DE102011114530B4

DE102011114530B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer verlötbaren Siebelektrode

Info

Publication number: DE102011114530B4
Application number: DE102011114530.7A
Authority: DE
Inventors: auf Antrag nicht genannt. Erfinder
Original assignee: HOENING oHG WALDEMAR; WALDEMAR HOENING oHG
Current assignee: Waldemar Hoening Ohg De
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2023-04-20
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: DE102011114530A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer verlötbaren Elektrode (1), wobei eine Netzelektrode (2) mit wenigstens einer streifenförmigen Lotschicht (3) versehen wird und wobei anschließend die Netzelektrode (2) mit der streifenförmigen Lotschicht (3) verpresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine elastische Schicht (40) zusammen mit der Lotschicht (3) und der Netzelektrode (2) wenigstens bereichsweise verpresst wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer verlötbaren Elektrode. Die vorliegende Anmeldung ist eine Zusatzpatentanmeldung zu der deutschen Patentanmeldung mit der Nr. 10 2011 015 219.9 .
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.
Bei solchen Aktuatoren ist es wichtig, dass die Vielzahl der einzelnen piezoelektrischen Schichten 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.
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.
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.
Dieser Stand der Technik funktioniert zuverlässig, jedoch ist die Herstellung insgesamt relativ aufwendig.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer verlötbaren Elektrode zur Verfügung zu stellen, welche zuverlässige Eigenschaften bei der Verlötung bietet und welche einfacher oder kostengünstiger herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben. Weitere Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird zum Herstellen einer verlötbaren Elektrode eingesetzt. Es wird wenigstens eine Netzelektrode mit wenigstens einer streifenförmigen Lotschicht versehen. Anschließend wird die Netzelektrode mit der streifenförmigen Lotschicht verpresst. Dabei wird wenigstens eine elastische Schicht zusammen mit der Lotschicht und der Netzelektrode wenigstens bereichsweise verpresst.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat viele Vorteile. Es können hochqualitative einer verlötbare Elektroden mit geringem Aufwand hergestellt werden. Eine verlötbare Elektrode nach dem erfindungsgemäßen Verfahren stellt auf günstige Art und Weise verlötbare Elektroden zur Verfügung, die höchsten Ansprüchen genügt.
Durch den Einsatz einer elastischen Schicht beim Verpressen wird ein besonders fester Verbund der Netzelektrode mit der streifenförmigen Lotschicht erzeugt. Dieser Verbund lässt sich durch Erschütterungen oder durch den Transport der verlötbaren Elektrode nicht zerstören. Der Verbund ist ein Mehrfaches fester als ein Pressvorgang ohne Verwendung einer elastischen Schicht. Der Einsatz eines Schichtenstapels aus Netzelektrode, streifenförmiger Lotschicht und elastischer Schicht verbessert die Haftung und den Zusammenhalt auch bei einer nur relativ geringen Andruckkraft während der Verpressung.
Die Netzelektrode kann nur auf einzelnen Bereichen oder auch vollflächig verpresst werden.
Vorzugsweise wird wenigstens eine elastische Schicht nach dem Verpressen wieder entfernt und insbesondere von dem Schichtenstapel abgezogen. Dabei wird der Verbund aus Netzelektrode und streifenförmiger Lotschicht nicht beschädigt. Die elastische Schicht, die z. B. als dünne Folie ausgeführt ist, kann einfach von dem Schichtenstapel abgezogen werden. Die verstärkte Haftung von Netzelektrode und streifenförmiger Lotschicht verbleibt dennoch dauerhaft.
Vorteilhafter Weise befindet sich die Lotschicht beim Pressvorgang zwischen der elastischen Schicht und der Netzelektrode. Dadurch wird ein besonders starker Verbund erzeugt. Möglich ist der Einsatz aber auch auf der anderen Seite.
Insbesondere ist die elastische Schicht dicker als die Lotschicht. Es ist aber auch möglich, dass die elastische Schicht genauso dick oder sogar dünner wie die Lotschicht ist.
Vorzugsweise besteht die elastische Schicht wenigstens teilweise aus wenigstens einem Kunststoff. Möglich und bevorzugt ist auch der Einsatz anderer elastischer Materialien. Insbesondere kann die elastische Schicht auch wenigstens teilweise oder vollständig aus Gummi und/oder Kautschuk und/oder sonstigen Kunst- oder Naturmaterialien mit ähnlichen oder vergleichbaren elastischen Eigenschaften bestehen oder solche Materailien umfassen.
