Lötverbindungen

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
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Werkzeuge — Blechbearbeitung

Werkzeuge Kundendienstfahrzeug

Das Löten ist ein thermisches Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von Metallen, durch das Schmelzen eines Lotes (Schmelzlöten) oder durch die Diffusion an den Grenzflächen der Werkstoffe (Diffusionslöten).
  Weichlöten - Hartlöten
Quelle: Outokumpu Copper BCZ GmbH
Die Lötverbindungen sind nicht lösbare, stoffschlüssige und elektrisch leitende Verbindungen, die mit einer schmelzbaren Metalllegierung (Lot) hergestellt werden.
Löten in der Versorgungstechnik wird bei Kupferrohren angewendet. Verbindungen und Richtungsänderungen der gas- bzw. wasserführenden Leitungen werden mit Lötformstücken (Fittings) ausgeführt. Je nach dem Einsatzzweck ist Hart- oder Weichlöten vorgeschrieben, wobei man bei Temperaturen unter 450 °C von einer Weichlötung und ab 450 °C von einer Hartlötung spricht. Zum Löten werden unterschiedliche Lote und Flussmittel verwendet.
Trinkwasserleitungen aus Kupfer müssen bis DN 25 (CU 28x1,5) weichgelötet, ab DN 32 (CU 35x1,5) kann hartgelötet oder geschweißt werden.

Gas-, Ölversorgungs-, Heizungs- und Solarleitungen mit Vorlauftemperaturen von über 110 °C müssen immer hartgelötet werden. Leitungen in Warmwasserheizungsanlagen dürfen auch weichgelötet, aber im Estrich verlegte Fußbodenheizungsrohre sollten hartgelötet werden.

 
Hartlöten - Kapillarlöten
Mit phosphorhaltigen Hartloten können Kupfer-, Kupfer-Zinn-Legierungen und Silber ohne Flussmittel gelötet werden. Der Selbstfließeffekt des in der Haustechnik üblichen Silfos-Hartlot bzw. Kupferlot entsteht durch das einlegierte Phosphor. Dieser reagiert beim Schmelzen des Lotes mit Luftsauerstoff zu Phosphorpentoxid, das sich mit demauf der Kupferoberfläche gebildeten Kupferoxid zu Kupfermetaphosphat umsetzt, das Flussmittelwirkung besitzt. Kupfermetaphosphat bildet einen dunklen, nicht wasserlöslichen Film, der korrosionschemisch unbedenklich ist. Auch deswegen müssen die Lötstellen nicht nachbehandelt werden. Aber das Kupfermetaphosphat kann mit verdünnter Schwefelsäure entfernt werden.
In Heizungs-, Trinkwasser- (ab DN 32 [CU 35x1,5]), Gas-, Solar- und Ölanlagen mit Kupferrohren sind Kupferlote (L-Cu P6 silberfrei) üblich, weil sie kostengünstig sind. Hier müssen aber für Bauteile aus Kupfer--Legierungen (Messing-, Rotguss- und Bronzearmaturen mit Lötstutzen und Fittings) Flussmittel eingesetzt werden. Der Lotspalt sollte zwischen 0,05 und 0,20 (bis 0,5 mm) liegen. Für Stähle, Eisen- und Nickel-Legierungen sollten diese Lote wegen der Ausbildung spröder Zwischenschichten (Sprödphasenbildung) nicht nicht verwendet werden.
Das Hartlöten kann mit unterschiedlichen Gasarten (in der Regel Azetylen-Sauerstoff oder Propan-Sauerstoff) ausgeführt werden. Dabei entscheiden die gewählte Gasart und die Brennerspitzengröße über die Lötzeit, die möglich kurz sein sollte. Die Arbeitstemperaturen bei dem Hartlöten mit L-Cu P6-Lot liegt zwischen 710 °C und 746 °C. Wenn die Arbeitstemperatur zu hoch ist, verbrennt der gesamte Phosphoranteil, Kupferoxid kann nicht richtig zu Kupfermetaphosphat umsetzt werden und außerdem ist die schützende Wirkung des Belages ist nicht mehr vorhanden

Sil-fos™ – Silber-Kupfer-Phosphor-Lot

Verbindungen in Kältemittelleitungen (z. B. bei der Installation von Direktverdampfer-Wärmepumpen) müssen unter Stickstoff hartgelötet werden, damit eine Zunderbildung im inneren des Rohres verhindert wird. Zunder kann zu schweren Kompressorschäden führen. Durch einen leichten Stickstofffluss beim Löten entsteht eine Reibung im Rohr, die eine Zunderbildung unterdrückt.

