Elektrischer Lötkolben

Ein elektrischer Lötkolben ist ein durch elektrischen Strom beheiztes Werkzeug, meist eine Kupferspitze, die ein Widerstandsdraht erwärmt, und dient dazu, Lot, eine Zinnlegierung, auf einer Verbindungsstelle zu schmelzen, damit Drähte und Bauteile zusammenhalten und Strom leiten. Im Feuer erhitzte Lötkolben fügten schon im 12. Jahrhundert die Bleiruten von Glasfenstern zusammen; 1880 meldete Charles Ball einen durch elektrischen Strom beheizten Kolben zum Patent an.

Was es ist

Weichlöten verbindet Metallteile mit einem Zusatzmetall, dem Lot, das bei einer viel niedrigeren Temperatur schmilzt als die Teile selbst. Die Teile werden erhitzt, bleiben aber fest; das flüssige Lot fließt zwischen sie, benetzt ihre Oberflächen und erstarrt zu einer Verbindung, die hält und Strom leitet. In der Elektronik befestigt es die Anschlussdrähte von Bauteilen am Kupfer einer Leiterplatte und verbindet Drähte.

Das traditionelle Elektroniklot bestand aus Zinn und Blei: Die Legierung aus 63 Teilen Zinn und 37 Teilen Blei schmilzt bei 183 °C. Bleifreie Lote aus Zinn mit etwas Silber und Kupfer schmelzen bei etwa 217 bis 220 °C. Elektroniklot wird als dünner Draht verkauft, dessen Seele ein Flussmittel enthält, meist Kolophonium, ein Harz aus Kiefern. Der elektrische Lötkolben liefert die Wärme: eine Kupferspitze, von hinten durch eine Wicklung aus Widerstandsdraht beheizt, deren Ende man an die Lötstelle führt.

Wie es funktioniert

Das Heizelement ist ein Widerstandsdraht, der um den hinteren Teil der Kupferspitze gewickelt und durch Glimmer oder Keramik von ihr isoliert ist. Fließt Strom, wandelt der Draht elektrische Energie in Wärme um, wie jeder Widerstand. Die Spitze besteht aus Kupfer, weil es Wärme sehr gut leitet: Sie bleibt heiß, während sie Wärme an die Lötstelle abgibt. Ihr Ende ist mit einer dünnen Lotschicht überzogen, der Verzinnung. Eine saubere, verzinnte Spitze gibt die Wärme über ein kleines Bad aus flüssigem Lot an die Lötstelle weiter, was eine trockene oder verschmutzte Spitze nicht kann.

Die Spitze erwärmt Pad und Draht gemeinsam; das Lot wird an die Lötstelle geführt und schmilzt dort.

An der Luft überziehen sich Metalle mit einer Oxidschicht, auf der flüssiges Lot nicht haftet. Das Flussmittel schmilzt zuerst, löst diese Schicht und schützt die Stelle, solange sie heiß ist. Dann kann das Lot das blanke Metall benetzen: Es breitet sich auf der Oberfläche aus, statt sich zu einer Kugel zusammenzuziehen, und verbindet sich beim Abkühlen mit ihr. Für eine gute Lötstelle müssen also die Teile selbst heiß genug sein, um das Lot zu schmelzen. Lot, das an der Spitze geschmolzen und auf eine kalte Stelle getragen wird, liegt nur obenauf, ohne sich zu verbinden: eine kalte Lötstelle.

Ein zu heißer Kolben verbrennt das Flussmittel, bevor es wirken kann, und erzeugt mehr Rauch. Viele Lötkolben haben daher einen Thermostat, der die Spitze auf einer gewählten Temperatur hält, heiß genug für das verwendete Lot und nicht heißer.

So geht’s

So stellen Sie eine Lötstelle mit einem gekauften elektrischen Lötkolben her, der ein anerkanntes Sicherheitszeichen trägt und einen eigenen Ständer hat. Nehmen Sie Lötdraht mit Kolophoniumseele, möglichst bleifrei, und üben Sie an zwei Drähten oder an einer alten Platine. Arbeiten Sie an einem Tisch mit hitzebeständiger Unterlage, in einem gut gelüfteten Raum, mit einem kleinen Ventilator oder einer Absaugung, die den Rauch von Ihrem Gesicht wegzieht.

Lassen Sie den Kolben im Ständer aufheizen. Wischen Sie die Spitze an einem feuchten Schwamm oder an Messingwolle ab und berühren Sie sie mit dem Ende des Lötdrahts: Sie soll blank und silbrig werden. Reinigen Sie die zu verbindenden Teile. Verdrillen Sie die beiden Drähte oder stecken Sie den Anschluss eines Bauteils durch sein Loch in der Platine. Setzen Sie die Spitze so an, dass sie beide Teile zugleich berührt, das Kupferpad und den Draht, einen kurzen Augenblick lang. Führen Sie den Lötdraht von der Gegenseite an die Lötstelle, nicht an die Spitze. Ist genug Lot herumgeflossen, nehmen Sie zuerst den Lötdraht weg, dann den Kolben. Bewegen Sie die Teile nicht, bis das Lot erstarrt ist.

