Wie lötet man richtig - Basiswissen für Modelleisenbahner
    
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Modellbautechnik

Das richtige Löten von elektronischen bzw elektrischen Bauteilen auf der Modelleisenbahnanlage




Inhaltsverzeichnis:

    - Die erforderlichen Arbeitsmittel und der Arbeitsplatz

    - So lötet man richtig

    - Fehler beim Löten

    - Beseitigung von Lötfehler







Einführung

Wir haben uns lange überlegt, ob er sich dieses Themas annehmen soll, da doch das Löten von elektrischen Bauteilen bzw. elektronischen Bauteilen zum Alltag eines Modelleisenbahners gehört. Aber wir haben uns dann doch entschlossen diesen Beitrag zu verfassen, da viele Probleme mit elektrischen Bauteilen auf nicht sachgemäßer Lötung beruhen. Manche Anfragen an uns, weshalb das Eine oder andere Teil nicht funktioniert beruht meistens auf einer unsachgemäßer Lötung. Zu sehen ist dies dann, wenn uns das besagte Teil dann zugesandt wird.
Vor nicht all zu langer Zeit wurde uns ein nicht funktionierender Lokdecoder zugesandt. bereits beim ersten hinsehen konnte festgestellt werden, dass die Lötstellen der Anschlussdrähte, wegen der zu großen Lötmengen, teilweise miteinander verbunden waren. Dadurch kam ein Kurzschluss zustande. Der Decoder war nicht mehr zu retten.

Mit dem Löten ist es halt so wie mit dem Autofahren, viele tun es, aber nur wenige sind gute Fahrer.

Nun hoffen wir, dass ihr euch zu den Menschen zählt, die wissen, dass sie nicht vollkommen sind und immer noch etwas dazu lernen können. Wenn ihr zu dieser Gattung gehört, dann hoffen wir, dass euch dieser Beitrag über das eigentlich einfache Thema "Löten" weiterhilft.

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Die erforderlichen Arbeitsmittel und der Arbeitsplatz

Sagt keiner Löten kann man überall. Kann man zwar, aber dann wie.
Viele "Arbeitsplätze" führen ein Schattendasein. Auch wenn alles nur ein Hobby ist, der Küchen- oder Wohnzimmertisch ist sicherlich kein geeigneter Lötplatz. Im entscheidenden Augenblick muss der Tisch geräumt werden, weil die Spagetti auf den Tisch kommen oder sich überraschender Besuch anmeldet. Dann wir schnell das Bauteil weggelegt oder es wird wegen der Eile noch schnell eine falsche Lötung angebracht. Nichts ist beim elektronischen Basteln schlimmer als Eile. Also schafft euch eine Umgebung, in der ungestört gearbeitet werden kann und das Teil auch mal liegengelassen werden kann.
Das nächste Augenmerk ist auf das Werkzeug zu legen.
Geiz ist hier nicht angebracht.

Nur von einwandfreiem Werkzeug kann erwartet werden, dass damit etwas Brauchbares produziert wird. Ein lauwarmer Lötkolben ist ebenso fehl am Platz wie ein Hochofen, mit dem man Kirchendächer löten kann.

Nun was wird an Werkzeug benötigt:

  - Wie bereits erwähnt ein leistungsfähiger Lötkolben mit Lötständer und Schwamm

  - geeignetes Lötzinn

  - einen funktionierenden Seitenschneider

Der Lötkolben Unter einem "geeigneten" Lötkolben ist ein "Eisen" zu verstehen, das eine Heizleistung von mindestens 20 bis 30 Watt besitzt. Besser noch wäre natürlich noch eine temperaturgeregelte Lötstation, die nicht nur reichliche Reserven besitzt (meist 50 bis 60 W), sondern auch noch eine Einstellmöglichkeit der Löttemperatur aufweist. Dies ist besonders beim Löten von Lokdecodern von Vorteil. Beim Löten von kleinen Bauteilen wie SMDs (Surface Mounted Devices= Oberflächen- montierte Bauteile) können und dürfen keine 60 W eingesetzt werden. Je nach Anwendungsfall (d.h. Bauteil- und Lötstellengröße) kommen hier nur Heizleistungen von 8 bis 25 W zum tragen.

