Lötverbindung

Lötverbindung

Löten ist ein thermisches Verfahren, bei dem eine stoffschlüssige Verbindung zwischen einem Grundwerkstoff und einem metallischem Zusatzwerkstoff (Lot) hergestellt wird. Die Grundwerkstoffe bleiben dabei in festen zustand nur das zugeführte Lot geht in den flüssigen Zustand über. Die Schmelztemperatur des Lotes liegt deshalb immer unterhalb der Schmelztemperaturen der zu lötenden Grundwerkstoffe. Voraussetzung für das Löten sind metallisch reine Oberflächen der Fügeteile. Ein mechanisches Reinigen ist notwendig reicht aber nicht aus, daher werden Flussmittel eingesetzt um die restlichen oder sich neu bildenden Oxidschichten zu beseitigen. Beim Löten ist die Materialpaarung von Bedeutung. Sie ist unter anderem von folgenden Faktoren abhängig:

• Benetzung des Lotes auf dem Bauteil
• Kapillarwirkung des Lotes in einem Spalt
• Entstehung von Bindungen zwischen den Stoffen

Schematische Darstellung MSG- Löten

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Fehlerquellen beim Löten

Anfänger machen beim Löten eine Reihe typischer Fehler, welche die Qualität der hergestellten Verbindung beeinträchtigen. Das heißt, die elektrische Verbindung ist schlecht (Wackelkontakt) und die mechanische Festigkeit gering (Gefahr des Abreißens).

Beispiele:

• Die Arbeitstemperatur der zu lötenden Teile ist nicht erreicht. ( kalte Lötstelle)
• Die zu verlötenden Teile sind nicht ausreichend sauber (blank):
• Die korrosionsbefreiende Wirkung des Flussmittels im Lötzinn reicht nicht aus.
• Nach Wegnehmen des Lötkolbens werden die zu verbindenden Teile bewegt, bevor das Lötzinn kalt und erstarrt ist (Risse im Lot).
• Nach dem Lötvorgang werden die Flussmittelrückstände nicht entfernt.( wirken korrodierend)

Das sind die häufigsten Fehlerquellen beim Löten, die gleichzeitig die Einflussgrößen beim Löten eines Bauteils beeinträchtigen.

Wann wird gelötet?

Eine Lötverbindung kommt in Betracht, wenn metallische Werkstoffe miteinander verbunden werden sollen. Es entsteht eine dichte, saubere und glatte Verbindungsstelle. Im Vergleich zum Schweißen ergeben sich einige besondere Vorzüge. Es können unterschiedliche Metalle miteinander verbunden werden. Die Arbeitstemperatur ist niedriger, die Erwärmung kürzer. Dadurch werden Gefüge Veränderungen und Wärmeverspannung in das Werkstück weitgehend vermieden. Außerdem verziehen sich dünne Bauteile nicht so sehr wie beim Schweißen. Es sind jedoch auch Nachteile festzustellen. Festigkeit und Temperaturbeständigkeit einer Lötstelle sind begrenzt.

• Beispiele für lötbare Bauteile

Legende

A: Manometeranschluss / Rohrverbindung aus Stahl					I: T-Stück aus X8CrNiTi18.10 Ø 6mm
B: Berstdruckprobe Rohr 14x2 X8CrNiTi18.10					J: Kupferdrähte ( Ø 3mm) hartgelötet
C: Flussmittellötung an Rohr 12x2 St 35					K: Zugprobe Rohr 25x2 St 35
D: Schutzgaslötung an Rohr 14x2 St 35					L: Rohr (Ø 28mm) mit Blechhaken (2,5mm) aus Stahl
E: Ringstück / Rohrverbindung aus unlegiertem Stahl					M: Rohr (Ø 28mm) mit Ronde (2,5mm) aus Stahl
F: Bodenspirale Ø 4mm aus Hochgekohltem Stahl					N: Rundling (Ø 0,8mm) mit Ronde (2,5mm) aus Cr/Ni-Stahl
G: Innenansicht von D					O: Schweißkugelbuchse / Rohr Ø 6mm aus Stahl
H: Kreuzstück aus X8CrNiTi18.10 Ø 6mm					P: Geräteanschluss / Rohr Ø 14mm St 35

Vor- und Nachteile des Lötens

Vorteile:

• geringere Wärmeinbringung
• geringerer Verzug
• es können unterschiedliche Werkstoffe verbunden werden
• gute Wärmeleitfähigkeit der Verbindung
• gute elektrische Leitfähigkeit der Verbindung
• die Lötstellen müssen nicht zugänglich sein
• größere Toleranzen der Fügeteile möglich
• filigrane Fügeteile ohne Beschädigung lötbar
• keine Veränderung der Festigkeit durch Alterung
• keine Veränderung der Grundwerkstoffe durch niedriger Arbeitstemperatur
• automatisierbar
• es können mehrere Lötverbindungen gleichzeitig an einem Werkstück hergestellt werden

Nachteile:

• reduzierte Festigkeit der Lötstelle
• zusätzlicher Arbeitsgang der Oberflächenvorbereitung
• ausrichten nach dem Löten nicht möglich
• es ist fast immer eine Überlappung erforderlich
• galvanische Korrosion durch unterschiedliche Potentiale der Verbindungspartner (besonders bei Aluminium)
• Nachbehandlung notwendig
• Lote meist teure Werkstoffe

Einteilung der Lötverbindung

Nach der Arbeits- bzw. Schmelztemperatur unterscheidet man folgende Lötverfahren..

Hart- oder Weichlöten?

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• Weichlöten ( unter 450 °C )
• Hartlöten (über 450 °C)
• Hochtemperaturlöten ( über 900 ° C ) (im Vakuum oder unter Schutzgas; siehe DIN 8505 )

Ob eine Verbindung weich oder hart zu löten ist, richtet sich nach der erforderlichen Festigkeit der Lötnaht und nach dem zu verbindenden Grundwerkstoffen.

Weichlöten

Das Weichlöten wird zum Verbinden von mechanisch nicht hoch belasteten Verbindungen bei gleichzeitiger Funktion der elektrischen Leitung oder des Dichtens der Verbindungen eingesetzt. Die Festigkeit der Lötverbindung nimmt mit der Dauer der Belastung ab, da Weichlote unter Last kriechen. Die erzielbare Scherfestigkeit liegt bei 2 N/mm² und die Zugfestigkeit bis 4 N/mm².

