DE1764806A1

DE1764806A1 - Verkapselte elektronische Teile und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE1764806A1
Application number: DE19681764806
Authority: DE
Inventors: Greskamp John Bernhard; Jerry Braiman
Original assignee: PR Mallory and Co Inc
Current assignee: Duracell Inc USA
Priority date: 1967-08-09
Filing date: 1968-08-08
Publication date: 1971-11-04
Also published as: GB1233766A

Description

Dipl.-Ing. Egon Prinz Dr. Gertrud Hauser

Dlpl.-lng. Gottfried Leiser

Patentanwälte Telegramme: Labyrinth Mönchen

Telefon: 83 15 10 Postehedckonto: Manchen 117078

sooo Moid... 60. * 7. Aus. 1968

Ern$bergeritra»»e 1» ^w

Unser Zeichen: M 1129

P.R. Mallory & Co. Inc. 3029 East Washington Street, Indianapolis, Indiana/V.St.A.

Verkapselte elektronische Teile und Verfahren zur Herstellung

derselben

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Verkapselung von elektronischen Teilen, wie Batterien und Kondensatoren. Obwohl daher die Erfindung insbesondere in Beziehung auf Kondensatoren beschrieben wird, ist sie nicht darauf beschränkt.

Bu/Gr.

Frühere

1098A5/U25

BAD ORIGINAL

~· <— ^tm ·

Frühere Erfahrungen In der Kondensatortechnik haben klar das Bedürfnis zur Erzeugung einer wirksamen, schützenden Abdichtung von Kondensatoren gezeigt. Wichtige Gesichtspunkte, welche zu diesem Bedürfnis geführt haben, sind die folgenden: Beständigkeit gegen Feuchtigkeit, Beständigkeit gegen chemische Angriffe, Beständigkeit gegen Dämpfe, Beständigkeit gegen Hitzeverzerrung, mechanische Festigkeit, Einschließung des Elektrolyten und Erhaltung der elektrischen Eigenschaften.

Bisher war der Körper eines Kondensators in einer Metalloder Kunststoffdose eingekapselt, wobei das offene Ende durch einen zusammengesetzten Deckel geschlossen war, welcher durch Druck durch ein geeignetes, elastisches, ringförmiges Material unter Druck im offenen Ende gehalten wurde. Der zusammengesetzte Deckel bestand im allgemeinen aus zwei zusammengepreßten Schichten. Die an der Dose anliegende Schicht des zusammengesetzten Deckels wurde normalerweise aus einem leicht zusanunendrückbaren Material, wie Gummi, hergestellt. Die andere oder äußere Schicht des zusammengesetzten Deckels wurde normalerweise aus irgendeinem steifen, isolierenden Material, wie Phenolharz oder dergleichen, hergestellt. Der Gummi wurde im allgemeinen so verwendet, daß er unter den von dem elastischen Ring' ausgeübten Druckkräften zusammengedrückt wurde und nachgab 109845/U25

IAO ORIGINAL

gab, wodurch eine annehmbare Enddichtung gebildet wurde.

Daraus geht hervor, daß das Gehäuse des Kondensators aus drei getrennten und unterschiedlichen Teilen gebildet war, d.h., der Metall- oder Kunststoffdose, dem kombinierten Deckel und dem elastischen Ring, wodurch mehrere verschiedene Materialien und mehrere getrennte und unterschiedliche Arbeitsgänge angewendet werden mußten und dadurch die Herstellungskosten des Kondensators erhöht wurden.

Wenn darüber hinaus der Ring nicht richtig saß, wenn der zusammengesetzte Deckel nicht richtig saß oder wenn die Teile des zusammengesetzten Deckels nicht richtig einander angepaßt waren, so ergab die Enddichtung keine wirksame Abdichtung des Kondensators.

Die vorliegende Erfindung betrifft das Abdichten der offenen Enden von Behältern für elektronische Teile und ein Ziel besteht in der Schaffung eines Verfahrens zum Verschließen des offenen Endes eines solchen Behälters unter Verwendung eines einzigen Kunststoffmaterials.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Verschließen des offenen Endes eines Kunststoffbehälters aus einem einzigen Kunststoffmaterial

unter 109845/U25

unter Anwendung von Ultraschallschweißung.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Verschließen der offenen Enden eines Behälters für elektronische Teile, wobei ineinandergreifende thermoplastische Materialien durch die Wärme zusammengeschweißt werden, welche durch die von einer Ultraschallvorrichtung ausgehenden Schwingungen erzeugt wird.

Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur WärmeVersiegelung der Materialien an der Verbindungsstelle, welche durch die ineinandergreifende Anordnung der Materialien gebildet wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Verschließen der Enden von Kondensatorbehältern, welches einfach und wirtschaftlich ausführbar ist.

Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Ultraschallverschwelßung eines Endverschlusses mit einem Kondensatorbehälter zur Erzielung einer ausgezeichneten mechanischen Bindung.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines

Verfahrens 109845/U25

_ 5 —

Verfahrens zur Ultraschallverschweißung der zwei Hälften eines Kondensatorbehälters, welcher aus einem Kunststoff hergestellt ist.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Figur 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht, in welcher die gegenseitige Lage eines typischen Kondensators und eines beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Ultraschallschweißkopfes dargestellt ist, und

Figur 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht, in welcher die gleiche Anordnung eines anderen typischen Kondensators dargestellt ist.

Allgemein werden die Ziele der vorliegenden Erfindung erreicht, indem eine thermoplastische Hülse mit offenem Ende vorgesehen wird, ein geformter elektronischer Teil in die Hülse eingesetzt wird, ein Endverschluß aus einem mit dem Material der Hülse verträglichen Material auf das offene Ende der Hülse aufgesetzt wird, der Endverschluß mit der Hülse ineinandergreifend gehalten wird und die Hülse und der Endverschluß an der ineinandergreifenden Verbindung durch Ultraschall verschweißt

werden 109845/ U25

BAD ORIGINAL

werden, so daß ein Behälter von einstückiger Bauweise zur Einkapselung des elektronischen Teils gebildet wird.

In Figur 1 ist ein elektronischer Teil, wie ein aufgewickelter Kondensatorkörper 10 mit im wesentlichen zylindrischer Form dargestellt, wobei ein Teil aus seiner Mitte zum Aufsetzen auf das spitze Organ 12 herausgenommen ist, welches vom Bodenteil des Verkapselungsbehälters 28 absteht. Der Behälter 28 ist aus zwei Abschnitten hergestellt, einer Hülse 13 mit offenem Ende und einem Endverschluß 25. Der Körper 10 weist gewöhnlich einen Durchmesser von nicht mehr als einem Teil eines Zolls (2,5¹I cm) und eine Länge von nicht mehr als 5,1 cm (2 Zoll) auf, obwohl er nicht auf diese Maße beschränkt sein muß. Die dargestellte Ausführungsform besteht aus einer Aluminiumfolie 14, zwischen welche ein absorbierendes Material 51, wie Papier, gewickelt ist, das mit einem flüssigen Elektrolyten wie einer hauptsächlich aus Äthylenglycol und Borsäure zusammengesetzten Mischung, imprägniert ist, obwohl diese Angaben keine Einschränkung darstellen sollen. Anschlußdrähte 16 und 17 erstrecken sich vom Körper 10 und sind mit elektrischen Klemmen 18 und 19 durch geeignete Mittel, wie Nieten 20 und 20', elektrisch verbunden. Die Kondensatorhülse 13 weist ein vom Randteil 22 gebildetes offenes Ende auf. Der Randteil 22 weist eine kreisförmige Nut 23 auf,

in 109845/U25

BAD ORIGINAL

welche eine entsprechende kreisförmige Feder 24 des Endverschlusses 25 eingepaßt ist. Bei der in der Figur dargestellten Ausführungsform besteht der Endverschluß aus einer im wesentlichen flachen Scheibe. Nachfolgend wird das Verfahren zum Einbringen des Kondensatorkörpers in den Behälter 28 beschrieben.

Der geformte Kondensatorkörper 10 wird zuerst mit dem Endverschluß 25 und den damit verbundenen Anschlußdrähten in die Hülse 13 eingesetzt. Der Endverschluß 25 wird eingSaßt, so daß die Feder 24 in der Nut 23 der Hülse 13 sitzt und eine Nut- und Federverbindung gebildet wird. Sodann wird ein Ultraschallschweißkopf 26 mit einem geeignet geformten Horn 27 in Arbeitsbeziehung mit dem Endverschluß gebracht, so daß die Nut- und Federverbindung verschweißt werden kann und ein einziger, einheitlich aufgebauter Behälter zur Einkapselung des Kondensatorkörpers gebildet wird. Das Horn 27, welches, wie oben angegeben, irgendeine geeignete Form besitzen kann, ist mit dem Schweißkopf 26 durch einen Schaft 29 verbunden.

