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Sep 26, 2023

Optionen zum Verzinnen von Draht

Wie jede Montagefertigkeit kann auch das manuelle Löten von Drähten durch entsprechende Schulung erlernt werden. Diese Schulung beginnt damit, dass der Person beigebracht wird, wie man den Draht sauber abisoliert, verzinnt und an einen Steckverbinder, eine Leiterplatte, anlötet

Wie jede Montagefertigkeit kann auch das manuelle Löten von Drähten durch entsprechende Schulung erlernt werden. Diese Schulung beginnt damit, dass der Person beigebracht wird, wie man den Draht sauber abisoliert, verzinnt und an einen Stecker, eine Leiterplatte oder eine Klemme anlötet.

Das Verzinnen von Drähten ist ein wesentlicher Bestandteil der Lötvorbereitung. Bei richtiger Durchführung verbessert es den Betriebstemperaturbereich, die Wasserbeständigkeit und die mechanische Festigkeit von blankem Kupferdraht. Außerdem wird verhindert, dass Leiterstränge ausfransen, wenn ein abisolierter Draht an eine Anschlussstelle angeschlossen wird.

Das manuelle Verzinnen ist ein einfacher Prozess in drei Schritten. Nachdem er alle Leiterstränge vorsichtig zusammengedreht hat, trägt der Arbeiter eine dünne Schicht Flussmittel auf die Litzen und dann eine dünne Schicht Lötzinn auf.

Diese Verbindung enthält Zinn-Blei oder ist bleifrei (Zinn-Silber-Kupfer) und kann durch Eintauchen des Drahtendes in einen erhitzten Löttiegel (700 bis 800 F) oder durch Verwendung von aufgewickeltem Lötdraht in Verbindung mit einem heißen Lötkolben aufgetragen werden . Nach dem Verzinnen hat das behandelte Drahtende eine silberne Farbe und ein glattes und gleichmäßiges Aussehen. Es trocknet schnell und wird dann festgelötet.

„In vielen Kabelverarbeitungsbetrieben ist das manuelle Verzinnen von Drähten weit verbreitet“, sagt Rob Boyd, leitender Produktmanager bei Schleuniger Inc. „Sie werden sehen, wie Arbeiter regelmäßig Drähte in Löttiegel tauchen, um die Verzinnung vorzunehmen.“

Die Praxis des Verzinnens von Drähten gibt es schon, seit man manuell Lötarbeiten durchführt. Der Grund ist einfach: Verzinnter Draht verbessert die Lötverbindung zwischen Draht und Anschluss.

In den letzten Jahren haben Zulieferer Geräte entwickelt, die Draht automatisch verzinnen. Eine automatisierte Maschine kann sogar mit einem Überwachungsgerät ausgestattet werden, das mithilfe einer Kamera den verzinnten Drahtbereich prüft und überprüft, ob er innerhalb der Toleranz liegt. Welche Methode für eine Anwendung am besten geeignet ist, hängt von Faktoren wie Produktionsvolumen, Drahtgröße, verfügbarer Stellfläche und Budget ab.

Ursprünglich wurde die Verzinnung eingesetzt, um den Kupferleiter vor Korrosion zu schützen, die durch chemische Reaktionen mit den Schwefelionen in der Kabelisolierung verursacht wurde. Die moderne Chemie hat seitdem eine stabilere Kabelisolierung geschaffen, und eine Verzinnung ist normalerweise nicht erforderlich, nur um Korrosion von innen zu verhindern.

Eine Ausnahme von dieser Regel bildet die schwefelhaltige Stromkabelisolierung, die aus chlorsulfoniertem Polyethylen besteht und dennoch verzinnt werden muss, um Kupferdraht vor schwefelbedingter Korrosion zu schützen. Andere korrosive und raue Umgebungen, in denen die Verzinnung Kupferleiter wirksam schützt, sind Meeres- und Industrieanlagen wie Wasser- und Zellstoffaufbereitungsanlagen.

Untersuchungen zeigen, dass die Lebensdauer von verzinnten Leitern fast zehnmal länger ist als die von blankem Draht, und dass die Verzinnung eines Drahtes zunächst seine Lötbarkeit verbessert. Im Laufe der Zeit können jedoch die Migration von Zinn und Kupfer sowie die Zinnoxidation die Lötbarkeit und Leitfähigkeit der Verzinnung beeinträchtigen.

Ein weiterer Vorteil der Verzinnung ist die Erschwinglichkeit des Materials. Zinn-Blei- und Zinn-Silber-Kupfer-Legierungen kosten viel weniger als Nickel und Silber.

Darüber hinaus ergibt verzinnter Draht eine Lötverbindung mit besseren thermischen und elektrischen Eigenschaften als bei blankem Kupfer. Dies ist besonders wichtig, wenn Sie Drähte an elektrische D-Sub-, Rund- und andere militärische Steckverbinder anlöten oder zwei verzinnte Drahtenden oder ein Drahtende mit dem mittleren freiliegenden Bereich eines anderen Drahts verbinden.

