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Die vorliegende Erfindung betrifft eine verlötbare Elektrode und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen verlötbaren Elektrode.
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Solche verlötbaren Elektroden sind vielseitig einsetzbar. Ein möglicher Einsatzfall ist bei der Kontaktierung von elektrischen Aktuatoren gegeben, die beispielsweise aus Schichtmaterialien aufgebaut sind. Bei solchen Schichtaktuatoren werden einzelne Piezoelektrische-Schichten übereinander angeordnet und jede Schicht wird einzeln von den Seiten aus kontaktiert. Durch die Anlegung einer elektrischen Spannung ändert sich die gesamte Länge des elektrischen Aktuators entsprechend.
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Bei solchen Aktuatoren ist es wichtig, dass die Vielzahl der einzelnen piezoelektrischen Schichten zuverlässig und auch dauerhaft zuverlässig kontaktierbar ist, obwohl der gesamte Aktuator und auch die den Aktuator kontaktierende Elektrode bewegt werden und dabei periodisch ihre Länge ändern, wodurch Relativbewegungen zwischen der Elektrode und dem Schichtaktuator auftreten können.
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Für diese und auch andere Anwendungsfälle sind verlötbare Elektroden bekannt geworden, die mit einer Netzelektrode versehen sind, um über das Netz den elektrischen Verbraucher oder den Schichtaktuator dauerhaft zuverlässig zu kontaktieren. Dabei wird im Herstellungsprozess die verlötbare Elektrode mit dem zu versorgenden Bauteil, wie beispielsweise dem Schichtaktuator verlötet. Es hat sich im Stand der Technik als aufwendig herausgestellt, die benötigte Lötmittelmenge gezielt bereitzustellen, um eine einwandfreie Verlötung zu gewährleisten.
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Mit der
DE 10 2006 057 178 A1 ist ein verlötbares Netz bekannt geworden, bei dem die über einer Netzfläche verwebten Drähte aus einem Kern bestehen, der über der Länge radial von einer Dickschichtverzinnung umgeben ist, um über der Netzfläche eine homogene und eine gleich verteilte Lotmenge für den Lötprozess zur Verfügung zu stellen.
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Dieser Stand der Technik funktioniert zuverlässig, jedoch ist die Herstellung insgesamt relativ aufwendig.
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Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verlötbare Elektrode zur Verfügung zu stellen, welche zuverlässige Eigenschaften bei der Verlötung bietet und welche einfacher oder kostengünstiger herzustellen ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine verlötbare Elektrode mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das erfindungsgemäße Verfahren ist Gegenstand des Anspruchs 15. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Weitere Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel.
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Eine erfindungsgemäße verlötbare Elektrode weist wenigstens eine Netzelektrode und wenigstens eine darauf oder darunter angeordnete streifenförmige Lotschicht auf. Dabei ist die Netzelektrode wenigstens einmal umgefaltet, um die streifenförmige Lotschicht mit der Netzelektrode zu verbinden oder um die streifenförmige Lotschicht an der Netzelektrode aufzunehmen.
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Die erfindungsgemäße verlötbare Elektrode hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen verlötbaren Elektrode ist die einfache Herstellung, da die Netzelektrode nur wenigstens einmal umgefaltet werden muss. Wichtig ist, dass die streifenförmige Lotschicht wenigstens vorübergehend fest an der Netzelektrode aufgenommen ist, um die weiteren Bearbeitungsschritte bis einschließlich des Lötprozesses durchführen zu können. Anschließend hat sich die Lotschicht aufgelöst und verbindet die Elektrode mit dem entsprechenden Bauteil.
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Durch die erfindungsgemäße verlötbare Elektrode wird es ermöglicht, unterschiedlichste Lotmaterialien an der Netzelektrode aufzunehmen. Wird hingegen eine Netzelektrode galvanisch beschichtet, sind nur gewisse Materialkombinationen zwischen Material der Netzelektrode und dem Lotmaterial möglich, da andere Materialkombinationen nicht oder nur schwierig mit einer galvanischen Beschichtung aufgetragen werden können.
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Mit der vorliegenden Erfindung hingegen werden jegliche Materialkombinationen ermöglicht, sodass das Material der Netzelektrode und das verwendete Lotmaterial anschließend nach den Gründen der Zweckmäßigkeit der Qualität und des Preises ausgesucht werden können. Dadurch können sowohl die Leistungsfähigkeit erhöht als auch die Kosten gesenkt werden. Durch die einfache Herstellung ist weiterhin der Aufwand bei der Herstellung erheblich geringer als im Stand der Technik.