Zum einem brauchbaren Lötkolben gehört natürlich eine zunderfeste Spitze, die nicht oxidieren kann. Bei feinen Lötarbeiten ist eine sehr feine Bleistift- oder Nadelspitze gefragt. Ferner gehört zu einem "anständigen" Lötkolben auch ein Lötständer, der die heiße Spitze von der Umgebung fernhält. Ein feuchter Schwamm, an dem die Spitze immer wieder gereinigt wird ist ebenfalls erforderlich. Der Kern der Lötspitzen, der gut wärmeleitend sein muss, besteht meist aus Kupfer oder kupferhaltigen Legierungen, die vom Lötzinn schnell „ausgewaschen“ werden. Lötspitzen werden daher meist mit einer dünnen, widerstandsfähigeren Metallschicht überzogen, zum Beispiel Nickel.

Lötspitzen     Lötspitzen
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Das Lötzinn
Um vernünftig löten zu können wird auch Lötzinn benötigt. Niemals Lötfett oder säurehaltiges Zinn kaufen, das zwar am Gartentor beste Dienste leistet, in der Elektronik aber alles zersetzt, was in seiner Umgebung ist - von schleichenden Kriechströmen ganz zu schweigen.
Für den Elektroniker kommt nur eine Sorte in Frage, und das ist das sogenannte Elektronik-Lot Es wird von zahlreichen Firmen angeboten und enthält in seinem Inneren das passende Flussmittel (Kolophonium-Seele), und zwar in genau der richtigen Dosierung, wie es elektrische Bauteile brauchen.
Für Standard-Anwendungen soll es 1 mm dick sein, für SMD-Lötungen dagegen nur 0,5 mm.
Die Fachbezeichnung für das Lötzinn lautet vollständig "L-Sn6OPbCu2". Das "L" steht dabei für "Weichlot" und dazu gehört alles, was bei Temperaturen unter 450°C schmilzt. Das chemische Kürzel "Sn" stammt vom Lateinischen Stannum = Zinn; die "60" steht schlicht für 60% Zinn-Anteil. Die Zahl "2" am Ende bedeutet folgerichtig 2 %‚ und zwar Gewichts-Anteile Kupfer ("Cu" von Cuprum = Kupfer). Der Rest unseres Lötzinns ist mit Blei aufgefüllt, nahezu jedenfalls ("Pb" von Plumbum = Blei).
Denn ein bißchen nimmt ja das "eingebaute" Flussmittel auch noch in Anspruch, nämlich rund 2,5%. Das sind Harze, die in Alkohol gelöst und mit Aktivierungszusätzen versehen sind. In dieser Mixtur wird "brauchbares" Lötzinn angeboten, und zwar unabhängig vom jeweiligen Durchmesser.
In der DIN 1707-100 - Weichlote - Chemische Zusammensetzung und Lieferformen - stehen sämtliche Einzelheiten über das Lötzinn, und sicherheitshalber lässt sich auch die DIN 8516 noch einmal über dieses Thema aus.
Beim Löten sollte man mit möglichst geringem Aufwand auskommen - also unnötig hohe Temperaturen vermeiden-. Reines Zinn schmilzt nun bei bei 232°C, reines Blei bei 327°C; mischt man beide Metalle miteinander, sinkt der Schmelzpunkt der Legierung noch unter 232°C, also unter den Schmelzpunkt des niedriger schmelzenden Zinns. Bei 62 % Zinn und 38 % Blei ist der Tiefstpunkt erreicht, den dieses Gemisch besitzt. In dieser Zusammensetzung schmilzt es nämlich schon bei ca. 180°C. Diese (ideale) Mischung zweier Metalle nennt man in der Werkstoffkunde Eutektikum, was aus dem Griechischen stammt und soviel bedeutet wie "gut schmelzend". Das Verhalten des sinkenden Schmelzpunktes eines Metallgemischs gibt es nicht nur bei der Blei/Zinn-Legierung.
Der Kupferzusatz im Lötzinn hat die Aufgabe, einen unstillbaren Drang von flüssigem Zinn einzudämmen. Das Zinn nämlich zieht Kupfer-Atome unwiderstehlich an, also auch die aus der Lötspitze (obwohl Kupfer erst bei 1083°C schmilzt). Um die daraus resultierende Zersetzung der Lötspitze zu bremsen, mischt man dem Lötzinn 2% Kupfer zu.