Die elastische Schicht kann automatisch oder manuell von einer Rolle abgewickelt und dem Pressvorgang zugeführt werden. Die elastische Schicht kann mehrmals und insbesondere auch umlaufend verwendet werden. Die elastische Schicht kann in bestimten Ausgestaltungen dauerhaft auf einem Stempel der Presseinrichtung angebracht sein. Die elastische Schicht verformt sich bei jedem Pressvorgang und schmiegt sich an die Netzelektrode bzw. die Lotschicht an und trägt zur Erzeugung des Verbundes bei. Der Verbund von Netzelektrode und Lotschicht bleibt auch nach dem Pressvorgang und nach der Entfernung der elastischen Schicht bestehen.
In allen Ausgestaltungen ist es möglich, dass die Netzelektrode bei dem Pressvorgang ausgestanzt wird.
Eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte verlötbare Elektrode weist eine Netzelektrode mit wenigstens einer streifenförmigen Lotschicht auf. Dabei ist die streifenförmige Lotschicht mit der Netzelektrode verbunden. Dazu ist die Netzelektrode von wenigstens einer Seite aus mit der streifenförmigen Lotschicht verpresst. Die wenigstens eine elastische Schicht kann direkt nach dem Pressvorgang wieder entfernt werden.
Eine so hergestellte verlötbare Elektrode hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil ist das einfache Herstellungsverfahren. Zunächst kann eine Netzelektrode auf herkömmliche Art und Weise hergestellt werden, die nicht über einen Vorrat an Lotmaterial zum Verlöten verfügt. Anschließend wird die fertige oder wenigstens halbfertige Netzelektrode mit wenigstens einer streifenförmigen Lotschicht verpresst, wobei durch die elastische Schicht beim Verpressen die Haltekräfte zwischen der Lotschicht und der Netzelektrode erheblich stärker sind als ohne einen solchen Einsatz.
Durch diese Art des Verpressens wird eine - wenigstens vorübergehend - feste Bindung zwischen der Netzelektrode und der streifenförmigen Lotschicht erzeugt. Die erzeugte Bindung reicht für das weitere Verarbeiten der verlötbaren Elektrode und für die Montage an dem zu verlötenden Produkt aus. Anschließend kann in einem geeigneten Ofen oder über eine andere Art der Wärmezufuhr die verlötbare Elektrode mit dem elektrischen Verbraucher wie beispielsweise einem Schichtaktuator verlötet werden, um eine zuverlässige Kontaktierung der einzelnen piezoelektrischen Schichten des Aktuators zu erzeugen und dauerhaft zu gewährleisten.
Die mit der Netzelektrode verbundene streifenförmige Lotschicht stellt ein Lotreservoir dar, welches bei der anschließenden Verlötung für eine sichere und ausreichende Kontaktierung des zu kontaktierenden Produkts sorgt. Dadurch kann der folgende Lötprozess vollständig ohne Zufuhr von weiterem Lötmaterial erfolgen.
Ein weiterer erheblicher Vorteil der erfindungsgemäß hergestellten verlötbaren Elektrode liegt darin, dass unterschiedlichste Materialien der Netzelektrode und der streifenförmigen Lötschicht eingesetzt werden können. Soll hingegen eine Netzelektrode insgesamt galvanisch oder aber sollen die zur Herstellung der Netzelektrode verwendeten Drähte zuvor galvanisch mit einer Lötschicht überzogen werden, so kann sich das Problem ergeben, dass bestimmte Materialkombinationen galvanisch nicht aufgetragen werden können. Das führt dazu, dass in Abhängigkeit von dem Material der Netzelektrode, nur bestimme Lötmaterialien möglich sind.
Bei den modernen Lötprozessen kann die Festlegung auf galvanisch-kompatible Materialien zu einer erheblichen Einschränkung der Materialwahl für die Netzelektrode und für die Lötschicht sorgen. Dadurch können erhebliche Produkt-, Qualitäts- und/oder Preisnachteile entstehen, die mit der vorliegenden Erfindung vermieden werden, da eine mechanische Verbindung zwischen der Netzelektrode und der streifenförmigen Lötschicht erzeugt wird, die unabhängig von den verwendeten Materialien zuverlässig funktioniert.
Die Form und die Struktur der verlötbaren Elektrode sind dabei in äußerst weiten Grenzen wählbar, da grundsätzlich jede beliebige äußere Form herstellbar ist.
In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Netzelektrode wenigstens ein Drahtgewebe und/oder wenigstens ein Drahtgeflecht und/oder wenigstens ein Drahtgewirk. Die Netzelektrode kann auch ein Drahtfleece oder ein Drahtfilz oder dergleichen umfassen.
Vorzugsweise ist die Netzelektrode in wenigstens einer Dimension und insbesondere in Längsrichtung elastisch ausgebildet, um beispielsweise bei der Kontaktierung eines piezoelektrischen Aktuators die entsprechenden Längenänderungen elastisch mitmachen zu können.