Wichtige Anwendungsbeispiele für das Weichlöten sind:

• Kupferrohrlötung mit Kapillarlötfittings in der Kalt- und Warmwasserinstallation
• Löten von Kupferblechen , verzinkten Stahlblechen und Titanzinkblechen in der Klempnerei.
• In der Auto- und Elektroindustrie

Welche metallischen Werkstoffe kann man Weichlöten:

• Blei, Zink, Kupfer; Kupferlegierungen, Aluminium

Hartlöten

Das Hartlöten wird zum Verbinden höher belasteter Verbindungen eingesetzt. Scherfestigkeit bis ca. 100 N/mm²; Zugfestigkeit bis ca. 200 N/mm².

Wichtige Anwendungsbeispiele für das Hartlöten sind:

• Verbinden von Metallrohren für Gas-, Warmwasser- und Heizungsinstallation
• Löten von Blechen , Kühlern und Scheinwerfereinsätze im Fahrzeugbau
• Auflöten von Hartmetallschneidplatten auf Drehmeißel, Fräser und Kreissägeblätter

Welche metallischen Werkstoffe kann man Hartlöten:

• Unlegierte Stähle, Temperguss, Gusseisen, Aluminium, Kupfer

Hochtemperaturlöten

Das Hochtemperaturlöten wird meist zum Fügen von thermisch und mechanisch hochbelasteten Bauteilen aus Keramik oder Edelstahl verwendet. Es ist bei diesem Verfahren möglich, die Zugfestigkeit bei Edelstahlverbindung bis zu 500 N/mm² zu erreichen.

Bei diesem Verfahren wird kein Flussmittel verwendet, da man unter Luftabschluss lötet. Es werden Lote verwendet, deren Arbeitstemperatur oberhalb von 900°C liegen. Deshalb kommen Lotwerkstoffe wie Kupfer-, Nickel- und Kobaltlote zum Einsatz. Die Lötverbindungen werden in einen geschlossenen Vakuumöfen oder in Schutzgasöfen hergestellt.

Wichtige Anwendungsbeispiele für das Hochtemperaturlöten sind:

• Luft- und Raumfahrttechnik

Welche metallischen Werkstoffe kann man Hochtemperaturlöten:

• Nickel, Titan, Zirkonium, Cobalt, Stähle

Lötverfahren

1. Kolbenlöten
2. Flammlöten
3. Badlöten
4. Elektrisches Widerstandslöten
5. Induktionslöten
6. Strahllöten

• Diese 6 Lötverfahren findest du hier im Externen Link [1]

Lötvorgang

Der Lötvorgang wird in folgenden Arbeitsschritten durchgeführt:

1.Die Werkstücke müssen an den Verbindungsstellen gereinigt werden.

2.Ein Flussmittel ist zuzugeben.

3.Die Werkstücke sind passgerecht zusammenzufügen.

4.Die Werkstücke sind an der Fügestelle zu erwärmen.

5.Das Lot wird zu gegeben.

6.Die Verbindungsstelle abkühlen lassen.

7.Die Flussmittelrückstände sind zu entfernen.

1.Die Werkstücke müssen an den Verbindungsstellen gereinigt werden.

Rohrende außen und Fitting innen mit Schmirgelpapier, Rundbürste oder Vlies metallisch blank machen.

• Die Grundwerkstoffe müssen metallisch rein sein.

Das Lot kann sein Zweck nur dann erfüllen, wenn es mit den Werkstoff der Fügeteile eine Verbindung eingeht. Das schmelzflüssige Lot muss hierzu die Werkstücke an den Verbindungsstellen benetzen. Beim Löten kann eine Benetzung durch das Lot nur dann erreicht werden, wenn an der Verbindungsstelle Verunreinigung ( z B. Fett, Farbe, Schmutz usw.) entfernt werden. Außerdem ist zu beachten, dass durch Einwirken des Luftsauerstoffs Oberflächen unedler Metalle mit einer Oxidschicht überzogen sind. Diese Oxidschicht verhindert eine Benetzung des Grundwerkstoffes. Das Lot perlt auf der Oberfläche ab und haftet daher nicht. Die Reinigung der Werkstücke erfolgt durch Entfernung der Oxidschicht mit einer Feile, Stahlwolle oder mit Schmirgelpapier

2.Ein Flussmittel ist zuzugeben.

Nur das Rohrende mit den Flussmittel bestreichen.1

• Flussmittel lösen Oxidschichten auf Metalloberflächen auf und verhindern die Oxidation während des Lötvorgang.

Da sich nach der Reinigung der Oberfläche sofort wieder eine hauch dünne Oxidschicht bildet, muss zusätzlich ein Flussmittel aufgetragen werden. Durch das Flussmittel bleiben die Fügeflächen oxidfrei, so das das zugegebene flüssige Lot die Metalloberflächen benetzen kann. Dann weicht das Flussmittel vor dem flüssigen Lot zurück. Es kommt zum schnellen und großflächigen Ausbreiten, dem Fliesen des Lotes.

3.Die Werkstücke sind passgerecht zusammenzufügen

Darstellung eines Lötspaltes

• Die Werkstücke werden so zusammengefügt, dass zwischen ihnen ein kleiner Spalt verbleibt.

Beim Löten muss das schmelzflüssige Lot in diesen Spalt eindringen. Infolge von Kapillarwirkung wird das Lot auch entgegen der Schwerkraft in den Lötspalt gezogen.Bei Lötungen mit einer Spaltbreite unter 0,05 mm wird der Lötspalt nur schlecht gefüllt, da das Flussmittel nicht schnell genug vom Lot verdrängt werden kann.Ist der Spalt größer als 0,5 mm, so ist die Kapillarwirkung so klein, dass der Spalt nicht mehr gefüllt wird.Die besten Ergebnisse erzielt man bei einer Spaltbreite von 0,1 mm.

4.Die Werkstücke sind an der Fügestelle zu erwärmen.