Grundlagen des Hartlötens: Hartlöten in sechs Schritten - Lucas-Milhaupt, Inc.

 

Kältemittelleitungen löten

Verbindungen in Kältemittelleitungen (z. B. bei der Installation von Direktverdampfer-Wärmepumpen) müssen unter Stickstoff hartgelötet werden, damit eine Zunderbildung im inneren des Kupferrohres verhindert wird. Zunder kann zu schweren Kompressorschäden und zum Dichtsetzen von Armaturen führen und ist die Grundlage von Korrosion (Anlaufen/Verzunderung) inner- und außerhalb der Rohrleitungen. Lötverbindungen, die unter Verwendung des Formierens entstehen, benötigen keine aufwendigen Nacharbeiten.
Bei dem Transport, der Installation und dem Löten von Kältemittelleitungen ist, genauso wie bei Trinkwasserleitungen, auf eine besondere Sauberkeit zu achten. Es dürfen keine Fremdstoffe (Späne, Zunder, Flussmittel, Feuchtigkeit) in das Rohrinnere gelangen. Späne und Zunder könnten den Ringdüsenspalt des Expansionsventils und den Kompressor blockieren. Flussmittel und Feuchtigkeit führen im Kältemittelkreislauf auf Dauer zur Bildung aggressiver Säuren, die z. B. die Wicklungen des Elektromotors angreifen oder Kupferplattierung bewirken.
Die Zunderbildung im Rohr wird durch eine Formierung mit einen leichten Stickstofffluss (Formiergas) beim Löten, bei dem eine Reibung im Rohr entsteht, unterdrückt.
In der Kältetechnik werden neben dem Silberlot gerne phosphorhaltige Lote (z. B. L-Ag2P [91,7 % Cu, 2 % Ag, 6,3 % P], L-CuP6 [93,8 % Cu, 6,2 % P], L-Ag5P [89% Cu, 5% Ag, 6% P]) eingesetzt. Diese können für Kupferrohre ohne Flussmittel verarbeitet werden, weil der enthaltene Phosphor (5 – 7 %) die Oxidation des Grundwerkstoffs verhindert.
Lote für tiefe Temperaturen sind nicht zugelassen.

Das Hartlöten als die empfohlene Verbindungstechnik erfolgt unter Verwendung von Hartloten nach DIN EN ISO 17672. Gegebenenfalls sind Flussmittel nach DIN EN 1045 anzuwenden. Je nach Einsatztemperatur ist also ein geeignetes Lot auszuwählen. Vor und während des Verbindungsvorgangs durch Hartlöten oder Schweißen sind die Rohrleitungen zur Vermeidung von Zunderbildung auf den Innenoberflächen mit einem trockenen Schutzgas zu spülen. Schutzgase sind z. B. Inertgase (Edelgase, Stickstoff und deren Mischungen) oder Formiergase wie beispielsweise handelsübliche Schutzgasmischungen (z. B. Stickstoff-Wasserstoff, Stickstoff-Argon, etc.). Der Wasserstoffanteil darf aus Sicherheitsgründen einen Maximalwert von 4 Vol.-% nicht überschreiten. Quelle: DKI

Hartlote für die Kältetechnik - Ralf Tschöpe, Handelsvertretung für Schweiß- und Löttechnik
Kupferrohre in der Kälte- Klimatechnik, für technische und medizinische Gase
- Deutsches Kupferinstitut Berufsverband e.V.

Formieren mit Stickstoff beim Hartlöten - Hans-Helge Peters / Harris Products Group
Lötfehler im Technologieunterricht - Dieter Schmidt, Springe

 

Formieren

Das Formieren ist ein Verfahren, durch das die Nahtwurzel während des Schweißens oder bei dem Hartlöten der Sauerstoff der Innenrohrwandung mit einem Schutzgas bzw. Formiergas ferngehalten wird. Beim Hartlöten von Kupferrohren und Kupferlegierungen (Messing [Kupfer-Zink | Cu-Zn], Rotguss [Rotmessing Kupfer-Zink-Zinn-Legierung | Cu Zn Sn]), und hier besonders bei Kältemittelleitungen, verhindert eine Formierung eine Oxidation (Zunderbildung) der Rohroberfläche an der Innenseite. Lötverbindungen, die unter Verwendung des Formierens entstehen, benötigen keine aufwendigen Nacharbeiten.


