Version vom 22. Mai 2024, 12:17 Uhr

Schweißen, Löten und Kleben

Verbinden/Fügen

Allgemeine Informationen Es gibt eine Vielzahl von Fällen, bei denen Zahntechnikerinnen und Zahntechniker Teile miteinander verbinden müssen. Eine Brücke, die gebrochen ist, eine Prothese bei der etwas abgebrochen ist, eine Konuskrone oder die Verbindunge von Primärteil und Sekundärteil bei Implantaten.

Man unterscheidet folgende Verbindungentechniken:

stoffschlüssige Verbindungen
formschlüssige Verbindungen
kraftschlüssige Verbindungen

--- BILD --- Stoffschlüssige Verbindungen sind eine Art der festen Verbindung zwischen zwei oder mehr Materialien, bei der die Verbindung durch das Verbinden der Werkstoffe selbst entsteht. Das bedeutet, dass die Materialien an der Verbindungsstelle so miteinander verbunden werden, dass sie eine einheitliche, durchgehende Struktur bilden.

--- BILD --- Formschlüssige Verbindungen sind Verbindungen, bei denen die Teile durch ihre Form so miteinander verbunden sind, dass sie nicht ohne weiteres voneinander getrennt werden können. Die Verbindung wird durch ineinandergreifende Formen erreicht, die eine Bewegung oder das Auseinanderfallen der Teile verhindern.

--- BILD --- Kraftschlüssige Verbindungen sind Verbindungen, bei denen die Teile durch Reibungskraft zusammengehalten werden. Diese Reibungskraft entsteht durch das Zusammendrücken oder Klemmen der Teile, wodurch sie aneinander haften und sich nicht gegeneinander bewegen können.

Schweißen

--- BILD --- Schweißen ist ein Verfahren zur unlösbaren Verbindung von Werkstoffen, bei dem durch Wärmeeinwirkung (oft in Kombination mit Druck) die Materialien an den Verbindungsstellen aufgeschmolzen und miteinander verschmolzen werden. Dabei entsteht eine stoffschlüssige Verbindung, die nahezu so stark wie das Ausgangsmaterial ist.

In der Zahntechnik wird häufig Laserschweißen genutzt. Das Laserschweißen ist ein modernes Schweißverfahren, bei dem ein Laserstrahl als Energiequelle verwendet wird, um Materialien zu verbinden. Dieses Verfahren ist besonders für präzise und hochqualitative Schweißnähte geeignet und wird häufig in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Elektronik- und Medizintechnikindustrie eingesetzt.

Ein Laserstrahl wird durch einen Laseroszillator erzeugt. Die häufig verwendeten Lasertypen sind CO2-Laser, Nd:YAG-Laser (Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat) und Faserlaser. Der Laserstrahl wird mittels Spiegeln und Linsen zum Schweißbereich geführt und auf einen sehr kleinen Punkt fokussiert, was eine hohe Energiedichte ermöglicht. Der fokussierte Laserstrahl trifft auf die Oberfläche der Werkstoffe und erwärmt diese lokal sehr stark. Die hohe Energiedichte des Laserstrahls führt zum Aufschmelzen des Materials.

Die aufgeschmolzenen Bereiche der Werkstoffe verschmelzen miteinander und bilden nach dem Erstarren eine feste Schweißnaht. Je nach Anwendungsfall kann das Verfahren im Durchschweißmodus oder im Tiefschweißmodus durchgeführt werden. Im Durchschweißmodus wird der Laserstrahl verwendet, um dünne Materialien vollständig zu durchdringen, während im Tiefschweißmodus tiefe und schmale Schweißnähte in dickeren Materialien erzeugt werden.

Das Laserschweißen bietet zahlreiche Vorteile. Der Laserstrahl kann sehr genau gesteuert werden, wodurch präzise Schweißnähte mit minimaler Wärmeeinflusszone möglich sind. Aufgrund der konzentrierten Energiezufuhr bleibt die Wärmeeinflusszone klein, was zu minimaler thermischer Verformung führt. Zudem ermöglicht das Verfahren schnelle Schweißprozesse, was die Produktivität erhöht. Laserschweißsysteme lassen sich gut in automatisierte Fertigungsprozesse integrieren, was die Automatisierbarkeit des Verfahrens unterstreicht. Weiterhin können verschiedene Materialien, einschließlich schwer schweißbarer Legierungen und dünner Bleche, miteinander verbunden werden.