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Insbesondere kann die Netzelektrode mit der darauf bzw. darunter angeordneten streifenförmigen Lotschicht umgefaltet werden.
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Vorzugsweise ist die streifenförmige Lotschicht flächig ausgebildet und insbesondere plattenförmig ausgestaltet. Es ist bevorzugt, dass auch die Netzelektrode streifenförmig oder wenigstens abschnittsweise streifenförmig ausgebildet ist.
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Wichtig ist, dass für die weitere Verarbeitung ein ausreichend fester Verbund zwischen der streifenförmigen Lotschicht und der Netzelektrode erzielt wird. Die flächige Lotschicht stellt an der verlötbaren Elektrode das Lotreservoir dar, mit welchem die verlötbare Elektrode an einen elektrischen Verbraucher oder ein sonstiges elektrisches Gerät angeschlossen werden kann. Die Lotmenge in der Lotschicht wird dabei so gemessen, dass sie für den vorgesehenen Anwendungsfall ausreichend ist.
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Beim Umfalten der Netzelektrode mit der Lotschicht kann eine Biegekante oder es können mehrere Biegekanten entstehen. Möglich ist es aber auch, dass der Biegeradius so gewählt ist, dass keine eindeutige Biegekante, sondern ein Biegeradius vorliegt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Netzelektrode wenigstens ein Drahtgewebe und/oder wenigstens ein Drahtgeflecht und/oder wenigstens ein Drahtgewirk. Dabei kann die Netzelektrode wenigstens teilweise aus metallischen Drähten bestehen. Möglich ist es auch, dass die Netzelektrode Drähte aufweist, die z. B. im Kern aus einem Kunst- oder Naturstoff bestehen und die mit einer metallischen Beschichtung versehen sind, um die nötige Leitfähigkeit zu gewährleisten.
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Die Drahtdurchmesser der verwendeten Drähte liegen insbesondere in einem Bereich zwischen 50 und 150 Mikrometern. Möglich sind auch kleine und deutlich größere Drahtdurchmesser von 1 mm oder mehr.
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Vorzugsweise besteht die streifenförmige Lotschicht wenigstens überwiegend aus wenigstens einem Lotmaterial. Möglich ist auch die Kombination unterschiedlicher Lotmaterialien in der streifenförmigen Lotschicht. Möglich und bevorzugt ist es auch, mehrere Lotschichten an der verlötbaren Elektrode aufzunehmen.
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In bevorzugten Ausgestaltungen ist die Netzelektrode wenigstens zweimal umgefaltet. Durch eine doppelte Umfaltung kann eine besonders sichere Aufnahme der Lotschicht an der Netzelektrode oder auch der Netzelektrode an der Lotschicht gewährleistet werden. Vorzugsweise ist die streifenförmige Lotschicht wenigstens abschnittsweise von der Netzelektrode umgeben. Bevorzugt ist es aber auch, dass die streifenförmige Lotschicht die Netzelektrode wenigstens abschnittsweise umgibt.
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Besonders bevorzugt ist es auch, wenn auf beiden Seiten der Netzelektrode jeweils eine oder mehrere streifenförmige Lotschichten vorgesehen sind. Dann wird die Netzelektrode nach dem Umfalten auf allen Seiten von der streifenförmigen Lotschicht umgeben.
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In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass die streifenförmige Lotschicht als flächige Lotfolie ausgebildet ist. Möglich ist es aber auch, dass die streifenförmige Lotschicht wenigstens ein Lotgewirk, ein Lotgestrick, ein Lotgeflecht, einen Lotfilz oder ein Lotgewebe umfasst. In allen Ausgestaltungen weist die streifenförmige Lotschicht vorzugsweise eine Dicke zwischen 10 Mikrometern und 150 Mikrometern und insbesondere zwischen 20 Mikrometern und 70 Mikrometern auf.
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Der Drahtdurchmesser der Drähte der Netzelektrode beträgt vorzugsweise zwischen etwa 30 Mikrometern und 150 Mikrometern und insbesondere zwischen etwa 40 Mikrometern und 100 Mikrometern.
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Um eine hohe Elastizität der verlötbaren Elektrode zu gewährleisten, umfasst die Netzelektrode vorzugsweise wenigstens ein Drahtgewebe, dessen Kett- und Schussdrähte sich unter einem Winkel zur Längsrichtung erstrecken. Insbesondere liegt der Winkel zwischen der Längsrichtung und den Kettdrähten und/oder den Schussdrähten in einem Bereich zwischen etwa 30 und 60 Grad. In vorteilhaften Ausgestaltungen liegt er bei etwa 45 Grad, da dort eine besonders hohe Elastizität gegeben ist.