Lötspitzen
Lötspitzen
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Ausgefranste Lötspitzen: So sehen selbst zunderfeste Hartmetall-Spitzen nach einiger Zeit aus. Das Kupfer ist regelrecht ausgelaugt.


Aus dem Flussmittel entstehen beim Löten Säuren, die die zu verlötenden Metallflächen säubern. Keine Angst, sämtliche daraus hervorgehenden Produkte sind absolut unschädlich, sowohl für den Löter als auch für den regensauren Wald! Es besteht auch keinerlei Notwendigkeit, etwaige Säure- Rückstände nach dem Löten zu entfernen. Das einzige, was (optisch) stören könnte, sind Rückstände des Harzes. Die aber lassen sich problemlos mit einem Spintus-getränkten Wattebausch wieder beseitigen. Zugegeben, das war bis hierhin ein ganzer Haufen Theorie, aber der Nutzwert stellt sich sehr schnell ein. Erstens können Sie sich wohl vorstellen, dass man mit einem Wald- und Wiesen-Lot aus dem Lebensmittelmarkt nicht dasselbe erreichen kann wie mit unserem ‘Sn6OPb‘.

Zweitens setzen sie dieses Grundlagen-Wissen in Zukunft ganz unbewusst bei jeder Lötstelle um; sie vollziehen im Geiste gewissermaßen nach, wie sich die alkoholgetränkten Harze lösen, Ihre Lötstelle von stören- dem Schmutz befreien und eine solide Grundlage schaffen für die eigentliche Lötverbindung. Während dieser Film bei Ihnen abläuft, entsteht die perfekte Lötstelle —jede immer noch ein bischen besser als die davor.




So lötet man richtig

Wenn zwei Metalle miteinander verbunden werden sollen, Z.B. eine Anschlussleitung an einen Leiterbahnlötpunkt, dann müssen beide Stellen so heiß sein, dass das Lötzinn auf ihnen schmilzt. Das Lötzinn soll also auf den Lötstellen schmelzen und nicht auf der Lötkolben-Spitze.
Die Lötspitze ist dabei nur Mittel zum Zweck. Sie hat die Aufgabe die notwendige Erhitzung beider Teile der Lötstelle sicher zu stellen. Dazu ist es hilfreich, der Lötspitze vor dem Löten ein wenig Zinn zu spendieren (einen satten Tropfen). Dieser dient aber nur zur besseren Wärmeübertragung auf die Lötstelle. Zum Löten selbst muss noch weiteres Zinn hinzugefügt werden. Wenn die verzinnte Lötspitze mit beiden Teilen der Lötstelle intensiv in Kontakt gebracht wird, kann nach zwei bis drei Sekunden weiteres Lötzinn zugeführt werden. Dieses Zinn soll aber an der Leiterbahn bzw. der Anschlussleitung schmelzen und nicht zuerst an der Lötspitze. Passiert dieses Schmelzen, läuft das frisch zugeführte Zinn sofort satt um die Lötstelle herum und bildet am Kontaktpunkt Kabel/Leiterbahn einen kleinen Zinnhügel. Der bleibt auch dann noch bestehen, wenn der Lötkolben weggezogen wird. Sekundenbruchteile danach erstarrt das Lot mit silbrig glänzender Oberfläche, und die innige Verbindung des Anschluss mit der Leiterbahn ist vollzogen.


Fehler beim Löten
Fehler 1:
Die Lötstelle wird nur einseitig erhitzt, also nur die Leiterbahn oder nur der Anschlussdraht. Die Folge ist eine Tropfenbildung des zugeführten Lötzinns, das nur mit einer Seite der Lötstelle eine gute Verbindung eingeht und der anderen buchstäblich die kalte Schulter zeigt. Die perfekte kalte Lötstelle ist geboren. Darum gilt als oberstes Gebot, dass die Lötstelle gleichmäßig und ausreichend erhitzt wird. Um dies zu erreichen ist die Lötstelle nicht nur mit einer Ecke der Lötspitze zu berühren, da dadurch zu wenig Wärme übertragen wird. Zusätzlich ist sofort etwas Lötzinn als Wärmeleiter zwischen Lötspitze und Bauteil aufzubringen.

