Löten

Grundlagen

Das (Weich-) Löten ist das elektrische Verbinden von elektronischen Bauelementen vermittels Lötzinn und Flussmittel bei relativ geringen Temperaturen, üblich sind um die 300 Grad Celsius. Lötzinn ist eine heute widersprüchliche Mischung von metallischen Zutaten, die mit oder ohne Blei ausgeführt wird. Der Klassiker bevorzugt bleihaltige Zutaten, die man seit wenigstens hundert Jahren erfolgreich einsetzt. Seine Enkel werden nicht an Bleivergiftung sterben, denn Blei ist inzwischen dazu verboten und sollte nur noch für Reparaturen an bleihaltiger Technik eingesetzt werden. Das klassische Werkzeug zum Löten ist der Lötkolben, ein handgeführtes Heizgerät mit schlankem Handgriff und ebenso schlanker heißer Spitze. Die Spitze in klassisch Kupfer massiv oder anderen Materialien leitet die Wärme an die Lötstelle weiter. Dort schmilzt das Lötzinn, thermisch nicht mehr fingertauglich. Ungeschickte Berührungen enden gewöhnlich mit Brandblasen auf der Haut. Elektrische Verbindungen lassen sich damit dennoch einwandfrei herstellen.

Leistung

Das Löten an sich ist ein Handwerk, das in verschiedenen Schattierungen erst erlernt werden muss. Viel Übung macht den Meister, daher ist das Löten fleißig zu trainieren. Für das erfolgreiche Verlöten von Bauteilen ist nicht wirklich viel Training erforderlich, wenn man ein paar Grundregeln beachtet. Zunächst ist als Wärmequelle ein Lötkolben erforderlich. Diese Werkzeuge gibt es in sehr vielen Ausführungen, wobei auch günstige Geräte mit etwas Geschick durchaus benutzbar sind. Der im Handel verfügbare Leistungsbereich ist sehr groß, wobei für den Anfang in der Elektronik zweistellige Wattzahlen geeignet sind. Einstellige Leistungen braucht man nur recht selten, etwa für kleine SMD-Bauteile. Ebenso sind dreistellige Leistungen unüblich, das geht dann eher in Richtung Zink-Dachrinne. Vierstellige Leistungen werden dann eher als Brenner mit Flamme ausgeführt und gestatten das Verlöten größerer Einheiten, wie etwa heute unübliche Bleimäntel von Erdkabeln. Das geht dann aber leistungsmäßig schon in Richtung Hartlöten und ist hier kein Thema mehr.

Ausführung

So ein Lötkolben besteht nicht nur aus Leistung, er hat noch viele weitere wichtige Parameter. Ein paar Eckpunkte sind die Aufheizzeit, die Temperaturkonstanthaltung, das Gewicht, die Länge und damit der Abstand zwischen Hand und Lötspitze, die thermische Isolierung des Handgriffs, die Auswechselbarkeit und die Vielfalt der erhältlichen Lötspitzen sowie nicht zuletzt die Beweglichkeit und die Länge des Anschlusskabels. Anhand dieser Mengen an Parametern kann man erahnen, dass es dort jede Menge an verschiedenen Lötkolben gibt. Die Vorlieben sind dort durchaus unterschiedlich, aber in aller Regel bevorzugt der Bastler für tägliche Arbeiten die eher teure Lötstation mit einem abgesetzten, leichten und geregeltem Lötkolben. Und ja, es darf nicht nur einen geben! Je nach Anwendung wird man für dickere Drähte mehr Leistung benötigen, so dass auch die 100-W-Klasse in Reserve liegen darf. Damit ist auch mal ein kleines Blechgehäuse lötbar, ohne dass der Lötkolben am Blech so kalt wird, dass er daran kleben bleibt. Als Maximum sehe ich den großen Brocken an, mit 400 W und daumendicker Spitze. Der sollte aber wirklich die Ausnahme sein, denn normalerweise lötet man damit Dachrinnen zusammen. Für spezielle Arbeiten gibt es kleinere Lötkolben für den Akkubetrieb (12 V im Kfz) oder schutzisolierte Lötkolben für Arbeiten unter Spannung. Aber die braucht man wirklich sehr selten und man sollte im Ernstfall auch wissen, wo man das seltene Stück geparkt hat. Auslötkolben sind wieder eine andere Liga, man kommt meist ohne aus. Gewöhnlich reicht dem Bastler die Entlötsaugpumpe, handbetrieben. Wer sich an SMD-Bauteilen versucht, könnte Freude an einem Lötkolben mit Doppelspitze haben. Das sind zwei separate kleine Lötkolben, gefedert in einem gemeinsamen Handgriff untergebracht. Sie lassen sich mit der Hand auf den richtigen Abstand zusammen drücken, so dass man zwei Lötstellen auf einmal erwärmen kann. Wer schon mal SMD-Elkos in Serie damit gewechselt hat, kennt die Vorzüge eines solchen Gerätes.

