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HBS Bolzenschweiss-Systeme GmbH & Co. KG

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03.02.2021

Was ist Bolzenschweißen? - Erklärung, Verfahren und Einsatzbereiche

Bolzenschweißen ist eine Verbindungstechnik für stiftförmige Metallkomponenten („Bolzen“), die mit einem Lichtbogen und unter leichtem Druck dauerhaft und stabil zusammengefügt werden. Das Verfahren ist höchst effizient, einfach in der Handhabung und birgt vor allem konstruktive und ökonomische Vorteile gegenüber alternativen Schweißverfahren bzw. gegenüber mechanischen Befestigungsmethoden wie Nieten, Kleben oder Clinchen. Wie der Name nahelegt, werden mit der Technik Elemente wie Gewindebolzen („Schrauben“), Stifte, Innengewindebuchsen, Haken, Ösen o.ä. mit einem anderen Werkstück stoffschlüssig verbunden.

Wie funktioniert Bolzenschweißen?

Zwischen der Bolzenstirnseite und dem Bauteil wird ein Lichtbogen gezündet, der die beiden Fügezonen anschmelzen lässt. Anschließend erfolgt die Verbindung der Teile unter leichtem Druck. Der Vorgang dauert in den meisten Fällen deutlich weniger als eine Sekunde. Der Vorgang des Bolzenschweißens läuft automatisch gesteuert ab. Das Bolzenschweißen kann für runde, aber auch rechteckige Querschnittsformen des Schweißelements verwendet werden. Neben vielfach verwendeten, genormten Bolzen (DIN EN ISO 13918) finden sich in den unterschiedlichen metallverarbeitenden Branchen eine Vielzahl von Schweißelementen nach Werksnormen oder kundenspezifischen Zeichnungen. Die Oberflächen von Bolzen und Werkstück müssen elektrisch leitfähig und sauber sein. Lack, Zunder, Rost oder schweißungeeignete Oberflächen sind deshalb vorher zu entfernen. Verzinkte oder geölte Bleche sollten vor dem Zusammenfügen auf ihre Schweißmöglichkeit getestet werden.

Zwei unterschiedliche Verfahren

Es gibt zwei Verfahren beim Bolzenschweißen, nämlich die Spitzenzündung und die Hubzündung. Der Unterschied zwischen beiden liegt in der Erzeugung des Lichtbogens.

Spitzenzündung (Beispiel Kontaktverfahren):

Die Schweißelemente für die Spitzenzündung weisen an der Schweißebene eine definierte und eng tolerierte Zündspitze auf. Die zum Schweißen erforderliche Energie wird einer Kondensatorbatterie entnommen. Die Schweißzeit beläuft sich gerade mal auf 1-2 ms.

●     Aufsetzen Bolzen (Zündspitze) auf das Werkstück – Eine Feder in der Schweißpistole drückt den Bolzen auf das Werkstück (Kontakt). Der Stromkreis wird geschlossen.

●     Auslösen Schweißvorgang: Mit dem Schließen des Stromkreises erhitzt der rasch ansteigende Strom die Zündspitze schlagartig, verdampft diese Teilweise und gibt die Bolzenbewegung frei. Der Lichtbogen wird gezündet.

●     Schweißvorgang: Bolzen und Werkstück werden angeschmolzen. Der Bolzen wird weiter auf das Blech zu bewegt.

●     Beim Auftreffen des Bolzens auf das Werkstück werden die Schmelzbäder vereinigt und der Lichtbogen erlischt im Kurzschluss. Nach dem Erkalten des Schweißbades sind beide Komponenten fest zusammengefügt.

