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title: Sitzungsthema Grundlagen des Lötens
tags: [Elektrotechnische & Maschinentechnische Grundlagen]

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tags: Elektrotechnische & Maschinentechnische Grundlagen
title: Sitzungsthema Grundlagen des Lötens
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# Seminar: Elektrotechnische & Maschinentechnische Grundlagen
## Sitzung: Grundlagen des Lötens
> *Dr. Stefan Blumenthal*

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## Ziele für heute:
- [ ] Aneignung von Wissen über den Vorgang des Lötens
- [ ] Aneignung von Wissen über notwendige Arbeitsmittel zum Löten
- [ ] Aneignung von Wissen über notwendige Schritte beim Löten
- [ ] Aneignung von Wissen über notwendige Schutzmaßnahmen beim Löten

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<img src="https://i.imgur.com/ijHSJPj.jpg" alt="" width="200" />
    
[:link: CC0 von Blaz Erzetic](https://www.pexels.com/de-de/foto/person-loten-chip-2628105/)
    
</div>

Löten ist ein Fügeverfahren, bei dem Metalle durch Schmelzen von Lot miteinander verbunden werden, ohne den Grundwerkstoff wesentlich an- oder aufzuschmelzen. 
Das Lot (auch: Lötzinn) ist eine Metalllegierung aus Zinn und Blei oder anderen Legierungselementen. Es wird meist mit einem etwa 315°C heißen Lötkolben aufgeschmolzen und bildet nach dem Abkühlen eine feste, gas- und wasserdichte sowie elektrisch gut leitende Verbindung.

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## Wie funktioniert das Löten?
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<img src="https://i.imgur.com/CLF9gj2.jpg" alt="" width="300" />
    
[:link: CC BY-NC-SA von Dirk Wienecke](http://www.songsnoire.com/wp-content/uploads/2016/10/post-bilder-lightpainting-square-14-rgb-stecker.jpg)
    
</div>

Löten stellt ein thermisches Verfahren zum schlüssigen Fügen von Werkstücken dar. Löten gehört dabei zu den elektrischen Verbindungstechniken. Das Lot wird mit Hilfe der Wärme eines an einen Temperaturregler angeschlossenen Lötkolbens geschmolzen. Das Lot wird mit dem meist etwa 315°C heißen Lötkolben auf Temperaturen jenseits seines Schmelzpunktes erhitzt, wodurch es schmilzt und die Bauteile benetzt. Beim Abkühlen erstarrt das Lot, wodurch die Lötverbindung entsteht.

Obwohl meist feste Verbindungen erstellt werden, können die Lötstellen, z.B. bei Reparaturen, auch wieder gelöst werden, indem das Lot mit Entlötlitze, einer Entlötsaugpumpe oder einem elektrisch betriebenen Entlötgerät entfernt wird.

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Im Gegensatz zum Schweißen wird beim Löten das Grundmaterial nicht aufgeschmolzen. Stattdessen wird es vom Füllmaterial lediglich benetzt. Die beiden Fügepartner verbinden sich so auf Mikroebene. Das ist ein wichtiger Faktor, denn ein Verschmelzen beider Materialien würde die Korrosionsanfälligkeit erhöhen.

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## Arten des Lötens

In Abhängigkeit von der Temperatur gibt es drei Arten des Lötens, da höhere Temperaturen zu stärkeren Verbindungen führen: 