Mit der Flamme gleichmäßig erwärmen.1

• Erwärmen der Werkstücke auf Arbeitstemperatur

Eine einwandfrei Lötung ist dann erreicht, wenn sich das Lot im Spalt ausbreitet und ihn vollständig ausfüllt. Dazu müssen die Werkstücke an der Verbindungsstelle gleichmäßig auf eine bestimmte Temperatur, die Arbeitstemperatur, erwärmt werden. Die Arbeitstemperatur ist die niedrigste Oberflächentemperatur an der Lötstelle, bei der das Lot benetzt, fließen und am Grundwerkstoff binden kann. Sie richtet sich im Wesentlichen nach der Schmelztemperatur des benutzten Lotes. Unterhalb der Arbeitstemperatur ergibt sich keine Bindung zwischen Lot und Grundwerkstoff. Man spricht von einer ,, kalten Lötstelle”. Die Arbeitstemperatur kann jedoch überschritten werden. Zum Löten steht also Temperaturbereiche zur Verfügung, der von der Arbeitstemperatur bis zu maximalen Löttemperatur reicht. Oberhalb dieser Temperatur ist ein gutes Löten nicht mehr möglich, weil Bestandteile des Lotes verbrennen, das Flussmittel unwirksam wird und beim Grundwerkstoff Grobkornbildung auftreten kann. Für den Unerfahrenen ist es schwierig. Dass Erreichen der Arbeitstemperatur festzustellen. Wird das zum Löten passende Flussmittel verwendet, so zeigt das Verdampfen des Flussmittels das erreichen der Arbeitstemperatur an. Beim Weichlöten ist die Arbeitstemperatur gleichfalls erreicht, wenn der Lötdraht außerhalb der Lötflamme beim Antupfen an das erwärmte Werkstück abschmilzt.

5.Das Lot wird zu gegeben.

Lot am Lötspalt abschmelzen.1

• Je stärker die Legierungsbildung ist, umso höher ist die Festigkeit der Verbindung.

Bei Erreichen der Arbeitstemperatur wird das Lot an den Grundwerkstoff geführt und an diesem geschmolzen. Durch Kapillarwirkung dringt das Flüssige Lot in den Lötspalt ein. Es lösen sich die Atome des festen Grundwerkstoffes von ihren Plätzen und vermischen sich mit den ebenfalls vordringenden Atomen des schmelzflüssigen Lotes. Diesen Vorgang nennt man Diffusion. An der Grenzfläche des Grundwerk- stoffes entsteht dadurch eine Legierung aus Grundwerkstoff und Lot. Mit höherer Temperatur verstärkt sich die Diffusion. Dies ist ein Grund dafür, dass beim Hartlöten eine höhere Festigkeit erreicht wird. Lote können ihren Zweck nur erfüllen, wenn sie im schmelzflüssigem Zustand besonders dünnflüssig sind, einen Schmelzpunkt haben, der unter denen der Grundwerkstoffe liegt, sich mit anderen metallischen Werkstoffen gut verbinden. Diffusion :ist ein physikalisches Prozess, der zu einer gleichmäßigen Verteilung von Teilchen und somit vollständigen Durchmischung zweier Stoffe führt.

6.Die Verbindungsstelle abkühlen lassen.

Nach dem Löten, die Lötstelle abkülen lassen.

• Die Werkstücke müssen anschließend erschütterungsfrei abkühlen.

Ist das Lot in den Lötspalt eingedrungen und hat eine Bindung mit den Grundwerkstoff erreicht, dann wird die Wärmezufuhr beendet. In den Fügeteilen ist die wärme noch gespeichert, dadurch erstart das Lot nicht umgehend. Nach einer bestimmten kurzen warte Zeit, sinkt die Temperatur der Fügeteile und das Lot verfestigt sich . In diesem Zeitraum darf das Werkstück keine Erschütterungen ausgesetzt sein, da sonst in den Verbindungen Risse entstehen Können

7.Die Flussmittelrückstände sind zu entfernen.

Nach dem Löten, die Lötstelle säubern.

• Flussmittel wirken Korrodierend und sollten nach den Lötarbeiten entfernt werden.

Das Lot verdrängt das Flussmittel und die darin gelösten Metalloxide aus den Lötspalt. Diese Rückstände setzen sich außerhalb des Lötspaltes ab und verursachen Korrosion. Diese Rückstande sollten entfernt werden durch einen Lappen, Bürste, Abbeizen oder Wasser. In der Wasser- und Lebensmittelinstallation werden Flussmittel verwendet, deren Rückstände wasserlöslich sind.

Video Die einzelnen Schritte sind als Video dargestellt. Schritt 1-2 [2] Schritt 3-7 [3]

Temperaturen beim Löten

• Schmelzbereich:

Temperaturbereich des Lotes zwischen Liquidus - und Solidustemperatur.

• Arbeitstemperatur:

Niedrigste Oberflächentemperatur des Werkstückes an der Lötstelle (Liquidustemperatur).

• Maximale Löttemperatur ( Grenze):

Ausdampfen.

• Bindetemperatur:

Unterste Grenze der Benetzungstemperatur, 50....100°C unter der Arbeitstemperatur.

• Wirktemperatur des Flussmittels:

Temperatur, bei der die Benetzung der Oberfläche durch Lot ermöglicht wird.

• Benetzungstemperatur:

Temperatur, bei der sich das Lot wie eine Flüssigkeit verhält. ( Adhäsion, Kapillarwirkung)

• Oberer Grenze der Löttemperatur:

- Übermäßiges Kornwachstum

- Zersetzung des Flussmittels

Abhängige Faktoren

• Beim Löten ist die Materialpaarung von großer Bedeutung. Sie ist unter anderem von folgenden Faktoren abhängig.

1. Benetzung des Lotes auf dem Bauteil
2. Kapillarwirkung des Lotes in einem Spalt
3. Entstehung von Bindungen zwischen den Stoffen

Benetzung :

• Die Grundwerkstoffe müssen metallisch rein sein .
  

