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Die Erfindung bezieht sich auf die Ausbildungen von Lötkolbenspitzen,
insbesondere für elektrische Lötkolben, aus Kupfer mit einer galvanisch aufgebrachten
Oberflächenveredlung aus einem oder meh> reren Schwermetallen.
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Seitdem man in technischen Herstellungsmethoden, vor allem der Elektrotechnik,
zu stromschlüssigen Verbindungen durch Weichlöten mit Zinn-Blei-Legierungen oder
ähnlich wirkenden zinnhaltigen Loten Kupferspitzen benutzt, die nach irgendeiner
Methode erhitzt werden, hat. der Verbrauch, d. h. die schnelle Abnutzung und geringe
Lebensdauer vier Kupferspitzen immer wieder zu Störungen Anlaß gegeben. Erst seit
etwa 15 Jahren sind sich die Fachleute darüber klar, daß Formveränderung der Spitze
die Folge der Legierungsbildürig zwischen Kupfer und dem Weichlot und darin- im
wesentlichen nur mit der Komponente Zinn und proportional deren Gehalt ist. Seit
mehreren Jahrzehnten hat man Verbesserungen gesucht, um diesen Fehler zu verringern
oder ganz auszuschließen.
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Man hat unzählige Versuche mit verschiedenen Cu-Legierungen und Sinterlegierungen
gemacht, die zwar eine höhere Standfestigkeit der Spritzen brachten. Sie konnten
aber wegen der schlechteren Wärmeleitfähigkeit solcher Stoffe wenigstens bei elektrischen
Lötkolben nicht verwendet werden, da die wärmeverbrauchende Lötreaktion durch solche
Stoffe wegen ihrer schlechteren Wärmeleitfähigkeit stark verzögert wurde. Man erzielte
zwar eine mehrfache Standfestigkeit, aber der Nutzeffekt des Lötgerätes wurde stark
verringert: Methoden der galvanischen Vernickelung und des überziehens mit Eisen
und Kombinationen mit -Verchromungen von Kupferspitzen haben bisher die besten Ergebnisse
gezeigt. Man erzielt dabei die 10- bis 15fache Lebensdauer bzw. Standfestigkeit
der Spitzen. Da aber der galvanische Eisenüberzug direkt auf Kupfer bei den Löttemperaturen
nicht hält, muß man schon mindestens eine Zwischenschicht aus z. B. Nickel anbringen,
damit das Abplatzen der Eisenschicht vermieden wird. Schließlich muß ein. solches
Kupferstück nach Vernickeln und/oder überziehen mit Eisen auch noch galvanisch verchromt
werden, damit Oxydationserscheinungen der Eisenschicht auf dem Kupferstück direkt
an der Wärmequelle weitgehendst vermieden werden. Es ist nun einleuchtend (s. F
i g.1), daß der Wärmeübergang: Wärmequelle 5 - Chromschicht 8 -Eisenschicht 9 -
Nickelschicht 10 - Kupfer 7 vom Heizmantel 5 des Lötkolbens auf das Kupferstück
7 (Pfeil 1 in der F i g. 1), durch dieses zur Spitze 4 (Pfeil 2) und an dieser wieder
durch Nickel 10 und Eisenschicht 9 zur Lötstelle (Pfeil 3) eine fühlbare Hemmung
der Wärmeleitung bringt. Das resultiert in einer stark verlängerten Wiedererwärmungszeit
der Spitze mit dem Ergebnis einer Verlangsamung der möglichen Lötfolge. Dennoch
wäre dies tragbar, wenn nicht die größte Zahl der die Lötungen Ausführenden während
der eigentlichen Lötung zur scheinbaren Erzielung eines besseren Wärmeüberganges
auf den zu lötenden Stellen mehr oder weniger starke Reibebewegungen ausführten.
Die weichen galvanischen Schichten auf der Lötkolbenspitze werden dadurch zum großen
Teil zu frühzeitig zerstört und dadurch die Lötungen unzuverlässig. Es entsteht
damit die wichtige technische Aufgabe, eine kupferne Lötspitze mit galvanischen
Veredlungen aus Ni, Fe und Cr oder anderen Metallen herzustellen, die widerstandsfähiger
gegen durch Reibung hervorgerufenen -- Verschleiß sind. Man - -hat zwai; um die
Empfindlichkeit zu verringern, die galvanischen Schichten bis zu 500 g verstärkt,
da eine dickere Schicht langsamer abgerieben wird. Dabei mußte man in Kauf nehmen,
daß trotz der Kostenerhöhung für die Herstellung der Spitze um mehr als 100 D/o
der löttechnische Nutzeffekt sinkt.