|Weichlöten|Hartlöten|Hochtemperaturlöten|
|-|-|-|
|90°C bis 450°C|über 450°C|über 900°C|
|Dieses Verfahren hat den niedrigsten Lotschmelzpunkt aller Lötarten bei weniger als etwa 450°C. Bei diesen Schweißzusätzen handelt es sich in der Regel um Legierungen, oft bleihaltig mit Liquidustemperaturen unter 350°C. Wegen der niedrigen Temperaturen beim Weichlöten werden Bauteile thermisch am wenigsten beansprucht. Es entstehen keine festen Verbindungen, weshalb das Weichlöten für mechanisch belastbare Anwendungen ungeeignet ist. Auch für den Hochtemperatureinsatz ist es nicht geeignet, da diese Art von Lot an Festigkeit verliert und schmilzt.|Das Lot aus Silber oder Messing, das beim Hartlöten (englisch brazing oder hard soldering) verwendet wird, erfordert einen Lötbrenner, um die Temperaturen zu erreichen, bei denen die das Lot schmilzt.|Beim Hochtemperaturlöten wird ein Lot mit einem viel höheren Schmelzpunkt als beim Hart- und Weichlöten verwendet. Ähnlich wie beim Hartlöten wird das zu verbindende Metall jedoch nicht geschmolzen, sondern flussmittelfrei im Vakuum oder unter Schutzgas erwärmt.|
|z.B. elektrische Kontakte|z.B. Fahrzeugrahmen, Rohre|z.B. Gasturbinen, Vakuumtechnik|

Werden Bauteile in elektronischen Schaltungen verbaut, kommt in der Regel das Weichlöten zum Einsatz.

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## Werkzeuge zum Löten

Für das Weichlöten von elektrischen Bauteilen bedarf es nur weniger Arbeitsmittel. Die nachfolgend aufgeführten Utensilien sind unbedingt notwendig, um sauber und sicher arbeiten zu können:

:::warning
:::spoiler **Lötgerät**
&nbsp;
Ein **Lötkolben** ist ein üblicherweise elektrisch beheiztes Handwerkzeug, das zum Erwärmen des Lötzinns auf hohe Temperaturen oberhalb des Schmelzpunkts der Metalllegierung verwendet wird. Dadurch fließt das geschmolzene Lot zwischen die zu verbindenden Werkstücke.
Dieses Lötwerkzeug besteht aus einem wärmeisolierten Griff und einer beheizten Metalllötspitze.
Einfache elektrische Lötkolben werden mittels Schuko-Stecker direkt am Stromnetz angeschlossen.

![](https://i.imgur.com/DtEMIxA.png)
[:link: Public Domain](https://publicdomainvectors.org/de/kostenlose-vektorgrafiken/Eisen-L%C3%B6ten-Maschine-Vektor-Bild/9163.html)

Bei Lötkolben mit elektronischer **Lötstation** ist der Kolben direkt über ein Kabel mit einer Station verbunden, über die das Gerät bedient werden kann. Neben dem An- und Ausschalten ist in der Regel die Regulierung der Leistung bzw. Temperatur über die Station möglich. Zudem besitzt eine Lötstation eine Halterung zur sicheren Aufbewahrung des Lötkolbens für Arbeitspausen.

![](https://i.imgur.com/0YOQEtM.jpg)
[:link: CC BY-SA 2.0 von Smial](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6a/Loetstation_Weller_WTCP-S_%28deutsch%29.jpg)

**Lötpistolen** werden für Anwendungen verwendet, bei denen viel Wärme benötigt 
wird, weshalb sie mehr Strom als Lötkolben verbrauchen. Dabei fließt der Strom durch eine schlaufenförmige Heizwendel, die als Lötspitze benutzt wird. Diese Werkzeuge werden zum Verbinden von Buntglas, leichten Blechen und schweren elektrotechnischen Lötarbeiten verwendet. Bei gelegentlichen Lötarbeiten ist die Lötpistole vorteilhaft, weil sie viel schneller aufheizt und abkühlt als ein Lötkolben.

![](https://i.imgur.com/3zJrZYE.jpg)
[:link: CC BY-SA 2.5 von Piotrek91](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7a/Soldering_gun.JPG)
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:::warning
:::spoiler **Lötzinn**
&nbsp;
Lötzinn ist eine Metalllegierung, die verwendet wird, um starke dauerhafte Verbindungen zu schaffen, wie z.B. beim Verbinden von Kupferdrähten. Es wird meist mit einem Durchmesser von 0,8 mm, 1 mm oder 1,5 mm. Für Arbeiten an elektrischen Geräten eignen sich in der Regel Stärken zwischen einem und 1,5 Millimeter.