Bolzenschweißen mit Hubzündung:

Die Schweißzeit beläuft sich hier zwischen 5 ms - 1500 ms (1,5s)

●     Schweißpistole mit dem eingesetzten Bolzen auf dem Bauteil positionieren

●     Auslösen des Schweißprozesses (Drücken des Pistolenschalters)

●     Anheben des Bolzens durch einen Hubmechanismus,

●     Zünden eines Hilfs- oder Pilotlichtbogens, dann des Hauptlichtbogens zwischen Bolzenspitze und Werkstück

●     Gleichzeitiges Anschmelzen von Bolzenstirnfläche und Grundwerkstoff

●     Nach Ablauf der Schweißzeit Eintauchen des Bolzens mit geringer Kraft in das Schmelzbad und Ausbilden der Schweißwulst

●     Abschalten der Stromquelle

●     Abheben der Pistole vom Bolzen

●     Zusätzlich kann zum Schweißbadschutz ein Keramikring oder Schutzgas verwendet werden.

Welches Equipment und Knowhow werden benötigt?

Die prinzipielle technische Ausrüstung besteht aus:

●     einer Stromquelle (Leistungseinheit) mit integrierter Steuerung der Schweißenergie und Bewegungsvorrichtung (Schweißpistole)

●     eine Schweißpistole oder ein Schweißkopf

●     Schweißstrom- und Steuerkabel

●     Schweißelement (Bolzen)

●     Zubehör wie Bolzenhalter, Stativ, Keramikringhalter oder Schutzgasrohr

●     sowie weitere optionale Komponenten wie Keramikringe oder Schutzgas

Am besten greift man die auf die komplette Systemlösung eines Herstellers zurück. Gelernte Schweißer sind für das Bolzenschweißen nicht erforderlich. Es müssen lediglich Mitarbeiter als Bediener geschult werden, die die jeweilige Anlage bedienen und im Fehlerfall entsprechend reagieren können.

Wie fest sind die Verbindungen?

Da die Stirnseite des Bolzens und der Gegenpart am Werkstück nach dem Schweißvorgang stoffschlüssig und vollflächig miteinander verbunden sind, ergeben sich sehr feste Verbindungen. Bei einer fachgerechten Ausführung erzeugt das Bolzenschweißen eine Festigkeit der Schweißverbindung, die höher ist als die des Bolzens und des Werkstücks 

Geeignete Werkstoffe

Optimale Ergebnisse werden beim Bolzenschweißen erzielt, wenn artgleiche Metalle zum Einsatz kommen. Grundsätzlich eignen sich je nach Verfahrensvariante legierte und unlegierte Stähle, Messing (CuZn37), Kupfer, Aluminium, verzinkte und metallbeschichtete Bleche. Welche Blechstärken und Bolzendurchmesser verwendet werden können, hängt vom verwendeten Verfahren, dem Einsatzbereich und den verbundenen Qualitätsanforderungen ab. Das Bolzenschweißen mit Spitzenzündung eignet sich eher für Feinbleche oder dünne Bleche ab 0,6 mm Stärke. Während sich auf dicke Bleche ab 2 mm Stärke oder Grobbleche eher Bolzen mit einer Hubzündung schweißen lassen.

Einsatzbereiche

Bolzenschweißen eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen in allen metallverarbeitenden Branchen. Dazu zählen vor allem:

●     Maschinen- und Anlagenbau

●     Elektroindustrie

●     Gehäuse- und Schaltschrankbau

●     Schiffs- und Fahrzeugbau

●     Medizin- und Labortechnik

●     Fassadenbau und Bedachungen

●     Türen- und Fensterbau

●     Lebensmittelindustrie

●     Großküchen- und Haushaltsgeräteproduktion

u.v.m.

Vorteile des Bolzenschweißverfahrens

Bolzenschweißen hat - wie im obigen Text gesehen - zahlreiche Vorteile, die es vor anderen Schweißverfahren auszeichnen, hier noch einmal übersichtlich zusammengefasst:

●     hohe Festigkeit der Verbindungen

●     Einsatzmöglichkeit auf sehr dünnen Blechen

●     einfaches Handling und somit hohe Produktivität

●     große Bandbreite an Bolzendurchmessern einsetzbar

●     Vermeidung von Korrosion

●     keine Vor- und Nachbehandlungen erforderlich

●     ausgezeichnete Möglichkeiten zur Automatisierung