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Möglich sind aber auch größere und kleinere Winkel, je nachdem welche Elastizität gewünscht wird und welche weiteren Anforderungen gelten.
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In bevorzugten Ausgestaltungen ist die Netzelektrode mit der daran aufgenommenen streifenförmigen Lotschicht umgefaltet. Anschließend können die Netzelektrode und die streifenförmige Lotschicht miteinander verpresst und insbesondere kalandriert werden. Dadurch wird eine Dickenreduktion der Gesamtdicke aus umgefalteter Netzelektrode mit daran vorgesehener Lotschicht bewirkt. Dadurch wird der Verbund zwischen der Netzelektrode und der streifenförmigen Lotschicht nochmals verstärkt.
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In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass die Netzelektrode mit der Lotschicht über wenigstens einen Anschlussabschnitt umgefaltet ist, wobei dort insbesondere ein elektrisches Anschlusselement mit eingefaltet sein kann. Dadurch wird auch das elektrische Anschlusselement sicher an der verlötbaren Elektrode aufgenommen, sodass eine zuverlässige Funktion nach der Verlötung der verlötbaren Elektrode sicher gestellt wird. Der Anschlussabschnitt kann sich über einen kleinen Teil der Länge oder auch über die gesamte Länge erstrecken.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer verlötbaren Elektrode werden wenigstens eine Netzelektrode und wenigstens eine streifenförmige Lotschicht verwendet. Dabei wird die Netzelektrode mit einer streifenförmigen Lotschicht wenigstens teilweise bedeckt und anschließend wird die Netzelektrode und/oder die daran vorgesehene Lotschicht wenigstens einmal umgeklappt oder umgefaltet, um die Netzelektrode mit der streifenförmigen Lotschicht zu verbinden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr vorteilhaft, da es auf einfache Art und Weise eine verlötbare Elektrode herstellen kann, welche zuverlässig und dauerhaft die gewünschten Anforderungen erfüllt.
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In bevorzugten Weiterbildungen wird eine Netzelektrode mit einer aus einer folienartigen Lotschicht bestehenden Lotfolie bedeckt und anschließend werden beide miteinander umgefaltet oder eingefaltet.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
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In den Figuren zeigen:
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1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße verlötbare Elektrode;
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2 eine verlötbare Elektrode mit einem elektrischen Anschluss in einer schematischen Ansicht;
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3 einen vergrößerten schematischen Querschnitt durch das Anschlussende einer verlötbaren Elektrode;
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4 einen schematischen Längsschnitt durch ein Ende der verlötbaren Elektrode;
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5 einen schematisch dargestellten Querschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße verlötbare Elektrode;
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6 einen schematisch dargestellten Querschnitt durch noch eine erfindungsgemäße verlötbare Elektrode; und
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7 einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen verlötbaren Elektrode.
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Mit Bezug auf die beiliegenden Figuren wird im Folgenden ein Ausführungsbeispiel einer verlötbaren Elektrode 1 näher erläutert.
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Die in 1 dargestellte Elektrode umfasst eine Lotschicht 3, die hier als plattenförmige Folie 9 ausgeführt ist. Die Lotplatte 11 ist hier unterhalb der Netzelektrode 2 angeordnet. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Lotschicht 3 oberhalb der Netzelektrode 2 vorgesehen ist. Die hier rechteckig dargestellte Lotfolie 9 und der entsprechende rechteckige Abschnitt der Netzelektrode 2 können auch andere Formen aufweisen.
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Die Netzelektrode 2 besteht aus einem Drahtgewebe 6, welches aus Drähten 7 und 8 bzw. aus Kettdrähten 12 und Schussdrähten 13 besteht. Der Drahtdurchmesser 18 der Schussdrähte 13 und der Drahtdurchmesser 17 der Kettdrähte 12 liegen hier im Ausführungsbeispiel zwischen etwa 40 μm und 150 μm. Die genauen Abmessungen hängen vom vorgesehenen Einsatzfall ab.
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In 2 ist eine schematisierte Draufsicht auf eine fertige verlötbare Elektrode dargestellt. Die verlötbare Elektrode 1 umfasst ein Drahtgewebe 6 als Netzelektrode 2. Das Drahtgewebe 6 bzw. die Kettdrähte 12 und die Schussdrähte 13 des Drahtgewebes 6 weisen hier zur Längsrichtung 15 der verlötbaren Elektrode 1 einen Winkel 14 auf, der im Ausführungsbeispiel 45 Grad beträgt.