Lötzinn enthielt früher meist Blei, um den Schmelzpunkt zu senken, doch aufgrund von dem Gesundheitsschutz dienenden Vorschriften werden bleihaltige Lote zunehmend durch bleifreie Lote ersetzt, bei denen dem Zinn unter anderem Wismut, Antimon, Silber und Kupfer beigemengt werden. Die Zusammensetzung erkennen Sie am Kurzkennzeichen: Sn50PbCu steht etwa für 50 Prozent Zinn, 49 Prozent Blei und 1 Prozent Kupfer. Der Zahlenwert bezeichnet also den Zinnanteil.

Im Inneren des Lötdrahtes befindet sich häufig ein Flussmittel, das zur Verbesserung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Lötstelle beiträgt (siehe unten).
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:::warning
:::spoiler **Flussmittel**
&nbsp;
Gelegentlich treten an der Verbindungsstelle Verunreinigungen wie Öl, Schmutz oder Oxidation auf. Das Flussmittel verbessert die Benetzung, indem es hilft, Oxidation zu verhindern und das Metall chemisch zu reinigen. Das Flussmittel besteht meist aus Kolophonium, das die mechanische Festigkeit und die elektrische Leitfähigkeit von Lötstellen verbessert. Das Flussmittel setzt die Oberflächenspannung des Lotes zurück, sodass das Lot besser fließen und sich ausbreiten kann. Häufig ist im Lötzinn ein Flussmittel integriert, sodass dies nicht extra zugefügt werden muss.

![](https://i.imgur.com/roLJks1.jpg)
[:link: CC BY-SA 3.0 von MdE ](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/89/Kolophonium_Loeten.jpg)

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:::warning
:::spoiler **Lötschwamm**
&nbsp;
Gutes Löten wird davon beeinflusst, wie sauber die Spitze des Lötkolbens ist. Um die Sauberkeit zu gewährleisten, kann ein nasser Lötschwamm oder ein Trockenschwamm aus Metallwolle benutzt werden, um die Lötkolbenspitze zu reinigen, bevor Bauteile gelötet oder Lötverbindungen hergestellt werden.

Der Trockenschwamm ist dahingehend vorteilhafter, da er die Lötspitze beim Reinigen temperaturmäßig nicht beeinträchtigt und damit schonender für die Spitze ist.
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:::warning
:::spoiler **Arbeitsschutzmittel**
&nbsp;
**Feuerfeste Lötunterlage**
Verwenden Sie eine feuerfeste Arbeitsunterlage, etwa eine Lötmatte aus brandhemmenden Materialien. Metallplatten als Lötunterlage leiten die Wärme zu stark ab.

**Halterung**
Eine feuerfeste Halterung ist notwendig, um den Lötkolben in Arbeitspausen ablegen zu können.

**Lötdampfabsaugung**
Beim Löten entstehen mitunter ungesunde Stoffe, die weder eingeatmet werden sollten noch sonst wie in den Körper gelangen dürfen. Aus diesem Grund sollten Sie zumindest auf ausreichende Belüftung achten, besser noch ist eine Lötdampfabsaugung.

**Schutzbrille**
Eine Schutzbrille ist bei Lötarbeiten empfehlenswert.
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Die nachfolgenden Utensilien sind nicht immer notwendig, aber hilfreich in bestimmten Situationen:

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:::spoiler **Halteeinrichtung**
&nbsp;
Neben einer feuerfesten Unterlage ist eine Halteeinrichtung praktisch, die das zu lötende Teil fixiert. Dadurch kann es während des Lötens und beim Abkühlen nicht verrutschen und schützt zusätzlich vor Verbrennungen.
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:::warning
:::spoiler **Entlötpumpen**
&nbsp;
Wenn überschüssiges Lot aufgetragen wird, werden Entlötpumpen verwendet, um das Lot zu entfernen. 
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## Funktionsweise des Lötkolbens
Ein Lötkolben funktioniert wie folgt:

