ÜB

ER

BL

IC

K

5

Löten

5.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246

5.2 Funktion und Wirkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

5.3 Herstellen und Prüfen von Lötverbindungen . . . . . 248

5.4 Gestaltung von Lötverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . 253

5.5 Festigkeit von Lötverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

5.6 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

LÖTEN

246

5

5.1 EinführungDas Löten ist in DIN 8505 definiert als ein thermisches Verfahren zum stoffschlüssigenFügen oder Beschichten metallischer Werkstoffe (den Fügeteilwerkstoffen) durchschmelzende Zulegstoffe (Lote), deren Schmelzpunkt unter dem der Fügeteilwerk-stoffe (Bauteilwerkstoffe) liegt [5.4]. Die Lötverbindung zählt zu den nicht lösbarenStoffschlussverbindungen. Der Schmelzbereich eines Lotes umfasst den Temperatur-bereich vom Beginn des Schmelzens (Solidustemperatur) bis zur vollständigen Verflüs-sigung (Liquidustemperatur). In Abhängigkeit von der Liquidustemperatur unterscheidetman gemäß Tabelle 5.1 das Weichlöten (WL) bis zu Temperaturen von ca. 450° C sowiedas Hartlöten (HL) oberhalb von ca. 450° C. Beim Hochtemperaturlöten (HTL) werdenSchmelztemperaturen des Lotes über 900° C erreicht.

Tabelle 5.1: Unterscheidung der Lötverfahren in Abhängigkeit von der Temperatur

Lernziele

Kennenlernen von Funktion und Wirkung des Lötens

Einführung in die verschiedenen Lötverfahren

Unterscheidung günstiger und ungünstiger Gestaltung von Lötverbindungen

Statischer und dynamischer Festigkeitsnachweis für Lötverbindungen

WeichlötenBis 450° C

Ausführung als Spaltlötung bei geringer Beanspruchung und niedriger BetriebstemperaturHäufige Anforderung sind Abdichten (auch in Kombination mit Punkt-schweiß- und Nietverbindungen) oder elektrische LeitfähigkeitKaum Einschränkungen hinsichtlich der Verbindung unterschiedlicher MetalleHauptanwendungsgebiete: elektrische Anschlüsse, Weißblechbehälter, Kleinmaschinenteile, Rohrverbindungen für Kalt- und Warmwasser

HartlötenÜber 450° CBis 900° C

Ausführung als Spalt- oder Fugenlötung bei höheren Beanspruchungen und Temperaturen, häufigstes Verfahren im MaschinenbauEinsatzhärten ist möglich, wenn die Löttemperatur oberhalb der Einsatz-temperatur liegt, Betriebstemperaturen bis 300° C sind zulässig.Hauptanwendungsgebiete: Welle-Nabe-Verbindungen, Flanschverbin-dungen, Rohrrahmen für Zweiräder

HochtemperaturlötenÜber 900° C

Flussmittelfreies Lötverfahren im Vakuum oder unter Schutzgasatmosphäre, Aufwändige Erwärmung und kontrollierte Abkühlung des ganzen Bauteiles im OfenIm Vergleich zum Schweißen geringere Probleme mit EigenspannungenAnwendung für bestimmte warmfeste Werkstoffe (Nickelbasis-Legierungen mit Ti- und Al-Zusätzen)Häufig wird Festigkeit der Bauteilwerkstoffe erreicht.Anwendungsgebiete sind spezielle Wabenkonstruktionen im Flugzeugbau sowie Steuerstabführungseinsätze von Kernreaktoren.

247

5.1 Einführung

Beim Schmelzlöten entsteht die flüssige Phase durch das Schmelzen des Lotes, beimDiffusionslöten kommt es zur Diffusion an den Grenzflächen. Die Arbeitstemperaturist die niedrigste Oberflächentemperatur an der Lötstelle, bei der das Lot benetzt odersich durch Grenzflächendiffusion eine flüssige Phase bildet. Die Löttemperatur ist diean der Lötstelle herrschende Temperatur, die oberhalb der Arbeitstemperatur liegt. Diespäter von der Lötstelle ertragbare Betriebstemperatur muss immer unterhalb derSchmelztemperatur des Lotes liegen.

Eine weitere Klassifizierung wird häufig nach der Gestalt der Lötstelle vorgenommen.Unter Auftraglöten versteht man das Beschichten von Oberflächen. Beim Verbindungs-löten unterscheidet man das Spalt- und das Fugenlöten. Zum Spaltlöten ist zwischenden zu fügenden Teilen ein enger, möglichst gleich bleibender Spalt erforderlich, der imAllgemeinen b = 0,25 mm nicht überschreiten sollte. Durch den kapillaren Fülldruckwird der Spalt mit Lot gefüllt. Beim Fugenlöten haben die zu verbindenden Oberflächeneinen größeren Abstand als b = 0,25 mm voneinander, häufig ist die Lötfuge ähnlichwie beim Schweißen V- oder X-förmig ausgebildet. Hierdurch entstehen wie beimSchmelzschweißen Nähte, so dass man dann auch vom Schweißlöten spricht.

Im Vergleich zu anderen unlösbaren Verbindungen (Schweißen, Kleben) weisen Löt-verbindungen die folgenden Vorteile auf:

Verbindungsmöglichkeit gleicher und verschiedenartiger metallischer Werkstoffeund Materialkombinationen, auch an Stellen, die für andere Verbindungsverfahrenunzugänglich sind

Wegen der relativ niedrigen Arbeitstemperaturen keine Gefügeschädigungen derFügeteilwerkstoffe oder Zerstörungen metallischer Oberflächenschutzschichten

Keine Querschnittsminderung der Bauteile durch Bohrungen wie bei Schrauben-oder Nietverbindungen und damit z.T. große Gewichtsersparnis

Kerbfreie Verbindung der Bauteile, gleichmäßige Kraft- und Spannungsverteilung

Gute elektrische und Wärmeleitfähigkeit

In Abhängigkeit vom Verfahren sind Lötvorgänge automatisierbar.

Verbindungsmöglichkeit von unterschiedlich dicken oder zwei dünnen Bauteilen(gegenüber Schweißen keine Gefahr des Durchbrennens)

Sichere Verarbeitung auf der Baustelle, im Vergleich zum Kleben ist keine Aushärte-zeit erforderlich.

Dem stehen nachfolgende Nachteile entgegen:

Festigkeit im Vergleich zum Schweißen deutlich geringer, hohe Festigkeiten sindnur durch Hartlöten und Anwendung von Überlappungsstößen erzielbar.

Große Lötstellen sind unwirtschaftlich, da sie erhebliche Mengen des teuren Lotserfordern.

Gefahr elektrolytischer Korrosion, Lot- und Bauteilwerkstoffe müssen in der elek-trochemischen Spannungsreihe nahe beieinander liegen.

Aufwändige Oberflächenbehandlung der Fügeteile im Vergleich zum Schweißen

Flussmittelreste können zu chemischer Korrosion der Verbindung führen.

