweißnähte.
Besonders geeignet für Edelstahl, Aluminium und legierte Stähle.

3. Materialien beim Bolzenschweißen

Die Auswahl der Materialien ist entscheidend für die Qualität der Verbindung. Typische Werkstoffe sind:

Baustähle – weit verbreitet, sehr gute Schweißbarkeit.
Edelstähle – korrosionsbeständig, im Apparatebau und in der Lebensmittelindustrie eingesetzt.
Aluminium und Aluminiumlegierungen – leichter Werkstoff, vor allem in der Luft- und Fahrzeugtechnik.
Kupfer und Kupferlegierungen – oft in der Elektrotechnik.

Für Bolzen werden meist kaltgezogene Stähle, Edelstahl oder Aluminium verwendet. Wichtig ist die Kompatibilität mit dem Grundwerkstoff.

4. Ausrüstung und Maschinen

4.1 Schweißgeräte

Es gibt mobile Handgeräte und vollautomatisierte Maschinen. Moderne Geräte verfügen über:

Mikroprozessorsteuerung
Energieregler für verschiedene Materialien
Schnittstellen zur Produktionsüberwachung

4.2 Bolzenarten

Gewindebolzen
Isolierstifte
Erdungsbolzen
Stifte für Kabelbefestigungen
Spezielle Sonderformen

4.3 Automatisierung

In der industriellen Fertigung kommen häufig Roboteranlagen zum Einsatz, die hunderte Schweißungen pro Stunde durchführen können. Durch CNC-gestützte Positionierung wird höchste Präzision gewährleistet.

5. Anwendungsbereiche

Das Bolzenschweißen findet in nahezu allen Branchen Anwendung:

5.1 Bauwesen

Befestigung von Ankern in Betonfertigteilen
Montage von Trägerkonstruktionen
Herstellung von Brücken und Stahlbauwerken

5.2 Automobilindustrie

Karosseriefertigung
Befestigung von Haltern, Clipsen und Kabelkanälen
Einsatz in E-Autos für Batteriegehäuse

5.3 Schiffbau

Verbindung von Verkleidungsteilen
Befestigung von Isolierungen
Hohe Korrosionsanforderungen

5.4 Elektrotechnik

Erdungsbolzen in Schaltschränken
Befestigung von Leiterplatten
Kontaktelemente in Transformatoren

5.5 Luft- und Raumfahrt

Leichtbau mit Aluminium
Befestigung von Paneelen in Flugzeugen
Verwendung bei Raumfahrtmodulen

6. Qualitätskontrolle und Normen

Beim Bolzenschweißen gelten hohe Qualitätsanforderungen.
Typische Prüfverfahren sind:

Zug- und Scherversuche
Biegeprüfung
Ultraschallprüfung
Sichtkontrolle der Schweißnaht

Normen und Richtlinien:

DIN EN ISO 14555 – Bolzenschweißen von metallischen Werkstoffen.
DIN EN ISO 13918 – Schweißbolzen und Keramikringe.

7. Vorteile und Nachteile

Vorteile

Schnelligkeit und Effizienz
Automatisierbarkeit
Keine Vorbohrungen notwendig
Hohe Belastbarkeit der Verbindungen
Flexibilität bei Materialien und Bolzenformen

Nachteile

Anschaffungskosten für Maschinen
Nicht alle Materialien schweißbar
Genaue Vorbereitung erforderlich (Reinheit, Oxidfreiheit)
Einschränkungen bei sehr dicken Materialien

8. Innovationen und Zukunft des Bolzenschweißens

Industrie 4.0: Vernetzte Schweißanlagen, die Prozessdaten speichern und überwachen.
Laser-unterstütztes Bolzenschweißen für noch höhere Präzision.
Additive Fertigung kombiniert mit Bolzenschweißen für Hybrid-Bauteile.
Nachhaltigkeit: Energieeffiziente Schweißgeräte mit geringem CO₂-Ausstoß.

9. Praxisbeispiele

Beispiel 1: Automobilbau

Ein Hersteller integriert pro Fahrzeug mehrere hundert Bolzen zur Befestigung von Kabelkanälen und Steuergeräten. Durch den Einsatz von automatisierten Schweißrobotern konnte die Produktionszeit um 20 % reduziert werden.

Beispiel 2: Bauwesen

Bei einer Brückensanierung wurden mehrere tausend Gewindebolzen eingesetzt, um Betonfertigteile sicher mit Stahlträgern zu verbinden. Das Bolzenschweißen erwies sich als deutlich schneller als Schraub- oder Nietverbindungen.

10. Fazit

Das Bolzenschweißen ist ein unverzichtbares Fügeverfahren in der modernen Industrie. Es vereint Geschwindigkeit, Präzision und hohe Belastbarkeit, wodurch es sich für eine Vielzahl von Anwendungen eignet – von der Automobil- und Luftfahrtindustrie über den Schiffbau bis hin zum Bauwesen. Durch die fortschreitende Digitalisierung und Automatisierung wird das Verfahren in Zukunft noch effizienter, präziser und nachhaltiger werden.