Eine weitere häufige Anwendung besteht darin, die verzinnten Enden eines oder mehrerer Drähte an bestimmte Anschlussstellen anzulöten. Die Herausforderung besteht darin, sicherzustellen, dass das andere Ende jedes Kabels, das entweder an eine Klemme gecrimpt oder ummantelt und in einen Steckverbinder eingegossen ist, nicht beschädigt wird.

Zum Verzinnen werden immer noch bleihaltige und bleifreie Lotverbindungen verwendet, obwohl die meisten Branchen gemäß OSHA-Standards die Verwendung von bleifreiem Material verlangen. Eine Ausnahme bildet die Luft- und Raumfahrtindustrie. Luft- und Raumfahrthersteller schreiben die Verwendung von bleihaltigem Lot vor, da bleifreies Lot in zusammengebauten Teilen häufig schnurrhaarartige Vorsprünge bildet, die über einen längeren Zeitraum ruhen oder gelagert werden.

Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass Crimp-Anschlüsse von verzinnten Drähten ein umstrittenes Thema waren und bleiben. Sowohl IPC-J-STD-001 Rev E Abschnitt 5.1.3 als auch IPC/WHMA-A-620 Abschnitt 4.4. Normen empfehlen, verzinnten Draht nicht in Crimpanschlüssen, unter Schrauben (z. B. in Klemmenblöcken) oder bei der Bildung von Maschenspleißen zu verwenden. Der Grund für diese Standards ist, dass der nach unten gerichtete Druck der Crimp-, Schrauben- oder Spleißstelle die Lötverbindung zerstört. Dies wiederum kann eine Öffnung in den Litzen hinterlassen, die dann anfällig für Vibrationen, Lockerung und Korrosion werden. Unverzinnter Draht sorgt außerdem für eine bessere gasdichte Verbindung.

„Obwohl dies keine gängige Praxis ist, crimpen einige Hersteller verzinnte Drähte in Anschlüssen“, sagt Erich Moeri, technischer Vertriebsleiter bei Komax Corp. „Das Hauptproblem dabei ist, dass das Lot die bei der Crimpkraftüberwachung erhaltenen Daten verzerrt. Der Monitor sucht nach einem klaren Kupferkontakt im Anschluss, aber die Verzinnung hindert den Monitor daran, genau zu bestimmen, ob die Crimpverbindung gut oder schlecht ist.“

Manuelle und automatisierte Verzinnungsprozesse haben spezifische Vor- und Nachteile. Der manuelle Ansatz ist einfach, aber nur für die Produktion kleiner Stückzahlen praktisch. Dies liegt daran, dass Qualität und Genauigkeit von Arbeiter zu Arbeiter variieren können – und sogar bei ein und demselben Arbeiter vom Beginn bis zum Ende seiner Schicht.

Die automatisierte Drahtverzinnung ist aufwändiger und teurer, gewährleistet jedoch eine wiederholbare und gleichmäßige Abdeckung großer Kabelmengen. Boyd sagt, dass alle auf automatisierten Geräten verzinnten Drähte sofort zum Löten an eine Anschlussstelle bereit sind.

Vor mehr als 30 Jahren eingeführte automatische Verzinnungsmaschinen verfügen über Pumpen, die Flussmittel und Lot an getrennten Stellen in einem nach unten fließenden Strom pumpen. Ein eingebauter Greifer greift den Draht und bewegt ihn nacheinander in beide Stationen, um eine Lötschicht auf dem Draht zu hinterlassen.

Von Anfang der 1990er bis Anfang der 2000er Jahre produzierte Komax auf Anfrage maßgeschneiderte automatische Verzinnungsstationen für Kunden. Im Jahr 2003 führte das Unternehmen dann sein Elektromodul IOC785 als Option für automatisierte Schneid-, Streifen- und Crimpmaschinen ein. Das Modul befindet sich hinter der Abisolierfunktion.

Der Bediener schaltet das Gerät ein, damit sich sein Blechbehälter erwärmt. Nach dem Schließen der Schutzabdeckung des Moduls erzeugt die Pumpe mit variabler Drehzahl des Geräts einen gleichmäßigen Fluss an Lotmasse, der nach unten in einen Behälter fließt.

Die Verzinnung erfolgt innerhalb weniger Sekunden. Dabei greifen vorprogrammierte Greifer einen Draht, schwenken dessen abisoliertes Ende schnell durch den Flussmittelbehälter und führen das Drahtende dann schnell durch das fließende Lot.

Die einstellbare Drehzahl und die präzise Temperaturregelung der Pumpe gewährleisten eine wiederholbare und qualitativ hochwertige Verzinnung aller Litzen. Ebenso vorteilhaft ist ein speziell entwickelter Pumpenkanal, der den Lotfluss optimiert und so die Bildung von Schlacke minimiert. Das Modul ermöglicht außerdem die Verwendung von bleifreiem Zinn zur Begrenzung des Komponentenverschleißes, verfügt über Schnellwechselanschlüsse für eine schnelle und effiziente Einrichtung und kann ohne Werkzeug demontiert werden. Letzterer Vorteil verkürzt die Reinigungszeit erheblich.