Verbrauchsmaterial

Als Material kommt fast nur Elektronik-Lötzinn, bleihaltig mit Flussmittelseele in Frage. LSn60 hieß das Zeug mal, es gab aber verschiedene Abarten davon. Als separate Zutat empfiehlt sich das Flussmittel Kolofonium, eine Mischung verschiedener Baumharze, welches das Oxidieren von Lötzinn und Metalloberflächen verringert sowie die Oberflächenspannung des Lötzinns herabsetzt. Damit lässt sich der Verbrauch des nicht gerade billigen Lötzinns etwas verringern. Dieses natürliche Flussmittel verbraucht sich allerdings bei hohen Temperaturen, spätestes in schwarzem Zustand sollte man es wieder entfernen. Frisches Kolofonium ist hellgelb bis dunkelgelb und wird deutlich unterhalb der Lötzinntemperatur flüssig. Es lässt sich in Alkohol (Spiritus) auflösen und so auch in flüssiger Form verarbeiten.

Vorbereitung

Die zu verlötenden Oberflächen sollten metallisch sauber und oxidfrei sein. Dann nehmen sie problemlos Lötzinn unter Flussmittel an. Passiert das nicht, müssen die Oberflächen gereinigt werden, bis sie metallisch blank sind. Leider lassen sich nicht alle Metalle problemlos verlöten. Unkritisch sind solche Klassiker wie Kupfer oder Messing, auch Eisen gelingt meist recht gut. Bei Letzterem ist oft ein Hauch Salzsäure angebracht, damit das Zinn sauber fließt. Dessen Reste sind nach dem Löten wieder abzuwaschen, sonst stellt sich vermehrt Korrosion ein. Ganz kritisch sind Metalle mit einer ständigen Oxidschicht, wie etwa Aluminium. Das ist klassisch an der Luft gar nicht lötbar, erst eine Ölschicht und mechanisches Aufreiben der Oxidschicht führt zum Verzinnen. Das sind aber Sonderfälle, die gewöhnlich nicht auftreten.

Lötspitze

Zum Löten wird zunächst eine gut verzinnte Lötspitze des Lötkolbens benötigt. Während die klassische Kupferspitze im Neuzustand dort willig Zinn annimmt und auch hält, sind die heute üblichen Dauerlötspitzen vor dem Löten meist erst mit Zinn zu versehen. Also den Lötkolben aufheizen, kurz rein ins Kolofonium und dann Zinn von der Rolle dazu geben. Es sollte sich eine gleichmäßig verzinnte Spitze ergeben. Das flüssige Lötzinn ist als Kontaktstoff an der Spitze nötig, um die Wärme ins Werkstück zu bringen. Ein trockener Lötkolben ist nicht in der Lage, bei punktueller Berührung die Werkstücke heiß genug zu bekommen. Der entsteht oft beim Entlöten, wo das flüssige Zinn mit Hilfe einer Entlötpumpe entfernt wird. Kupferne Lötspitzen verbrauchen sich im Laufe der Zeit, das Kupfer wird an den heißen Stellen abgetragen. Sie müssen daher regelmäßig nachgearbeitet werden. Spätestens, wenn sie gratig und uneben sind, sollten sie nach heißem Entfernen des Lötzinns mechanisch durch Kaltschmieden in Form gebracht werden. Das geschieht an der aus dem Lötkolben ausgebauten Spitze per Hammer und Amboss, ein kleiner Schraubstock mit Schmiedefläche tut es aber auch als Unterlage. Beim Schmieden abfallende Zinnreste werden entfernt. Welche Spitzenform man sich dort zurecht dengelt, ist Geschmackssache. Ich bevorzuge die Pyramide. Hat man die Spitze wieder in Form gebracht, kann sie ganz zart überfeilt werden, um einerseits die Kanten zu brechen und zweitens die Oberfläche wieder blank für den guten Zinnkontakt zu bekommen. Die überarbeitete Lötspitze ist sofort beim ersten Aufheizen mit Kolofonium und Lötzinn zu verzinnen, bevor das Kupfer durch die Hitze oxidiert. Die heute üblichen Dauerlötspitzen sind in dieser Hinsicht wartungsfrei, sie werden nach Erwärmen nur von schwarzen Flussmittelresten befreit.