* Ein Lötkolben wird elektrisch angetrieben, d.h. elektrische Energie wird in Wärmeenerie umgewandelt. Entweder erfolgt die Energieversorgung direkt per Schuko-Stecker oder er wird über eine Lötstation betrieben.
* Das Heizelement ist eine Heizspirale, deren Draht zu glühen beginnt, wenn ihn Strom durchfließt.
* Diese Hitze wird an die wärmeleitende Lötspitze weitergegeben. Diese besteht größtenteils aus Kupfer. 
* Damit die Lötspitze nicht unter Strom steht, ist sie durch eine Keramikschicht vom Heizdraht getrennt.
* Ein Sensor in der Nähe der Spitze misst die Temperatur. So kann die Lötstation die Temperatur nachregeln.
* Das Trägerteil besteht in der Regel aus Kunststoff und ist vor Strom und Wärme isoliert, sodass es gefahrenfrei berührt und gefürht werden kann.

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:page_facing_up: **Aufgabe**
Bearbeiten Sie [:link: die nachfolgende Learning-App](https://learningapps.org/watch?v=pc4scmd5n22) zum Thema Aufbau des Lötkolbens.
<iframe src="https://learningapps.org/watch?v=pc4scmd5n22" style="border:0px;width:100%;height:500px" allowfullscreen="true" webkitallowfullscreen="true" mozallowfullscreen="true"></iframe>
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## Arbeitsschritte
Folgende Schritte sind beim Löten zu beachten:

**1. Die Vorbereitung**
Eine metallisch reine Oberfläche ist die Voraussetzung für ein optimales Lötergebnis. Sämtliche Teile, die verlötet werden sollen, sind gründlich zu reinigen. Hilfreich dabei sind Utensilien wie Feile, Schleifpapier und Alkohol.

Auch die Lötspitze muss absolut sauber sein. Hier hilft vor dem Lötvorgang ein Abstreifen der Spitze an einem mit Wasser befeuchteten Spezialschwamm oder an einem speziellen Trockenreiniger aus Metallwolle.

Um das Werkstück oder Bauteil während des Lötens zu fixieren, bietet sich ein Schraubstock oder eine spezielle Löthalterung an.


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<img src="https://i.imgur.com/cRTq6bz.png" alt="" width="400" />

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&nbsp;
**2. Der Lötvorgang**
Das Lötgerät muss zunächst auf ausreichend Temperatur gebracht werden. Ob der Kolben heiß genug ist, kann am Lötzinn getestet werden. Das Lot sollte sofort schmelzen, wenn es an die Lötspitze geführt wird.

Die zu verlötenden Teile sollten vorab in die gewünschte Position gebracht und vor dem Zusammenlöten verzinnt werden, dies verkürzt den nachfolgenden Lötvorgang und verhindert Hitzeschäden an empfindlichen Bauteilen.

Anschließend wird die Lötstelle mit der Spitze des Lötkolbens berührt und dadurch erwärmt. Das Lötzinn wird dann zugeführt. Es schmilzt, zerfließt und verbindet die beiden Teile. Dabei ist die Lötstelle, also die Verbindung der verlöteten Teile auf ihre Qualität zu überprüfen.

<div style="clear: both"></div>

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:page_facing_up: **Aufgabe**
Bearbeiten Sie [:link: die nachfolgende Learning-App](https://learningapps.org/watch?v=p47njjpt322) zum Thema Lötstellen.
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**3. Nach dem Löten**
Die Lötspitze und das Lötzinn müssen dann umgehend von der Lötstelle entfernt werden un die Lötstelle muss erkalten. Bewegen Sie während der Erkaltungsphase die verlöteten Teile nicht. Bewegung kann zur „kalten Lötstelle“ führen.

