Lötgerechte Konstruktion

Die Konstruktion eines Bauteiles ist abhängig von vielen Faktoren. Wird das Bauteil durch einen Lötprozess hergestellt, kommen lötspezifische Faktoren hinzu, die sich hauptsächlich aus der Auswahl des zu verwendenden Lotes und des Lötverfahrens ergeben.

Hierzu sollten die folgenden Überlegungen in der aufgeführten Reihenfolge durchgeführt werden [1, 2]:

  1. Klärung der Betriebsbeanspruchungen (Belastungsart, Belastungsgröße, Belastungsrichtung, Medien, Temperaturen)
  2. Festlegung der Grundwerkstoffe
  3. Auswahl von Lot und Lötverfahren (siehe auch „Grundlagen des Lötens“ und „Lötverfahren“)
  4. Festlegung der Lötspaltbreiten in Abhängigkeit von Lot und Lötverfahren

Lötspaltbreiten

Für die unterschiedlichen Lötverfahren werden Spaltbreiten nach Tabelle 1 empfohlen [1]. Je nach ausgewähltem Lot können diese in den aufgeführten Bereichen noch gesondert festgelegt werden. Zu beachten ist, dass diese Spaltbreiten bei Löttemperatur eingehalten werden müssen. Bei der Verwendung unterschiedlicher Grundwerkstoffe für eine Lötverbindung ist der Lötspalt bei Löttemperatur verschieden vom Lötspalt bei Raumtemperatur. Dies liegt an den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Grundwerkstoffe.

Lötverfahren Spaltbreite [mm]
Vakuumlötung 0 – 0,1
Schutzgaslötung 0 – 0,2
Flussmittellötung, automatisch 0,05 – 0,2
Flussmittellötung, manuell 0,05 – 0,5
Tabelle 1: Spaltbreiten in Abhängigkeit vom Lötverfahren

Dimensionieren von Lötstellen

Lötstellen sollen genauso belastbar sein wie der Grundwerkstoff selbst. Die Berechnung der Lötverbindungen erfolgt nach den Regeln der Festigkeitslehre. Generell kann man mit folgenden Festigkeiten für ordnungsgemäß konstruierte und durchgeführte Hartlötverbindungen bei einem Spaltfüllgrad von 80 % rechnen [3, 4, 5]:

Zugfestigkeit: 200 MPa (N/mm2)
Scherfestigkeit: 100 MPa (N/mm2)

Detaillierte Festigkeitsangaben sind teilweise in den Lieferprogrammen und technischen Datenblättern von Lotlieferanten enthalten. Gegebenenfalls sind gesonderte Prüfungen durchzuführen.

Um die Grundwerkstofffestigkeit bei Überlappverbindungen zu erreichen, sollte die Überlappungslänge das Drei- bis maximal Sechsfache der dünnsten Blechdicke des zu lötenden Werkstückes betragen. Den Minimalwert, das Dreifache der Wanddicke, wählt man bei Werkstoffen mit relativ geringer Eigenfestigkeit (z. B. Kupfer). Der Maximalwert, das Sechsfache der Wanddicke, gilt für hochfeste Stähle [6]. Es existieren darüber hinaus auch Nomogramme zur Bestimmung der optimalen Überlappungslänge [1].

Bild: Beispiele von Überlappverbindungen
Bild 1: Beispiele von Überlappverbindungen

Konstruktionsregeln

Für das Hartlöten gelten insbesondere die folgenden Konstruktionsregeln:

  • Parallelwandige Stoßkanten vorsehen (siehe Bild 2)
  • Lot muss beim Schmelzen Kontakt zum Lötspalt erhalten
  • Lotfließwege sind so kurz wie möglich halten
  • Werkstücke möglichst selbstfixierend gestalten
  • Berücksichtigung der Dimensionsänderung durch Wärmeausdehnung (Spaltbreiten nach Tabelle 1 müssen bei Löttemperatur eingehalten werden)
  • Platzwechsel Lot-Flussmittel ermöglichen (Vermeidung von Flussmitteleinschlüssen)
  • Sprunghafte Querschnittsänderungen an höherbeanspruchten Lötstellen vermeiden
  • Entgratungsfasen klein und flach halten, damit sie mit Lot aufgefüllt werden können

Die aufgeführten Konstruktionsregeln werden ausführlich in den Literaturstellen 1, 2, 4 und 6 dargestellt und anhand von Konstruktionsbeispielen erläutert. Des Weiteren beschäftigen sich die Normen DIN 65169 [7] und DIN EN 14324 [8] u. a. mit der Konstruktion von Hartlötverbindungen.

 

Bild: Beispiele für schlechte (links) und verbesserte (rechts) Stoßkantenausführung [2]
Bild 2: Beispiele für schlechte (links) und verbesserte (rechts) Stoßkantenausführung [2]

Literatur

[1] Lötgerechtes Gestalten – 

Veröffentlichung der Umicore AG & Co. KG
[2] Hartlöten – Eine Einführung

Erarbeitet vom Arbeitskreis „Schulungsunterlagen“ und der Arbeitsgruppe V6.1 „Hartlöten“ im Ausschuss für Technik des DVS

Herausgegeben von der Fachgesellschaft „Löten“ im DVS

ISBN 978-3-87155-839-9, DVS Media GmbH, Düsseldorf
[3] Auswahlregeln für Lote und Flussmittel 

Veröffentlichung der Umicore AG & Co. KG
[4] Hart- und Hochtemperaturlöten

Die Schweißtechnische Praxis, Band 20

Paul Zaremba

DVS Verlag GmbH Düsseldorf, 1988
[5] Technik die verbindet Nr. 36

Veröffentlichung der Degussa AG
[6] Technik die verbindet Nr. 9

Veröffentlichung der Degussa AG
[7] DIN 65169

Luft- und Raumfahrt

- Hart- und hochtemperaturgelötete Bauteile -

Konstruktionsrichtlinien
[8] DIN EN 14324

- Hartlöten -

Anleitung zur Anwendung hartgelöteter Verbindungen