Werkstatt und Fahrzeugtechnik    -   LÖTEN

Bei den dauerhaften Verbindungstechniken im Messing - Fahrzeugbau kann der Bastler neben den althergebrachten Schraub- oder Nietverbindungen heutzutage auch zwischen Kleben und Löten wählen. Mit der Entwicklung immer neuer Zweikomponenten- und Cyanacrylatkleber ist zum Löten eine echte Alternative für den Zusammenbau von Modellen entstanden, so daß jetzt oft auch von überzeugten Lötern beide Verbindungstechniken an einem Modell angewandt werden. Um der Gefahr des Lösens von Lötstellen aus dem Weg zu gehen, kann man Anbauteile, die meist aus Messing-Feinguß bestehen, am zusammengelöteten Modell problemlos ankleben.

Nachteil der Kleberei ist, daß für eine stabile Klebung mehr Kontaktfläche vorhanden sein muß als beim Löten. Will man zwei Bleche stumpf miteinander verbinden, dann wird das mit Kleben nicht gelingen und selbst das Löten ist in so einem Fall noch schwierig. Nachteil beim Löten: Ich brauche erheblich mehr Hilfsmittel und Zeit zur Vor- und Nachbereitung.

Die Entscheidung für das Löten habe ich getroffen, weil nach meinen Erfahrungen eine größere Festigkeit der Verbindungsstellen entsteht und weil sich Lötungen blitzschnell wieder trennen lassen, wenn das erforderlich ist. Auch das punktuelle Zusammenfügen beim probeweisen Zusammenbau ist eher durch Löten als durch Kleben möglich.

 

Auch wenn ich schon oft Bausatz-Modelle gesehen habe, die nur geklebt wurden und im Langzeit-Anlagenbetrieb einwandfrei funktionierten, bin ich nach wie vor überzeugter Löter. Als solcher will ich im Folgenden auf ein paar Erfahrungen eingehen, die ich dabei gemacht habe. Und auch hier kein Versuch, ein umfassendes Kompendium zu erstellen, sondern das Aufgreifen einiger Probleme, die dem Bastler das Löten etwas leichter machen können.

Beim Löten werden metallische Werkstoffe mit Hilfe eines geschmolzenen Zusatzmetalls (Lot) miteinander verbunden.

Die Schmelztemperatur des Lots liegt unterhalb der Schmelztemperatur der zu verbindenden Metalle. Je nach Schmelztemperatur des verwendeten Lots unterscheidet man zwischen Hartlöten (oberhalb von 450°C) und Weichlöten (unterhalb von 450°C).

Bevor ich mich dem beim Fahrzeugmodellbau am häufigsten angewendeten Weichlöten zuwende, einige Bemerkungen zum Hartlöten im Modellbaubereich:

Zum Hartlöten braucht es ein besonderes Flußmittel mit gelartigen Eigenschaften. Als Lot wird im Modellbau vorwiegend  Silberlotdraht eingesetzt. Die Arbeitstemperatur bewegt sich oberhalb von 650°C.

Im rechten Bild sieht man das Zusammenlöten von zwei Rahmenwangen. In den Fugen befindet sich weißlich erscheinendes Flußmittel und einige Stückchen vom Silberlotdraht. Mit einem Brenner werden die Messingteile auf Arbeitstemperatur gebracht, bis das Silberlot flüssig wird und sich in den Fugen verteilt. (unteres Bild)

Der große Nachteil beim Messinghartlöten ist, daß sich die Bauteile aus halbharten Messing durch die hohen Temperaturen verformen und an Härte verlieren. D.h., ihre innere molekulare Struktur verändert sich derart, daß sie in vielen Fällen als vorgesehene Bauteile im Fahrzeugbau 

nicht mehr verwendet werden können.

Im nebenstehenden Bild sieht man sehr schön die Verformung der freistehenden Rahmenwangen durch die Hitzeeinwirkungen des Brenners.

Auch die anschließende Säuberung der Lötstelle muß sehr sorgfältig erfolgen, da das Flußmittel sehr aggressiv auf das Messing einwirkt. Zitronensäure hat sich dafür bestens bewährt. 

Ganz sauber wird die Lötstelle davon allerdings nicht. Man muß die Werkstücke noch gründlich mit Reinigungsflies, Schmirgelleinen oder Sandstrahlen bearbeiten.

Ich habe den Zusammenbau des Modells an dieser Stelle abbrechen müssen, weil die Eigenschaften des Messings durch das Hartlöten völlig verloren gegangen sind. Die 1,5mm starken Rahmenwangen ließen sich plötzlich mit den Fingern verbiegen und waren deshalb auch als Achslager nicht mehr zu gebrauchen.