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An dem im Ausführungsbeispiel links angeordneten Anschlussabschnitt 16 ist ein Anschlusselement 19 aufgenommen. Zur sicheren Aufnahme des Anschlusselementes 16 kann der Anschlussabschnitt 16 umgeklappt bzw. aufeinandergefaltet werden, um eine sichere Aufnahme des Anschlusselementes 19 zu gewährleisten. Möglich ist es auch, dass die Netzelektrode 2 der verlötbaren Elektrode 1 insgesamt mit der Lotschicht 3 umgeklappt ist.
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3 zeigt einen Querschnitt durch die verlötbare Elektrode 1. Dabei ist die als Lotfolie 9 ausgeführte Lotschicht 3 durch Verpressen mit der Netzelektrode 2 verbunden. Nach dem Pressvorgang sind die seitlichen Abschnitte der Netzelektrode 2 umgeklappt worden, wobei im Inneren ein Anschlusselement 19 z. B. angepunktet vorgesehen sein kann, um die verlötbare Elektrode 1 mit einer Strom- oder Spannungsquelle oder einer Steuereinrichtung oder dergleichen zu verbinden. Durch das Umfalten und das zusätzliche Verpressen wird eine feste Aufnahme der Lotschicht 3 an der Netzelektrode 2 gewährleistet.
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In der schematischen Darstellung gemäß 3 sind auf der linken Seite die Biegekanten 20 und 21 eingezeichnet, während auf der rechten Seite beide Biegekanten insgesamt mit dem Bezugszeichen 36 versehen sind. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Darstellung der 3 eine schematische Darstellung ist. Es ist möglich, dass auf der rechten und der linken Seite jeweils nur eine Biegekante vorgesehen ist. In Bereichen, in denen kein elektrisches Anschlusselement 19 vorgesehen ist, liegt beispielsweise der obere rechte Abschnitt 33 mit dem damit verbundenen oberen rechten Abschnitt 23 der Netzelektrode regelmäßig direkt auf dem unteren Abschnitt der Lotschicht 34 auf, sodass nur eine Biegekante 36 vorhanden ist. Der obere linke Abschnitt 22 der Netzelektrode 2 liegt dann mit dem oberen linken Abschnitt 32 der Lotschicht 3 direkt auf dem unteren Abschnitt 24 der Netzelektrode 2 auf.
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Die in den Figuren hier eingezeigten Spalte zwischen den einzelnen Komponenten dienen nur der Verdeutlichung des Prinzips und sind in einer realen Ausgestaltung in der Regel nicht vorhanden, um einen entsprechend festen Sitz der einzelnen Komponenten aneinander zu gewährleisten.
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4 zeigt einen Längsquerschnitt im Bereich des Anschlussabschnitts 16, in dem das elektrische Anschlusselement 19 nicht zwischen den einzelnen Lagen der verlötbaren Elektrode 1, sondern außen z. B. angepunktet vorgesehen ist. Innen liegt zwischen den Lagen der aufeinander gefalteten Netzelektrode 2 jeweils eine Lage der Lotfolie 9. Das Anschlusselement 19 könnte auch im Inneren zwischen den einzelnen Lagen aufgenommen werden.
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Während die Dicke 10 der Lotfolie 9 typischerweise im Bereich von 20 bis 70 μm liegt, beträgt die Dicke 27 einer Lage der Netzelektrode 2 hier zwischen 50 μm und 150 μm. Die Gesamtdicke 31 der fertigen verlötbaren Elektrode addiert sich dementsprechend. In den Bereichen, in denen ein elektrisches Anschlusselement 19 vorgesehen ist, vergrößert sich die Dicke 31 entsprechend stark, während sie in den anderen Abschnitten entsprechend geringer ist.
