Lötkolben

Ein Überblick über Lötkolben

Die Funktion von Lötkolben basiert darauf, dass elektrisch widerstandsfähige (aber dennoch leitende) Materialien einen Temperaturanstieg erfahren, sobald ein elektrischer Strom durch sie hindurch fließt.

 

Auch wenn Lötkolben eine externe Stromzufuhr benötigten erfolgt der eigentliche Lötvorgang vielmehr von Hand – deshalb fallen sie auch eher in die Kategorie der Handwerkzeuge, als in die Kategorie „Elektrowerkzeuge“.

 

Der Griff des Geräts ist thermisch und elektrisch isoliert, während das widerstandsfähige und zugleich leitende Heizelement aus Metall (in der Regel entweder Kupfer oder Nickel) in der Spitze Temperaturen erreicht, die hoch genug sind um den metallischen Lötdraht in eine Flüssigkeit zu verwandeln, sobald Strom hindurch fließt. Die Temperaturen reichen jedoch nicht aus, um die Werkstücke selbst zum Schmelzen zu bringen.

Dabei kommt der Strom für das Heizelement entweder über ein elektrisches Kabel aus einer Steckdose oder über Batterie-Kabel. Andere Ausführungen sind jedoch ebenso erhältlich: Manche Lötkolben enthalten ein Brenngas in einer Kammer. So entsteht die Hitze für den Lötvorgang bei Entzündung des Gases über ein katalytisches Heizelement anstelle einer herkömmlichen Flamme. In der Vergangenheit bestanden einfachere Modelle oftmals lediglich aus einem Griff, auf dem eine große Kupferspitze montiert war (die Hitze kam dabei von einer externen Flamme); heutzutage gelten diese Modelle jedoch in allen Belangen als überholt.

Wann immer eine elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei separaten Werkstücken erforderlich ist, kann ein Lötkolben – bei vorsichtigem Gebrauch – eine kleine Menge an Draht aus einer Schmelzmetalllegierung (das sogenannte Lötmetall) schmelzen. Diese Legierung enthält einen Reiniger (auch: Flux) in ihrem Kern, um jeglichen Rost zu beseitigen, der die Verbindung beeinträchtigen könnte, und um die sogenannte Benetzung des Lötmetalls zu verbessern (d. h. die Fähigkeit, den Kontakt mit der Oberfläche aufrecht zu halten, auf die es in geschmolzenem Zustand aufgetragen wurde). Dabei wird zunächst die Spitze des Lötdrahts zwischen den beiden Werkstücken positioniert, während im nächsten Schritt die Spitze des Lötkolbens an dem Draht angelegt wird, bis eine kleine Menge des Drahtes schmilzt und eine neue elektrisch leitende Verbindung entsteht.

Manche Lötkolben verfügen zudem über eine LED-Anzeige in dem Griff, die den Benutzer darüber informiert, ob das Gerät an- oder ausgeschaltet ist.

 

Die Geschichte des Lötkolbens

Auch wenn es wie ein modernes Wunder scheinen mag, doch historische Aufzeichnungen belegen, dass Löten mit Lötkolben bereits im alten Ägypten vor gut fünftausend Jahren stattfand: Goldschmiede nutzen diese Technik, um Goldteile in Schmuckstücken einzufassen. Nach der Entdeckung von Zinn vor rund viertausend Jahren wurde diese Technik bedeutend öfter eingesetzt, da Zinn ein wesentlich effektiveres Lötmetall ist als die zuvor verwendeten Materialien. Präzise Zeitangaben mögen zwar schwer zu treffen sein, doch es gilt als sehr wahrscheinlich, dass sich diese Technik zunächst aus Ägypten in den Mittelmeerraum verbreitete und dort zunehmend von den Römern eingesetzt wurde. Beeindruckt ist, dass die Römer Wasserrohre über eine Länge von stolzen 400 km verlöteten. Später kam diese Technik in die Schweiz sowie nach Ungarn.

Der erste elektrisch betriebene Lötkolben wurde vermutlich 1898 von dem US-amerikanischen Unternehmen „American Electrical Heater Company“ hergestellt, wenngleich der deutsche Unternehmer Ernst Sachs die Erfindung eines solchen Geräts seit 1921 für sich beansprucht. 1960 meldete die Firma „Weller Manufacturing Company“ in den USA ein Patent für ihren Lötkolben „Magnastat“ an, bei der eine magnetische Komponente die Temperatur an der Spitze des Kolbens regelt.