Rohrinnenoberflächen



Druckmanometer
Quelle: Harris Products Group

Ohne das Formieren bildet sich bei dem Erwärmen auf der Rohrinnenoberfläche eine helle bis dunkelbraune Verfärbung (Anlauffarben) bis hin zur Zunderbildung. Diese werden dann später, besonders durch HFKW-Kältemittel mit synthetischen Ölen, abgetragen. Die festen Zunderteile können zu Schäden an den Kälte-Armaturen, Ventilen, Mess- und Regeleinheiten führen. Die Folge ist dann ein Anlagenausfall.
Vor und während des Hartlötvorgangs sind die Rohrleitungsabschnitte, in denen Fittings installiert werden sollen, mit trockenen Inertgasen (z. B. Edelgase, Stickstoff und deren Mischungen) oder Formiergas (z. B. Stickstoff-Wasserstoff, Stickstoff-Argon) zu spülen. So bleiben Rohre oxidfrei und es kann  eine Oxidation bzw. Zunderbildung auf den Innenoberflächen des Kupferrohres und den Fittings verhindert werden. Hierbei darf der Wasserstoffanteil des Gases aus Sicherheitsgründen einen Maximalwert von 4 Vol.-% nicht überschreiten.
In der Regel wird Stickstoff zum Formieren verwendet. Das Gas wird z. B. durch das Schrader-Ventil in das System eingebracht und auf der anderen Seite durch eine Öffnung über ein Wasserbad abgelassen.

Eine Stickstoff-Gasflasche wird mit einem Druckminderer verbunden und über einen Schlauch oder ein Rohrstück an die Einfüllöffnung der Anlage angeschlossenen. Dabei ist eine Druckeinstellung nicht erforderlich. Es genügt, dass durch das eingebrachte Gasvolumen der Sauerstoff ausreichend verdrängt wird. Dabei hat sich eine Durchflussmenge von 1 - 1,4 l/min oder einem Druck von 0,10 - 0,14 bar bewährt. Das Austrittsventil an der Anlage wird dann soweit geöffnet, bis eine leichte Gas-Ausströmung erreicht ist. Erst dann beginnt man mit dem Erwärmen der Lötstelle und lässt so lange Gas einströmen, bis die Lötstelle erkaltet ist.
Ein zu hoher Gasdruck oder eine zu hohe Durchflussmenge muss vermieden werden, damit die Lötstelle nicht zu stark abkühlt, weil sonst der Lotfluss (die Kapillarwirkung) erheblich beeinträchtigt wird.

Formieren mit Stickstoff beim Hartlöten - Hans-Helge Peters / Harris Products Group

.Kupferrohr gelötet ohne und mit Formieren
Quelle: Messer Group GmbH

 
Weichlöten - Kapillarlöten

Bei dem Weichlöten (Kapillarlöten) in der Kupferrohrinstallation (Heizungs- und Trinkwasseranlagen) wird das Lot ohne Flamme in das Fitting gesogen. Dieser Vorgang setzt eine fachgerechte Ausführung voraus. Die Arbeitstemperatur (unter 450 °C) beim Weichlöten mit den Loten (S-Sn97Cu3 und S-Sn97Ag3) in der Rohrinstallation in liegt zwischen 220 bis 250 °C und ist von dem jeweiligem Lot abhängig.
Europaweit gibt es ein Weichlot (Sn5Pb93.5Ag1 [299 bis 304 °C]) und in Österreich ein SOLAR-Hochtemperatur-Weichlot (Pb93,5Ag1,5Sn5 [296 - 301 °C]), die für Lötverbindungen in thermischen Solaranlagen eingesetzt werden können. Diese Lote dürfen nicht in Trinkwasserinstallsationen eingesetzt werden, da sie Blei als Legierungsbestandteil haben. Außerdem sollen Rohrleitungen in Trinkwasserinstallationen bis 28 mm Außendurchmesser nur weichgelötet werden.
Nach DIN ISO 857-2 (2007) ist Flussmittel ein "nicht-metallischer Stoff, der, wenn geschmolzen, das Benetzen unterstützt, indem vorhandene Oxide oder schädliche Belege von den zu fügenden Oberflächen entfernt werden und ihre Neubildung während des Lötvorgangs verhindert wird". Flussmittel kann als Pulver, Paste und Flüssigkeit oder als Lot-Flussmittel-Mischung (auf Basis von Zinkchlorid und Ammoniumchlorid) vorliegen.
Der Schmelzbereich des Flussmittels sollte ca. 50 °C unter dem des verwendeten Lotes sein, wodurch die Oberfläche vor dem Benetzen und Fließen des Lotes aktiviert ist. Es gibt kein Universalflussmittel, die Zusammensetzung genau der Lötaufgabe angepasst sein.

