Bolzenschweißen: Vor-und Nachteile

Das Bolzenschweißen schafft eine nahezu unsichtbare Verbindung und eignet sich perfekt für die Zusammenfügung stiftförmiger Teile mit Werkstücken aus Metall. Nachteile gibt es kaum.

Bolzenschweißen: Lichtbogenschweißen als Sonderform

Das Bolzenschweißen ist ein Verfahren, das dem Lichtbogenschweißen zugeordnet wird, daher lautet der vollständige Name auch „Lichtbogenbolzenschweißen“. Mithilfe dieser Technik werden dauerhafte Verbindungen geschaffen, die zwischen Werkstücken aus Metall (zum Beispiel großen Blechen) und Bolzen bestehen. Diese Bolzen ähneln in ihrer Form Stiften.

Der Lichtbogen bei dieser Schweißtechnik wird zwischen dem Bolzen und dem Werkstück gezündet. Die Ein- und Austrittsflächen des Lichtbogens werden dabei geschmolzen. Danach erfahren beide Teile einen leichten Druck, der sie miteinander verbindet. Beim Bolzenschweißen wird also eine dauerhafte und vor allem sehr feste Verbindung geschaffen, wenn beide Teile abkühlen und die Schmelzflächen erhärten.

In der Praxis werden zwei Formen dieser Verbindungstechnik angewendet:

• Spitzenzündungsbolzenschweißen
  Die Unterseite des Bolzens, der für das Bolzenschweißen verwendet wird, muss eine kleine Spitze aufweisen. Hier zündet der Lichtbogen und schmilzt die Spitze auf. Gleichzeitig wird die Unterseite des Bolzens aufgeschmolzen. Dabei entsteht ein Schweißbad, mit dessen Hilfe sich der Bolzen fügen lässt.Das Verfahren nutzt Gleichstrom und ist sehr zügig durchführbar. Es wird vor allem dann eingesetzt, wenn dünne Bleche behandelt werden sollen, wobei hier von Maßen ab 0,6 mm die Rede ist. Die verwendeten Schweissbolzen weisen Durchmesser zwischen zwei und zehn Millimeter auf. Die Schweißtechnik wird vor allem in der Elektroindustrie eingesetzt, kommt aber auch im Gehäuse- und Apparatebau sowie im Fassadenbau zum Einsatz.
• Hubzündungsbolzenschweißen
  Auch dabei wird Gleichstrom verwendet, das Schweißverfahren setzt auf den direkten Kontakt des Bolzens mit dem Werkstück. Der Bolzen bekommt eine gewisse Menge Strom ab, zwischen ihm und dem Werkstück entsteht ein geschlossener Stromkreis. Der Bolzen wird danach angehoben, dadurch entsteht der Lichtbogen, der für das Verfahren unverzichtbar ist. Nun folgt die Zusammenfügung beider Teile wie beim Spitzenzündungsbolzenschweißen.Das Schweißverfahren wird für dickere Bleche angewendet, die ab ca. zwei Millimeter stark sind. Die verwendeten Schweissbolzen können zwischen 2 und 22 Millimeter im Durchmesser aufweisen. Die Verbindungstechnik kommt unter anderem im Metallbau, im Schiffs- und Kesselbau sowie im Stahlbau zum Einsatz.

Die Schweißbolzen können verschiedene Formen aufweisen, wobei diese meist egal sind. Beide Bolzenschweißverfahren nutzen zum Beispiel einfache Stifte als Bolzen, verwenden aber auch Gewinde- und Grobgewindebolzen oder Innengewindebuchsen. Das Spitzenzündungsbolzenschweißverfahren nutzt zudem Tellerstifte und Flachstecker sowie Lackschabe-Nutbolzen, diese sind beim Hubzündungsbolzenschweißen nicht einsetzbar. Hier hingegen werden nur Kragenbolzen, Wellen- und Betonanker, Kopfbolzen sowie Massebolzen genutzt.

Wichtig: Beim Bolzenschweißen kommt es in hohem Maße auf die Qualität der Werkstücke und der Schweißbolzen an. Reste von Lack oder Roststellen müssen unbedingt entfernt werden, denn die Oberfläche der Metalle muss elektrisch leitfähig sein. Verzinkte Bleche eignen sich nicht immer für das Lichtbogenbolzenschweißen, hier sollte vor dem Beginn der eigentlichen Schweißarbeiten ein Test auf Schweißfähigkeit vorgenommen werden.

Video: 43 | Wissensfloater – Lichtbogenschweißen – Bolzenschweißen

Bolzenschweißen: Keine Nacharbeiten nötig

Das Bolzenschweißen als Verbindungstechnik stellt sich als Verfahren dar, das einige unschlagbare Vorteile aufweist. Zum einen werden Prozessanforderungen erfüllt, die neben der Qualität auch die Automation und die Reproduzierbarkeit betreffen. Des Weiteren sind keine Nachbearbeitungen nötig, ein Grund, warum das Bolzenschweißen als kostengünstigste und schnellste Verbindungstechnik gilt. Sollen Bauteile befestigt werden, wird dem Bolzenschweißen in der Regel der Vorzug vor anderen Verfahren gegeben, wobei es bei sehr dünnen Blechen oft sogar die einzige Möglichkeit der Verbindung darstellt. Andere technische Lösungen sind für dünne Bleche nicht geeignet.