LÖTEN

248

5

5.2 Funktion und WirkungBeim Löten wird im Gegensatz zum Schweißen der Grundwerkstoff nicht geschmolzen.Nur das Lot als Zusatzwerkstoff geht auf metallisch sauberen und auf Arbeitstempera-tur gebrachten Metallen (Grundwerkstoff) in den Fließzustand über, vergrößert seineOberfläche, benetzt den Grundwerkstoff und haftet daran nach dem Erstarren. Dabeilegieren sich Lot und Grundwerkstoff im Benetzungsbereich, obwohl der Grundwerk-stoff im festen Zustand verblieb. In Abbildung 5.1 ist dieser Vorgang der Diffusion, dersowohl im Grundwerkstoff als auch im Lot stattfindet, schematisch dargestellt.

Abbildung 5.1: Diffusion von Lot und Grundwerkstoff

Abhängend vom Material und den Abmessungen der zu fügenden / benetzenden Teilebeträgt die Tiefe der Diffusionszone ca. 2 µm bis zu einigen Millimetern. Analog zu Klebe-verbindungen wird die Festigkeit der Lötverbindung bestimmt durch die Haftfestig-keit des Lotes an der Werkstoffoberfläche (Adhäsion) und die innere Festigkeit des Lotes(Kohäsion). Im Vergleich zum Schweißen wird beim Löten deutlich weniger Wärme indie Bauteile eingetragen, so dass nur mit einem geringen Bauteilverzug zu rechnen ist.

Ein wesentlicher Vorteil des Lötens ist die Kapillarwirkung, so dass es in engenLötspalten zu einem Aufsteigen des flüssigen Lotes entgegen der Schwerkraft kommt,Abbildung 5.2. Das Lot steigt umso höher, je kleiner der Spalt ist. Bei engen Spaltenbis ca. 0,3 mm ist die Steighöhe h umgekehrt proportional der Spaltbreite b. Oberhalbvon 0,3 mm sind die Steighöhen geringer. Aus der Steighöhe des Lotes kann auf denkapillaren Fülldruck geschlossen werden, Abbildung 5.2.

Abbildung 5.2: Kapillare Steighöhe und kapillarer Fülldruck in Abhängigkeit von der Spaltbreite

5.3 Herstellen und Prüfen von LötverbindungenZum Löten von Metallen ist es erforderlich, die Oxid- und Passivschichten von derLötfläche zu entfernen. Während dies bei unlegierten Stählen, Grauguss (GJL), Kupfer,Messing, Zink und allen Edelmetallen problemlos möglich ist, erfordert rost- undsäurebeständiger Stahl einen Mehraufwand. Damit auch während des Lötvorganges dieFlächen rein bleiben, werden sog. Flussmittel eingesetzt, die die Bildung von Oxid-

Grundwerkstoff

Diffusionszone imGrundwerkstoff

Fließrichtung des Lotes

LotDiffusionszoneim Lot

Ste

ighö

heh

Spaltbreite b in mm0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 ka

pilla

rer

Fül

ldru

ckin

mb

Spaltbreite b in mm0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

50

200

150

100

Spalt zu eng

Spalt richtig

Spalt zulässig fürHandlötung Spalt zu weit

249

5.3 Herstellen und Prüfen von Lötverbindungen

schichten verhindern bzw. diese auflösen. Zum Löten von Aluminium, Magnesiumund deren Legierungen sind aggressive Hartlötflussmittel erforderlich. Weiterhin istzu beachten:

Gusseisen mit Lamellengrafit (GJL) lässt sich nur flammlöten.

Vergüteter Stahl lässt sich nicht hartlöten, da die hierzu erforderlichen Löttempera-turen die Festigkeit reduzieren.

Kalt verfestigte und ausgehärtete Aluminiumlegierungen verlieren beim Hartlötenihre erhöhte Festigkeit.

Sonderwerkstoffe in der Luft- und Raumfahrt (z.B. Nimonic, Inconel) werden imVakuum bei 10−3 bis 10−5 N/m2 hochtemperaturgelötet. Die Lötstelle ist besonderssorgfältig zu reinigen, zu beizen, evtl. zu vernickeln.

Mit Spezialloten (titanhaltig) lassen sich auch Fügeteile aus Diamant, Grafit undGlas ohne vorherige Metallisierung der Fügeflächen löten.

Zur Herstellung einer Lötverbindung sind die folgenden Arbeitsschritte erforderlich:

1 Mechanische und / oder chemische Reinigung der Lötflächen. Löteignung undWerkstoffeigenschaften dürfen dabei nicht nachteilig beeinflusst werden.

2 Fixieren der zu lötenden Teile unter Einhaltung günstiger Spaltbreiten (in derSerienfertigung werden Lötvorrichtungen verwendet). Bei Bedarf Zugabe vonein- oder angelegtem Lot sowie Flussmittel

3 Erwärmen der Lötfläche und des Lotes auf Löttemperatur. Oxidbeseitigung durchFlussmittel oder geeignete Lötatmosphäre (Schutzgas)

4 Kontrolliertes, langsames Abkühlen der gelöteten Verbindung

5 Bedarfsweise Nachbehandlung der gelöteten Teile durch Entfernen störenderAnlauffarben, Zunder und Flussmittelrückstände

6 Abschließende Prüfungen zur erforderlichen Qualitätssicherung der Lötverbin-dung

Abhängig von der geforderten Zuverlässigkeit kann die Erstellung einer Lötanweisungnotwendig sein. Im Bereich der Luft- und Raumfahrt ist für hart- und hochtemperatur-gelötete Bauteile DIN 65170 zu beachten [5.6].

Zur Qualitätssicherung wichtiger Lötverbindungen sind abhängig von den Bauteilenund Verfahren Prüfungen vorzunehmen. Mögliche Fehler bei Hart- und Hochtempera-turlötverbindungen sind nach Art, Form und Lage in DIN EN ISO 18279 zusammen-gestellt [5.14]. Es werden die Fehlergruppen Risse, Hohlräume, feste Einschlüsse,Bindefehler, Formfehler und sonstige Fehler unterschieden. Zur Beurteilung und Ver-meidung der Fehler werden keine Aussagen getroffen. Neben obligatorischen Maß-und Sichtprüfungen dienen Oberflächenrissprüfungen nach dem Farbeindring- oderMagnetpulververfahren zum Nachweis von Poren und Rissen in der Lötschicht undim Bauteil. Innere Lötfehler und Füllgrad einer Naht können nur mit Durchstrah-lungs- oder Ultraschallverfahren festgestellt werden. Zur Beurteilung der Übergangs-zone, der Lötnahtbreite und des Gefügezustandes benötigt man metallografischeSchliffproben. Unabhängig davon sind Behälter und Rohrleitungen grundsätzlichDruck- und Dichtigkeitsprüfungen zu unterziehen.

LÖTEN

250

5

5.3.1 Lötverfahren

Ausgehend von den erforderlichen Festigkeitsanforderungen, der Betriebstemperaturund der Gestalt der Lötstelle ist ein Lötverfahren gemäß Tabelle 5.2 auszuwählen.