Heutzutage wird das sogenannte Weichlöten besonders in der Elektronikindustrie und im Bereich Fertigungstechnik eingesetzt.

 

Technische Aspekte von Lötkolben

Einfache Low-Power-Lötkolben bieten in der Regel eine Leistung zwischen 15 und 35 Watt. Neben der Leistungsstufe beeinflussen noch zahlreiche weitere Faktoren die Temperatur des Heizelements solcher Geräte, darunter die Temperatur des jeweiligen Werkstücks, die Auswirkungen der Abkühlung durch die Umgebung sowie der thermische Ausgleich zwischen dem Kolben und dem Werkstück (die Temperatur des Lötkolbens nimmt bei der Arbeit an relativ großen Gegenständen – darunter Fahrgestelle von Autos – normalerweise etwas ab und reicht dann ggf. nicht aus, um den Lötdraht zum Schmelzen zu bringen).

Lötvorgänge an derart großen Gegenständen erfordern etwas komplexere Lötkolben. Sogenannte „Lötkolben mit Temperaturregelung“ verfügen über einen Temperatursensor und eine Regelkomponente, mit deren Hilfe die Temperatur der Spitze stets konstant bleibt. So steigern sie automatisch ihre Leistung, wenn der zu bearbeitende Gegenstand sehr groß ist. Obwohl die meisten Geräte freistehend realisiert sind, beinhalten manche von ihnen den Steuerschaltkreis und die Temperaturregelung einer separaten „Lötstation“, ohne die sie nicht ordnungsgemäß funktionieren könnten. Manche dieser Stationen verfügen zudem über eine visuelle Anzeige der Temperatur an der Spitze des Lötkolbens.

Die Temperaturregelung kann auf viele verschiedene Arten erzielt werden. Manche Lötkolben mit integrierter Regelung sind mit einer variablen Leistungsregelung ausgestattet, deren Form stark an einen herkömmlichen Dimmerschalter erinnert. Somit kann die Temperatur des Lötkolbens manuell angepasst werden, sollte diese aufgrund des thermischen Ausgleichs sinken. Diese Lötkolben können ihre Wärmeabgabe jedoch nicht automatisch messen bzw. anpassen.

Andere Geräte wiederum setzen auf einen integrierten Thermostat in der Spitze des Kolbens. Dieser regelt automatisch die Stromversorgung des Heizelements und schaltet es je nach Bedarf an und aus.

Bei vielen Lötkolben erfolgt die Temperaturregelung hingegen über magnetische Lötspitzen, die ihren Magnetismus bei einer bestimmten Temperatur verlieren – dem sogenannten Curie-Punkt. Solange die Spitze noch magnetisch ist, bleibt ein Schalter, der das Heizelement mit Strom versorgt, geschlossen, sodass Strom fließen kann. Wird die Temperatur des Curie-Punkts jedoch überschritten, öffnen sich die Kontakte des Schalters automatisch und unterbrechen somit den Stromfluss zu dem Heizelement.

 

Wo werden Lötkolben in Fertigungsverfahren eingesetzt?

Während Fertigungsprozesse mit hohen Stückzahlen oftmals andere Lötmethoden erfordern, werden klassische Lötkolben oftmals für Arbeiten mit geringer Stückzahl eingesetzt, darunter die Fertigung elektronischer Teile, die Durchführung von Reparaturen und die Fertigstellung von Installationen. Zu weiteren, etwas weniger verbreiteten Anwendungen zählen das Kunststofflöten (dabei werden Werkstücke aus Kunststoff miteinander verschmolzen, ohne dass ein separates Lötmaterial benötigt wird) und das Dekorieren von Holz mit eingebrannten Designs (Pyrographie).

 

Dinge, die mit einem Lötkolben umgesetzt werden können

Lötkolben eignen sich hervorragend zum Verlöten von Transistor-Leitungen, Kabeln oder Pads auf Leiterplatten (PCBs).

 

Was zeichnet einen Lötkolben aus?

Im Gegensatz zu Lötvorgängen mit ausgesprochen hohen Temperaturen (Klempner, zum Beispiel, verwenden Lötlampen mit hohen Temperaturen und Hitzematten, um die für das Löten von Kupferrohren benötigte Hitze zu erzeugen) ist ein herkömmlicher Lötkolben ein absolut eigenständiges Gerät: Es benötigt lediglich eine Stromquelle und den sogenannten Lötdraht an der Stelle, wo die elektrische Verbindung zwischen zwei Werkstücken angebracht werden soll.