Das Laserschweißen bietet viele Vorteile, doch es gibt auch einige Nachteile, die bei der Entscheidung für dieses Verfahren berücksichtigt werden müssen.

Die Anschaffungskosten für Laserschweißanlagen sind sehr hoch. Die Laserquelle, Strahlführungssysteme und die erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen machen diese Technologie zu einer teuren Investition. Dies kann insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen eine Hürde darstellen. Neben den hohen Anschaffungskosten können auch die Wartungs- und Betriebskosten erheblich sein. Laserquellen und die damit verbundenen Systeme erfordern regelmäßige Wartung, um eine optimale Leistung sicherzustellen. Zudem können Ersatzteile und Verbrauchsmaterialien teuer sein.

Laserschweißen erfordert präzise Bauteiltoleranzen und eine exakte Positionierung der zu schweißenden Teile. Abweichungen können die Qualität der Schweißnaht beeinträchtigen oder sogar zu Fehlverbindungen führen. Dies erfordert eine hohe Genauigkeit bei der Herstellung und Positionierung der Bauteile. Das Laserschweißen ist oft auf dünnere Materialien beschränkt. Bei sehr dicken Werkstücken kann die Eindringtiefe des Laserstrahls unzureichend sein, was die Anwendung dieses Verfahrens einschränkt. Für dicke Materialien müssen alternative Schweißverfahren in Betracht gezogen werden.

Das Arbeiten mit Hochleistungslasern erfordert strenge Schutzmaßnahmen, um die Sicherheit der Bediener zu gewährleisten. Laserstrahlen können gefährlich sein und erfordern spezielle Schutzbrillen, Abschirmungen und Sicherheitsprotokolle, um das Risiko von Verletzungen zu minimieren. Die Qualität der Schweißnaht kann stark von der Oberflächenbeschaffenheit der Werkstücke abhängen. Verschmutzungen, Oxidschichten oder ungleichmäßige Oberflächen können die Effektivität des Laserschweißens beeinträchtigen und zu unzureichenden Verbindungen führen. Eine gründliche Vorbehandlung der Werkstücke ist daher oft notwendig.

Laserschweißen erfordert eine genaue Kontrolle der Prozessparameter, wie Laserleistung, Schweißgeschwindigkeit und Fokuslage. Kleinste Abweichungen können die Qualität der Schweißnaht beeinflussen. Dies erfordert hochentwickelte Überwachungssysteme und Fachkenntnisse, um konsistente Ergebnisse zu erzielen.

Zusammenfassend bietet das Laserschweißen präzise und hochwertige Schweißverbindungen, jedoch gibt es Nachteile wie hohe Anschaffungs- und Betriebskosten, empfindliche Bauteiltoleranzen, begrenzte Materialdicke und die Notwendigkeit von strengen Schutzmaßnahmen. Zudem sind die Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit und Prozesskontrolle hoch. Trotz dieser Nachteile bleibt das Laserschweißen in vielen Industrien aufgrund seiner Vorteile und Anwendungsvielfalt ein wichtiges Verfahren.

Löten

Das Löten ist ein Verfahren zur Verbindung von Werkstoffen, bei dem ein zusätzliches Lotmaterial verwendet wird, das unterhalb der Schmelztemperatur der Grundwerkstoffe schmilzt. Dadurch bleiben die Grundwerkstoffe selbst fest, und die Verbindung erfolgt durch das erstarrte Lot. Dieses Verfahren findet breite Anwendung in der Elektronik, der Sanitärtechnik und bei der Herstellung von Schmuck.

Beim Löten wird das Lotmaterial, das meist aus einer Metalllegierung besteht, erhitzt, bis es schmilzt. Das flüssige Lot wird dann zwischen die zu verbindenden Werkstücke gebracht. Die Lötstellen werden ebenfalls erhitzt, jedoch nicht bis zur Schmelztemperatur des Grundwerkstoffs. Das geschmolzene Lot benetzt die Oberflächen der Werkstücke und fließt in die Lötstelle, wobei es durch Kapillarwirkung verteilt wird. Nach dem Erstarren des Lots entsteht eine feste Verbindung zwischen den Werkstücken.