  Schematische Darstellung: Benetzung des Lotes

Das Lot kann sein Zweck nur dann erfüllen, wenn es mit den Werkstoff der Fügeteile eine Verbindung eingeht. Das schmelzflüssige Lot muss hierzu die Werkstücke an den Verbindungsstellen benetzen. Beim Löten kann eine Benetzung durch das Lot nur dann erreicht werden, wenn an der Verbindungsstelle Verunreinigung (z. B. Fett, Farbe, Schmutz usw.)entfernt werden. Außerdem ist zu beachten, dass durch Einwirken des Luftsauerstoffs wird die Oberflächen von unedlen Metallen mit einer Oxidschicht überzogen sind. Diese Oxidschicht verhindert eine Benetzung des Grundwerkstoffes. Das Lot perlt auf der Oberfläche ab und haftet daher nicht. Die Reinigung der Werkstücke erfolgt durch Entfernung der Oxidschicht mit einer Feile, Stahlwolle oder mit Schmirgelpapier

Kapillarwirkung :

• Je enger der Spalt ist, umso größer ist die Kapillarwirkung.

Das Aufsteigen oder Hochsaugen von Flüssigkeiten in engen Spalten entgegen der Schwerkraft ist auf die Kapillarwirkung zurückzuführen. Die Moleküle des Wassers ziehen sich durch die Adhäsion an den eng gegenüberliegenden Wandungen des Spaltes nach oben. Das Wasser steigt soweit, bis sich die Adhäsionskraft und die Gewichtskraft der hängenden Wassersäule im Gleichgewicht befinden. Dort, wo der Spalt eng ist, wird eine größere Höhe erreicht, wo der Spalt breit ist, dagegen eine geringere. Diese Wirkung tritt nur bei benetzenden Flüssigkeiten auf. Nur dann überwiegt die Adhäsion gegenüber der Kohäsion.

• 

  Kapillarkräfte

• 

  Kapillarspalt

• 

  Schematische Darstellung

Bindungen :

• Je stärker die Legierungsbildung ist, umso höher ist die Festigkeit der Verbindung.

Bei Erreichen der Arbeitstemperatur wird das Lot an den Grundwerkstoff geführt und an diesem geschmolzen. Durch Kapillarwirkung dringt das Flüssige Lot in den Lötspalt ein. Es lösen sich die Atome des festen Grundwerkstoffes von ihren Plätzen und vermischen sich mit den ebenfalls vordringenden Atomen des schmelzflüssigen Lotes. Diesen Vorgang nennt man Diffusion. An der Grenzfläche des Grundwerkstoffes entsteht dadurch eine Legierung aus Grundwerkstoff und Lot (siehe Bild unten). Mit höherer Temperatur verstärkt sich die Diffusion. Dies ist ein Grund dafür, dass beim Hartlöten eine höhere Festigkeit erreicht wird. Lote können ihren Zweck nur erfüllen, wenn sie:

• im schmelzflüssigem Zustand besonders dünnflüssig sind,
• einen Schmelzpunkt haben, der unter denen der Grundwerkstoffe liegt,
• sich mit anderen metallischen Werkstoffen gut verbinden.

• Diffusion : ist ein physikalisches Prozess, der zu einer gleichmäßigen Verteilung von Teilchen und somit vollständigen Durchmischung zweier Stoffe führt.

Einflussgrößen auf die Lötbarkeit eines Bauteils

• Die Eigenschaften eines gelöteten Bauteils werden von mehreren Einflussfaktoren bestimmt.

Lötbarkeit ist die Eigenschaft eines Bauteils, durch Löten derart hergestellt werden zu können, dass es die gestellten Forderungen erfüllt ( DIN 8514-1). Ein Beurteilungssystem wie hier dargestellt, in das alle Einflussfaktoren eingeordnet sind , soll uns erleichtern die Frage zu stellen, ob ein Fügeproblem durch Anwenden des Lötens gelöst werden kann. Dabei sind die Einzelnen Faktoren zu beurteilen und zu bewerten.

• Die Löteignung als eine planbare Werkstoffeigenschaft.
• Die Lötmöglichkeit als eine planbare Fertigungs- bzw. Verfahrenseigenschaft, bei der auch die Wirtschaftlichkeit eine große Rolle spielt.
• Die Lötsicherheit als eine planbare Konstruktionseigenschaft und die sich daraus ergebende Festigkeitseigenschaft.

Zwischen diesen drei Eigenschaften besteht eine mehr oder weniger starke Abhängigkeit. Änderungen einer dieser Größen können zu Wechselwirkungen mit den anderen beiden Größen führen. Erhöht sich z.B. die Beanspruchung eines gelöteten Bauteils, so müssen möglicherweise andere Grundwerkstoffe und Lote gewählt werden.

Lötstellenform

• Auftragslöten:

Beschichtung der Oberflächen mit Lotwerkstoff.

Spaltlöten,Fugenlöten

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• Fugenlöten:

Spaltweiten größer als 0,5 mm V- oder X- Form- vorzugsweise für Hartlöten geeignet.

• Spaltlöten:

Der Lötspalt hat eine konstante Weite zwischen 0,05mm und 0,2mm, ausnahmsweise 0,25mm.

• Kontaktlöten:

Hochtemperaturlöten im Vakuumofen.Bei sehr geringen Spaltbreiten ergeben sich hohe Festigkeiten.

Gestaltung der Lötverbindungen

Gestaltung der Lötverbindungen

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Überlappen:

• Durch Überlappen der Werkstücke wird eine hohe Festigkeit der Lötverbindung erreicht.

Eine einwandfreie Lötverbindung kann nur zustande kommen, wenn die Verbindung lötgerecht gestaltet ist. Zum einen ist ein geeigneter Lötspalt einzuhalten, zum anderen ist zu berücksichtigen, dass die Verbindung umso haltbarer ist, je größer die Berührungsflächen sind. Bei dünnwandigen Bauteilen soll die Überlappungslänge in der Regel das Drei- bis Sechsfache der Wanddicke des dünneren Werkstückes betragen. Zu große Einstecktiefen bzw. Überlappungen sind nicht sinnvoll. Die Belastbarkeit der Verbindungen kann nicht weiter gesteigert werden. Außerdem besteht die Gefahr, dass Teile des Flussmittels eingeschlossen werden oder Bindefehler entstehen.

Konstruktionsbeispiele:

• Darstellung technisch wichtiger Beispiele.

Bolzen

Rohre.

Nippel und Flansche

Gestalten und Entwerfen:

• Um erforderliche Lötsicherheit bei den gelöteten Bauteilen zu gewährleisten, sind einige Einflussgrößen zu berücksichtigen und wichtige Konstruktionsrichtlinien einzuhalten:

1. Hinsichtlich Lötspalt- und Lötflussverhalten, Kraftübertragung und Fertigungserleichterung ist zu Beachten (sehe auf die folgenden Bilder).

