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Verfahren zur Herstellung von Lötwerkzeugen, und Lötwerkzeug Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Lötwerkzeugen, z. B. Lötkolben oder auswechselbaren Lötkolbenspitzen sowie auf ein nach diesem Verfahren hergestelltes Lötwerkzeug.
Bekannte Lötkolben sind meist aus Kupfer gefertigt, weil dieser Werkstoff für das Löten manche vorteilhafte Eigenschaft besitzt. Einmal ist das Wärmeleitvermögen gut und zum andern wird die Fähigkeit des Kupfers, sich mit den Loten einwandfrei zu legieren, oder, wie es in der Fachsprache heisst, zu verzinnen, ausgenutzt. Anderseits haben reine Kupferlötkolben aber eine verhältnismässig kurze Lebensdauer, weil sich reines Kupfer in den normalerweise gebräuchlichen geschmolzenen Zinn-Bleiloten - in Abhängigkeit vom Zinnanteil des Lotes - mehr oder weniger rasch auflöst. Als Folge davon muss beim Gebrauch die Arbeitsfläche des Lötwerkzeuges verhältnismässig häufig nachgearbeitet werden,. was nicht nur zu einer unnötigen Belastung für den Benutzer des Lötkolbens führt, sondern wodurch der Verschleiss auch weiter gesteigert wird.
Man hat bereits verschiedene Vorschläge gemacht, um die Lebensdauer von Lötwerkzeugen zu erhöhen. So ist es bekannt, einen reinen Kupferlötkolben aussen mit einer dünnen Eisenschicht zu überziehen, wodurch die geschilderten Mängel jedoch nur teilweise beseitigt werden und damit das erstrebte Ziel auch nur zum Teil erreicht wird. Dabei muss berücksichtigt werden, dass die beim Löten in der Regel gebrauchten Flussmittel vielfach Salzsäureverbindungen enthalten, welche das Eisen angreifen. Bei der hiedurch erforderlichen Nachbearbeitung eines solchen Kolbens wird nach kurzer Zeit die äussere Eisenschicht abgetragen und das Kupfer kommt wieder mit dem Lot in Berührung, so dass damit auch der Einfluss des Eisens im Sinne einer Erhöhung der Lebensdauer des Lötkolbens aufhört.
Es ist auch bekannt, pulverartige Metallteile zur Herstellung von Lötwerkzeugen zu verwenden. Dabei werden zahlreiche Metallpartikel von hoher Wärmeleitfähigkeit - wie Kupfer - allseitig von einer dünnen Schicht eines andern Metalles umgeben, welches eine verhältnismässig geringe Löslichkeit in einem geichmolzenen Zinn-Bleilot besitzt. Die Umhüllung der innen liegenden Partikelchen der sogenannten Kerle-kann aus reinem Eisen bestehen. Solche Lötwerkzeuge stellt man wie folgt her : Die reinenKupferkerne, die elektrolytisch gewonnen werden, überzieht man gänzlich mit dem andern Metall, wobei der Überzug vielfach durch Elektroplattierung gewonnen wird. Während des Überzuges mousgen die Kerne dauernd umgerührt werden, um einen allseitigen Überzug von annähernd gleicher Stärke zu erhalten.
Es ist auch möglich, die Kupferpartikel mit einer Eisenschicht durch Verdampfen und Niederschlagen derselben im Hochvakuum zu überziehen. Auch in diesem Fall ist eine ständige Bewegung der Kerne erforderlich.
Sobald der Überzug gebildet ist, muss eine umständliche und zeitraubende Nachbehandlung der Kerne erfolgen. Sofern die Elektroplattierung zur Bildung des Überzuges benutzt wird, ist als Nachbehandlung sine gründliche Reinigung erforderlich, durch die jede Spur der Plattierungsflüssigkeit oder auch andere ,'remde Bestandteile entfernt werden. Üblich ist ein mehrmaliges Waschen der überzogenen Kerne in leissem Wasser und ein anschliessendes Spülen in Alkohol. Nach diesem Reinigen erfolgt das Pressen der Lötwerkzeuge unter Zuhilfenahme von an sich bekannten Pressvorrichtungen und unter Zufuhr von Wärme.
