Weichlöten

Beim Löten werden zwei Metallteile durch ein drittes, artfremdes Metall verbunden — das Lot. Artfremd heißt: Das Lot ist un anderer Werkstoff als die zu verbindenden Teile. Es schmilzt bei deutlich niedrigerer Temperatur als die Grundwerkstoffe, fließt in den Spalt zwischen den Teilen und bildet beim Erstarren eine stoffschlüssige Verbindung. Die Bauteile selbst bleiben dabei fest — genau das unterscheidet das Löten vom Schweißen, wo die Grundwerkstoffe selbst aufgeschmolzen werden.

Die Grenze zwischen Weich- und Hartlöten liegt bei der Arbeitstemperatur des Lotes:

• Weichlöten: Lot schmilzt unter 450 °C
• Hartlöten: Lot schmilzt über 450 °C

Hartlöten erreicht dadurch deutlich höhere Festigkeiten und kommt etwa im Rohrleitungsbau unter Druck zum Einsatz. Dazu gibt es einen eigenen Beitrag — hier geht es ausschließlich um das Weichlöten.

Eine Weichlötverbindung ist stoffschlüssig, aber bedingt lösbar: Erhitzt man die Stelle erneut über die Schmelztemperatur des Lotes, lässt sie sich wieder trennen. Das ist in der Elektronik ein Vorteil — Bauteile lassen sich auslöten und tauschen.

Typische Einsatzfälle: Kupferrohr-Installationen in der Sanitär- und Heizungstechnik, das Verbinden von Kabeln und Kabelschuhen, das Verzinnen von Litzen und das Bestücken von Leiterplatten. Letzteres — das Löten in der Elektronik — hat eigene Regeln und einen eigenen Beitrag; hier streifen wir es nur.

Damit eine Lötverbindung hält, müssen zwei physikalische Vorgänge zusammenspielen: Benetzung und Kapillarwirkung.

Benetzung beschreibt, ob sich eine Flüssigkeit auf einer Oberfläche ausbreitet oder abperlt. Ein Wassertropfen auf frisch gewachstem Lack perlt ab — er benetzt schlecht. Flüssiges Lot auf einer sauberen, oxidfreien Kupferoberfläche dagegen läuft breit und flach aus — es benetzt gut. Nur wo das Lot benetzt, kann es sich mit dem Grundmetall verbinden.

An der Grenzfläche passiert dabei mehr als bloßes Anhaften: Atome des Lotes und des Grundwerkstoffs durchdringen sich in einer dünnen Schicht, es bildet sich eine Diffusionszone mit einer feinen Legierung. Diese stoffliche Verzahnung macht die Verbindung fest. Voraussetzung ist eine blanke Oberfläche — jede Oxidschicht verhindert die Benetzung. Genau hier setzt später das Flussmittel an.

Kapillarwirkung ist der zweite Schlüssel. In einem engen Spalt zieht sich eine benetzende Flüssigkeit von selbst hinein, auch entgegen der Schwerkraft — derselbe Effekt, mit dem ein Löschblatt Tinte aufsaugt. Beim Löten heißt das: Ist der Spalt zwischen den Bauteilen richtig bemessen, wird das flüssige Lot regelrecht hineingezogen und füllt ihn vollständig.

Der Lötspalt ist deshalb keine Nebensache, sondern bestimmt die Qualität der Verbindung. Richtwerte für Weichlöten:

• Kapillarspalt: etwa 0,05 bis 0,2 mm — hier wirkt die Kapillarkraft optimal, das Lot wird sicher eingezogen, die Verbindung wird am festesten.
• Bindespalt (gefügter Spalt): wird das Maß deutlich größer, reißt der Kapillareffekt ab. Das Lot füllt den Spalt nicht mehr zuverlässig, die Festigkeit sinkt.

Ein zu enger Spalt lässt das Lot nicht durch, ein zu weiter Spalt (über etwa 0,2 mm) lässt die Kapillarwirkung zusammenbrechen — beides schwächt die Verbindung. Dazu muss die Temperatur stimmen: Die Bauteile müssen heiß genug sein, dass das Lot an ihnen flüssig bleibt und benetzt, nicht nur an der Lötspitze.