In der DIN 65169 (Konstruktionsrichtlinien für hart- und hochtemperaturgelötete Bauteile) kann man weitergehende Ausführung für lötgerechtes Gestalteten entnehmen.

2. Lötnähte sollen möglichst auf Schub beansprucht werden.

a) Lötspaltverhalten

b) Lötflussverhalten

c) Entlastung der Lötverbindung

Datei:Kraftübertragung.jpg

a) Lötspaltverhalten:

• Die erforderliche Lötspaltbreite b muss bei der Arbeitstemperatur vorhanden sein.

Der Lötspalt soll parallel oder in Lötflussrichtung enger werdend verlaufen.

RT= Raumtemperatur AT= Arbeitstemperatur

b) Lötflussverhalten:

• Lötspalt darf nicht unterbrochen werden. Lot kann Spalterweiterung nicht überbrücken.

Lötfließweg wird durch eingelegten Lotdrahtring halbiert. Steigerung der Festigkeit durch achsparallele Rändelspalte. Lot fließt von innen nach außen, Flussmittel kann entweichen.

c) Entlastung der Lötverbindung:

• Bei Weichgelöteten Verbindungen Kraftentlastung der Lötnähte durch Formschluss der Bauteile. Lötnähte übernehmen z.B. nur Dichtfunktion und nicht die Kraftübertragung.

d) Kraftübertragung:

• Um die Festigkeit des Grundwerkstoffes zu erreichen, genügt: lü= (3...6) t. Bei hoher Beanspruchung allmählicher Übergang günstiger.

Erhöhung der Festigkeit Steckverbindung bei Biegebeanspruchung günstig. Verbesserung der Dauerfestigkeit durch allmählichen Übergang. Durch Steifigkeitserhöhung im Nahtbereich und allmähliche Übergänge können Spannungsspitzen abgebaut und in die Bauteile verlagert werden.

Symbolische Darstellung nach DIN EN 22553:

• Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes: Datei fehlt

  a) Überlappstoß

• Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes: Datei fehlt

  b) T-Stoß

• Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes: Datei fehlt

  c) Stumpfstoß

• Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes: Datei fehlt

  d) Falzstoß

• Dieses sind die typischsten Lötnähte in symbolischer Darstellung.

a) Überlappstoß mit Flächennaht; hergestellt durch Hartlöten (Kennzahl 91)

(geforderte Bewertungsgruppe (C) nach ISO 18279, Silberhartlot AG304 (B-AG40ZnCdCu-595/630) nach EN 1044)

b) T-Stoß mit Flächennaht

c) Stumpfstoß mit Schrägnaht

d) Falzstoß mit Falznaht; hergestellt durch Weichlöten (Kennzahl 94)

Beanspruchung der Lötverbindung

Die Festigkeit einer Lötverbindung wird beeinflusst von mehreren Faktoren:

• Grundwerkstoff

• Vor- und Nachbehandlung der Grundwerkstoffe

• Konstruktive Gestaltung

• Lötverfahren

• Überlappung

• Lötspalt

Hartlötverbindung

Die Festigkeit von Hartlötverbindungen sinkt je nach Lot geringfügig bei Langzeitbelastungen gegenüber Kurzzeitversuchen, dabei haben die Betriebstemperatur und die Schwingspielzahl einen großen Einfluss. Durch ein begrenztes Nachwärmen während des Lötvorgangs läst sich die Festigkeit erhöhen.

• Für Hartlötverbindung mit ruhender Belastung rechnet man mit diesen beiden "Faustwerten".

Zulässige Normalspannung σ_Izul = σ_IB / S ≈ 200 N/mm²

Zulässige Scherfestigkeit T_Izul = T_IB / S ≈ 100 N/mm²

• Bei dynamischer Belastung von Hartlötverbindung gilt:

Biegewechselfestigkeit σ ≈ 160 N/mm²

Weichlötverbindung

Kurzzeitversuch bei Weichlötverbindungen zeigen Scherfestigkeitswerte von 25 bis 35N/mm², diese fallen aber bei längeren Belastungen und steigenden Temperaturen schnell ab. Die Scherspannung ist bei Dauerbeanspruchung auf 2N/mm² zu begrenzen.

• Für Weichlötverbindung mit ruhender Belastung rechnet man mit diesen "Faustwert".

Zulässige Scherfestigkeit T_Izul = T_IB / S ≈ 2 N/mm²

• Allgemein gilt für die Zugfestigkeit von Lötverbindung σ ≈ ( 1,5....2) * T_I

Berstdruckprobe

• Lötverbindungen sind in hohem Maße belastbar.

Bei einer Kupferrohrverbindung mit fünf Lötstellen ist die Festigkeit

jeder einzelnen Lötstelle höher als die des Grundwerkstoffes.

Beim Abdrücken mit einer Pumpe platzt die Rohrwand des Probekörpers bei 280 bar.

Die Lötstellen selbst halten dem Druck stand und bleiben dicht.

Voraussetzung ist eine fachgerechte Lötverbindung.

Berechnungsgrundlagen

Festigkeitsberechnungen:

• Die Gestaltung der Lötteile wird zuerst konstruktiv dargestellt und dann erst wird die Festigkeit nachgewiesen.

Stumpfstoßverbindung

• Diese werden nur bei gering belasteten Bauteilen mit Blechdicken t > 1mm ausgeführt.

• Liegt an der Stumpfstoßverbindung ( t>1mm ) eine Belastung durch eine Normale Kraft vor, so muss der Anwendungsfaktor K_a

Berücksichtigt werden um die Normalspannung an der Lötnaht zu Berechnen.

Darstellung einer Normalspannung in der Lötnaht.

Überlappstoßverbindung

• Die meist angewandte Verbindung ist die Überlappstoßverbindung, vor allem dann, wenn die Tragfähigkeit der Lötnaht

genau soviel aufweisen soll wie zu verbindenden Bauteile.

Darstellung einer Scherspannung in der Lötnaht.

Steckverbindung

• Durch die Steckverbindung erhöht man die Festigkeit durch Vergrößerung der Lötfläche.

Darstellung einer Scherspannung durch Schubbelastung.