Weichlote
Arbeitsschritte
Quelle: Deutsches Kupferinstitut e.V.
Die Arbeitsgänge beim Weichlöten
  1. entgraten
  2. Rohr kalibrieren
  3. Rohrende blank machen (Oxydschicht entfernen mit Kunststoffvlies)
  4. Fitting mit Messingbürste reinigen
  5. Flussmittel/Lötpaste auf das Rohrende auftragen
  6. zusammenstecken
  7. Lötstelle erwärmen
  8. Lot am warmen Stück ohne Flamme abschmelzen*
  9. abkühlen lassen
  10. Flussmittelreste mit feuchtem Lappen entfernen
  11. Später die Anlage fachgerecht spülen
* die Lötstelle kann auch mit einem Heißluftgebläse (Heißluftpistole) oder einer Elektrische Lötzange erfolgen.
Mögliche Fehler beim Löten
  • Rohrende innen und außen nicht entgratet
  • Weiches Rohr nicht kalibriert. Das Rohr passt nicht in den Fitting. Der Lötspalt ist kein Kapillarspalt und die Kapillarwirkung tritt nicht auf oder ist zu schwach
  • Rohrende außen und Fitting innen wurden nicht blank gemacht. Das Lot benetzt nicht und bindet nicht
  • Zu hohe Erwärmung. Das Flussmittel verbrennt
  • Ungenügende oder ungleichmäßige Erwärmung. Das Lot kann nicht benetzen und tropft ab. Das Lot fließt und bindet nicht im gesamten Kapillarspalt.
Vier Vorteile gegenüber dem Hartlöten sind:
  • die Verbindung bleibt hart (also glüht nicht aus)
  • keine Zunderrückstände im Rohrsystem
  • niedrige Arbteitstemperatur (kein Schweißgerät notwendig)
  • es entstehen auch bei einem evtl. später auftretendem niedrigeren pH-Wert in der Trinkwasserinstallation keine Probleme
 
Gefahren beim Flammlöten
Beim Gasschweißen und Flammlöten wird mit einem Brenngas-Sauerstoff-Gemisch gearbeitet. Während beim Gasschweißen ausschließlich Acetylen als Brenngas benutzt wird, kommen beim Flammlöten auch Erdgas, Propan und Wasserstoff zum Einsatz. Brenngas-Luft-Gemische mit Acetylen sind bei 300 °C zündfähig, mit Propan bei 470 °C, mit Wasserstoff bei 560 °C und mit Erdgas bei 590 °C. Eine Explosionsgefahr besteht für Brenngas-Luft-Gemische ab 2 Vol.-% Brenngasanteil.
Reiner Sauerstoff ist selbst nicht brennbar, fördert aber jede Verbrennung erheblich und führt zu einen schneller und intensiver Verbrennung. Außerdem macht es die Flamme heißer und kann Öl und Fett schlagartig zünden. Deshalb darf man Sauerstoff nie zweckentfremden, nie mit Sauerstoff belüften oder kühlen, nie mit Sauerstoff die Kleidung ausblasen, nie Öl und Fett in den Sauerstoffstrom bzw. an die Sauerstoffarmaturen bringen und vorallen nie mit öligen oder fettigen Händen in den austretenden Sauerstoffstrom greifen.

Undichtigkeiten an den Armaturen oder Schläuchen führen oft zu einem unbemerkten Austreten von Brenngas oder Sauerstoff. Deshalb muss man immer vor Beginn der Arbeit auf die Dichtigkeit aller Anschlüsse und Verbindungen achten und angeschlossene Brenner dürfen nicht in die Werkzeugkiste gelegt werden. Gasschläuche sind eine Schwachstelle und bedürfen besonderer Aufmerksamkeit. Gasschläuche müssen gegen Abrutschen von den Schlauchtüllen gesichert werden, poröse oder beschädigte Schläuche müssen ausgewechselt und die Gasschläuche müssen gegen Überfahren gesichert werden. Allgemein darf nur mit intakten Geräten gearbeitet werden und die Flaschenventile sollten langsam aber zügig geöffnet werden.