In allen Ausgestaltungen besteht die Netzelektrode wenigstens teilweise aus metallischen Drähten bzw. aus Drähten, die eine metallisch leitende Oberfläche aufweisen. Besonders bevorzugt wird ein Drahtgewebe eingesetzt, wobei das Drahtgewebe insbesondere wenigstens teilweise aus metallischen Drähten besteht. Das Drahtgewebe kann aber auch aus Kunst- oder Naturstoffdrähten bestehen, die von einer entsprechend strukturierten metallischen Schicht umgeben sind, um die nötige Leitfähigkeit zu gewährleisten.
Vorteilhafterweise besteht die streifenförmige Löt- bzw. Lotschicht vollständig oder wenigstens überwiegend aus wenigstens einem Löt- bzw. Lotmaterial. Insbesondere besteht die streifenförmige Lotschicht wenigstens im Wesentlichen vollständig aus wenigstens einem Lotmaterial. Möglich ist es auch, dass die streifenförmige Lotschicht aus zwei oder mehr unterschiedlichen Lotmaterialien besteht.
Grundsätzlich ist der Einsatz aller Lotmaterialien möglich. Bevorzugt sind sowohl Weichlote als auch Hartlote. Der Einsatz des jeweiligen Lotmaterials hängt von dem gewählten Betriebsumfeld der fertigen verlötbaren Elektrode und den sonstigen Anforderungen ab.
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen ist die streifenförmige Lotschicht als flächige Lotfolie oder als flächige Lotplatte ausgebildet.
Möglich ist es aber auch, dass die streifenförmige Lotschicht wenigstens ein Lotgewirk, ein Lotgestrick, ein Lotgeflecht, ein Lotfleece, einen Lotfilz oder einen Lotgewebe oder dergleichen umfasst.
Ob die streifenförmige Lotschicht aus einer massiven Platte oder Folie besteht, oder ob die streifenförmige Lotschicht aus einem Gewebe oder dergleichen besteht, ist grundsätzlich unerheblich, sofern die streifenförmige Lotschicht so strukturiert ist, dass eine Verteilung der Lotschicht beim nachfolgenden Lötprozess ermöglicht und gewährleistet wird.
Vorzugsweise ist die streifenförmige Lotschicht wenigstens teilweise und/oder wenigstens abschnittsweise mit der Netzelektrode durch Einbürsten verbunden. Dabei wird die Lotschicht auf das Drahtgewebe gelegt und mit einer Bürste und/oder mit einem Werkzeug mit Borsten bearbeitet und wenigstens punktuell in das Drahtgewebe eingebürstet. Dadurch passt sich die dünne Lotschicht an das Drahtgewebe an und wird damit verbunden, sodass es während der folgenden Prozessschritte zuverlässig dran haftet. Der Einsatz eines Haftmaterials ist nicht erforderlich. Wahlweise kann aber ein Haftmaterial verwendet werden.
Möglich und bevorzugt ist es auch, die streifenförmige Lotschicht wenigstens teilweise mit der Netzelektrode durch einen Nadelvorgang zu verbinden. Dazu wird die Lotschicht auf das Drahtgewebe aufgelegt. Beide Schichten werden anschließend miteinander verpresst, indem Nadeln oder nadelähnliche Werkzeuge auf die Lotschicht gedrückt werden, welche die Lotschicht lokal verformen und in die Zwischenräume des Drahtgewebes pressen. Möglich ist es auch, dass die Nadeln die Lotschicht durchstoßen und Teile der Lotschicht in das Drahtgewebe hineinpressen. Die Nadelspitze wird entsprechend dem Drahtgewirk und der Lotschicht angepasst. Diese kann z. B. spitz, stumpf, rund, flach, pyramidenförmig, oder eine andere beliebige Form aufweisen.
Wenn die Lotschicht mit der Netzelektrode durch Einbürsten oder über einen Nadelvorgang verbunden wird, wird die elastische Schicht vorzugsweise hinter der Netzelektrode angeordnet, sodass die Nadeln oder die Bürste direkt auf die Lotschicht und die dahinter liegende Netzelektrode einwirken.
In bevorzugten Weiterbildungen weist die Lotschicht eine Dicke zwischen 10 um und 150 µm und insbesondere zwischen 20 µm und 50 µm auf. Auch größere oder kleinere Dicken sind möglich. Die Wahl der Dicke der Lotschicht hängt wesentlich von der benötigten Lotmenge beim Lotprozess ab. Insbesondere wird die Lotmenge auch durch die Dicke der Netzelektrode bzw. durch deren Drahtdurchmesser und die Größe der verlötbaren Elektrode beeinflusst.