; s schliessen sich noch Nachbehandlungen, wie Säubern usw., an.
Durch dieses Verfahren entsteht zwar ein Lötwerkzeug, dessen Lebensdauer im Vergleich mit den aus einem Kupfer gefertigten grösser ist, jedoch sind die zur Erreichung dieses Zieles aufzuwendenden Mittel
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derart hoch, dass von einem wirtschaftlichen Verfahren kaum noch gesprochen werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass das Überziehen der einzelnen Kerne, also von Metallteilcnen mit einem hohen Wärmeleitvermögen mit einer mehr oder weniger dünnen
Schicht eines andern Metalles mit geringer Löslichkeit in Zinn-Bleiloten für die Erzeugung eines Lötkol- bens mit verhältnismässig langer Lebensdauer nicht die von der Fachwelt bisher angenommene Voraus- setzung ist.
Die Erfindung dagegen zeigt einen Weg, wie man unter Verwendung von pulverförmigen Aus- gangsstoffen, aber unter Fortfall des Überziehens der Kerne, Lötwerkzeuge mit längerer Lebensdauer und guten löttechnischen Eigenschaften erzeugen kann. InAuswertung dieser Erkenntnis wird erfindungsgemäss im wesentlichen vorgeschlagen, das Metallpulver hoher Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise Kupfer, mit dem pulverförmigen Metall geringerer Löslichkeit in dem Lot, vorzugsweise Eisen, mechanisch innig mit- einander zu vermischen, worauf das Gemisch in an sich bekannter Weise in die gewünschte Form des Löt- werkzeuges gepresst wird, u. zw. zur Beseitigung der Porosität unter hohem Druck, worauf das Werkzeug zwecks Sinterung auf eine Temperatur erwärmt wird, die unterhalb des Schmelzpunktes des niedrigst schmelzenden der verwendeten Metalle liegt.
Hiedurch ist das Herstellungsverfahren für Lötwerkzeuge wesentlich vereinfacht und wirtschaftlich gestaltet. Vor allem entfällt das Überziehen der Metallpartikel- chen und das daran anschliessende mehrfache Reinigen und Nachbehandeln der überzogenen Partikelchen.
Es ist zwar bereits ein Lötkolben bekannt geworden, der mindestens an der mit dem Lot in Berührung kommenden Stelle aus Legierungen des Kupfers mit schwer oxydierbaren Metallen, wie Silber, hauptsächlich aber Nickel oder Nickel und Zink (z. B. Neusilber) besteht, die das Lot gut aufnehmen, der aber neben Vorteilen noch Nachteile aufweist. Da dieser vorbekannte Lötkolben nicht aus pulverförmigen Ausgangsstoffenhergestellt ist, kann er nur in verhältnismässig wenigen und einfachen Formen hergestellt werden.
Sofern man Neusilber verwendet, besteht der Mangel, dass sich der Zinkanteil im benetzten Lötzinn auflöst. Auch beeinträchtigt das Zink das Fliessvermögen des Lötzinns. Silber löst sich ähnlich wie reines Kupfer in den normalerweise gebräuchlichen, geschmolzenen Zinn-Bleiloten. Chrom wiederum hat den Nachteil, dass es nur schwer benetzbar ist, während Nickel verhältnismässig teuer ist, so dass aus ihm in wirtschaftlicher Weise keine Lötkolben hergestellt werden können.
Versuche haben ergeben, dass der prozentuale Anteil der beiden pulverförmigen Stoffe zur erfindungsgemässen Herstellung eines Lötwerkzeuges zwischen 10 bis 90 Cew.-% Eisenpulver, den Rest Kupferpulver, liegen kann, vorzugsweise wird ein Gemisch mit gleichen Teilen Eisen- und Kupferpulver verwendet. In dem gemäss der Erfindung hergestellten Lötwerkzeug liegen die pulverförmigen Metallteilchen frei, d. h. ohne Überzug, nebeneinander.