Lote

Weichlote sind niedrigschmelzende Metalllegierungen. Historisch war Zinn-Blei (Sn-Pb) der Standard — gut zu verarbeiten, glänzende Lötstellen, niedriger Schmelzpunkt. Wegen der Giftigkeit von Blei ist es heute weitgehend verdrängt.

Heute dominieren bleifreie Lote, meist auf Zinnbasis mit Zusätzen:

• Sn-Cu (Zinn-Kupfer) — günstig, verbreitet in der Installationstechnik
• Sn-Ag und Sn-Ag-Cu (Zinn-Silber, Zinn-Silber-Kupfer) — bessere Eigenschaften, häufig in der Elektronik

Bleifreie Lote schmelzen tendenziell etwas höher als die alten Sn-Pb-Lote, was eine höhere Arbeitstemperatur verlangt.

Lote haben selten einen einzelnen Schmelzpunkt, sondern einen Schmelzbereich: eine untere Temperatur, ab der das Lot zu erweichen beginnt (Soliduslinie), und eine obere, ab der es vollständig flüssig ist (Liquiduslinie). Verarbeitet wird bei der Arbeitstemperatur, die etwas über dem vollständigen Aufschmelzen liegt.

Die genormte Bezeichnung der Weichlote regelt die EN ISO 9453. Daraus lässt sich die Zusammensetzung direkt ablesen — etwa S-Sn99Cu1 für ein Lot aus 99 % Zinn und 1 % Kupfer. Wer die Norm kennt, deutet die Aufdrucke auf den Verpackungen ohne Rätselraten.

Im Handel kommt das Lot meist als Lötdraht mit Flussmittelseele: ein hohler Draht, dessen Kanal mit Flussmittel gefüllt ist. So gelangen Lot und Flussmittel gemeinsam an die Lötstelle.

Bleifrei und RoHS

Dass heute überwiegend bleifrei gelötet wird, ist kein Zufall, sondern Folge der RoHS-Richtlinie der EU (Restriction of Hazardous Substances), in Österreich über nationale Verordnungen umgesetzt. Sie beschränkt unter anderem Blei in Elektro- und Elektronikgeräten. Hersteller müssen die Konformität nachweisen; auf bleifrei verarbeiteten Produkten und in Arbeitsanweisungen finden sich entsprechende Kennzeichnungen.

Es gibt Ausnahmen, in denen bleihaltiges Lot weiterhin zulässig ist — etwa in bestimmten Bereichen der Medizintechnik, der Luft- und Raumfahrt, bei militärischen Anwendungen sowie bei der Reparatur von Altgeräten, die ursprünglich bleihaltig gefertigt wurden. In der allgemeinen mechatronischen Praxis arbeitet man jedoch bleifrei.

Flussmittel

Sobald ein Metall erhitzt wird, oxidiert seine Oberfläche schneller. Genau diese Oxidschicht verhindert die Benetzung. Hier kommt das Flussmittel ins Spiel. Es hat drei Aufgaben:

• vorhandene Oxide auf der Oberfläche chemisch lösen,
• während des Lötens eine erneute Oxidation verhindern,
• die Benetzung fördern, indem es die Oberflächenspannung herabsetzt.

Grob lassen sich Flussmittel nach ihrer Basis einteilen:

• Harzbasierte (Kolophonium) — mild, für Elektronik, Rückstände meist unkritisch
• organische — wasserlöslich, aktiver, Rückstände sollten entfernt werden
• anorganische, aktive (z. B. salzsäure- oder zinkchloridhaltig) — sehr wirksam, aber korrosiv; nur für Installations- und Klempnerarbeiten, niemals in der Elektronik

Für die exakte, genormte Klassifizierung gilt die EN ISO 9454. Sie ordnet Flussmittel nach Basis, Aktivator und Aktivierungsgrad in einem Code ein. In technischen Unterlagen, Arbeitsanweisungen und auf Produkten wird die Flussmittelklasse nach dieser Norm angegeben — Trivialnamen wie „Lötfett“ oder „Lötwasser“ reichen in der Fachpraxis nicht aus.