Fehler 2:
Die Lötstelle wird nach dem Zuführen des frischen Zinns noch minutenlang aufgeheizt. Abgesehen von der unzumutbaren Wärmebelastung "verkocht" während dieser Zeit auch das letzte Flussmittel. Das Lötzinn wird spröde und führt zu brüchigen Lötstellen. Wenn dies passiert ist - Lötkolbenspitze am nassen Schwamm abstreifen, Lötspitze neu verzinnen, Lötstelle erneut frisches Lötzinn zuführen. Um diesen Fehler zu vermeiden, die Lötstelle ausreichend erhitzen, dann fließt das Lötzinn von alleine um den Bauteileanschluss.

Fehler 3:
Nach einiger Zeit bilden sich auf der Lötspitze schwarze Verbrennungsrückstände des Flussmittels, wenn nicht zwischendurch immer wieder die Spitze auf dem nassen Schwamm abgestreift wird. Es können sich mit derartigen verkokten Spitzen Hohlräume in der Lötung bilden. Die Lötspitze ist deshalb stets sauber zu halten und vor jeder neuen Lötung frisch zu verzinnen (dazu genügt ganz wenig Zinn).

Fehler 4:
Das überflüssige Zinn kann man von der Lötspitze schon dadurch wegbekommen, dass - mit dem Lötkolben in der Hand - kurz mit dem Handballen auf den Tisch geschlagen wird. Dabei entsteht ein platter Lötklecks, der sich allerdings mit Vorliebe auf der Lötseite der Leiterplatte einnistet. Dort verkrallt er sich auch ohne Löten in den scharfkantig abgeschnittenen Anschlussdrähten und verursacht unerklärliche Kurzschlüsse. Deshalb den Arbeitsplatz sauber halten und den Lötkolben an einem nassen Schwamm reinigen.

Fehler 5:
Die Heizleistung des Kolbens reicht nicht aus, auch wenn der Hersteller 300 bis 400°C Spitzentemperatur verspricht. Dabei kommt es hierauf in erster Linie gar nicht an, sondern darauf, dass die Lötstelle heiß genug wird. Beim Kontakt mit der Lötstelle gibt der erhitzte Lötkolben eine gewisse Wärmemenge ab und verliert dabei an Temperatur. Wenn der Temperaturverlust zu groß ist, kann das Zinn nicht mehr vollständig zum Schmelzen gebracht werden. Um dies zu vermeiden, muss die Heizleistung des Lötkolbens entsprechend groß gewählt werden. Um die Abkühlung in Grenzen zu halten muss die Lötkolbenspitze um die 300 bis 400°C heiß sein.

Fehler 6:
Vielfach bringt der ungeübte Modellbahner sein Lot auf der Lötkolbenspitze auf, wartet einige Sekunden und führt es dann erst zum Lötpunkt. Mit dieser Methode wir das Zinn auf der Lötkolbenspitze verbrannt und es entstehen Hohlraume in der Lötung, die dann wiederum zu Kontaktproblemen oder Abbrüchen führen.




Beseitigung von Lötfehler
Wert lötet muss auch entlöten. Dieser banale Spruch trifft den Kern des Problems. Auch einem versierten Hobbylöter passiert mal beim Löten ein Missgeschick. Aber nicht nur schlechte Lötungen erfordern ein entlösten. Es kann ja durchaus passieren, dass bestehende Lötungen geändert werden sollen - z.B. beim Umbau von Lokdecodern - und auch hier muss dann zuerst mal entlötet werden. Aber auch beim einfachen „Ausschlachten“ einer Platine müssen Teile ausgelötet werden. Für das richtige Entlöten ist die Kenntnis des Werkstoffes Lötzinn ebenso unerlässlich wie für das richtige Löten. Wir wollen uns nun ansehen welche gängigen Verfahren es für das Entlöten gibt und wir sehen uns auch mal die Vor- und Nachteile der jeweiligen Verfahren an.
Einen Königsweg gibt es nicht, dies schon mal vorab gesagt.
Für das Entfernen von Lötzinn gibt es grundsätzlich drei verschiedene Methoden:

1. Die Entlötlitze
2. Die Entlöt-Saugpumpe
3. Den Entlötkolben mit Vakuum-Pumpe.

Nun schören viele Profis auf eine spezielle Methode. Dies hat mit der eingeübten Fertigkeit zu tun. Deshalb schon vorab ein Tipp - probiert die Methoden mal selsbt aus, dann seht ihr welche für euch die beste im Handling ist.
Eine wichtige Erkenntnis ist auch, dass das Entlöten niemals vollkommen gelingt, d.h. ein wenig des ungeliebten Zinns bleibt immer noch zwischen Leiterbahn und Anschlußbein „kleben“. Da dies aber im Laufe des Entlötens brüchig geworden ist, kann man das betreffende Bauteil in aller Regel mit einer Pinzette oder kleinen Zange vollständig frei bekommen.