Während bei vielen anderen Verbindungsverfahren ein hoher Zeit- und Kostenaufwand entsteht, weil Bohrungen gesetzt werden müssen, das Stanzen oder Gewindeschneiden nötig ist oder weil Kleben, Schrauben und Nieten die einzigen haltbaren Lösungen darstellen, ist dies beim Bolzenschneiden nicht nötig. Angesichts dessen, dass für viele Unternehmen der Zeit- und Kostenfaktor eine immense Rolle spielt und im Rahmen einer gewünschten verbesserten Effizienz nach immer neuen Einsparmöglichkeiten gesucht wird, kommt dem Bolzenschweißen eine große Bedeutung zu.

Die Wirtschaftlichkeit des Bolzenschweißens steht somit außer Frage, zumal zum einen nur eine Fertigungsstufe nötig ist, zum anderen eine hohe Festigkeit der Verbindung erreicht wird. Das wiederum heißt, dass die Verbindung stoffschlüssig und flächig ist. Interessant: Die Verbindung ist oft sogar fester als das Bauteil oder der Bolzen, wenn diese separat betrachtet werden.

Die Fertigung ist durch das Bolzenschweißen im Sinne der Automation durchführbar bzw. kann sie im hohen Maße automatisiert werden. Die Schweißzeiten sind kurz, die Taktzeiten liegen hier bei höchstens einer Sekunde. Konstruktiv gesehen ergeben sich Vorteile durch die einseitige Zugänglichkeit und durch die Möglichkeit einer Schweißverbindung auf sehr dünnen Blechen. Dabei sind unterschiedliche Materialkombinationen möglich, die alle mit einer hohen Qualität gefertigt werden. Da keine thermische Markierung erfolgt, bleibt die Rückseite der Werkstücke erhalten, auch hier ist keine Nachbearbeitung nötig.

Die Schweißbolzen stellen sich als kalkulierbarer Kostenfaktor dar, denn sie sind genormt bzw. standardisiert. Sonderformen sind möglich, werden in der Regel aber nicht benötigt. Diese Sonderelemente sind exakt an die Kundenwünsche anpassbar und werden spezifisch gefertigt.
Die kurzen Schweißzeiten bedeuten einen geringen Verzug, sodass ein kompletter Fertigungsvorgang gut kalkulierbar wird.

Hier noch einmal die Vorteile des Bolzenschweißens auf einen Blick:

• ökonomische Fertigungstechnik
• kurze Schweißzeiten, damit geringer Verzug bei der Fertigung
• keine Nachbearbeitung nötig
• keine Vorarbeiten nötig
• keine Bohrungen, daher keine Undichtigkeiten des Materials
• Bauteil muss nur einseitig zugänglich sein
• Fügeverfahren auch für sehr dünne Bleche ab 0,6 mm
• Verbindung unterschiedlicher Materialien möglich
• stark automatisierbare Technik
• einfache Handhabung, intuitiv zu bedienende Geräte
• geringe Kosten des Zubehörs
• standardisierte Bolzen nutzbar
• keine thermische Markierung des Werkstücks

Bolzenschweißen: Geringe Nachteile gegenüber neueren Verfahren

Auch das Bolzenschweißen ist nicht unfehlbar und weist in der Praxis sowohl Vor- als auch Nachteile auf. Zum Teil können sich Wulste bilden, die dann doch nachbearbeitet werden müssen. Auch wenn dieser Fall selten eintritt, kann er, wenn er sich unerwartet zeigt, eine Produktion in Verzug bringen.

Der Automobilbau nutzt seit jeher die Technik des Bolzenschweißens und verbindet Stahl miteinander. Doch seit vornehmlich Aluminium eingesetzt wird, stößt das Bolzenschweißen an seine Grenzen. Der Grund: Aluminium verhält sich im Vergleich zu Stahl anders und lässt beim Schweißen eine unregelmäßige Oxidhaut wachsen. Damit das Schweißergebnis hochwertig ist, muss die Oxidhaut aber gleichmäßig und vor allem dünn sein.

Oft kann das Bauteil nicht symmetrisch am Bolzen angeschmolzen werden, denn die Oxidhaut bewirkt eine sogenannte Blaswirkung. Die Verbindung ist nicht so hochwertig wie gewünscht. Die dünne Oxidhaut ist allerdings nötig, denn sie lässt sich leicht aufbrechen. Die Verwendung des Bolzenschweißverfahrens ist somit nicht in jedem Bereich nötig, auch wenn sich grundsätzlich verschiedene Materialien miteinander verbinden lassen. Ausschlaggebend ist hier, welche Eigenschaften des jeweiligen Materials berücksichtigt werden müssen und welche Anforderungen an das fertige Produkt gestellt werden.

Werden Keramikringe beim Bolzenschweißen verwendet, stellt sich dies zusätzlich als Problem dar: Sie müssen erst trocknen und danach abgeschlagen werden, was wiederum zur Verletzungsgefahr durch umherfliegende Keramikteile führt. Außerdem können sich durch die Keramikringe unerwünschte Poren in der Schweißung bilden.

Dennoch: Die Vorteile des Bolzenschweißverfahrens überwiegen und so ist es erklärbar, dass in vielen Produktionsbereichen auch weiterhin auf dieses Verfahren gesetzt wird.

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