Besonders bevorzugt weist die verlötbare Elektrode ein Drahtgewebe als Netzelektrode auf. Der Drahtdurchmesser der Kett- und/oder Schussdrähte der Netzelektrode liegt vorzugsweise zwischen 30 um und 150 µm und insbesondere zwischen 40 µm und 100 µm. Je nach Anwendungsfall sind auch hier kleinere oder auch größere Werte möglich. So sind auch Netzelektroden mit Drahtdurchmessern von 300 µm oder 500 µm oder von 1 mm oder mehr möglich und bevorzugt.
In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, wenn sich die Kettdrähte und die Schussdrähte des Drahtgewebes unter einem Winkel zur Längsrichtung der verlötbaren Elektrode erstrecken. Der Winkel zwischen der Längsrichtung und den Kettdrähten und/oder den Schussdrähten liegt dabei vorzugsweise zwischen 30° und 60°. Möglich sind aber auch Winkel zwischen 15° und 75°. In konkreten Ausgestaltungen liegt der Winkel bei 45°. Schräg zur Längsrichtung ausgerichtete Kett- und Schussdrähte des Drahtgewebes gewährleisten eine hohe Elastizität der Netzelektrode in der Längsrichtung der verlötbaren Elektrode. Dadurch kann bei dem Einsatz an piezoelektrischen Aktuatoren eine hohe Elastizität der verlötbaren Elektrode gewährleistet werden, die zu einer hohen Betriebssicherheit beiträgt.
Vorzugsweise sind die Netzelektrode und wenigstens eine streifenförmige Lotschicht miteinander kalandriert. Durch die Kalandrierung wird der nötige Pressdruck aufgebracht, um die Netzelektrode wenigstens für die weitere Verarbeitung mit der Lotschicht so fest zu verbinden, dass bei der nachfolgenden Weiterverarbeitung und der Verlötung der verlötbaren Elektrode die Ausfallwahrscheinlichkeit sehr gering oder praktisch Null ist.
Beim Kalandrieren laufen die Netzelektrode und die darauf oder darunter gelegte streifenförmige Lotschicht miteinander durch zwei sich drehende Walzen, die einen definierten Abstand aufweisen. Dabei ist der Abstand der sich drehenden Walzen derart bemessen, dass er geringer ist als die Summe der Dicke des Drahtgewebes und der Dicke der daran angeordneten Lotschicht und der Dicke der elastischen Schicht. Dadurch wird ein hoher Druck auf die Netzelektrode und die streifenförmige Lotschicht ausgeübt, der zu einer lokalen Verformung der streifenförmigen Lotschicht und/oder der Netzelektrode führt. Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere durch den Einsatz wenigstens einer elastischen Schicht eine ausreichend feste Verbindung zwischen der streifenförmigen Lotschicht und der Netzelektrode entsteht. Dabei kann die elastische Schicht als separate Schicht zugeführt werden. Es ist aber auch möglich, dass eine elastische Schicht auf einer oder beiden Walzen angeordnet ist.
Es ist möglich, dass der Pressvorgang nur auf einem Teil der Fläche erfolgt. Bei dem Einsatz einer Presseinrichtung mit einem Stempel können örtliche Teilbereiche verpresst werden. Beim Kalandrieren kann streifenweise verpresst werden. Bei Einsatz einer genoppten Walze kann auch beim Kalandrieren punktförmig oder auf kleinen Teilflächen verpresst werden.
In allen Ausgestaltungen ist es möglich und bevorzugt, dass die Netzelektrode mit der damit verbundenen Lotschicht über wenigstens einen Abschnitt umgefaltet wird. Dabei kann die Lotschicht innen oder auch außen angeordnet sein. Das Umfalten erfolgt insbesondere nach dem Verpressen.
Es ist möglich und bevorzugt, dass wenigstens ein elektrisches Anschlusselement in dem umgefalteten Bereich befestigt ist. Insbesondere wird die Umfaltung über die Länge wenigstens eines Anschlussabschnitts vorgenommen. Möglich ist es auch, dass die Netzelektrode insgesamt eingefaltet wird. Dabei können sich in dem Faltbereich eine oder mehrere Anschlusselektroden befinden.
Es ist möglich, dass die Netzelektrode mit der darauf angeordneten streifenförmigen Lotschicht so eingefaltet wird, dass die Lotschicht über den eingefalteten Abschnitt vollständig oder wenigstens teilweise von der Netzelektrode umgeben ist.