Im Jahr 2017 stellte Komax das Flussmittel-Verzinnungsmodul X1585 vor, das eine vielseitige bleifreie Verzinnung von Litzenenden ermöglicht. Das Modul ist mit verschiedenen Verzinnungsdüsen ausgestattet, um ein breites Anwendungsspektrum abzudecken. Jede Düse kann während des Betriebs zerlegt werden.

Die Fluxstation ist kompakt und serienmäßig integriert, während der Lotbehälter bei jedem Drahtverarbeitungsvollautomaten leicht zugänglich ist. Laut Moeri funktioniert der X1585 am besten, wenn er mit dem Strangverdrillungsmodul X1582 des Unternehmens kombiniert wird. Er sagt, dass verdrehte Litzenenden die Verzinnungsgenauigkeit erhöhen.

Schleuniger stellte 2006 sein erstes Flussmittel-Verzinnungsmodul, das STS 1000, vor. Eine verbesserte Version, das STS 1100, wurde 2012 auf den Markt gebracht, hauptsächlich um Endbenutzer bei der Einhaltung des ROHS-Standards zu unterstützen, der die Verwendung von bleifreiem Lot erfordert Verzinnungsanwendungen. Der STS 1100 ermöglicht dem Bediener wie sein Vorgänger die Programmierung aller Flussmittel- und Verzinnungsparameter.

Laut Boyd führt der STS 1100 schnell ein Flussmittel und eine Verzinnung von abisolierten Drahtenden (Litzenleiter oder Koaxialkabel) mit einem Querschnitt von bis zu 14 AWG und einer Verzinnungslänge von bis zu 0,2 Zoll durch. Durch die optionale Ausstattung kann das Modul Drähte mit einem Durchmesser von bis zu 12 AWG und einer Verzinnungslänge von bis zu 0,39 Zoll verarbeiten. Darüber hinaus kann dieses Modul mit der Strangzwirnmaschine STW 1100 des Unternehmens eingesetzt werden.

„Mit der aktualisierten Version können Bediener genau programmieren, wie schnell und wie weit das abisolierte Drahtende in den Flussmittelauslauf und den Lotwasserfall hineingeht und wieder herauskommt“, bemerkt Boyd. „Der Auslauf und der Wasserfall sind nebeneinander montiert, nur fünf Zentimeter voneinander entfernt.“

Kurze Zykluszeiten sind ein wesentlicher Vorteil des STS 1100. Boyd sagt, dass 14- oder 12-AWG-Drähte mit einer Geschwindigkeit von 1.200 Stück pro Stunde verarbeitet werden können. Kleinere Drähte können mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2.000 Stück pro Stunde verarbeitet werden. Der tatsächliche Satz hängt jedoch von der Anwendung ab.

„Die Wartung ist die größte Herausforderung bei automatisierten Flussmittel-Verzinnungsmaschinen“, sagt Boyd. „Häufig nutzen Bediener die schnellstmöglichen Einstellungen, um die Maschinenleistung zu maximieren. Dies führt dazu, dass klebriges Flussmittel und noch nicht vollständig verfestigtes Lot auf dem Draht durch die Maschine geschleudert werden. Daher muss der Wartungsaufwand erhöht werden, um die Maschine sauber zu halten.“

Moeri sagt, dass einige Hersteller den X1585 in Verbindung mit dem Streifenmonitor X1240 des Unternehmens verwenden, der mit einer Kamera ausgestattet ist. Jeder Draht läuft an der Kamera vorbei, die den verzinnten Bereich schnell prüft, um zu überprüfen, ob er innerhalb der Toleranz liegt.

„Wenn nicht, schneidet eine integrierte ‚Schlechtteil aufschneiden‘-Funktion das Drahtende automatisch um etwa 10 bis 15 Millimeter nach, bevor es erneut aufbereitet und neu verzinnt wird“, erklärt Moeri. „Der Monitor informiert den Bediener dann darüber, wie viele Drähte pro Charge abgeschnitten und in Ruhe gelassen wurden. Darüber hinaus kann der Bediener den Monitor so programmieren, dass er ihn benachrichtigt, wenn aufeinanderfolgende fehlerhafte Kabel auftreten, damit er anhalten und die Ausrüstung überprüfen kann.“

Jim ist leitender Redakteur von ASSEMBLY und verfügt über mehr als 30 Jahre redaktionelle Erfahrung. Bevor er zu ASSEMBLY kam, war Camillo Herausgeber von PM Engineer, Association for Facilities Engineering Journal und Milling Journal. Jim hat einen Abschluss in Englisch von der DePaul University.