Verfahren Funktionsprinzip Hauptanwendungsgebiet

1. Kolbenlöten (WL-KO)Aufheizen der Werkstückfuge und des Lotes mittels Lötkol-ben aus Kupfer, manuell oder maschinell bewegt, elektrisch oder gasbeheizt, Flussmittel erforderlich

Nur Weich-löten

1 Werkstück2 Lot3 Heizpatrone4 Lötspitze

Nur zur Verbindung kleiner, dünn-wandiger Bauteile wegen begrenz-ter Wärme-EinbringungDrähte mit d = 0,2 ... 2 mmBleche mit t = 0,2 ... 2 mmVorwiegend Elektronik / Elektro-technik

2. Flammlöten (WL-/HL-FL)Aufheizen der Werkstückfuge und des Lots durch Lötlampe oder Schweißbrenner (manu-ell / maschinell) unter Verwen-dung eines Flussmittels (kein unmittelbarer Kontakt zur Flamme, sonst Schädigung)

Weich- und Hartlöten

1 Werkstück2 Lot3 Düse4 Sauerstoff-

und Brenngas-anschlüsse

Manuell für Werkstücke mit t < 10 mm Maschinell für Werkstücke mit t = 1 ... 5 mmFahrzeug-, Rohrleitungsbau, Wärmetauscher, Fahrradrahmen, StahlmöbelRelativ bestes Verfahren für Guss-eisen mit Lamellengrafit (GJL)

3. Bad-, Tauch-, Anschwemm- oder Schwalllöten (WL-/HL-LO)Aufheizen der Werkstückfuge in fixierter Lage durch Eintauchen in bzw. Heranführen von flüssi-gem Lot; nicht zu lötende Berei-che sind zur Vermeidung von Lotbindung mit Pasten oder Lösungen vorzubehandeln.

Weich- und Hartlöten

1 Werkstück2 Flüssiges Lot

Vorwiegend zur Massenfertigung bzw. gleichzeitigem Löten mehre-rer StellenBei Weichloten für Teile mit m ≤ 1 kg, JA = 50° C ... 100° C, z.B. Leiterplatten, Verzinnen von KabelendenBei Hartloten für kleine Teile, JA = 1000° C ... 1100° C, z.B. Rohrleitungsbau, WärmetauscherGroße Teile vorgewärmt, da sonst zu hoher Wärme-Entzug von Lötbad

4. Ofenlöten (WL-/HL-OF)Aufheizen der Werkstückfuge in fixierter Lage im evakuier-ten (-OV) oder von Schutzgas durchspülten (-OR/-OL) Raum, elektrisch oder gasbeheizt (-GA); vorab mit Lot und Flussmittel versehen

Vorwiegend Hartlöten (auch Hochtemperaturlöten HTL)

Vorwiegend zur Massenfertigung bzw. gleichzeitigem Löten mehre-rer StellenBei Weichloten für Teile mit m ≤ 1 kg, ϑA = 50° C ... 100° C, z.B. Leiterplatten, Verzinnen von KabelendenBei Hartloten für kleine Teile, ϑA = 1000° C ... 1100° C, z.B. Rohrleitungsbau, WärmetauscherGroße Teile vorgewärmt, da sonst zu hoher Wärme-Entzug von Lötbad

1 Werkstück2 Lötzone3 Kühlzone4 Transporteinrichtung5 Schutzgaseingang6 Schutzgasausgang

Tabelle 5.2: Lötverfahren, Funktionsprinzip und Hauptanwendungsgebiete nach [5.17]

342

1

43

12

1

2

Schwalllöten

1

2

Tauchlöten

6 1 2 3 5 4

251

5.3 Herstellen und Prüfen von Lötverbindungen

5.3.2 Lotarten und Flussmittel

Neben den metallisch reinen Lötflächen sind die Wahl des für den Bauteilwerkstoffgeeigneten Lots und Flussmittels wesentlich für eine sichere, funktionsfähige Lötver-bindung. Auch wenn ein Lot für verschiedenartige Grundwerkstoffe eingesetzt werdenkann, so ist es nicht zur Verarbeitung mit allen Lötverfahren geeignet. Als Lot werdengeeignete Legierungen oder reine Metalle in Form von z.B. Drähten, Stäben, Formteilenoder Pasten eingesetzt. Neben Art und Behandlungszustand der zu lötenden Grund-werkstoffe haben die auftretende Beanspruchung, die Betriebstemperatur, die verfüg-bare Herstellungstechnologie und die Herstellungstoleranzen Einfluss auf die Auswahl

5. Elektrisches Widerstands-löten (WL-/HL-WD)Aufheizen der Werkstückfuge und des Lots durch strom-durchflossenen elektrischen Übergangswiderstand zwi-schen Elektrode und Werk-stück; vorab mit Lot und Flussmittel versehen

Weich- und Hartlöten Vorwiegend zur Serien- und Massenfertigung für großflächige Verbindungen mit Flächen A = 50 ... 4000 mm2 und Dicken t = 2 ... 20 mmWeichlöten, z.B. in ElektronikHartlöten, z.B. an Werkzeugen

1 Werkstück2 Eingelegtes

Lot3 Elektrode

6. Induktionslöten (WL-/HL-IL)Aufheizen der Werkstückfuge und des Lots durch Wirbel- / Wechselströme, induziert von hochfrequenten Wechsel-strom-spulen; vorab mit Lot und Flussmittel versehen

Weich- und Hartlöten (auch Hochtemperaturlöten HTL)

Vorwiegend zur Serien- und Mas-senfertigung von rotationssymmet-rischen Teilen einfacherer GestaltBei Mittelfrequenz (bis ca. 10 kHz) Dicken von t = 4 ... 15 mmBei Hochfrequenz (bis ca. 5 MHz) Dicken von t = 0,1 ... 3 mmFahrzeug-, Gerätebau, Elektrotechnik

1 Werkstück2 Eingelegtes

Lot3 Induktor-

schleife

7. Laser- oder Elektronen-strahl-Löten (HL-LA/-EB)Aufheizen der Werkstückfuge und des Lots durch konzen-trierte Energieabsorption (minimale Wärme-Einbring-flächen); Vakuum- oder Schutzgas- (bei Laserstrahl) Atmosphäre notwendig

Hartlöten (vorwiegend Hochtem-peraturlöten HTL)

Vorwiegend für Präzisionsarbeiten, da geringste thermische Belastung der LötstellenumgebungBei höchst schmelzenden Sonder-metallloten (z.B. Nickelbasislote)

1 Werkstück2 Fokussierung3 Laser4 Eingelegtes

Lot

8. Eutektisches Löten (Diffusionslöten)Als Lot fungiert eine eutekti-sche Legierung, die bei ϑA = 0,7 ... 0,8 ⋅ ϑSolidus durch Diffusion der Werkstoffe der aufeinander gedrückten Bauteile ineinander entsteht.