Besonderes bevorzugt ist, dass sich die Lotschicht auf der Außenseite der eingefalteten Netzelektrode befindet. Bevorzugt ist es auch, dass eine Lotschicht auf der einen Seite der Netzelektrode und eine Lotschicht auf der anderen Seite der Netzelektrode vorgesehen sind, sodass die Netzelektrode auf beiden Seiten mit einer Lotschicht verbunden wird. Dadurch wird eine größere Verteilung der Lotmenge ermöglicht. Dementsprechend kann auf beiden Seiten jeweils eine dünnere streifenförmige Lotschicht verwendet werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen einer verlötbaren Elektrode umfasst wenigstens eine Presseinrichtung zur Verpressung wenigstens einer Netzelektrode mit wenigstens einer streifenförmigen Lotschicht. Es ist wenigstens eine Zufuhreinrichtung zur Zufuhr wenigstens einer elastischen Schicht vorgesehen, um die Netzelektrode und die wenigstens eine streifenförmige Lotschicht zusammen mit wenigstens einer elastischen Schicht zu verpressen.
Es kann eine Trenneinrichtung zur manuellen und insbesondere zur automatischen Entfernung der wenigstens einen elastischen Schicht vorgesehen sein.
In allen Ausgestaltungen kann wenigstens eine Reinigungseinrichtung zur automatischen Reinigung der verlötbaren Elektrode und/oder der Netzelektrode und/oder der streifenförmigen Lotschicht und/oder der elastischen Schicht vorgesehen sein.
Es ist möglich und bevorzugt, dass wenigstens eine Stanzeinrichtung zur Ausstanzung einer Netzelektrode aus einer Netzfläche vorgesehen ist.
In bevorzugten Weiterbildungen ist wenigstens eine Falteinrichtung vorgesehen, welche die Lotschicht wenigstens teilweise um die Netzelektrode herum und/oder die Netzelektrode wenigstens teilweise um die Lotschicht herum faltet. Die für die Herstellung nötigen Prozessscchritte können in separten nachgeschalteten Werkzeugen oder auch in einem Verbundwerkzeug durchgeführt werden.
In allen Ausgestaltungen kann der Pressvorgang in einem durchlaufenden kontinuierlichen Verfahren erfolgen. Es ist aber auch möglich, dass der Pressvorgang in einem diskontinuierlichen Verfahren durchgeführt wird. Beispielsweise kann das Pressen auch vor oder während eines Stanzvorganges durchgeführt werden.
Besonders bevorzugt ist es, dass die oder wenigstens eine Verpressung beim Kalandrieren erfolgt.
Vorzugsweise wird die Netzelektrode wenigstens einmal über wenigstens einen Abschnitt gefaltet, um die Aufnahme und die Kontaktierung eins elektrischen Anschlusselementes zu gewährleisten.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
In den Figuren zeigen:

1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße verlötbare Elektrode;
2 eine verlötbare Elektrode mit einem elektrischen Anschluss in einer schematischen Ansicht;
3 einen vergrößerten schematischen Querschnitt durch das Anschlussende einer verlötbaren Elektrode;
4 einen schematischen Längsschnitt durch ein Ende der verlötbaren Elektrode;
5a eine schematische Darstellung des Kalandriervorganges;
5b eine schematische Darstellung eines Pressvorganges;
6 eine schematisierte Querschnittsdarstellung eines verlötbaren Netzes im vergrößerten Maßstab; und
7 einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen verlötbaren Elektrode.

Mit Bezug auf die beiliegenden Figuren werden im folgenden Herstellverfahren und Vorrichtungen zur Herstellung einer verlötbaren Elektrode 1 näher erläutert.
Dabei wird jeweils eine Lotschicht 3 mit einer Netzelektrode 2 auf einer Netzfläche 60 verpresst, wobei beim Pressvorgang wenigstens eine elastische Schicht 40 eingesetzt, um die Wirkung des Verpressens erheblich zu verstärken. Nach der Herstellung wird die elastische Schicht 40 wieder entfernt und z. B. einfach abgezogen. Deshalb weist das Endprodukt des Herstellverfahrens, nämlich die verlötbare Elektrode 1, in der Regel keine elastische Schicht 40 mehr auf. Denkbar ist es aber auch, dass eine Zwischenlagerung der verlötbaren Elektrode 1 erfolgt, wobei die verlötbare Elektrode 1 noch die elastische Schicht 40 aufweist. Vor dem endgültigen Einsatz wird die elastische Schicht 40 jedenfalls regelmäßig entfernt.
Im Folgenden wird zunächst das Endprodukt beschrieben, nachdem die elastische Schicht 40 entfernt wurde. 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 und der bei der Verpressung eingesetzte Abschnitt der elastischen Schicht 40 können auch andere Formen aufweisen.