Steckverbindung mit Torsionsbelastung

• Liegt eine Belastung durch Torsion an den runden Steckverbindung vor, dann nimmt die ringförmige Lötfläche ( A₁= π * d * l_Ü )

das Torsionsmoment T und die auftretende Scherspannung in der Lötnaht auf.

Darstellung einer Scherspannung durch Torsionsbelastung.

Berechnungsaufgaben

Aufgabe 1:

• Zwei Bauteile aus S235 sollen so miteinander verlötet werden, dass sie eine Schubkraft (Zugscherkraft) von 500 N halten können. Wie groß muss die Überlappungslänge l_ü sein, wenn die Lötfläche quadratisch ist? Zum Löten wird L-Ag30Cd verwendet, außerdem hat der Konstrukteur eine dreifache Sicherheit bestimmt.

Hier findest du die Lösung von Aufgabe 1 : Lösungsweg

Aufgabe 2:

• Mit der Längskraft F belastete Kopfbolzen d = 12mm sollen entsprechend Bild in Grundkörper hart eingelötet werden.

Bolzen und Grundkörper bestehen aus S235JR ( R_m = 360 N/mm²) und die Scherfestigkeit der Lötnaht beträgt (T_IB = 205 N/mm²).

Zu berechnen sind:

a) Die Überlappungslänge l_ü ( Einstecktiefe), wenn Bolzen und Lötnaht die gleiche Tragfähigkeit aufweisen sollen.

b) die zulässige ertragbare Längskraft F, wenn die Verbindung mit der dreifachen Sicherheit gegen Bruch ausgelegt werden soll und die Last ruhend und stoßfrei auftritt.

Hier findes du die Lösung von Aufgabe 2 : Lösungsweg

Aufgabe 3

• Eine Kaltwasserleitung aus Kupferrohr 54 x 2 wird nach Skizze mit einer weich aufgelöteten Kappe verschlossen. Es ist zu prüfen, ob die Spaltlötverbindung für einen höchsten Wasserdruck von 8 bar sicher ausgelegt ist.

Hier findest Du die Lösung von Aufgabe 3 : Lösungsweg

Prüfen der Lötverbindung

Zur Sicherung der Qualität und Zuverlässigkeit wichtiger Lötverbindungen

sind Prüfungen erforderlich. Sie richtet sich nach Bauteilen und Lötverfahren z B :

• Obligatorisch sind Maß- und Sichtprüfungen.

• Oberflächenrissprüfung dient zum Nachweis von Rissen und Poren.

• Durchstrahlungs- und Ultraschallprüfung dient für innere Lötfehler.

• Metallographische Schliffproben eignen sich für Übergangszonen, Lötnahtbreite, Erosion und des Gefüges.

• Druck- und Dichtungsprüfung sind vorgeschrieben für Behälter und Rohrleitungen.

Zugfestigkeit der Lötverbindung

Das Verbinden von Bauteilen ist ein wesentlicher Bestandteil des Maschinenbaus. Zu den wichtigsten Verbindungselementen gehören Niete, Schrauben, Federn, Stifte, Bolzen sowie Schweiß-, Löt- und Klebverbindungen, wobei Schweißen, Löten und Kleben zu den stoffschlüssigen Fügeverfahren gehören. Um vor der Fertigung mit ausreichender Sicherheit behaupten zu können, dass das entstehende Produkt der vorgesehenen Belastung standhält, sind viele Untersuchungen durchzuführen.Eine von diesen Untersuchungen ist die Zugfestigkeit.

Zugversuch einer Steckverbindung.

Die dargestellte Steckverbindung wurde auf Zug belastet und Zerstört.

Dieser Versuch wurde auf Video aufgenommen und bewährtet.

Die einzelnen Arbeitsschritte für den Zugversuch:

1. Weichlöten der Steckverbindung[4].
2. Zugbelastung der Steckverbindung [5].
3. Zerstörungsbereich [6].

Beobachtung :

Zuerst wirkt eine sehr hohe Kraft (ca.85 kN) auf die Steckverbindung. Diese Kraft lässt allmählich nach und das Gefüge des Werkstoffes fängt an zu fließen. Der Werkstoff reist neben der Lötnaht durch eine geringere Kraft (ca.15 kN).

Zugversuch einer Überlappstoßverbindung.

Die dargestellte Überlappstoßverbindung wurde auf Zug belastet und Zerstört.

Dieser Versuch wurde auf Video aufgenommen und bewährtet.

Die einzelnen Arbeitsschritte für den Zugversuch:

1. Weichlöten der Überlappstoßverbindung [7].
2. Zugbelastung der Überlappstoßverbindung [8].
3. Zerstörung der Überlappstoßverbindung [9].
4. Zerstörungsansicht der Überlappstoßverbindung [10].

Beobachtung :

Es wirkt eine kontinuierlich steigende Kraft auf die Überlappstoßverbindung. Durch die ansteigende Kraft wird die Verbindung bei ca. 65 kN zerstört.

Festigkeitsvergleich zwischen Löt- und Klebverbindung:

Zugversuch einer Klebüberlappstoßverbindung.

Als Festigkeitsvergleich wurde die Überlappstoßverbindung mit derselben Überlappungslänge und unter der derselben Voraussetzung mit einer Klebverbindung geprüft.

Die dargestellte Überlappstoßverbindung wurde auf Zug belastet und Zerstört.

Dieser Versuch wurde auf Video aufgenommen und bewährtet.

Die einzelnen Arbeitsschritte für den Zugversuch:

1. Zugbelastung der Überlappstoßverbindung[11].
2. Zerstörungsansicht der Überlappstoßverbindung[12].

Beobachtung :

Es wirkt eine kontinuierlich steigende Kraft auf die Überlappstoßverbindung. Durch die ansteigende Kraft wird die Verbindung bei ca. 25 kN zerstört.

Bewertung:

Mit dem gleichen Werkstoff und unter der gleichen Vorrausetzung wurde die Überlappstoßverbindung als Löt-und Klebverbindung auf Zug getestet. Zu beobachten war das bei beiden Fügeverfahren die Zugkraft am anfang gut aufgenommen wurde. Bei steigender Zugkraft wurde die Klebverbindung bei ca. 25 kN und die Lötverbindung bei ca.65 kN zerstört.