1 Werkstück2 Werkstück3 Folie4 entstandene,

eutektische Legierung

Für Verbindungen der Elektronik (Bauelemente) und Kühlanlagenbau

Verfahren Funktionsprinzip Hauptanwendungsgebiet

Tabelle 5.2: Lötverfahren, Funktionsprinzip und Hauptanwendungsgebiete nach [5.17] (Forts.)

1

23

1

2 3

1

2

3

4

1

2

3 4

F

F

LÖTEN

252

5

des Lots. Die wichtigsten Lote mit ihren Eigenschaften und Einsatzbedingungen sind inTabelle 5.3 zusammengefasst. Folgende Besonderheiten sind noch zu berücksichtigen:

Bei niedrigen Umgebungstemperaturen sind Hartlote mit ca. 40 % Silberanteil wegenihrer hohen Zug- und Scherfestigkeit für Bauteile aus un- oder niedrig legiertemStahl und Kupfer gut geeignet.

Hoch legierter Stahl lässt sich ebenfalls gut mit Silberloten hartlöten. Die Gefahrvon Karbidausscheidungen erhöht die Korrosionsgefahr.

Hartmetallplättchen können auf Stahlunterlagen gelötet werden (Verschleißschutz).Die Lote müssen über ausreichende Festigkeit verfügen, gute Verformbarkeit auf-weisen und unterschiedliche Wärmedehnungen der Bauteile ausgleichen können.

Lote mit hohem Cadmiumanteil dürfen nicht mit Nahrungsmitteln in Kontakt kommen.

Lotwerk-stoff

Arbeits-tempe-ratur ϑA [° C]

Scherfes-tigkeit τl,B [N/mm2]

Zugfestig-keit σl,B [N/mm2]

VerwendungBauteil-werkstoff

AnwendungHinweise

Weichlote nach DIN EN 29453 [5.11]

Zinn-BleilotL – Sn50Pb

215 2 ... 3 1) 2 1) Stahl- und Kup-ferlegierungen

Kupferrohrinstallation (Kaltwasser), Elektroindust-rie, Dichtungsfunktion

CadmiumlotL-CdZn20

280 2 ... 3 1) 2 1) Aluminium Am wenigsten korrosions-anfälliges Al-Weichlot (Al-Kabeladern)

Hartlote nach DIN EN 1044 [5.7]

KupferbasislotL-CuZn40

900 150 ... 220 200 ... 300 Stähle, Temper-guss, Nickel und Nickellegierun-gen, Kupfer; Schmelztempe-ratur > 900° C

Spalt- und Fugenlöten ohne hohe Festigkeitsanforderung

KupferbasislotL-CuZn39Sn

900 160 ... 240 210 ... 320 Spalt- und Fugenlöten für hohe Festigkeitsanforderung

Silberhaltiges Lot L-Ag25

780 150 ... 280 300 ... 400 Spaltlöten, kleine Teile in Optik, Feinmechanik

Silberhaltiges Lot L-Ag40Cd

610 170 ... 300 410 ... 6402) Spaltlöten, für spannungs-empfindliche Werkstücke

Silberhaltiges Lot L-Ag27

840 150 ... 300 Keine Angabe

Hartmetalle, Stahl, Wolfram, Molybdän, Tantal

Hartmetall-Schneidplatten auf Drehstahl

Silberhaltiges Lot L-Ag49

690 250 ... 300 Keine Angabe

Schwer benetz-bare Werkstoffe

Hartmetall-Schneidplatten auf Drehstahl

Aluminium-basislot L-AlSi12

600 100 110 ... 180 Aluminium und Aluminium-legierungen

Fugen- bzw. Überlapp-lötung von Al-Werk-stoffen, Reparatur und Fertigung von Einzel- und Massenteilen

Tabelle 5.3: Lotwerkstoffe – Arbeitstemperaturen, Festigkeiten und Anwendungsgebiete

253

5.4 Gestaltung von Lötverbindungen

Um nach der Vorbehandlung die Lötstellen auch während des Lötvorganges reinzu-halten, werden Flussmittel eingesetzt, die die Bildung von Oxidschichten verhindernbzw. diese auflösen. Je nach Art des zu verwendenden Lotes bzw. des zu lötendenGrundwerkstoffes kommen entsprechende Flussmittel zum Einsatz, die gasförmig,pulvrig, flüssig oder pastös sein können. Das Flussmittel wird vor dem Aufheizen aufdas kalte Bauteil aufgetragen. Die Pasten und Pulver schmelzen bei ca. 50° C unter Lot-schmelztemperatur. Dabei bilden sie wie die wässrigen Lösungen einen gleichmäßigenÜberzug. Abhängig von Bauteilwerkstoff, Lot und Lötverfahren kommen Flussmittelaus Borax, Borverbindungen, Chloriden, Fluoriden, Silikaten und Phosphaten zumEinsatz. Da die meisten dieser Flussmittel korrodierend wirken, sind sie nach demLötprozess zu beseitigen. Im Vorhinein kann man gefährdete Bereiche durch Auftra-gen von Kreide, Ton oder Eisenoxid gegen Korrosion schützen. In DIN EN 1045 undDIN EN ISO 9454 werden die Flussmittel in Typgruppen eingeordnet sowie Hinweisezur Zusammensetzung und Verwendung gegeben [5.8], [5.13].

5.4 Gestaltung von LötverbindungenDie gewünschte Zuverlässigkeit eines gelöteten Bauteils (Lötsicherheit) hängt – ähn-lich wie beim Kleben – von einigen Konstruktionsrichtlinien ab. Bei der Gestaltungvon Lötstellen ist wesentlich, dass das Lot gut fließen kann und die zu verbindendenWerkstücke gut benetzt werden. Zu weite Lötspalte sind ungünstig, weil ihre kapillareSaugwirkung auf das geschmolzene Lot zu gering ist, und zu enge Fugen sind eben-

Hochtemperaturlote nach DIN EN 1044 [5.7]

NickelbasislotL-Ni5

1135 200 ... 300 250 ... 1100 3) Nickel, Kobalt und deren Legierungen, unlegierte bis hoch legierte Stähle

Spaltlöten, Leichtbau (Wabenkonstruktionen), Flugtriebwerke (Stator-schaufeln), korrosions-beständige, hochfeste Rohre in Wärmetauschern

Keramiklote

L-Ag27,5Cu2Ti

840 Keine Angabe

ca. 70 4) Al2O3 auf NiCo2823

Aktivlötung keramischer Bauteile (Kondensatoren, Thyristoren)

L-Ag19,5Cu5In3Ti

950 100 ... 150 ca. 70 4) Al2O3 bzw. ZrO2 auf Stahl

1) Weichlot neigt zum Kriechen, bei kurzzeitiger Belastung sind höhere Werte erreichbar ( ≈ 30 N/mm2).2) 100 % Rm des Bauteilwerkstoffes bei S185, S235, E295, E360, Cu; 80 % bei Mg 58, Mg;

100 % Rm von Mg 63 bei Paarung S235 / Mg 63Cu3) Lötungen von NiCr20TiAl: Festigkeitsunterschiede durch unterschiedliche Wärmebehandlung4) Entspricht ungefähr Rm des Bauteilwerkstoffes

Lotwerk-stoff

Arbeits-tempe-ratur ϑA [° C]

Scherfes-tigkeit τl,B [N/mm2]

Zugfestig-keit σl,B [N/mm2]

VerwendungBauteil-werkstoff

AnwendungHinweise

Tabelle 5.3: Lotwerkstoffe – Arbeitstemperaturen, Festigkeiten und Anwendungsgebiete (Forts.)