Die Netzelektrode 2 besteht aus einem Drahtgewebe 6, welches aus Drähten 7 und 8 bzw. 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 um. Die genauen Abmessungen hängen vom vorgesehenen Einsatzfall ab.
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.
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.
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, wobei beim Pressvorgang noch eine elastische Schicht 40 mit verpresst wurde, die anschließend entfernt wurde. Nach dem Pressvorgang und dem Entfernen der elastischen Schicht 40 sind die seitlichen Abschnitte der Netzelektrode 2 umgeklappt worden, wobei im Inneren ein Anschlusselement 19 vorgesehen sein kann, um die verlötbare Elektrode 1 mit einer Strom- oder Spannungsquelle oder einer Steuereinrichtung oder dergleichen zu verbinden. Denkbar ist es auch, dass die elastische Schicht 40 erst später entfernt wird, indem die Netzelektrode 2 mit der Lotschicht 3 und der elastischen Schicht 40 z. B. in ein Bad mit Lösungsmittel eingetaucht wird, welches die elastische Schicht 40 entfernt. Anschließend kann ein Reinigungsvorgang eventuelle Rückstände entfernen.
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.
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.
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.
Während die Dicke 10 der Lotfolie 9 typischerweise im Bereich von 20 bis 70 µm und insbesondere zwischen 20 µm und 50 µm liegt, beträgt die Dicke 27 einer Lage der Netzelektrode 2 hier zwischen 50 um und 150 um. 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.
Die Dicke der elastischen Schicht 40 liegt in diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise zwischen etwa 25 µm und 200 µm und insbesondere zwischen 50 µm und 100 µm. Die Abmessungstoleranzen der Lotfolie 9 und der Netzelektrode 2 liegen vorzugsweise innerhalb von +/- 10 %. Die Abmessungstoleranzen der elastischen Schicht 40 sind vorzugsweise kleiner als +/- 35 % und insbesondere kleiner als +/- 10 %.
Als Werkstoff für das Lotmaterial kommen alle gängigen Materialien in Frage. Der Silberanteil kann bis zu 5 % oder sogar 10 4 liegen kann aber auch kleiner als 0,5 % oder sogar 0,1 % betragen. Die elastische Schicht kann als Folie ausgeführt sein und z. B. ganz oder teilweise aus Polystyrol bestehen.
5a zeigt ein kontinuierliches Herstellungsverfahren mit einer Vorrichtung 100, die ein Kalandriergerät 28 als Presseinrichtung 50 umfasst. Mit dem Kalandriergerät 28 wird hier die Lotschicht 3 mit der Netzelektrode 2 verpresst.
Vor dem Durchlaufen wird auf die Lotschicht 3 eine elastische Schicht 40 aufgebracht. Die elastische Schicht 40 wird von einer Rolle 42 abgerollt und kontinuierlich oder schrittweise zugeführt. Dem Kalandriergerät 28 wird so ein Schichtstapel aus der Netzelektrode mit der darauf positionierten Lotschicht und der darauf angeordneten elastischen Schicht 40 zugeführt.
Die Netzelektrode 2 mit der hier drauf aufgelegten Lotschicht 3 und der darauf angeordneten elastischen Schicht 40 weist vor dem Kalandrieren eine Ausgangsdicke 35 auf. Die Ausgangsdicke 35 ist größer als der Abstand zwischen den beiden Walzen 29 und 30 des Kalandriergerätes 28. Schon die Gesamtdicke aus der Dicke 47 der Netzelektrode und der Dicke 48 der Lotschicht kann größer sein als der Abstand zwischen den beiden Walzen 29 und 30.
Beim Durchlaufen des Kalandriergerätes 28 wird ein Verbund von Netzelektrode 2 und Lotschicht 3 und elastischer Schicht 40 erzeugt und verstärkt. Dabei kann sowohl die Dicke der Lotschicht 3 als auch die Dicke der Netzelektrode 2 reduziert werden, bis sich die Gesamtdicke 31' einstellt. Durch den massiven Druck auf die Netzelektrode und die Lotschicht entsteht ein fester Verbund der Netzelektrode mit der Lotschicht. Die elastische Schicht 40 verstärkt diesen Effekt erheblich. Messungen haben gezeigt, dass die benötigte Ablösekraft zum Ablösen der Lotschicht auf ein Drei- bis Sechsfaches angestiegen ist. Der Verbund kann zusätzlich durch ein Umfalten der Netzelektrode 2 verstärkt werden. Nach dem Ablösen der elastischen Schicht 40, verbleibt eine Gesamtdicke 31.