Hartlöten von Messing kann ich also nur in solchen Fällen empfehlen, wo es lediglich auf die Form des Bauteils und nicht auf die Festigkeit ankommt. Dann kann man auch direkt an diese hartgelöteten Werkstücke weitere Bauteile weich anlöten, ohne das die Lötnaht aufgeht. (rechtes Bild)

Durch das CNC-Fräsen von massiven Messing haben sich die Situationen, wo Hartlöten erforderlich ist, weitgehend erledigt. Allerdings eben nur dann, wenn eine solche Fräse vorhanden ist, bzw. Dienstleister den Job übernehmen. Hinzu kommt, daß in Messingbausätzen so gut wie keine massiven Bauteile vorkommen. Und 0,2 mm starke Ätzbleche aus Bausätzen kann man nicht hart zusammenlöten, ohne sie zu vernichten.

Weichlöten

Zum Weichlöten von Messing-, Neusilber- oder Kupferwerkstücken gibt es mehrere Lötverfahren:

  • das Flammlöten
  • das Wiederstandslöten
  • das Induktionslöten
  • das Kolbenlöten 

sowie einige vorwiegend industriell angewendete Lötverfahren, die hier keine Rolle spielen.

Am praktikabelsten für uns Modellbahner ist das Löten mit der Flamme und mit dem Lötkolben.  Diese Lötverfahren erfordern vom Bastler den geringsten Aufwand und er kann damit gute Ergebnisse erzielen. Bei größeren Werkstücken und häufigem Gebrauch lohnt sich auch die Anschaffung eines Widerstandslötgerätes, mit dem man die punktuelle Erwärmung des Werkstückes, wie sie beim Kolben- oder Flammlöten auftritt, vermeiden kann und dadurch einen gleichmäßigeren Fluß des Lotes erreicht. Außerdem läßt sich die Löttemperatur gradgenau regeln und man muß nicht - wie z.B. beim Flammlöten - Gefahr laufen, die Werkstücke zu überhitzen.

 

Den universellen Lötvorgang gibt es nicht. Es ist im Prinzip wie beim Kuchenbacken. Je nach dem, was ich für einen Kuchen backen will, ändern sich auch die Zutaten und die Zubereitungsart.

Es gibt aber - ebenfalls wie beim Kuchenbacken - ein paar grundlegende Bedingungen, unter denen saubere Lötungen zustande kommen können:

  • gut vorbereiteten Werkstücke. Die vorgesehenen Lötstellen müssen oxidfrei, entfettet und möglichst aufgeraut sein, um dem Lot die Möglichkeit zu geben, sich mit dem Werkstück zu verbinden. Das geschieht durch den Ausbreitungsvorgang von Lot- und Flußmittel (Benetzung) sowie durch Diffusionsvorgänge, bei denen sich Mischkristalle bilden, die verantwortlich für die enge Verbindung von Lot und Werkstück sind. Bewährt haben sich Hilfsvorrichtungen, die die zu verlötenden Werkstücke beim Lötvorgang auf einer feuerfesten Unterlage unverrückbar festhalten. Bei manchen komplizierten Lötungen kann der Bau von solchen (hitzeunempfindlichen) Hilfsvorrichtungen schon mal erhebliche Zeit in Anspruch nehmen.
  • das passende Flußmittel. Je nach Eigenschaften der zu verbindenden Metalle und der erforderlichen Arbeitstemperatur muß sich auch das eingesetzte Flußmittel dazu eignen. Es sind hauptsächlich organische oder anorganische Säuren, die in der Lage sind, Metalloxide zu lösen, die Oberflächenspannung des Lötzinns herabzusetzen und sie müssen - ganz wichtig -  bereits unterhalb der für den Lötvorgang erforderlichen Arbeitstemperatur wirksam werden. D.h., sie dürfen  bis zur Arbeitstemperatur nicht verdampfen oder sich chemisch zersetzen.                  
  • Die Wirksamkeit des eingesetzten Flußmittels läßt sich ganz einfach am Ausbreiten des fließenden Lotes und der erzielten Kapillarwirkung messen. Dieser kapillare Fülldruck von Spalten hängt in hohem Maß von der Breite der Spalten ab. Im Fahrzeugmodellbau sollten diese Spalten erfahrungsgemäß 0,3mm nicht überschreiten.  Aus der Vielzahl der entwickelten Flußmittel für das Löten von Messing, Kupfer und Neusilber kann ich die 20%ige Phosphorsäure empfehlen. Sie ist vergleichsweise unschlagbar in ihrer Wirkung.                   Beim Einsatz von Lötpaste kann Flußmittel entfallen, nicht aber die Reinigung der zu verbindenden Bauteile.     Ich hoffe, damit auch hinreichend erklärt zu haben, warum organische, nicht korrosive Flußmittel, die z.B. durchaus beim Bestücken von Leiterplatten ihre Berechtigung haben, für den Bau von Messingmodellen nicht oder nur bedingt tauglich sind. 
  • das Erreichen der Arbeitstemperatur und des Schmelzpunktes des Lotes.   Weichlote sind nach DIN 1707 genormt. Sie sind Legierungen mit einem je nach Bedarf wechselnden Anteil von Zinn, Blei, Kupfer u. einigen weiteren Elementen. Ihr Schmelzpunkt liegt zwischen 180°C und 235°C. Bewährt hat sich 0,5 oder 1mm starker, bleihaltiger, mit Kolophonium gefüllter Lötdraht. Nun besteht das Geheimnis des Lötvorganges darin, die zu verlötenden Bauteile auf diese Temperaturen (Arbeitstemperatur) zu bringen, damit der Fließvorgang und die kapillare Wirkung des Lötzinns/der Lötpaste einsetzen kann.  Dazu wird in kurzer Zeit möglichst viel Wärme benötigt. Die Leistung des Lötkolbens/der Lötstation sollte deshalb nach meinen Erfahrungen nicht unter 50 Watt liegen, um auch mal größere Verbindungen herstellen zu können. Bei massiven Metallbauteilen können diese Anforderungen bis zu 80 oder 100 Watt gehen, wenn man nicht mit der Flamme vorwärmen kann oder will. Ich habe mir dazu neben der Lötstation noch extra leistungsstarke Lötkolben zugelegt. Die Lötspitzen dürfen auch nicht zu schmal oder zu spitz sein, weil das die Wärmezufuhr an die Bauteile negativ beeinträchtigt bzw. die Zeit bis zum Erreichen der Arbeitstemperatur erhöht.                                                               Sind dagegen nur 0,2/0,3mm starke Bleche zu verbinden, dann kann man die Lötstation entsprechend herunterregeln oder einen Elektroniklötkolben einsetzen.                                                                                               Einige Modellbaukollegen schwören auf den Einsatz von Lötstationen als den Garant für gelungene Lötungen. Das ist, gelinde gesagt, Unsinn. Sie erleichtern lediglich den Umgang mit dem Lötkolben und können bei langem Einsatz durch die mögliche Regelung der Leistung ein wenig Strom sparen.   Wichtig im Modellbau ist einzig und allein schnell transportierte, ausreichend große Hitze, völlig egal, ob der Lötkolben an einer Lötstation oder direkt an einer Steckdose angeschlossen ist. 