Wegen der Preiswürdigkeit geht an der Entlötlitze kein Weg vorbei. Die Lötlitze ist ein aufgewickeltes Kupfergeflecht, das reichlich mit Flußmittel getränkt wurde. Wenn der Lötkolben in der einen Hand die fragliche Lötstelle erhitzt und das Zinn zum Schmelzen bringt, führt man mit der anderen Hand die Entlötlitze zu. Durch das metallisch blanke Kupfer und das darin enthaltene Flussmittel wird das verflüssigte Zinn regelrecht in das Kupfergeflecht hineingesaugt.
Pro Lötstelle gehen auf diese Weise natürlich ein paar Millimeter Litze verloren, weil diese Teile durch die Zinnaufnahme unbrauchbar geworden sind. Es müssen also fortwährend diese verbrauchten Enden abgeschnitten werden um „frisches“ Kupfergeflecht zuführen zu können.
Leider passiert es aber manchmal, dass sich das Zinn einfach weigert in die Litze zu fließen.Mit Gewalt geht dann überhaupt nichts. Da bleibt dann nichts anderes Übrig als sich mit der zweiten Methode zu befassen - die mit der Entlöt-Saugpumpe. Es gibt zwar manche Profis, die dann diese besagte Lötsstelle nochmals "zulöten" und danach wieder versuchen mit der Litze das geamte Lötzinn wegzubringen. Dies gelingt auch, aber das Bauteil wird halt nochmals erhitzt. Dies trägt nicht gerade zur Lebensdauer dieses Auslötteils bei.
Vorteil der Litzen-Methode ist es die Flexibilität der Litze. Dadurch kommt man auch an die unzugänglichsten Stellen heran, die einem mit anderem Entlöt-Gerät nicht erreichbar sind. Ein weiterer Vorteil ist die angesprochene Preiswürdigkeit. Als Faustregel kann man pro Meter Litze einen Euro rechnen und diese Länge reicht für ein paar hundert Ent-Lötstellen.

Entlötlitze
Entlötlitze
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Als zweite Möglichkeit gibt es die Entlötsaugpumpe die preislich in der Größenordnung von 10,00 Euro liegt. Eine Entlöt-Saugpumpe besitzt einen Kolben, der mit Federkraft gespannt und dann arretiert wird. Nach dem Schmelzen des Zinns an der betreffenden Lötstelle wird die hitzebeständige Hohlspitze an die Lötstelle herangeführt und die Arretierung ausgelöst. Mit nachdrücklichem „Plopp“ wird der Kolben frei, der das flüssige in das entstehende Vakuum hineinzieht. Nach dem Entlötvorgang kann das sich im Kolben befindliche Zinn über den Kolben wieder herausgedrückt werden. Der Vorteil dieser Methode ist, das kräftige Vakuum, das fast immer zu einem Erfolg der Entlötung führt. Die Entlötung mit der Entlötsaugpumpe braucht eine Übungszeit um hier seine Erfolge zu bekommen. Hat man Übung können sehr schnell viele Lötstellen entlötet werden. Leider können aber nicht alle Ecken mit diesem Gerät erreicht werden. Hier kann dann aber wieder die Entlötlitze zum Einsatz gebracht werden.