Eingehende Versuche mit dem erfindungsgemässen Lötwerkzeug haben ergeben, dass die Lebensdauer im Vergleich mit aus reinem Kupfer bestehenden Lötkolben wesentlich erhöht ist. Dies lässt sich verhältnismässig leicht dadurch feststellen, dass man die zu untersuchenden, unterschiedlichen Lötkolben unter gleichen Bedingungen während einer bestimmten Zeit in ein Bad aus Lötzinn, beispielsweise bei 3500C eintaucht und im Anschluss daran die Gewichtsabnahme überprüft.
Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich sowohl zur Herstellung ganzer Lötwerkzeuge als auch nur zur Erzeugung von Teilen davon, beispielsweise zum Herstellen von Lötkolbenspitzen, benutzen. Die letztgenannte Möglichkeit ist deshalb von wesentlicher Bedeutung, weil man bereits auf dem Markt befindliche, reine Kupferlötkolben nachträglich mit einer Lötkolbenspitze versehen kann, welche nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt ist, wodurch sich auch die Lebensdauer dieser Geräte wesentlich vergrössern lässt, d. h. die Vorteile der Erfindung können somit auch bei älteren, bereits im Gebrauch befindlichen Lötwerkzeugen ausgenutzt werden.
Die Verbindung der Lötkolbenspitze mit dem eigentlichen Lötkolben kann auf verschiedene, an sich bekannte Art und Weise erfolgen, beispielsweise durch eine Madenschraube oder aber auch durch einen Bajonettverschluss.
Bei einem Lötwerkzeug mit einer nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Lötkolbenspitze ist es besonders wichtig, einen Ausgleich der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten der beiden benutzten Stoffe zu erzielen und einen Wärmestau in dem Lötwerkzeug zu vermeiden. Dieser nachteilige Wärmestau wird gemäss der Erfindung dadurch vermieden, dass an dem der Arbeitsfläche abgekehrten Ende der Lötkolbenspitze, das an den Schaftteil des Lötkolbens bzw. den vorzugsweise aus Kupfer bestehenden Kolbenhaaptkörper angrenzt, eine Zwischenschicht aus einem Werkstoff mit einem zwischen den Wärmeleitwerten der benachbartenZonen gelegenen Wärmeleitvermögen angeordnet ist. Es wird dadurch im wesentlichen ein stafenloser Übergang der Wärme vom Kupfer auf die Spitze des Kolbens erreicht.
Es gehört zwar zum Stand der Technik, zur Erhöhung der Festigkeit von aus pulverförmigen Ausgangsstoffen he : gestelltenMetallartikeln ein Sinterungsverfahren anzuwenden. Im Endergebnis wird dabei häufig eine porige Struktur angestrebt, um z. B. Lagerhülsen mit Öl tränken und ihre Laufeigenschaften verbessern
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zu können. Für Lötwerkzeuge ist aber eine porige Struktur besonders unerwünscht, da einerseits die Wärmeleitfähigkeit herabgesetzt wurde, anderseits würde ein zur Lötung verwendetes Flussmittel von dem Lötwerkzeug absorbiert werden.
Ein Sinterungsverfahren ist auch für die Herstellung von elektrischen Leitern bekannt. Hier werden mehrere pulverförmige Werkstoffe - meist Kupfer und Eisen - miteinander vereinigt, von denen der eine ein gutes Leitvermögen für den elektrischen Strom und der andere gute mechanische Eigenschaften besitzt. Die elektrischen Leiter werden dabei wie folgt gefertigt : Zunächst wird eine homogene Mischung aus sehr reinem Eisen- und Kupferpulver hergestellt, die nachfolgend durch Kaltpressen zu Barren oder Stangen umgeformt wird. Es schliesst sich ein Ausbrennen, vorzugsweise in einer Atmosphäre von Wasserstoff an.