Vorsicht!
- Haut und Augenverletzungen durch umherfliegende Splitter
- Verbrühungen durch herausschießenden Wasserdampf
- Schwerhörigkeit durch den lauten Knall
Quelle: BWRmed!a
Bei Fehlbedienungen des Brenners oder bei Benutzung eines defekten Gerätes kann ein Flammenrückschlag die Folge sein. Mögliche Folgen sind ein Schlauch- oder Flaschenzerknall und Brandverletzungen des Schweißers oder/und eine Entzündung von Einrichtungsgegenstände.
Weitere Gefahren drohen durch die optische Strahlung beim Gasschweißen oder Flammlöten im sichtbaren oder infraroten Bereich. Auch ist die Blendwirkung zu beachten. Schutz bieten Schweißerschutzbrillen nach DIN 58112 Verwendungsbereich 6 ober 7 mit Schweißerschutzfilter nach DIN 4647 Schutzstufe 2-7 je nach Gasdurchsatz beim Flammlöten oder Schutzstufe 4-7 je nach Gasdurchsatz beim Gasschweißen.
Die Lärmentwicklung spielt beim Gasschweißen keine Rolle, da durch einen kleinen Brennereinsatz das Gasschweißen geräuscharm ist. Beim Flammlöten kann der Schallpegel durchaus über 85 dB(A) liegen. Deshalb sollte man entweder lärmarme Mehrlochdüsen verwenden oder Gehörschutz beim Flammlöten tragen.
Sowohl beim Gasschweißen wie beim Flammlöten entstehen bei der Verbrennung Schadstoffe, wobei die wesentlichen Gefährdungen von nitrosen Gasen (= Stickoxide = NOX) ausgeht. Nitrose Gase sind im wesentlichen NO2 (MAK: 5 ml/m3) und NO, N2O2, N2O3 und sind Reizgase mit einem stechenden Geruch, die zu Übelkeit und Kopfschmerzen und sogar zu schweren Lungenschäden führen können. Da beim Flammlöten ein Flußmittel eingesetzt wird, entstehen dort auch Fluor-, Kalium- und Borverbindungen. Bei beiden Verfahren können giftige Rauchgase beim Verarbeiten von Blei- und Kupferwerkstoffen, verzinkter oder cadmierter Teile oder farb- oder kunststoffbeschichteter Teile entstehen. Dann ist eine zusätzliche örtliche Absaugung notwendig.
Als Vorsichtsmaßnahme sollte man die Flamme nicht unnötig brennen lassen und den Brenner auch in kurzen Pausen zwischen den Arbeitsgängen abschalten. Außerdem ist eine gute allgemeine Raumlüftung notwendig und wegen dem Auftrieb der heißen Gase sollte die Entlüftungsöffnung in der Nähe der Decke angeordnet sein.


REMS Contact 2000
Quelle: REMS GmbH & Co KG

Um die Gefahren, die beim Flammenlöten auftreten können, auszuschließen, gibt es zum Weichlöten von Kupferrohren die Möglichkeit, elektrische Lötgeräte einzusetzen. Diese sind ohne bzw. mit Transformator zum direkten Anschluss an die Steckdose geeignet.
Die Geräte haben eine Lötleistung von 2000 W und erreichen eine Temperatur von 900 °C bzw. 800 °C. Mit den Lötzangen können Kupferrohre mit 6 – 54 mm bzw. 10 – 28 mm Außendurchmesser gelötet werden.


REMS Hot Dog 2
Quelle: REMS GmbH & Co KG

 
Lötverfahren - Uwe Koerbitz
SOLAR-Hochtemperatur-Weichlot (296 - 301 °C) - Österreich
Hinweis! Schutzrechtsverletzung: Falls Sie meinen, dass von meiner Website aus Ihre Schutzrechte verletzt werden, bitte ich Sie, zur Vermeidung eines unnötigen Rechtsstreites, mich umgehend bereits im Vorfeld zu kontaktieren, damit zügig Abhilfe geschaffen werden kann. Bitte nehmen Sie zur Kenntnis: Das zeitaufwändigere Einschalten eines Anwaltes zur Erstellung einer für den Diensteanbieter kostenpflichtigen Abmahnung entspricht nicht dessen wirklichen oder mutmaßlichen Willen. Die Kostennote einer anwaltlichen Abmahnung ohne vorhergehende Kontaktaufnahme mit mir wird daher im Sinne der Schadensminderungspflicht als unbegründet zurückgewiesen.
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