Entlötsaugpumpen
Entlötsaugpumpen
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Zu erwähnen ist noch, dass es am Markt noch IC-Entlöt-Vorsätze gibt. Diese werden auf den Lötkolben aufgesetzt. Diese Aufsätze haben Ähnlichkeit mit einem Nassrasierer und wird, wie die Gummiball-Saugpumpe, anstelle der (abschraubbaren) Lötspitze aufgesetzt. Die entsprechende Kolben-Hitze vorausgesetzt (mindestens 50 W), kann man damit gleichzeitig alle 14 bzw. 16 Beinchen eines ICs erhitzen und das IC dann herausziehen. Um die Hitze gleichmäßig zu verteilen und vor allem gut weiterzuleiten, muss man die Rillen dieses Vorsatzes zunächst satt mit frischem Zinn volllaufen lassen, ehe man damit an die Anschlussbeinchen des ICs herangeht. Der Pferdefuß dieser augenscheinlich so vorteilhaften Methode liegt auf der Hand. Sowohl das IC als auch die Platine erleiden hierbei Höllenqualen durch die immense Wärmezufuhr. Es gehört schon einige Übung dazu, um dabei weder das IC noch die Platine bleibend zu schädigen. Damit man hierbei rasch zum Erfolg kommt (d.h. nicht endlos herumbraten muss). empfiehlt sich ein Helfer, der im entscheidenden Augenblick das freigeschmolzene IC herauszieht (wegen der Hitze mit Zange oder umschlungenem Draht). Meistens aber bleibt einer der Beteiligten dabei auf der Strecke. Natürlich nicht der Entlöter oder Helfer, sondern das IC bzw. die Platine mit ihren verschmorten Bahnen. Diese Entlöter sind eigentlich heute überholt.

Entlötvorsätze
IC-Entlöt-Vorsätze
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Eine elegante Methode zum Entlöten von SMDs ist nachfolgend dargestellt. Hierfür werden sogenannte Entlöt-Pinzetten angeboten, deren flache Backen maßvoll erhitzt werden und damit beide Enden eines Bauteils gleichzeitig freischmelzen. Mit dem Werkzeug selbst entnimmt man dann das Bauteil und kann es z.B. auf einem feuchten Schwamm abstreifen. Als Variante gibt es Entlöter die vorne ebenfalls über eine Sauglitze verfügen, sein Vakuum aber durch Vorschieben und Zurückgleiten des Griffs erzeugt. Dies ist schon deshalb nicht der Weisheit letzter Schluss, weil die Lötstelle dabei nicht nur durch Hitze, sondern auch noch durch Druck (beim Pumpen) beansprucht wird.

Entlöter für SMD
IC-Entlöt-Vorsätze
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Als dritte Möglichkeit gibt es die Entlötkolben mit Vakuum-Pumpe, der allerdings preislich in der Größenordnung von 50,00 Euro liegt. Etwas aufwendigere Ausführungen kosten aber auch schon das Zwei-bis Vierfache. Der Nachteil dieses Geräts besteht in der Zweihand-Bedienung. Nach dem Spannen des Entlötkolbens, hält die eine Hand den Lötkolben zum Erhitzen und die andere Hand betätigt den Auslöser zum Absaugen. Für den Hobbylöter ist diese Anschaffung - schon allein wegen des Preises nicht zu empfehlen.

Vakuum-Entlöter
Vakuum-Entlöt-Station
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Es gibt auch noch Lötkolben. bei denen man anstelle der normalen Lötspitze eine Vakuum-Saugpumpe aufschrauben kann. Mit deren heißer Spitze wird das Zinn verflüssigt und danach saugt man es dann durch eine Bohrung in der Spitze ab. Dabei wird das Zinn abgepumpt, indem man den aufgesetzten Gummiball fortwährend zusammendrückt und wieder loslässt. Das abgesaugte Altzinn landet dann im Inneren des Gummiballs und muss von Zeit zu Zeit entleert werden.
Die dargestellte Vakuum-Station, dient als Erweiterung zu den verschiedenen Lötstationen Die stufenlose Regelung der Vakuumpumpe und der Fingertaster, der einfach an jedem Lötkolbengriff befestigt werden kann, machen das Handling noch leichter. Der Entlötaufsatz ist, wie eine Lötspitze, einfach zu wechseln und in Verbindung mit dem Lötkolben schnell einsatzbereit. Herausragend ist der robuste Entlötaufsatz, bei dem sich der Wärmefluss auf die Entlötdüse konzentriert, der das Handling noch einfacher macht. Mit dieser Einheit lassen sich alle Lötstationen zu Entlötstationen erweitern, die mit den entsprechenden Lötspitzen arbeiten. Elektronische Einstellung der Luftfördermenge bis zu 350 l/h und ein Vakuum von max. 0,4 bar zeichnen diese Vakuum-Stationen aus.




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