Einen wichtigen Hinweis zum Löten von dünnen Messing- oder Neusilberblechen möchte ich an dieser Stelle noch loswerden:

Es passiert dem Modellbauer oft, daß sich 0,2 oder 0,3mm starke Bleche, insbesondere aus Ätzplatinen, beim Zusammenlöten verziehen. Sie werden wellig oder verlieren z.B. ihren Bogenradius, weil sie zum Waggondach vorgebogen waren.

Dieser unangenehmen Erscheinung kann man vorbeugen, in dem man die Bleche vor dem Löten mit der Flamme auf Arbeitstemperatur erhitzt, aber nicht ausglüht. Damit verlieren sie ihren federnden Charakter und die Verspannungen, wie sie beim punktuellen Erhitzen mit dem Lötkolben auftreten können, werden vermieden. Sie bleiben "in Form"!

Im Bild ein Beispiel zur Verlötung eines massiven Dampfdomes mit dem Kesselblech durch Flammlöten. Als Hilfsvorrichtung wirkt hier eine extra angefertigte Klammer aus Flachstahl. Die Kontaktflächen wurden mit Phosphorsäure benetzt. Bei solchen Lötungen muß die Flamme immer auf das massive Bauteil gerichtet werden, um es auf Arbeits-temperatur zu bringen. Das Kesselblech erwärmt sich nebenher und ebenso schnell.

Hat man keine Lust, extra noch den Lötkolben anzustellen, dann langt es auch, wenn man das Stück Lötzinn (wie im Bild) an die Lötfuge legt.

Aber Vorsicht!

Die Flamme darf vor dem Erreichen der Arbeitstemperatur im Dampfdom und im Kesselblech auf keinen Fall auf das Lötzinn gerichtet werden. Die fatalen Folgen wären das vorzeitige Schmelzen des Lötzinns, die Bildung einer Kugel mit erhöhter Oberflächenspannung und demzufolge trotz vorhandener Flußmittel kein kapillares Einziehen in den Lötspalt.

Auf den folgenden Bildern sind einige Lötarbeiten mit Lötkolben im Mikro - Bereich zu sehen. Allen gemeinsam ist: Gaaaaanz wenig Lötzinn, gut benetzen mit Phosphorsäure und anschließend  im mit Fettlöser versetztem Wasserbad reinigen.

Oder die Herstellung eines vergitterten Fensters für einen kombinierten Personen- und Gepäckwaggon:

Noch ein Beispiel für die Herstellung von gleichförmigen Messingblechen in relativ kurzer Zeit und ohne den Arbeitsschritt "Ätzen". Denn geätzt wird heute schon, wenn man nur 3 Formbleche zum Bau irgendeines Modells benötigt. Handarbeit ist weitgehend verpönt oder wird wegen des Arbeitsaufwandes gescheut.

Geplant waren ca. 20 kreisrunde Blechscheiben mit einem Durchmesser von 8,3 mm. Dazu habe ich die entsprechende Anzahl quadratischer Blechstücke zusammen mit einem Stück Rundmaterial eingespannt.

Beabsichtigt war Flammlöten:

Und sollte es trotz verschiedener erfolgloser Lötversuche immer noch Probleme geben:

Einfach fragen!