LÖTEN

254

5

falls ungünstig, weil das Fließen des Lotes und des Flussmittels stark behindert wer-den. Besonders zu vermeiden sind weite Spalten nach engen Spalten, da das Lotwegen des fehlenden Kapillareffektes nicht vom engen in den weiten Spalt fließenkann. Anhaltswerte für die Überlappungslänge sind in Tabelle 5.4 zusammengestellt.

Tabelle 5.4: Richtwerte für das Überlappungsverhältnis, s = Dicke des dünneren Fügeteils

Die jeweils kleineren Werte setzt man für Bolzen-, Rohr- und Steckverbindungen, Bau-teile geringer Festigkeit, Lote höherer Festigkeit und bei optimaler Lötfugenausbil-dung und Vorbereitung an. Bei entgegengesetzten Tendenzen nimmt man größereWerte an, ebenso beim einseitigen Laschenstoß wegen der zusätzlichen Biegebean-spruchung. Generell sind längere Überlappungen ungünstig, da sie zum einen mehrLot benötigen, zum anderen besteht die Gefahr, dass das Lot die Fuge nicht voll aus-füllt und es zu einem Festigkeitsverlust kommt.

Weichlötverbindungen führt man wegen niedriger Festigkeiten fast nur als Überlap-pungsstöße aus. Sie sind nicht für Schwingbeanspruchungen geeignet. Zur Minderungder Schälbeanspruchung kann die Lötfläche durch Nieten oder Schweißpunkte vonKräften entlastet werden.

Im Gegensatz dazu eignen sich Hart- und Hochtemperaturlötverbindungen – insbe-sondere als Fugenlötverbindung – wegen erheblich höherer Festigkeiten für statischeund dynamische Zug- und Biegebeanspruchung, wobei man letztere nach Möglichkeitdurch geeignete Gestaltung vermeiden sollte.

Grundlegende Regeln für lötgerechtes Gestalten sind in DIN 65169 „Konstruktions-richtlinien für hart- und hochtemperaturgelötete Bauteile“ zusammengefasst [5.5].Folgende Einflussgrößen sind maßgeblich:

1 Günstige Anordnungen von Lötstellen hinsichtlich Lötspaltanordnung, Kraftüber-tragung, Fertigungserleichterung und Lötflussverhalten sind in Abbildung 5.3 zu-sammengestellt.

2 Bei Lötnähten ist Schubbeanspruchung zu bevorzugen.

3 Im Lötstoßbereich sind Biegebeanspruchungen und Kerbwirkungen mit den darausresultierenden Spannungskonzentrationen zu vermeiden.

4 Die Oberfläche des Lötstoßes sollte einen Mittenrauwert von Ra ≤ 12,5 µm aufwei-sen (Feinstbearbeitung nicht erforderlich, da geschliffene und polierte Flächenschwer benetzbar). Bei spannender Bearbeitung (besonders bei Ra ≥ 6,3 µm) sollteder Rillenverlauf der Bearbeitung mit der Fließrichtung des Lotes übereinstimmen.

5 Rückstände von Fluss-, Lötstopp- und Bindemitteln müssen sich aus Hohlräumenwegen Korrosionsgefahr leicht entfernen lassen.

6 Bei Ofenlötung sind möglichst gleiche Wanddicken vorzusehen, damit sich beideTeile gleich erwärmen. Bei unterschiedlichen Werkstoffen ist unterschiedlicheWärmedehnung zu beachten.

7 Schließt eine Lötnaht ein abgeschlossenes Luftvolumen ab, so sind zum vollstän-digen Füllen des Lötspaltes Entlüftungsbohrungen erforderlich.

Weichlötverbindung lü/s = 6 ... 8 ... (12) (bis 12 bei einseitigem Laschenstoß)

Hartlötverbindung lü/s = 3 ... 6

Hochtemperaturlötverbindung lü/s = 2 ... 4

255

5.4 Gestaltung von Lötverbindungen

Abbildung 5.3: Beispiele für lötgerechte Gestaltung und Ausführung nach [5.18]

Nr. Ungünstige Gestaltung Günstige Gestaltung Erläuterungen

1

2

LötspaltverhaltenDie erforderliche Lötspaltbreite b muss bei der Arbeitstemperatur (AT) vorhanden sein.Der Lötspalt soll parallel oder in Löt-flussrichtung enger werdend verlaufen.RT: RaumtemperaturAT: Arbeitstemperatur

3

4

5

LötflussverhaltenLötspalt darf nicht unterbrochen wer-den. Das Lot kann Spalterweiterung nicht überbrücken.Der Lotfließweg wird durch ein-gelegten Lotdrahtring halbiert. Steigerung der Festigkeit durch achsparallele RändelspalteLot fließt von innen nach außen. Flussmittel kann durch Bohrung ent-weichen. Zusätzliche Kontrolle über Ausfüllung des Lotspaltes möglich

6

7

8

9

KraftübertragungUm die Festigkeit des Grundwerk-stoffes zu erreichen, genügt: lü = (3 ... 6) ⋅ s. Bei hoher Beanspruchung ist all-mählicher Übergang günstiger.Erhöhung der Festigkeit durch Vergrößerung der LötflächeSteckverbindung bei Biegebeanspru-chung (Welle) günstigVerbesserung der Dauerfestigkeit durch allmählichen ÜbergangDurch Steifigkeitserhöhung im Naht-bereich und allmähliche Übergänge können Spannungsspitzen abgebaut und in die Bauteile verlagert werden.

10 FertigungserleichterungBeim Löten ohne Vorrichtung Lage-sicherung der Bauteile durch Anschläge, Rändelpresssitze und Heftstellen

11

12

Entlastung der LötverbindungBei weichgelöteten Verbindungen Kraftentlastung der Lötnähte durch Formschluss der Bauteile. Lötnähte übernehmen z.B. nur Dichtfunktion.

RTb

RT

AT>b

AT

RT<b

RT

ATb

AT

Lot

Lot

Lot

Lotdepot

u>6tu>6t

F t

F

FFMMt

FMt

MtMt

FMtMt

FNahtbruchNahtbruch

u=(3 bis 6)tu=(3 bis 6)t

F t

F

FF FFMM

MM

t

t

M

M

t

t

FMtMt

FF

F

FF

F

LÖTEN

256

5

In Fertigungsunterlagen werden Lötverbindungen gemäß DIN 1912 T5 durch symboli-sche Darstellung gekennzeichnet, Tabelle 5.5.