Beim Kalandrieren wird die Gesamtdicke 31 in Abhängigkeit von den eingestellten Parametern in der Regel zwischen 10% und 60% reduziert. Bevorzugt sind hier Verpressungen größer 20%. In einer konkreten Ausgestaltung wurde mit einer Reduktion der Dicke zwischen 30% und 40% ein gutes Ergebnis erzielt.
Die elastische Schicht 40 wird vorzugsweise von der Rolle 42 abgerollt und dem Verdichtungsprozess zugeführt. Die Umlenkrolle 45 lenkt die elastische Schicht 40 um, sodass der Schichtstapel aus Netzelektrode 2, Lotschicht 3 und elastischer Schicht 40 entsteht.
Die Zufuhr der Netzelektroden und der Lotschicht kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen.
Nach dem Durchlauf durch das Kalandriergerät 28 wird die elastische Schicht 40 hier direkt abgezogen und an der Umlenkrolle 46 umgelenkt und auf eine Rolle 43 aufgewickelt. Die auf die Rolle 43 aufgewickelte elastische Schicht 40 kann gegebenenfalls wieder verwendet werden.
Möglich ist es auch, dass die elastische Schicht 40 als umlaufendes Band 44 betrieben wird, wie gestrichelt eingezeichnet ist.
In 5b ist eine andere Herstellvorrichtung 100 schematisch dargestellt, bei der eine Presseinrichtung 50 mit einem Presstisch 51 und Presswerkzeugen 52 eingesetzt wird.
Die Netzelektrode 2 oder ein flächiger Bereich der Netzfläche 60, die z.B. als Drahtgeweb 6 oder dergleichen ausgeführt ist, wird auf dem Presstisch 51 oder einer sonstigen Ablage automatisch oder manuell abgelegt und positioniert. Definiert darauf wird eine Lotschicht 3 flächig abgelegt. Darauf wird eine elastische Schicht 40 hier vollflächig positioniert.
Im Anschluss daran wird der Schichtenstapel 49 mit der Netzelektrode 2, der Lotschicht 3 und der elastischen Schicht 40 zur Presseinrichtung 50 verbracht. Dort wird der Schichtenstapel 49 mit dem Presswerkzeug 52 verpresst. Es ergibt sich wiederum eine Gesamtdicke 31' inklusive der komprimierten elastischen Schicht 40. Nach dem Entfernen bzw. Abziehen der elastischen Schicht 40 liegt wieder eine Gesamtdicke 31 vor, die deutlich reduziert gegenüber der Dicke 35 vor der Verpressung ist. Durch die verstärkende Wirkung der elastischen Schicht 40 ergibt sich eine sehr feste Verbindung zwischen der Lotschicht 3 und der Netzelektrode 2.
Die Verbindung zwischen der Lotschicht 3 und der Netzelektrode 2 ist so stark, dass eine versehentliche oder unabsichtliche Ablösung nicht auftritt. Vermutlich durch die elastisch verformbare Schicht 40 bedingt, wird die Lotschicht punktuell stärker verformt, sodass durch den Pressvorgang ein dauerhafter fester Verbund entsteht, der allen typischen Erschütterungen und Belastungen Stand hält.
Nach dem Pressvorgang kann mit einem Bearbeitungswerkzeug 53 ein geeigneter Bereich aus der Netzfläche 60 ausgestanzt oder ausgeschnitten werden.
In 6 ist in einer schematischen Art und Weise ein vergrößerter Querschnitt der fertigen verlötbaren Elektrode 1 dargestellt, nachdem die elastische Schicht 40 entfernt wurde. Abgebildet sind einige Kettdrähte 12 und ein Schussdraht 13. Durch das Kalandrieren der Schicht aus Netzelektrode 2 und Lötschicht 3 haben sich an den Kuppen der Schussdrähte13 (und an der hier nicht sichtbaren Kuppen der Kettdrähte 12) Abflachungen 25 der Netzelektrode ergeben und an den entsprechenden Stellen der Lotschicht 3 haben sich entsprechende Abflachungen 26 der Lotschicht 3 ergeben.
Im gezeigten Beispiel ist die Lotschicht 3 auf der Seite 4 des Drahtgewebes 6 vorgesehen, während auf der Seite 5 keine Lotschicht vorhanden ist. Möglich ist es aber auch, auf beiden Seiten der Netzelektrode jeweils eine Lotschicht 3 vorzusehen. Die Dicke 10 der jeweils aufgebrachten Lotschichten kann entsprechend geringer sein, um noch eine zuverlässige Verlötung zu gewährleisten. In der Regel werden die Dicke der Lotschichten und somit die Menge des Lotmaterials an den Lötprozess angepasst.
