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Bild 1: Typische Produkte bei denen Kupferlackdrähte abisoliert und an Lötstützpunkte angelötet werden müssen.
Bild 2: Beispiel eines mit Lackdraht umwickelten Lötstützpunktes.
Bild 3: Bildsequenz einer Verlötung von Lackdraht mit der Miniwelle.
Bild 4: Das Miniwelle-Lötsystem: Darstellung ohne Abdeckung des Pumpenantriebs.

Das Abisolieren und Verzinnen von Kupferlackdrähten wird heute vorwiegend mit Miniwelle oder im Tauchlötverfahren durchgeführt. Denn bei Wicklungen für Elektroantriebe ist es nötig, die Lackdrähte an Lötstützpunkten anzulöten. (Bild 1). Allerdings muss hierfür das Drahtende vorher abisoliert werden. Das Abisolieren der Drähte erfolgt bei Durchmessern mit mehr als 0,2 mm auf mechanische Weise oder durch Laserabtragung. Jedoch sind beide Verfahren zeitaufwändig oder teuer. Sie sind auch nicht automatisierungsgerecht. In der Praxis wird der Kupferlackdraht automatisch durch die Wickelmaschine am Lötstützpunkt fixiert. Dies erfolgt häufig durch Umwickeln (Bild 2). In diesem Fall sind die oben angeführten Verfahren nicht anwendbar. Durch Tauchen beziehungsweise Umspülen mit flüssigem Lot kann das Abisolieren des Lackdrahtes und Verlöten mit dem Lötstützpunkt in einem Schritt erfolgen. Um den Lackdraht sicher abzuisolieren und einen schnellen Lötprozess zu ermöglichen sind hohe Löttemperaturen bis zu 500 °C erforderlich. In der Regel sind die Lötstützpunkte in einem Spritzgießteil verankert, das heißt, die Befestigung ist wärmeempfindlich, da die Schmelztemperatur von Kunststoffen meist unter 250 °C liegt. Deshalb muss der Lötprozess extrem schnell, das heißt, häufig im Bereich von 1 s erfolgen.

Grundsätzlich stehen zum Löten zwei Verfahren zur Verfügung, das Tauchen in Lot oder das Umspülen mit einer Miniwelle. Das Tauchlöten hat den Vorteil, dass sich mehrere Lötstellen gleichzeitig löten lassen. Jedoch ergeben sich nicht unerhebliche Nachteile: Die Krätzebildung ist recht hoch, da nach jeder Lötung die Badoberfläche abgezogen werden muss. Daher ist es notwendig, die kleinen Lottiegel mit einem definierten Lotreservoir häufig zu reinigen. Hingegen hat die Miniwelle den Vorteil, dass der Kupferlackdraht mit Lot umspült wird und deshalb die Entlackung schneller erfolgt (Bild 3). Weitere Vorteile sind der geringere Wartungsaufwand und geringerer Anfall von Krätze. Bei der Miniwelle ist zwingend eine Stickstoffbegasung erforderlich.

Löttemperaturen bis zu 500 °C stellen hohe Anforderungen an ein Miniwellenlötsystem. Das verwendete Lot wie etwa Sn97Cu3 ist bei diesen Temperaturen hoch aggressiv. Selbst Metalle wie Titan werden angegriffen und gehen in Lösung. Dies gilt in noch stärkerem Maß für bewegte Teile, da der Effekt des in Lösunggehens durch die Fließbewegung zunimmt. Weitere große Herausforderungen sind die Pumpenlagerung und der Pumpenantrieb, die weitestgehend gegen hohe Temperaturen isoliert sein müssen, beziehungsweise entsprechend temperaturfest ausgelegt sein sollten. Auch der Aufbau und die Beheizung des Lötbades stellt hohe Anforderungen.

Miniwelle mit geringem Wartungsaufwand

Das Ergebnis jahrelanger Entwicklungsarbeiten ist ein Miniwellenlötsystem, das ein automatisches Verzinnen beziehungsweise Verlöten in Großserie ermöglicht (Bild 4). Alle Teile, die mit bewegtem Lot in Berührung kommen, sind mit Keramik beschichtet. Das sind beispielsweise die Förderschnecke oder die Innenseite des Pumpengehäuses. Teile, die unbewegtem Lot ausgesetzt sind, sind aus Titan gefertigt. Die Hochtemperaturlager der Welle der Förderschnecke sind zusätzlich luftgekühlt. Trotz Stickstoffbegasung ist das Miniwellenlötsystem nicht wartungsfrei. Bei einem 24-Stunden-Betrieb ist es unabdingbar, mindestens einmal pro Woche die Pumpe sowie das Verbindungsrohr zwischen Pumpe und der Lötdüse zu reinigen. Konkret bedeutet Reinigen, dass die Krätzeablagen zu entfernen sind. Durch entsprechende konstruktive Maßnahmen lassen sich die zu reinigenden Komponenten schnell auswechseln, so dass die Wartungsarbeiten nicht unter Zeitdruck erfolgen müssen.

Um einen reproduzierbaren Lötprozess sicher zu stellen, sind einige Parameter von großer Bedeutung. Das sind die Wellenhöhe, die Löttemperatur und schließlich auch die Stickstoffbegasung. Deshalb ist es notwendig, die Löttemperatur exakt zu regeln und zu überwachen. Dies gilt auch für die Stickstoffbegasung, die durch einen Durchflusswächter überwacht wird. Die Wellenhöhe wird durch einen speziellen Laser-Lichtvorhang im Leerlaufbetrieb zwischen zwei Lötungen überwacht. Das Messsystem hat eine Messgenauigkeit von < 0,1 mm. Durch Verwendung moderner lagegeregelter NC-Bewegungstechnik ist eine exakte Positionierung der zu lötenden Teile relativ zur Miniwelle bei reproduzierbaren Geschwindigkeiten sichergestellt.