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Die in 5 dargestellte erfindungsgemäße verlötbare Elektrode besteht aus einer Netzelektrode und einer streifenförmigen Lotschicht 3, die im Inneren der eingefalteten Netzelektrode 2 aufgenommen ist. Bei dieser Ausgestaltung wird eine streifenförmige Netzelektrode 2 zunächst auf eine geeignete Unterlage gelegt. Anschließend wird eine streifenförmige Lotfolie 9 als Lotschicht 3 auf die ebenfalls streifenförmige Netzelektrode 2 aufgelegt. An den Biegekanten 20 und 36 wird die Netzelektrode 2 eingefaltet, sodass die mit Lotschicht 3 praktisch vollständig von der Netzelektrode 2 umgeben ist. Hier wird die Lotschicht nicht mit umgefaltet. Die Lotschicht 3 kann hier auch als massive Lotplatte 11 ausgebildet sein. In dem Beispiel gemäß 5 ist auf beiden Seiten 4 und 5 jeweils die Netzelektrode 2 außen angeordnet.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer schematisch dargestellten verlötbaren Elektrode 1. Hier sind auf beiden Seiten der Netzelektrode 2 Lotschichten 3 vorgesehen. Eine mögliche Verfahrensweise dabei ist, dass zunächst eine Lotfolie 9 auf eine Unterlage aufgelegt wird, auf die anschließend eine Netzelektrode 2 aufgelegt wird. Darauf wird wiederum eine Lotfolie 9 aufgelegt. Anschließend können die Seitenbereiche an den Biegekanten 20 und 36 umgeklappt werden, sodass sich wiederum insgesamt eine etwa C-förmiger Querschnitt ergibt. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist im Ausführungsbeispiel gemäß 6 sowohl innen als auch außen jeweils eine Lotfolie 9 vorgesehen. Dabei ist die innere Lotfolie 9 nicht mit umgefaltet, während die äußere Lotfolie 9 mit umgefaltet wurde.
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Die Dicke 10 der jeweils aufgebrachten Lotschichten kann entsprechend geringer sein, um eine zuverlässige Verlötung zu gewährleisten. In der Regel werden die Dicke der Lotschichten und somit die Menge des Lotmaterials an den Lötprozess angepasst.
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Möglich ist es auch, dass eine Lotfolie 9 um eine Netzelektrode 2 herumgefaltet wird, ohne die Netzelektrode 2 selbst zu falten.
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7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Netzelektrode 2 auf eine entsprechend große Lotschicht 9 aufgelegt wurde und beide gemeinsam entlang der Biegekanten 20 und 36 umgefaltet wurden. Die Lotschicht 9 befindet sich hier außen, während die Netzelektrode 2 vollständig von der Lotschicht umgeben ist. Im Anschluss an den Biege- bzw. Faltvorgang werden die Netzelektrode 2 zusammen mit der Lotschicht 9 kalandriert. Dabei wurde die Dicke um mehr als 20% reduziert. Es wird insgesamt eine feste Verbindung erzeugt, die beide Komponenten sicher bis zum Lötprozess hält.
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In den schematischen Darstellungen gemäß der 3 und 5 bis 7 sind zwischen den einzelnen Schichten Spalte abgebildet, um die visuelle Zuordnung der einzelnen Schichten zu erleichtern. In konkreten Ausgestaltungen sind diese Spalte regelmäßig nicht vorhanden. Insbesondere, wenn die vorhandenen Schichten über ein Kalandriergerät beispielsweise miteinander verbunden sind, werden eventuell vorhandene Spalte beim Kalandrierprozess regelmäßig zerquetscht.
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Insgesamt stellt die erfindungsgemäße Erfindung ein einfaches Verfahren und eine einfach herstellbare verlötbare Elektrode zur Verfügung, womit beispielsweise elektrische Aktuatoren zuverlässig und dauerhaft ansteuerbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- verlötbare Elektrode
- 2
- Netzelektrode
- 3
- Lotschicht
- 4
- Seite
- 5
- Seite
- 6
- Drahtgewebe
- 7
- Draht
- 8
- Draht
- 9
- Lotfolie
- 10
- Dicke
- 11
- Lotplatte
- 12
- Kettdraht
- 13
- Schussdraht
- 14
- Winkel
- 15
- Längsrichtung
- 16
- Anschlussabschnitt
- 17
- Drahtdurchmesser
- 18
- Drahtdurchmesser
- 19
- Anschlusselement
- 20
- Biegekante
- 21
- Biegekante
- 22
- oberer linker Abschnitt der Netzelektrode
- 23
- oberer rechter Abschnitt der Netzelektrode
- 24
- unterer Abschnitt der Netzelektrode
- 25
- Abflachung der Netzelektrode
- 26
- Abflachung der Lotschicht
- 27
- Dicke der Netzelektrode
- 28
- Kalandriergerät
- 29
- Walze
- 30
- Walze
- 31
- Gesamtdicke, Enddicke
- 32
- oberer linker Abschnitt der Lotschicht
- 33
- oberer rechter Abschnitt der Lotschicht
- 34
- unterer Abschnitt der Lotschicht
- 35
- Dicke vor dem Kalandern
- 36
- Biegekante
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006057178 A1 [0005]