Tabelle 5.5: Symbolische Darstellung typischer Lötnähte nach DIN 1912 [5.3]

5.5 Festigkeit von LötverbindungenDie Festigkeit einer Lötverbindung hängt in hohem Maß von der lötgerechten Gestal-tung der Verbindung ab. Meist ist die Fügestelle die Schwachstelle des Bauteiles. BeiStumpf- und T-Stößen in Spalt- oder Fugenausführung liegt die Verbindungsgeometriewegen vorgegebener Bauteilquerschnitte meistens fest. Im Rahmen eines Festigkeits-nachweises (Vergleich von Beanspruchung und Beanspruchbarkeit) wird hier geprüft,ob in den kritischen Querschnitten der Fügestelle die erforderlichen Sicherheitenerreicht werden. Der Nachweis für Überlappungsstöße ist ähnlich zu führen, aller-dings hat man hier oftmals noch die Möglichkeit der Anpassung der Überlappungs-länge, so dass in der Lötfuge und im Fügeteil nahezu die gleichen Tragfähigkeitenerzielt werden können.

Unter Vernachlässigung von Kerbwirkung und ungleichmäßigen Spannungsvertei-lungen in der Fügenaht – insbesondere bei Überlappungsstößen – ermittelt manzunächst die Beanspruchungen als Nennspannungen in der Fügenaht auf der Grund-lage der angreifenden Betriebskräfte (statisch bzw. dynamisch) und der zur Verfügungstehenden Querschnitte.

Die Beanspruchbarkeit erhält man aus Versuchen am realen Bauteil oder aber ausVersuchswerten an standardisierten Proben gemäß DIN EN 12797 und DIN EN 12799,abgemindert um Faktoren, mit denen die tatsächlichen Fertigungs- und Betriebsbedin-gungen des realen Bauteiles im Vergleich zur standardisierten Probe berücksichtigtwerden [5.9], [5.10].

Überlappstoß mit Flächennaht, hergestellt durch Hartlöten (Kenn-zahl 91) in Wannenposition w, Lötzusatz DIN EN 1044-L-Ag40Cd

T-Stoß mit Flächennaht

Stumpfstoß mit Schrägnaht

Falzstoß mit Falznaht, hergestellt durch Weichlöten (Kennzahl 94)

91/w/DIN 8513-L-Ag 40Cd

94

257

5.5 Festigkeit von Lötverbindungen

5.5.1 Berechnung der Beanspruchung in einer Lötverbindung

Bei einfachen Stumpfstößen unterliegen Lötnaht und gefügte Teile aufgrund statischeroder dynamischer Zugkräfte (F bzw. Fa) einer reinen Zugbeanspruchung sowohl in derLötnaht als auch in den gefügten Teilen. Bei gegebener Geometrie lassen sich die Bean-spruchungen gemäß Abbildung 5.4 berechnen. In Überlappungsstößen kommt es beiFlächenverbindungen und bei Rohrverbindungen unter Zug-Druck-Kräften (F – sta-tisch, Fa – dynamisch) sowie bei Welle-Nabe-Verbindungen unter Torsionsmomentein-wirkung zu Scherbeanspruchungen in der Lötnaht, Abbildung 5.5 und Abbildung 5.6.

Abbildung 5.4: Beanspruchungen von Lötverbindungen – Stumpfstoß

Abbildung 5.5: Beanspruchungen von Lötverbindungen – Überlappungsstoß (Flächenverbindung)

Abbildung 5.6: Beanspruchungen von Lötverbindungen – Überlappungsstoß (Rohr- und Welle-Nabe-Verbindung)

(5.1) (5.2)

(5.3) (5.4)

(5.5) (5.6) (5.7)

(5.8) (5.9)

(5.10)

(5.11)

(5.12)

(5.13)

(5.14)

s

F, Fa F, Fa

F, Fa

F, Fa

s

F, Fa F, Fada

di

A s b= ⋅ ( )2 2

4 a iA d dπ

= ⋅ −

zFA

σ = ,a

a zFA

σ =

F, Fa F, Falü

F/2, /2Fa

F/2, /2FaF, Fa

lü

F, Fa F, Falü

üA l b= ⋅ 2 üA l b= ⋅ ⋅cos

ül bA

⋅=

α

sFA

τ = ,a

a sFA

τ =

F, Fa F, Fa

lü

d a

l

d

M Mt ta,ü

a

M Mt ta,

a üA d l= π⋅ ⋅

sFA

τ =

,a

a sFA

τ =

2 tt

a

Md A

⋅τ =

⋅

,,

2 t at a

a

M

d A

⋅τ =

⋅

LÖTEN

258

5

Damit bei Überlappungsstößen der Länge lü und der Breite b in der Lötnaht mit derScherfestigkeit τl,B und im Bauteil mit der Zugfestigkeit Rm und der kleinsten Dicke smin

die gleiche Tragfähigkeit erreicht werden kann, ist folgende Bedingung einzuhalten:

(5.15)

(5.16)

Gleichung (5.16) lässt sich auch für die überschlägige Ermittlung der Überlappungs-länge von Rohrverbindungen verwenden, anstelle von smin ist dann da/4 einzusetzen.

Grundsätzlich ist eine Lötnaht ausreichend bemessen, wenn abhängig vom Belas-tungsfall (statisch – dynamisch, Zug-Druck oder Scherung) die nachfolgenden Festig-keitsbedingungen eingehalten werden:

(5.17)

(5.18)

Die Ermittlung der zulässigen Werte auf der Grundlage der Werkstoffkennwerte gemäßTabelle 5.3 und der erforderlichen Sicherheiten wird im folgenden Abschnitt vorge-nommen.

5.5.2 Beanspruchbarkeit einer Lötverbindung

Die Beanspruchbarkeit einer Lötverbindung ist großen Streuungen unterworfen, da siehauptsächlich von folgenden Einflussgrößen abhängt:

Mechanische Eigenschaften der Lote und Fügeteilwerkstoffe

Lötschichtdicke und Oberflächenqualität der Fügeflächen

Herstellungsqualität der Lötung

Eine optimale Beanspruchbarkeit ist nur dann erreichbar, wenn alle Empfehlungenhinsichtlich Gestaltung, Spaltbreiten und Rautiefen eingehalten werden und einwand-frei gelötet wird. Demzufolge ist es zunächst nicht möglich, von der Zugfestigkeit σl,B

oder Scherfestigkeit τl,B des Lotes selbst auf die Festigkeit der gesamten Lötverbindungzu schließen. Man ist somit auf Versuche am tatsächlich ausgeführten Lötteil angewie-sen (aufwändig) oder aber man nutzt Festigkeitskennwerte, die an standardisierten Pro-ben gemäß DIN EN 12799 gewonnen wurden [5.10]. In der Tabelle 5.6 sind beispielhaftZugfestigkeiten σl,B und Scherfestigkeiten τl,B von Hartlötverbindungen für ausge-wählte Hartlote auf Silberbasis in Kombination mit verschiedenen Grundwerkstoffenzusammengestellt.