Eine gute Lötstelle: Das Lot hat Pad und Draht benetzt und ist zu einem glatten, hohlflankigen Kegel erstarrt.

Eine gute Lötstelle ist glatt und bildet einen kleinen Kegel mit hohlen Flanken, wobei das Lot auf Pad und Draht ausläuft. Bleifreies Lot sieht matter aus als Zinn-Blei. Eine Lotkugel auf dem Pad oder eine graue, körnige Oberfläche zeigt, dass die Stelle zu kalt war oder sich beim Erstarren bewegt hat: Erwärmen Sie sie erneut mit etwas frischem Lot. Kneifen Sie den überstehenden Draht ab.

Die Spitze ist heiß genug, um die Haut sofort zu verbrennen und Papier und Stoff zu entzünden: Legen Sie den Kolben immer in den Ständer, nie auf den Tisch, halten Sie die Leitung von der Spitze fern und ziehen Sie den Stecker, wenn Sie aufhören. Der Rauch von Kolophonium-Flussmittel ist eine häufige Ursache von Berufsasthma: Halten Sie den Kopf aus dem aufsteigenden Rauch und saugen Sie ihn ab. Zinn-Blei-Lot enthält Blei: Waschen Sie sich nach dem Löten die Hände und essen oder trinken Sie nicht am Arbeitsplatz. Tragen Sie eine Schutzbrille, denn abgekniffene Drahtenden und heißes Flussmittel können wegspritzen. Löten Sie nie an einer eingeschalteten Schaltung, und öffnen oder reparieren Sie nie Geräte, die am Stromnetz betrieben werden.

Geschichte und Entwicklung

Ein Lötkolben, wie Theophilus ihn beschreibt, mit einem Stab aus Zinnlot.

Löten ist viel älter als die Elektrizität. Im frühen 12. Jahrhundert beschrieb ein Mönch, der unter dem Namen Theophilus schrieb, wie Glaser bunte Glasfenster zusammensetzten. Die Glasstücke saßen in Bleiruten, und die Verbindungen wurden mit einem „Lötkolben“ gemacht, lang und schlank, mit dickem, rundem Kopf und kleiner Spitze, gefeilt, verzinnt und im Feuer erhitzt. Das Lot bestand aus gegossenen Zinnstäben mit einem Fünftel Blei, und Wachs diente als Flussmittel. Klempner und Blechschmiede arbeiteten lange auf dieselbe Weise. Die Werkstatt der Familie Dominy auf Long Island, deren Werkzeuge das Winterthur Museum bewahrt, besaß Lötkolben aus Kupfer und Eisen, gefertigt zwischen 1800 und 1812. Man benutzte zwei Kolben abwechselnd, einen im Feuer, während der andere arbeitete, mit Harz oder Borax als Flussmittel.

Die elektrische Heizung machte das Feuer überflüssig. Am 13. Dezember 1880 meldete Charles E. Ball aus Philadelphia einen Lötkolben zum Patent an, dessen Spitze Teil eines Stromkreises war. Zwei gegeneinander isolierte Kupferstäbe im Griff führten den Strom einer Batterie oder einer Dynamomaschine zu einer Platinspitze, die der Strom so stark erhitzte, dass sie das Hartlot der Juweliere schmolz, eine Arbeit, für die man bis dahin ein Lötrohr brauchte. Am 5. November 1889 meldete Willard Miner aus Plainfield in New Jersey einen Lötkolben mit eigener Heizwicklung zum Patent an: einen massiven Kupferkopf mit einer Wicklung aus Neusilberdraht, die einen verjüngten Teil umgab, ohne ihn zu berühren, in einer isolierenden Hülle. 1893 ließ Samuel Jenkins aus Boston für die American Electric Heating Company einen Kolben mit Kupferkern und darum geführtem Heizdraht patentieren, für Spannungen bis 220 Volt. Solche Kolben verbreiteten sich mit der Elektrizität in den Werkstätten, und der Rundfunk, dann die gesamte Elektronik machten den kleinen Lötkolben mit Kolophonium-Röhrenlot zum Grundwerkzeug.

Gesundheitsfragen veränderten später die Werkstoffe. Die Europäische Union verbot ab dem 1. Juli 2006 Blei in den meisten neuen Elektro- und Elektronikgeräten, und bleifreie Lote, die bei höheren Temperaturen schmelzen, wurden für die dort verkauften Geräte zur Regel.