Eigenbau

Lötkolbenspitzen für einfache Lötkolben muss man nicht kaufen, man kann sie auch aus Kupferdraht selber bauen. Dazu reichen relativ kurze massive Reste aus. So etwas bleibt beim Elektriker ab und zu übrig, dort kann man mal nett fragen. Der Durchmesser sollte so bemessen sein, dass der Draht gut in die Heizpatrone reinpasst, aber auf keinen Fall klemmt. Zu dicke Lötspitzen sprengen im Laufe der Zeit die Heizpatrone oder verklemmen sich hoffnungslos darin. Das heiße Kupfer sondert blattförmige Oxidschichten ab, die erheblich mehr Volumen haben als das Kupfer selbst. Daher lieber einen halben mm Luft einplanen und die benutzte Lötkolbenspitze ab und zu ausbauen und die Oxide abbürsten, damit sie nicht zu einer dicken Schicht anwachsen. Sehr alte Spitzen haben dann auch nicht mehr ihren ursprünglichen Durchmesser in der Heizpatrone, dort rostet einiges weg. Von der Länge her muss die Lötkolbenspitze länger als die Heizpatrone sein. Sie wird so abgelängt, dass die Spitze zwei bis drei cm aus der Heizpatrone herausschaut. Die Spitze wird wie oben beschrieben kalt geschmiedet bis zu einer gefälligen Form. Man beachte, dass sie dabei etwas länger wird. Im Laufe ihres Lebens wird sie aber mehrfach nachgearbeitet und somit auch wieder kürzer.

Temperatur verringern

Eine Temperaturregelung gibt es bei einfachen netzbetriebenen Lötkolben nicht, nur Volldampf oder aus. Oft passt das nicht zur aktuellen Lötaufgabe. Die billigste Methode zur Leistungsänderung ist eine Längsdiode in der Netzzuleitung, womit die Heizzeit auf die Hälfte verringert wird (Halbwellenbetrieb). Sinnvollerweise macht man diese Änderung abschaltbar und man sollte das auch bei gezogenem Netzstecker umbauen! Der gängigste Weg dazu ist ein Schnurschalter für Netzleitungen. Die Zuleitung zum Lötkolben (oder eine davor geschaltete Verlängerung) wird an einer passenden, gut erreichbaren Stelle auf weniger als Schalterlänge abgemantelt und nur eine der beiden stromführenden Litzen (blau oder braun) durchtrennt. Auf die beiden Enden wird je eine Adernendhülse gepresst und sie werden dann zusammen mit einer netzspannungsfesten Diode (1N4007 o.ä) in den beiden Anschlüsse eines Schalterkontaktes verschraubt. Damit ergibt sich je nach Schalterstellung der Vollwellenbetrieb (Diode ist durch Schalter überbrückt) oder der Halbwellenbetrieb (Diode arbeitet, Schalter ist offen).

Temperatur einstellen

Eleganter ist natürlich eine kontinuierliche Einstellmöglichkeit, welche mit einem Dimmer erreicht wird. Geeignet sind Schnurdimmer, wie man sie an Stehlampen findet oder Schalterdosendimmer, die man in ein Feuchtraum-Dosenunterteil einsetzen sollte. Auch hier bietet sich der Einbau in eine kurze Verlängerungsleitung an, die man dann auch für andere Lötkolben und sonstige Verbraucher einsetzen kann.

Durchführung

Der eigentliche Vorgang des Lötens ist dann recht einfach. Die Werkstücke zusammen bringen, ggf. mit Hilfsmitteln fixieren, die heiße Lötkolbenspitze an die Lötstelle bringen und Zinn von der Rolle hinzugeben. Das Zinn schmilzt und benetzt die Werkstücke und verbindet sie dann. Ist eine Zinnperle entstanden, welche die Werkstücke gut verbindet, wird die Lötkolbenspitze entfernt und die Lötstelle muss abkühlen. Das dauert einige Sekunden, in welchen die Werkstücke nicht bewegt werden sollten. Eine gute Lötverbindung ist glänzend, kugelförmig und ohne Risse. Der Übergang vom Zinn auf die Werkstücke muss fließend sein. Sichtbare Absätze zwischen Zinn und Werkstück deuten auf eine ungenügende Benetzung mit Zinn und eine schlechte elektrische Verbindung hin. So etwas sollte dann wieder gelöst und nach Reinigung erneut verbunden werden.

Nacharbeiten

So nett und einfach Lötstellen herzustellen sind, so leicht fallen sie auch wieder auseinander. Lötverbindungen sind temperaturempfindlich und lösen sich gern unter mechanischer und thermischer Beanspruchung. Dabei entstehen die so genannten "kalten" Lötstellen. Das sind mechanische Brüche im Lötzinn, sehr gut unter der Lupe (und zunächst nur dort) zu erkennen. Betroffen sind fast nur einseitige Leiterkarten und dort große, schwere oder heiße Bauteile sowie Steckverbinder. Nachlöten hilft dem Problem ab, aber bitte immer frisches Lötzinn von der Rolle dazu verwenden, evtl. vorher sogar das alte Zinn flüssig absaugen. Das Lötzinn zerfällt im Laufe der Beanspruchung über die Jahre in seine Bestandteile und büßt dabei seine guten Eigenschften ein.