,min m ü l Bb s R b l⋅ ⋅ = ⋅ ⋅τ

,

mü min

l B

Rl s= ⋅

τ

,

,

z zul statisch

s zul statisch

σ ≤ σ

τ ≤ τ

, ,

, ,

a z zul dynamisch

a s zul dynamisch

σ ≤ σ

τ ≤ τ

259

5.5 Festigkeit von Lötverbindungen

Tabelle 5.6: Zug- und Scherfestigkeit von Hartlötverbindungen nach [5.18]

Ausgehend von solchen Kennwerten für die Zugfestigkeit σl,B oder Scherfestigkeit τl,B

des Lotes lassen sich die zulässigen statischen und dynamischen Zug- und Scherfestig-keiten als Kennwerte der Beanspruchbarkeit einer Lötverbindung wie folgt ermitteln:

(5.19)

(5.20)

Abhängig von den Anforderungen an die Lötverbindung nimmt man mindestensSicherheitsbeiwerte von Sstatisch = 1,5 bis 2,5 und Sdynamisch = 2 bis 3,5 an. Im Druck-behälterbau beträgt der Sicherheitsbeiwert mindestens S = 4 [5.1].

Ist nur die Scherfestigkeit eines Lotes bekannt, so lässt sich die Zugfestigkeit über-schlägig ermitteln zu:

(5.21)

Konservative Angaben zu erreichbaren Wechselfestigkeiten ausgeführter Hartlötver-bindungen mit Silberlot sind in Tabelle 5.7 zusammengestellt.

Tabelle 5.7: Erreichbare Wechselfestigkeiten ausgeführter Hartlötverbindungen bei dynamischer Beanspruchung

Hartlot nach DINEN 1044

Arbeitstem-peratur des Lotes [° C]

Zugfestigkeit σl,B in N/mm2

bei Grundwerkstoff

Scherfestigkeitτl,B in N/mm2 bei Grundwerkstoff

S235 E295 E335 X10CrNi188 CuZn37 S235 E335

L-Ag40Cd 610 410 540 640 520 230 170 250

L-Ag30Cd 680 380 470 480 510 250 200 240

L-Ag44 730 390 480 520 530 280 205 280

L-Ag20Cd 750 370 420 440 500 260 170 260

L-Ag12 830 370 460 460 440 210 170 200

Schubwechselfestigkeit τaW = 30 N/mm2

Verdrehwechselfestigkeit τtW = 30 N/mm2

Biegewechselfestigkeit σbW = 50 N/mm2

,,

,,

l Bzul statisch

statisch

l Bzul statisch

statisch

S

S

σσ =

ττ =

,,

,,

l Bzul dynamisch

dynamisch

l Bzul dynamisch

dynamisch

S

S

σσ =

ττ =

( ), ,1,5 2l B l Bσ ≈ ⋅τ…

LÖTEN

260

5

In Versuchen sind für Hartlötverbindungen mit Baustählen unter dynamischer Belas-tung Biegewechselfestigkeiten bis zu σbW = 160 N/mm2 erreicht worden [5.18]. Sindkeine genaueren Daten bekannt, so kann man bei dynamischer Beanspruchung auchmit Dauerfestigkeitswerten für die Hartlötverbindung rechnen, die 50 bis 75 % derDauerfestigkeit des Grundwerkstoffes betragen.

Hinsichtlich des Temperaturverhaltens ist bei Hartlötverbindungen Folgendes zubeachten. Lötverbindungen an für den Tieftemperatureinsatz geeigneten Grundwerk-stoffen (CrNi-Stähle und Cu-Legierungen) auf Ag-, CuZn- und CuNi-Basis weisen auchbei Tieftemperaturen bis −196° C keine Minderung der Zähigkeit auf. Die Festigkeit istvergleichbar mit den Werten bei Raumtemperatur. Bei hohen Temperaturen bis 300° Cerreicht jedoch die Kurzzeitfestigkeit nur noch die Hälfte des Wertes bei Raumtempe-ratur. Der 1000-Stunden-Zeitstandfestigkeitswert sinkt sogar auf 5 % des Wertes beiRaumtemperatur ab.

Werden verschiedene Grundwerkstoffe durch Löten verbunden, so liegen die erziel-baren Festigkeitswerte zwischen den Werten, die man beim Löten der jeweils gleicharti-gen Grundwerkstoffe erzielen würde. Beim Hartlöten von blei-, aluminium- und silizium-haltigen Grundwerkstoffen (Automatenstähle, Dynamobleche) führen bereits kleineBeimengungen dieser Stoffe beim Stahlpartner zur Schädigung der Haftzone, worauseine deutliche Minderung der Verbindungsfestigkeit resultiert. Beim Hartlöten von Alu-minium und Aluminiumlegierungen (z.B. AlMn und AlMnMg) werden Zug- und Scher-festigkeitswerte der Verbindung von σl,B = 100 ... 200 N/mm2 und τl,B = 50 ... 100 N/mm2

erreicht, die bei Reinaluminium (z.B. Al99,5) nahezu der Festigkeit des Grundwerkstof-fes entsprechen. Das Weichlöten von Aluminiumwerkstoffen dagegen wird wegen derKorrosionsgefahr durch zinkhaltige Lote kaum angewendet.

An überlappten Weichlötverbindungen (Stähle, Kupfer- und Kupferlegierungen) lassensich zwar im Kurzzeitversuch Scherfestigkeiten von τl,B = 25 ... 35 N/mm2 ermitteln.Mit zunehmender Belastungsdauer sowie bei steigenden Temperaturen fallen dieseWerte jedoch aufgrund von Kriecherscheinungen deutlich ab, so dass die zulässigeScherspannung für Dauerbeanspruchung bei Raumtemperatur auf τl,B = 2 N/mm2 zubegrenzen ist. Für Blei-Zinn-Lote geht man von Dauerfestigkeitswerten aus, die bei5 % der Scherfestigkeit des Kurzzeitversuches liegen, Sonderweichlote erreichen hierimmerhin 10 % der Scherfestigkeit aus dem Kurzzeitversuch [5.19]. Hinzu kommt nocheine starke Temperaturabhängigkeit der Scherfestigkeit. So sinkt z.B. die Scherfestig-keit bei 110° C auf nur noch 10 % des Wertes bei Raumtemperatur, Tabelle 5.8 [5.19].

Tabelle 5.8: Richtwerte für den Temperatureinfluss bei Weichloten [5.19]

Anhand der hier zusammengestellten Kennwerte der Beanspruchbarkeit wird deut-lich, dass man – ähnlich wie beim Kleben – nach einer grundlegenden Abschätzungzur Realisierbarkeit einer Lötverbindung den Lot-Hersteller zur Anwendungsberatungund Optimierung hinzuziehen sollte.