Danach folgen mehrere Bearbeitungsvorgänge der Barren oder Stangen, wie Strecken oder Ausziehen zum Draht, wobei zwischen den einzelnen Arbeiten Wärmebehandlungen der Zwischenpro- dukte erfolgen. Die Auswahl der pulverförmigen Werkstoffe, der prozentuale Anteil des jeweiligen Pul- ven in der Gesamtmischung sowie die Verarbeitung bis zum endgültigen Produkt-einem Leiter für elektrischenstrom-richten sich nach gänzlich andern Gesichtspunkten als beim erfindungsgemässen Verfahren zur Herstellung von Lötkolben. Die bei der Herstellung von elektrischen Leitern nach einem Sinterungsverfahren gewonnenen Erkenntnisse können daher nicht ohne weiteres bei der Herstellung von Lötkolben ausgenutzt werden, vielmehr bedurfte es hiefür noch erfinderischer Überlegungen.
Schliesslich ist es bekannt, an einem Lötkolben die Spitze auswechselbar anzubringen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung seien an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Lötkolbens erläutert. Der Lötkolben hat einen an sich bekannten Aufbau und umfasst einen Handgriff 1, der aus einem wärme- und stromisolierenden Werkstoff, beispielsweise aus Holz, gefertigt ist. An den Handgriff 1 schliesst sich ein rohrförmiger Metallschaft 2 an, welcher die abnehmbare Spitze 3 des Lötwerkzeuges trägt. Innerhalb des Schaftes ist in an sich bekannter Weise eine elektrische Heizspirale oder auch eine andere Wärmequelle angeordnet, die Strom von einer Energiequelle über eine Zuleitung 4 erhält. Die Spitze 3 kann beispielsweise an den Schaft 2 durch eine der Einfachheit halber nicht mit dargestellte Madenschraube befestigt werden.
Die Bohrung zur Aufnahme der Schraube ist im Bund 5 des Schaftes 2 vorgesehen.
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und Eisenpulver u. zw. in einem der vorstehend angegebenen Mischungsverhältnisse.
Wie bereits erwähnt, ist die dargestellte Ausführung nur eine beispielsweise Verwirklichung der Erfindung und diese nicht darauf beschränkt. Vielmehr sind noch mancherlei andere Ausführungen und Anwendungen möglich. So kann insbesondere die Form und Gestalt des Lötkolbens in mannigfacher Weise abgeändert werden, beispielsweise kann an Stelle des dargestellten Spitzenkolbens auch ein an sich bekannter Hammerkolben od. dgl. Verwendung finden. Auch ist es möglich, nicht nur die Spitze 3 des Lötwerkzeuges, sondern den gesamten Metallteil desselben nach dem erfindungsgemässen Verfahren zu fertigen.
PATENTANSPRÜCHE;
1. Verfahren zur Herstellung von Lötwerkzeugen, z. B. Lötkolben oder auswechselbaren Lötkolbenspitzen, aus mindestens zwei pulverförmigen Metallen, von denen das eine eine hohe Wärmeleitfähig- keit und das andere eine geringere Löslichkeit in den zu verarbeitenden Loten besitzt und die gepresst md gesintert werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver hoher Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise Kupfer, mit dem pulverförmigen Metall geringerer Löslichkeit in dem Lot, vorzugsweise Eisen, nechanisch innig miteinander vermischt wird, worauf das Gemisch in an sich bekannter Weise in die ge- qiinschte Form des Lötwerkzeuges, u. zw.
zur Beseitigung der Porosität unter hohem DrucK, gepresst wird, worauf das Werkzeug zwecks Sinterung auf eine Temperatur erwärmt wird, die unterhalb des Schmelzpunktes des niedrigst schmelzenden der verwendeten Metalle liegt.