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Die Erfindung bringt die Lösung dieser technischen Aufgabe und besteht
darin, daß die Lötkolbenspitze durch wenigstens, teilweise eingebettete feste Einlagen
von Drähten, _ die bei Betriebstemperatur der Lötspitze eine größere Härte aufweisen
als das Kupfer, in Form von Drahtwicklungen oder Drahtnetzen bewehrt ist. Vorzugsweise
bestehen die Drähte aus nicht oxydierbaren Stählen oder Legierungen der Metalle
Ni, Cr, Be, Ti, Mo, Fe, die eine geringe Legierungsbildung mit Zinn-Blei-Legierungen
aufweisen.
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F i g. 2 in vergrößertem Schnitt und F i g. 3 in Draufsicht erläutern
die Erfindung. Ein feinmaschiges Drahtnetz 6 von der Formgebung der vorderen Kupferspitze
4 ist durch einen Preßvorgang in das Kupfer eingepreßt. Das Kupfer wird vor der
Pressung weichgeglüht, z. B. Elektrolytkupfer auf über 500° C geglüht und anschließend
in Wasser abgeschreckt, um sicherzustellen, daß die einzelnen Drähte des Netzes
vollständig in die Kupferschicht eingepreßt werden (b 1 in F i g. 2). Die Arbeitsfläche
der Spitze kann auf ihrem ganzen Umfang oder auch nur an ihren beiden Breitseiten
b 1 und b 2 mit einem solchen Drahtnetz versehen sein. Im ersten Fall muß der Preßvorgang
in einer geschlossenen Form stattfinden. Statt eines Drahtnetzes kann man geeignete,
z. B. spiralförmige Drahtwicklungen auf die Lötspitze aufbringen bzw. in ihre Oberfläche
einbetten oder einpressen. In jedem Fall muß der Draht oder das Drahtnetz aus Metallen
oder Metallegierungen bestehen, die die beschriebenen Anforderungen erfüllen. Dazu
eignen sich besonders Drähte aus nicht oxydierbaren Stählen, aus bestimmten Heizleiterlegierungen
sowie harte Sinterdrähte, wie Wolfram u. ä. man kann die Drähte oder Netze direkt
oder nach kurzer galvanischer Behandlung in das weiche Kupfer einpressen.
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Bevor der Endzustand dieser Spitzen durch an sich bekannte galvanische
Verfahren wie Vernickelung; überziehen mit Eisen usw. hergestellt wird, ist es zweckmäßig,
die mit eingepreßten Netzen oder Drähten 6 versehenen Kupferspitzen 4 einem Ätzprozeß
auszusetzen, durch den bevorzugt das Kupfer ausgeätzt wird, bis die Drähte in genügender
Stärke (z. B. größenordnungsmäßig 50 #t) vorstehen (b 2 in F i g. 2). Danach werden
die Spitzen der Vernickelung (10) unterworfen, gegebenenfalls einem weiteren Überziehen
mit Eisen (9), wobei zweckmäßigerweise die gesamte aufgebrachte galvanische Schicht
11 gleich oder dicker ist als der Betrag, um den die Schutzdrähte über die Oberfläche
des Kupfermetalls vorstehen.
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Danach werden die Kupferspitzen im Tauchverfahren verzinnt. Wenn dann
bei der Lötarbeit durch Reiben und Kratzen die Dicke der galvanischen Schichten
abgerieben wird, gelangen die aus dem Kupfer vorstehenden Drähte in die Abriebebene.
Von diesem Augenblick an übernehmen die Schutzdrähte die Abriebkräfte des Lötprozesses
und schützen dadurch mechanisch die in den Zwischenräumen
der Drähte
und Maschen des Netzes befindlichen galvanischen Schichten, die ihrerseits die eigentliche
Spitze des Kupferstückes schützen.
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Messungen haben gezeigt, daß die Kupferspitzen nach vorliegender Erfindung
eine bis zu 2000% längere Lebensdauer aufweisen als im Durchschnitt die heutigen
mit Eisenüberzug versehenen Kupferlötspitzen. Das bedeutet nicht nur eine ganz wesentliche
Ersparnis an Kupfer, sondern eine Gleichmäßigkeit der Lötqualität, die bisher nicht
bekannt war.