Lotarten und Flussmittel

Lote

• Als Lote werden Legierungen reiner Metalle verwendet, deren Schmelzpunkt unter dem Schmelzpunkt der zu verbindenden Fügeteile liegt. Man unterscheidet hinsichtlich ihrer Arbeitstemperatur folgende Lote:

Weichlote: Ihre Arbeitstemperatur liegt unterhalb 450° C. Wegen ihrer geringen Festigkeit sind sie für Kraftübertragungen nicht geeignet. Den größten Einsatz haben Weichlote in der Elektrotechnik (z. B. LnSn 60 Pb = Lötzinn). Weichlote werden als Stangen, Fäden, Drähte, als Pulver oder Pasten (gemischt mit Flussmitteln) angeboten. Während das Löten ohne Flussmittel bisher nur für Hartlötverbindungen unter Schutzgas oder im Vakuum möglich war, ist dies durch neuartige Lote (z. B. SnAgTi + Seltene Erden) auch beim Weichlöten an Luft möglich. Neuere Lote lassen sogar Verbindungen zwischen Keramiken und Metallen zu.

• Erläuterung der DIN Norm:

Weichlot z.B. L-PbSn8 (Sb) DIN 1707

L - = Lot

Pb Sn 8 = Legierungsbestandteile

DIN 1707 = Sämtliche Weichlote in massiver Form

Erläuterung: Lot nach DIN 1707 mit 7,5% bis 8,5% Zinn(Sn),

0,20 bis 0,50% Antimon (Sb), Rest Blei (Pb).

Hartlote: Hartlote werden nach ihrer Zusammensetzung, ihrer Verwendung und ihrer Arbeitstemperatur unterteilt. Sie dienen vorwiegend zum Löten von Eisen-, Kupfer- und Nickelwerkstoffen. Wegen der guten wirtschaftlichen Eigenschaften werden auch immer mehr Silberlote eingesetzt. Aluminiumbasislote (z. B. L-AlSi7,5) werden für Verbindungen von Aluminium oder dessen Legierungen angewandt. Hochtemperaturlote: Zum Hochtemperaturlöten werden Hartlote von großer Reinheit verwendet, vorwiegend Nickel-Chromlegierungen. Der Schmelzpunkt liegt bei ca. 800 – 1200° C. Hochtemperaturlote werden unter Schutzgas oder im Vakuum verarbeitet. Die Verbindungen weisen eine hohe Festigkeit auf und sind gut für Schwingungsbeanspruchte Werkstücke geeignet.

• Erläuterung der DIN Norm:

Hartlote z.B. L-Ag15P DIN 8513

L- = Lot

Ag 15 Pd = Legierungsbestandteile

DIN 8513 = Alle Hart- und Silberlote

Erläuterung: Hartlote mit Silber (Silberlot) mit ca.

15% Silber (Ag), etwa 5% Phosphor (P) und 80% Kupfer (Cu).

Hier findet Ihr einen Externen Link über Lote. [13]

Flussmittel

Flussmittel haben die Aufgabe, auf den Lötflächen vorhandene Oxidschichten zu lösen, zu entfernen und deren Neubildung während des Lötens zu verhindern. Die Auswahl des Flussmittels richtet sich nach dem zu lötenden Grundstoff, dem Lötverfahren und nach der Arbeitstemperatur. Es ist darauf zu achten, dass die Wirktemperatur des Flussmittels unterhalb der Arbeitstemperatur einsetzt und über die maximale Löttemperatur hinausgeht. Die Wirkzeit eines Flussmittels ist zeitlich begrenzt, so dass es erst kurz vor dem Löten aufgetragen werden darf. Reste von Flussmitteln müssen nach dem Löten entfernt werden, um Korrosion zu verhindern. Übliche Lieferformen für Flussmittel sind Flüssigkeiten, Pasten oder Pulver. Verwendet werden aber auch Gemische aus Lot und Flussmittel.

• Erläuterung der DIN Norm:

Flussmittel z.B. ... F-SW25 DIN 8511

... = Zeichen des Herstellers

F- = Flussmittel

S = Schwermetalle

W* = Weichlöten

25 = Typ-Kurzzeichen

H = Hartlöten

Hier findet Ihr einen Externen Link über Flussmittel.[14]

Unfallverhütung beim Löten

Merke: Diese einzelnen Punkte sind wichtig für deine Gesundheit beim Löten:

• Brenngase sofort nach dem Öffnen des Ventils entzünden. Es besteht Explosionsgefahr.

• Darauf achten, dass kein unverbrauchtes Gasgemisch in Rohre geblasen wird.

• Beim Löten auf Baustellen und in der Nähe brennbarer Werkstoffe Brandschutzmatten anbringen.

• Lote aus Schwermetalllegierungen können bei Überhitzung giftige Metalldämpfe entwickeln. Dämpfe niemals einatmen, Arbeitsplatz gut belüften.

• Beim Löten Schutzbrille und Schutzkleidung tragen.

• Flussmittelreste sollen mit der Haut nicht in Berührung kommen, da sie aggressive Stoffe. z.B. Säuren, enthalten.

Übungsaufgaben

• Hier findet ihr eine kleine Übungsaufgabe über das Thema Löten.

Die Fragen sind auf diese Seite abgestimmt, also wenn ihr gut aufgepasst habt dann könnt ihr die Fragen lösen.

P.S. unser Freund hier hat den Test mit 100% geschafft.