Die Haftung der Lotschicht 3 an der Netzelektrode 2 wurde durch den Einsatz der elastischen Schicht 40 beim Verpressen erheblich verbessert. Dies könnte vielleicht durch eine lokal größere Verformung der Lotschicht 3 und/oder der Netzelektrode 2 bedingt sein. Jedenfalls ergibt sich bei dem beschriebenen Herstellverfahren ein deutlich verbesserter Halt der Lotschicht 3 an der Netzelektrode 2, ohne dass ein Falt- oder Umklappvorgang erforderlich ist.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Netzelektrode 2 auf eine entsprechend große Lotschicht 9 aufgelegt wurde. Anschließend wurde eine elastische Schicht 40 aufgelegt und es wurde der Schichtenstapel 49 verpresst. Nach dem Entfernen der elastischen Schicht 40 wurden die Netzelektrode 2 und die Lotschicht 9 beide gemeinsam entlang der Biegekanten 20 und 36 umgefaltet. Die Lotschicht 9 befindet sich hier außen, während die Netzelektrode 2 vollständig von der Lotschicht 9 umgeben ist.
Möglich ist es auch, dass zuerst der Schichtenstapel 49 gebildet wird. Danach werden die Schichten gemeinsam entlang der Biegekanten 20 und 36 umgefaltet. Im Anschluss an den Biege- bzw. Faltvorgang wird die Netzelektrode 2 zusammen mit der Lotschicht 9 und der elastischen Schicht 40 kalandriert. Danach wird die außen liegende elastische Schicht 40 entfernt. Dabei wird eine Oberfläche erzeugt, wie sie etwa in 6 dargestellt ist. Insgesamt wird eine feste Verbindung erzeugt, die beide Komponenten sicher bis zum Lötprozess hält.
Möglich ist es in allen Fällen auch, die verlötbare Elektrode 1 nach der Herstellung zu reinigen und beispielsweise von Staub oder Flusen oder Fäden zu befreien. Es ist auch möglich, die elastische Schicht 40 durch ein Lösungsmittel zu entfernen. Rückstände des Lösungsmittels können anschließend durch einen Reinigungsvorgang entfernt werden.
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.
Bezugszeichenliste

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
40: elastische Schicht
41: Dicke der elastischen Schicht
42: Rolle, Spule
43: Rolle, Spule
44: umlaufendes Band
45: Umlenkrolle
46: Umlenkrolle
47: Dicke der Netzelektode
48: Dicke der Lotschicht
49: Schichtenstapel
50: Presseinrichtung
51: Presstisch
52: Presswerkzeug
53: Bearbeitungswerkzeug
54: Schneide
60: Netzfläche
100: Vorrichtung

Claims

Verfahren zum Herstellen einer verlötbaren Elektrode (1), wobei eine Netzelektrode (2) mit wenigstens einer streifenförmigen Lotschicht (3) versehen wird und wobei anschließend die Netzelektrode (2) mit der streifenförmigen Lotschicht (3) verpresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine elastische Schicht (40) zusammen mit der Lotschicht (3) und der Netzelektrode (2) wenigstens bereichsweise verpresst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine elastische Schicht (40) nach dem Verpressen wieder entfernt und insbesondere abgezogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Lotschicht (3) beim Pressvorgang zwischen der elastischen Schicht (40) und der Netzelektrode (2) befindet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elastische Schicht (40) dicker als die Lotschicht (3) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elastische Schicht (40) aus wenigstens einem Kunststoff besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elastische Schicht (40) mehrmals und insbesondere umlaufend verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elastische Schicht (40) automatisch von einer Rolle (42) abgewickelt und dem Pressvorgang zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Netzelektrode (2) beim Pressvorgang ausgestanzt wird.
Verlötbare Elektrode (1), hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8.
Vorrichtung zum Herstellen einer verlötbaren Elektrode (1), welche eine Presseinrichtung (50) zur Verpressung einer Netzelektrode (2) mit wenigstens einer streifenförmigen Lotschicht (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Zufuhreinrichtung (51) zur Zufuhr wenigstens einer elastischen Schicht (40) vorgesehen ist, um die Netzelektrode (2) und die wenigstens eine streifenförmige Lotschicht (3) zusammen mit wenigstens einer elastischen Schicht (40) wenigstens bereichsweise zu verpressen.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Trenneinrichtung (52) zur automatischen Entfernung der wenigstens einen elastischen Schicht (40) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Reinigungseinrichtung (53) zur automatischen Reinigung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Stanzeinrichtung zur Ausstanzung einer Netzelektrode (2) aus einer Netzfläche (60) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Falteinrichtung vorgesehen ist, welche die Lotschicht (3) wenigstens teilweise um die Netzelektrode (2) herum und/oder die Netzelektrode (2) wenigstens teilweise um die Lotschicht (3) herum faltet.