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## Fehler beim Löten
Nachfolgend finden Sie einige häufig auftretende Probleme und deren Fehlerquellen und potenziellen Gegenmaßnahmen:

|Problem|Mögliche Fehlerquelle|
|---|---|
|Die Lötkolbenleistung bzw. Löttemperatur wurde zu gering gewählt.|Werden großflächige Stücke verlötet, ist auch eine größere Leistung notwendig, weil die Lötstellen auf Schmelztemperatur des Lots gebracht werden müssen. Eine zu geringe Heizleistung kann teilweise durch Temperaturerhöhung ausgeglichen werden.|
|Es sind sog. "kalte" Lötstellen entstanden.|Bei zu geringer Temperatur entstehen „kalte Lötstellen“, sie erscheinen grau und rau, statt glatt und glänzend. Die Stabilität, Leitfähigkeit und Festigkeit ist dementsprechend schlecht. Kalte Lötstellen entstehen ebenfalls, wenn die Lötstelle in der Erstarrungsphase Bewegung erfährt.|
|Ein Bauteil ist defekt.|Wird der Lötvorgang zu lange ausgeführt, kann es zu Hitzeschäden an empfindlichen Bauteilen kommen. Während sich eine kalte Lötstelle in der Regel einfach beheben lässt, erzeugt ein Hitzeschaden oft einen irreparablen Defekt. Es ist darauf zu achten, dass Kontaktstellen nur wenige Sekunden mit der Lötspitze bearbeitet werden.|
|Ein Bauteil ist falsch eingebaut.|Während es bspw. bei einem Widerstand irrelevant ist, in welcher Richtung er in eine Schaltung eingelötet wird, gibt es viele Bauteile, für die diese Richtung entscheidend für Ihre FUnktion ist (z.B. eine LED). Es ist daher immer genau zu prüfen, ob die Richtung der Bauteile auch exakt eingehalten wurde.|



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## Was beim Einsatz in der Schule beachtet werden sollte...
Wichtige Punkte sind Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz, vor allem Sicherheitsmaßnahmen im Umgang mit Lötgeräten, Schutz vor Lotspritzern und Dämpfen:

* Die Temperatur der Lötspitze beträgt bis zu 450 °C. Berührungen mit der Haut führen zu Verbrennungen.
* Sinnvoll ist robuste Kleidung ohne herabhängende Teile. Längere Haare werden durch Zusammenbinden oder eine Kopfbedeckung geschützt.
* Aufgrund der heißen Lötspitzen sind Brandschutzvorschriften zu berücksichtigen. Leicht entflammbare Materialien sind aus dem Arbeitsbereich zu entfernen.
* Beim Verlöten von Werkstücken aus federndem Draht kann Lötzinn eventuell spritzen. Bei Projekten mit diesem Material ist eine Schutzbrille ratsam.
* Weichlot mit Bleianteil und Flussmittel können Gesundheit und Umwelt gefährden. Schulgeeignetes Lötzinn kommt ohne Blei aus. Es besteht in der Regel nur aus Zinn, Kupfer oder Silber und entwickelt keine gesundheitsgefährdenden Dämpfe. Verzichten Sie auf zusätzliche Flussmittel.
* Aufgrund der freigesetzten Bleipartikel in der Luft sollte es vermieden werden, bei bleihaltigem Lötzinn in der Nähe der Lötstelle zu essen und zu trinken. Die Hände sind nach der Arbeit gründlich zu reinigen.
* Der Unterricht findet in gut belüfteten Räumen (Fensterlüftung) oder Technikräumen mit Absauganlage statt. 
* Generell gilt: Es sind eventuelle Vorgaben der Schule und des zuständigen Schulversicherers zum Löten zu beachten.

*[Poster „Sicheres Löten“ der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV)](https://publikationen.dguv.de/widgets/pdf/download/article/1439)*

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# Abschluss

## Selbsteinschätzung
Inwieweit haben Sie die Ziele für diese Einheit erreicht?

|Ziele|:smiley:|:confused:|:disappointed:|
|---|:---:|:---:|:---:|
|Aneignung von Wissen über den Vorgang des Lötens|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|
|Aneignung von Wissen über notwendige Arbeitsmittel zum Löten|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|
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:mega: Sollte Ihnen ein Ziel zu kurz gekommen sein oder wenn Sie jegliches Feedback oder Kritik haben, nutzen Sie bitte die Kommentarfunktion und geben Sie mir Hinweise zum Überarbeiten.
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