Ist für eine bereits ausgelegte und dimensionierte Lötverbindung keine ausreichendeSicherheit zu erzielen, so ist für die gesamte Verbindung eine neue Lösung auszuar-beiten. Eine einfache Vergrößerung der Lötfläche ist nicht zu empfehlen, da aufgrund

ϑ [° C] 50 90 110

σl,B (ϑ) / σl,B (20° C) ≈ 0,22 ... 0,27 ≈ 0,22 ... 0,27 ≈ 0,22 ... 0,27

261

5.6 Literatur

ungleichmäßiger Spannungsverteilung in der Lötfläche nur eine geringe Steigerungder Tragfähigkeit zu erwarten ist, bei vergleichsweise hohen Zusatzkosten für den grö-ßeren Lotbedarf.

5.6 Literatur[5.1] AD Merkblatt B0, Berechnung von Druckbehältern, Ausgabe: 1995-01, Beuth-

Verlag [5.2] DIN-DVS-Taschenbuch 196 (2001-08) Löten[5.3] DIN 1912-4 Zeichnerische Darstellung; Schweißen, Löten; Begriffe und

Benennungen für Lötstöße und Lötnähte; (1981-05)[5.4] DIN 8505 Löten, T1 (1979-05) Allgemeines, Begriffe, T2 (1979) Einteilung

der Verfahren, Begriffe, T3 (1983-01) Löten; Einteilung der Verfahren nachEnergieträgern, Verfahrensbeschreibungen

[5.5] DIN 65169 Luft- und Raumfahrt; Hart- und hochtemperaturgelötete Bauteile;Konstruktionsrichtlinien; (1986-10)

[5.6] DIN 65170, Ausgabe:1997-02 Luft- und Raumfahrt – Hart- und hochtempera-turgelötete metallische Bauteile – Technische Lieferbedingungen; (1997-02)

[5.7] DIN EN 1044 Hartlöten – Lotzusätze; (1997-07)[5.8] DIN EN 1045 Hartlöten – Flussmittel zum Hartlöten – Einteilung und tech-

nische Lieferbedingungen; (1997-08)[5.9] DIN EN 12797 Hartlöten – Zerstörende Prüfung von Hartlötverbindungen;

(2000-12)[5.10] DIN EN 12799 Hartlöten – Zerstörungsfreie Prüfung von Hartlötverbindun-

gen; (2000-12)[5.11] DIN EN 29453 Weichlote; Chemische Zusammensetzung und Lieferformen;

(1994-02)[5.12] DIN EN 60851-5 Wickeldrähte – Prüfverfahren – Teil 5: Elektrische Eigen-

schaften (IEC 60851-5:1996 + A1:1997 + A2:2004); (2005-04)[5.13] DIN EN ISO 9454-2, Flussmittel zum Weichlöten – Einteilung und Anforde-

rungen – Teil 2: Eignungsanforderungen; (2000-09) [5.14] DIN EN ISO 18279 Hartlöten – Unregelmäßigkeiten in hartgelöteten Verbin-

dungen (2004-04)[5.15] DVS-Berichte Band 104, Weichlöten in Forschung und Praxis, DVS-Verlag,

Düsseldorf 1986[5.16] DVS-Berichte Band 92, Hochtemperaturlöten, DVS-Verlag, Düsseldorf 1984 [5.17] Krause, W.: Konstruktionselemente der Feinmechanik, Hanser Verlag, Mün-

chen 1993[5.18] Muhs, D., Wittel, H., et al.; Roloff / Matek Maschinenelemente; Vieweg Ver-

lag, Braunschweig 2005[5.19] Wächter, K., Konstruktionslehre für Maschineningenieure, VEB Verlag Tech-

nik, Berlin 1987[5.20] Zaremba, H.: Hart- und Hochtemperaturlöten, Schweißtechnische Praxis Bd.

20, DVS-Verlag, Düsseldorf 1989

LÖTEN

262

5

Z U S A M M E N F A S S U N G

Das Löten ist ein thermisches Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen oder Beschichten von metalli-schen Werkstoffen (den Fügeteilwerkstoffen) durch schmelzende Zulegstoffe (Lote), deren Schmelz-punkt unter dem der Fügeteilwerkstoffe (Bauteilwerkstoffe) liegt. Die Lötverbindung gehört wiedas Schweißen, Nieten und Kleben zu den nicht lösbaren Verbindungen, da sie ohne Zerstörungder Lötschicht bzw. der gefügten Bauteile nicht lösbar ist.Beim Löten wird im Gegensatz zum Schweißen der Grundwerkstoff nicht geschmolzen, denn nurdas Lot als Zusatzwerkstoff geht in den Fließzustand über. Dabei vergrößert sich die Oberfläche desLotes, benetzt den Grundwerkstoff und haftet daran nach dem Erstarren. Lot und Grundwerkstofflegieren sich im Benetzungsbereich. Dieser Vorgang der Diffusion findet sowohl im Grundwerkstoffals auch im Lot statt. Abhängig von der Liquidustemperatur des Lotes unterscheidet man dasWeichlöten (WL) bis zu 450° C sowie das Hartlöten (HL) oberhalb von ca. 450° C. Beim Hochtem-peraturlöten (HTL) werden Schmelztemperaturen des Lotes über 900° C erreicht. Die gewünschte Zuverlässigkeit eines gelöteten Bauteils (Lötsicherheit) hängt – ähnlich wie beimKleben – von der lötgerechten Gestaltung der Verbindung ab. So muss das Lot gut fließen können,um die zu verbindenden Werkstücke gut zu benetzen. Zu weite Lötspalte sind ungünstig, weil ihrekapillare Saugwirkung auf das geschmolzene Lot zu gering ist, und zu enge Fugen sind ebenfallsungünstig, weil das Fließen des Lotes und Flussmittels stark behindert wird.Im Rahmen eines Festigkeitsnachweises (Vergleich von Beanspruchung und Beanspruchbarkeit) istzu prüfen, ob in den kritischen Querschnitten der Fügestelle die erforderlichen Sicherheiten erreichtwerden. Bei Überlappungsstößen hat man oftmals die Möglichkeit der Anpassung der Überlap-pungslänge, so dass in der Lötfuge und im Fügeteil nahezu die gleichen Tragfähigkeiten erzieltwerden können.Unter Vernachlässigung von Kerbwirkung und ungleichmäßigen Spannungsverteilungen in der Füge-naht ermittelt man zunächst die Beanspruchungen als Nennspannungen auf der Grundlage derangreifenden Betriebskräfte (statisch bzw. dynamisch) und der zur Verfügung stehenden Quer-schnitte. Die Beanspruchbarkeit erhält man aus Versuchen am realen Bauteil oder an standardisiertenProben, abgemindert um Faktoren, mit denen die tatsächlichen Fertigungs- und Betriebsbedingungendes realen Bauteiles im Vergleich zur standardisierten Probe berücksichtigt werden. Sollte der Festigkeitsnachweis zu keiner ausreichenden Sicherheit führen, ist für die gesamte Ver-bindung eine neue konstruktive Lösung auszuarbeiten. Eine einfache Vergrößerung der Lötflächeist nicht zu empfehlen, da aufgrund ungleichmäßiger Spannungsverteilung in der Lötfläche nureine geringe Steigerung der Tragfähigkeit zu erwarten ist.

Z U S A M M E N F A S S U N G