Es gibt verschiedene Lötverfahren, die sich in der Anwendung und den eingesetzten Materialien unterscheiden. Beim Weichlöten, das meist bei Temperaturen unter 450 °C durchgeführt wird, werden Materialien wie Zinn-Blei- oder Zinn-Kupfer-Legierungen verwendet. Es wird häufig in der Elektronik eingesetzt, um empfindliche Bauteile zu verbinden. Beim Hartlöten, das bei höheren Temperaturen über 450 °C durchgeführt wird, kommen Legierungen wie Kupfer-Zink oder Silber-Kupfer zum Einsatz. Dieses Verfahren wird oft in der Sanitärtechnik und bei der Verbindung von Metallrohren verwendet.

Das Löten bietet mehrere Vorteile. Es ermöglicht die Verbindung von verschiedenen Materialien, die oft schwer schweißbar sind, wie beispielsweise unterschiedliche Metalle oder Metall-Keramik-Verbindungen. Da die Grundwerkstoffe nicht geschmolzen werden, bleibt ihre Struktur weitgehend unverändert, was die mechanischen Eigenschaften und die Maßhaltigkeit der Werkstücke erhält. Zudem lassen sich mit Löten sehr feine und detaillierte Verbindungen herstellen, was besonders in der Elektronik von Vorteil ist.

Obwohl das Löten viele Vorteile bietet, gibt es auch einige Nachteile, die je nach Anwendungsfall berücksichtigt werden müssen.

Die Verbindungen, die durch Löten hergestellt werden, sind in der Regel weniger stark als geschweißte Verbindungen. Das Lotmaterial hat oft eine geringere Festigkeit und Tragfähigkeit als die Grundwerkstoffe, was die Belastbarkeit der Lötstelle einschränken kann. Lötverbindungen sind zudem weniger temperaturbeständig als Schweißverbindungen. Bei hohen Temperaturen kann das Lotmaterial erweichen oder schmelzen, was die Integrität der Verbindung beeinträchtigt. Dies kann insbesondere in Umgebungen mit hohen thermischen Belastungen problematisch sein.

Lötstellen können anfällig für Korrosion sein, insbesondere wenn unedle Lotmaterialien verwendet werden. Die Korrosionsbeständigkeit der Lötstelle kann geringer sein als die der Grundwerkstoffe, was zu einer verminderten Lebensdauer der Verbindung führen kann. Während das Löten in der Elektronik weit verbreitet ist, können Lötverbindungen unerwünschte elektrische Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise können Lötstellen unerwünschte Widerstände oder parasitäre Kapazitäten einführen, die die elektrische Leistung beeinflussen.

Lötverbindungen erfordern eine sorgfältige Vorbereitung der Oberflächen. Die Werkstücke müssen sauber und frei von Oxiden, Fett und anderen Verunreinigungen sein, um eine gute Benetzung und Haftung des Lotes zu gewährleisten. Dies kann zusätzlichen Aufwand in der Produktion bedeuten. Einige Lotmaterialien, insbesondere solche, die Blei enthalten, können umwelt- und gesundheitsschädlich sein. Bleihaltige Lote sind toxisch und erfordern besondere Vorsichtsmaßnahmen beim Umgang und der Entsorgung. Daher sind bleifreie Lote in vielen Anwendungen vorgeschrieben, was die Auswahl der Materialien einschränken kann.

Das Reparieren oder Überarbeiten von Lötverbindungen kann kompliziert sein. Beim erneuten Erhitzen kann es schwierig sein, das Lot gleichmäßig zu entfernen oder neu aufzutragen, ohne die angrenzenden Bauteile oder Verbindungen zu beschädigen.

Zusammenfassend ist Löten ein vielseitiges und effektives Verfahren zur Verbindung von Werkstoffen, jedoch gibt es Einschränkungen bezüglich der mechanischen Festigkeit, Temperaturbeständigkeit und Korrosionsanfälligkeit der Lötstellen. Außerdem sind sorgfältige Vorbereitungen und Umweltaspekte zu berücksichtigen. Trotz dieser Nachteile bleibt Löten in vielen Bereichen unverzichtbar, insbesondere dort, wo Präzision und die Erhaltung der Materialeigenschaften entscheidend sind.

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 === Funktionsweise ===
+--- Grafik Bilderserie ---
 === Vorgehen ===

1998 LS 8.3 Schweißen, Löten und Kleben: Unterschied zwischen den Versionen

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