Die Wärme für das Weichlöten liefert meist ein Lötkolben oder eine Lötstation mit einstellbarer Temperatur. Für größere Werkstücke wie Kupferrohre kommt auch eine Lötlampe oder ein Gasbrenner zum Einsatz, solange die Temperatur unter der Hartlötgrenze bleibt.

Entscheidend ist, dass die Wärme nicht nur an der Lötspitze sitz, sondern auf die Bauteile übergeht. Das Lot soll an den heißen Bauteilen schmelzen, nicht an der Kolbenspitze. Dazu wird die Spitze gut benetzt (verzinnt) — eine blanke, mit etwas Lot überzogene Spitze überträgt die Wärme viel besser als eine oxidierte, trockene.

Die richtige Reihenfolge ist immer dieselbe:

1. Bauteile mechanisch sauber und fettfrei vorbereiten.
2. Lötstelle erhitzen, bis sie heiß genug ist.
3. Lot an die erwärmte Stelle zuführen, nicht an die Spitze — schmilzt das Lot am Bauteil, stimmt die Temperatur.
4. Lot fließen lassen, bis der Spalt gefüllt ist.
5. Lotzufuhr beenden, dann die Wärmequelle entfernen.
6. Verbindung ruhig erkalten lassen, nicht bewegen.

Wird das Lot dagegen an der Spitze geschmolzen und auf eine zu kalte Stelle getropft, entsteht eine kalte Lötstelle (mehr dazu in Kapitel 5).

Die Anwendungen reichen weit auseinander. In der Sanitär- und Heizungstechnik werden Kupferrohre weichgelötet — Rohr und Fitting bilden durch ihre Passung von selbst einen Kapillarspalt, das Lot zieht ringsum hinein. In der Elektrotechnik verbindet Weichlöten Litzen, Kabelschuhe und Bauteile, sorgt für sicheren Kontakt und schützt verzinnte Litzen vor Korrosion. Das spezielle Löten auf Leiterplatten behandelt ein eigener Beitrag.

Eine Lötstelle lässt sich zu einem großen Teil mit dem Auge beurteilen. Eine gute Lötstelle zeigt:

• gleichmäßige, vollständige Benetzung beider Bauteile
• einen sauberen, konkaven Übergang (Meniskus) zwischen Lot und Bauteil — das Lot zieht sich dünn an die Teile heran
• die richtige Menge Lot, nicht zu viel und nicht zu wenig
• keine Risse, Poren oder Lotperlen

Beim Glanz liegt eine häufige Fehlerquelle. Bei den alten bleihaltigen Loten war eine gute Lötstelle spiegelnd glänzend. Bleifreie Lote — heute der Standard — erstarren dagegen typischerweise matt bis seidenmatt, oft mit leicht rauer Oberfläche. Wer das nicht weiß, hält eine völlig korrekte bleifreie Lötstelle fälschlich für eine kalte Lötstelle. Maßgeblich ist nicht der Glanz, sondern die Benetzung und der saubere Meniskus.

Die wichtigsten Fehler und ihre Ursachen:

Arbeitsschutz

Beim Löten entsteht Lötrauch, vor allem aus dem verdampfenden und sich zersetzenden Flussmittel. Diese Dämpfe sind reizend und sollen nicht eingeatmet werden. Deshalb gilt:

• An stationären Lötplätzen eine Lötrauchabsaugung verwenden, mindestens für gute Belüftung sorgen.
• Nicht direkt über der Lötstelle einatmen.
• Auf die Verbrennungsgefahr achten — Lötkolben und frisch gelötete Stellen sind sehr heiß.
• Nach dem Arbeiten Hände waschen, besonders nach kontakt mit bleihaltigem Lot.

Der Arbeitsschutz ist in Österreich rechtlich verbindlich geregelt. Für gesundheitsgefährdende Arbeitsstoffe — und dazu zählt Lötrauch — bestehen verbindliche Vorgaben zu Grenzwerten und Schutzmaßnahmen, unter anderem über die Grenzwerteverordnung (GKV). Praktisch heißt das: Wo regelmäßig gelötet wird, ist die Lötrauchabsaugung keine Kür, sondern Teil der vorgeschriebenen Schutzmaßnahmen.