Jetzt seit ihr dran hier sind die Übungsfragen zum Ankreuzen:

Fragen	Antwort
1) Was ist Löten?	a) ein Verbinden von Metallen im Flüssigen zustand b) eine Lösbare Verbindung c) ein dem Kleben sehr ähnliches Verbindungsverfahren d) ein Verbinden von gleichen oder verschiedenen Metallen mit - Hilfe eines leichter schmelzenden Zusatzmetalls
2) Wann ist beim Löten die Arbeitstemperatur erreicht?	a) wenn das Lot weich wird b) wenn das Flussmittel verdampft c) wenn der Werkstoff schmilzt d) wenn das Lot fest wird e) wenn das Lot in die Lötnaht fließt und sich mit dem Werkstoff verbindet
3) Wo liegt die Temperatur zwischen Hart- und Weichlöten ?	a) 327°C b) 450°C c) 400°C d) 600°C e) 550°C
4) Wie müssen Teile zum Löten vorbereitet werden?	a) Die Oberflächen müssen aufgeraut werden b) Die Teile müssen vollkommen sauber und metallisch blank sein c) Es ist keinerlei Vorarbeit erforderlich d) Die Teile müssen vor dem Löten geglüht werden
5) Was sind Weichlote?	a) Alle Lote, die man mit den Kolben schmelzen kann b) Alle Lote, die Blei enthalten c) Alle Lote, deren Schmelzpunkte unter 450°C liegen d) Alle Lote, die sehr weich sind
6) Wozu benötigt man Flussmittel?	a) Damit das Lot besser fließt b) Damit die Metalloberflächen rein werden c) damit die bestehende Oxidschicht aufgelöst und ihre Neubildung verhindert wird d) Um die Arbeitstemperatur herabzusetzen
7) Lotpasten können eingesetzt werden für	a) Hartlöten b) Weichlöten c) Gaslöten d) Hart- und Weichlöten
8)Welche Aussagen über Lotpasten ist richtig?	a) Lotpasten können ohne Zusatzlot verwendet werden b) Hauptbestandteile der Lotpasten ist Blei c) Lotpasten müssen mind. 60% Metall enthalten d) Als Zusatzlot für Lotpasten muss Hartlot verwendet werden
9) Beim Löten ist die Materialpaarung von großer Bedeutung. Sie ist unter anderem von folgenden Faktoren abhängig welche?	1: ? 2: ? 3:?
10) Welche Behauptung über die Wirkung des Lötspaltes ist richtig?	a) Der Lötspalt kann beliebig gewählt werden b) Ein breiter Lötspalt ergibt eine hohe Festigkeit c) In einen breiten Lötspalt kann das Lot besser eindringen d) Ein schmaler Lötspalt ergibt eine vollkommene Lötung mit hoher Festigkeit e) Der Spalt soll etwa der halben Blechdicke entsprechen
11) Wie groß soll der Lötspalt sein?	a) Spaltbreite= Blechdicke b) Werkstoff fest aufeinander liegend c) Spaltbreite 0.05- 0.5 mm d) Spaltbreite unter 0.25 mm
12)Welches Flussmittel wird zum Hartlöten verwendet?	a) F-SH 1 b) Lötfett c) Lötwasser d) Salzsäure e) F-SW 21
13) Wie viel Prozent Zinn enthält ein Lot mit der Bez. S-Sn 97Cu 3	a) 3% b) 40% c) 97% d) 53% e) 13%
14) Welche Regel gelten für das Löten von Gasleitungen?	a) Gasleitung dürfen nur geschweißt werden b) Weich - und Hartlöten bei Cu- Rohren erlaubt c) nur Weichlöten von Cu- Rohren d) nur Hartlöten von Cu- Rohren
15) Welche Regel gelten für das Löten von Wasserleitung ?	a) nach DIN 2999 nur Gewinde Verbindung b) nur Weichlöten c) nur Hart d) Weichlöten von Cu-Leitung bis 28x 1.5
16) Was sind die Einflussgrößen Auf die Lötbarkeit eines Bauteils.?	1:? 2:? 3:?
17) Wie lautet die Kennzahl von Weich- bzw. Hartlöten bei der Symbolischen Darstellung?	a) Weichlöten Kennzahl= b) Hartlöten Kennzahl=
18) Welche Aussage über die Stumpfstoßverbindung ist richtig?	a)Diese werden nur bei hoch belasteten Bauteilen verwendet b) nur bis 3mm zulässig c) Diese werden nur bei gering belasteten Bauteilen mit Blechdicke t>1mm ausgeführt.
19) Wann wird die Überlappstoß- verbindung eingesetzt ?	a) bei geringer Belastung der Bauteile. b) wenn die Lötnähte die gleiche Tragfähigkeit aufweisen soll wie die zu verbindenden Teile. c) bei Verbindung mit unterschiedlichen Blechdicken
20) Was ist lü und ihre Einheit ?	a) lü ist.....
21) Bei runden Steckverbindungen können welche Kräfte auf der Lötfläche aufgenommen werden?	a) Rm =Zugfestigkeit in N/mm² b) KA = Anwendungsfaktor c) T1 = Torsionsspannung in N/mm² d) TiB = Scherfestigkeit in N/mm²
22) Um die Festigkeit des Grundwerkstoffes zu errechen genügt lü =(..) t	a) (6...9) t b) (12...16) t c) ( 3...6) t d) ( 1..3) t

Ergebnisse Und hier sind die Ergebnisse:Ergebnisse

Präsentation

Das Thema Löten findet ihr hier als Präsentation in vorm einer PDF Datei wieder.

Präsentation

DIN Normung

DIN 8505-1					Löten; Allgemeine Begriffe
DIN8505-2					Löten; Einteilung der Verfahren, Begriffe
DIN 8505-3					Löten; Einteilung der Verfahren nach Energieträgern, Verfahrensbeschreibungen
DIN1912-4					Zeichnerische Darstellung Schweißen, Löten; Begriffe und Benennungen für Lötstöße und Lötnähte
DIN 8514-1					Lötbarkeit; Begriffe
DIN 8593-7					Fertigungsverfahren Fügen; Fügen durch Löten; Einordnung, Unterteilung
DINEN 1044					Hartlote
DIN EN 29453					Weichlote; chemische Zusammensetzung und Lieferformen
DIN EN 29454-1					Flussmittel zum Löten metallischer Werkstoffe; Flussmittel zum Weichlöten
DIN8505-2					Löten; Einteilung der Verfahren, Begriffe
DIN EN 1044					Zusammensetzung von Lotzusätzen
DIN 65169					Lötgerechtes Gestalten

Hersteller Information

Hier findet ihre einige Links zu den Herstelleren:

Braze Tec GmbH

Chemet GmbH

Fachgemeinschaft,,Löten" im DVS

FIRNIT GmbH

Löttechnik 24

Balverzin

Quellenangabe

Roloff/Matek: Maschinenelemente, Lehrbuch und Tabellenbuch, Vieweg Verlag, 18. Aufl.2007,ISBN 978-3-8348-0262-0

Roloff/Matek Maschinenelemente Formelsammlung, Vieweg Verlag, 8. Aufl. 2006. ISBN 3-834-80119-4