Der Schweißkopf 26 ist praktisch ein Schallwandler zum Umwandeln des von einer nicht gezeigten Spannungsquelle kommenden Wechselstromes in mechanische Schwingungen der gleichen Frequenz. Diese Frequenzen liegen gewöhnlich

im 109845/U25

₀ ■ 176Λ806

im Ultraschallbereich von 20 000 Hz. Vorzugsweise soll das Horn 27 eine geeignete Form besitzen, so daß es an den Verschluß 25 angelegt werden kann und die mechanische Schwingung leichter durch den Verschluß übertragen werden kann und gleichzeitig ein Druck gegen den Verschluß aufrechterhalten wird, wodurch eine Bahn für die Ultraschallwellen gebildet wird, welche in radialer Richtung durch den Endverschluß verläuft. Jede Diskontinuität in der Bahn der Ultraschallwellen ruft einen Energieverlust hervor, was zur Freisetzung von Wärme führt. Erfindungsgemäß tritt die Diskontinuität an der Nut- und Federverbindung zwischen dem Endverschluß 25 und der Hülse 13 auf. An dieser Verbindung wird daher Wärme freigesetzt und der Verschluß und die Hülse werden unter dem Druck des Horns einstückig aneinander/feebunden, ao daß sie einen einheitlichen Behälter 28 bilden und dadurch den Kondensatorkörper 10 einkapseln. Es wird bemerkt, daß der Kondensatorkörper mit der Hülse 13 in einer geeigneten Einspannvorrichtung oder Halterung gehalten wird, daalt das Verfahren wirksam durchgeführt werden kann.

Allgemein besteht die Hülse 13 sowie der Endverschluß 25 aus Kunststoff, welcher die Schallfortpflanzung nur wenig schwächt, um su gewährleisten, daß die Ultraechallschwingungen

wirksam 109845/U25

wirksam durch das Material übertragen werden. Außerdem sollen die Materialien in Hinblick auf ihre Verwendung zur Verkapselung des elektronischen Teils gewählt werden. Für Teile, wie Kondensatoren und Batterien, kann die Hülse 13 und der Endverschluß 25 aus einem thermoplastischen Material, Polypropylen-, Polyamid-, Polystyrol-, PoIycarbonat- und Polyacet afc-Harzen, hergestellt werden. Polypropylenharze werden jedoch aus wirtschaftlichen Gründen zur Erzielung der gewünschten physikalischen Eigenschaften bevorzugt.

Eine gute und feste Bindung hängt weitgehend von der Form der Verbindung ab. Im allgemeinen ist es wichtig, daÄ nur ein kleiner Teil der Verbindung gleichzeitig in Berührung steht, so daß der Schmelz vor {rang rasch stattfindet. Wenn zuviel Kunststoff gleichzeitig in Berührung steht, so wirkt eier Teil selbst als Wärmesenke und zieht einfach die Wärme von dem Verbindungsbereich ab, so daß der Kunststoff niemals seine kritische Schmelztemperatur erreicht. Die in Figur 1 pezei^te Hut- und Federverbindung ist eine besonders gute VerbindunKsform. Außerdem sollte zur Aufrechterhaltung einer minimalen Berührungsfläche die Feder 2k des hndverschlusses 25 ziemlich lose in der Nut 23 der Hülse 13 sitzen.

In

109845/U25

In Figur 2 ist eine andere Art von Kondensator mit axialen Leitungen dargestellt, welche sich aus dem aufgewickelten Kondensatorkörper 10· erstrecken. Die Leitungen sind mit Klemmen 32 und 33 durch geeignete Mittel, wie Nieten 3^ und 35, elektrisch verbunden. Bei dieser Ausführungsform besteht der Endverschluß für die Hülse 13' aus einer weiteren, gleichen Hülse 13". Die Hülsen sind durch eine ähnliche Nut- und Federverbindung miteinander verbunden, welche durch die Feder 2H" der Hülee 13" gebildet wird, welche in die Hut 23' der Hülse 13' eingepaßt ist. Eine feste Bindung «wischen den Hülsen wird in der gleichen Welse gebildet, wie es beim Kondensator gemSß Figur 1 durchgeführt wurde, indem der Schweißkopf 26· mit der. davon ausgehenden Horn 27' in Anlage an die Fläche 36 der Hülse 13" gebracht und eine Ultraschall-Schwingungsfrequenz auf die Fläche ausgeübt wird.

Die vorliegende Erfindung gibt daher ein Verfahren zum Abdichten von Endverschlüssen an Hülsen an, welche elektronische Teile, wie Kondensatoren und Batterien, enthalten, wodurch ein einziger, einheitlich ausgebildeter Verkapselungsbehälter für solche Teile gebildet wird.

Patentansprüche 109845/U25

Claims

176Λ806 Patentansprüche

1. Verfahren zur Verkapselung eines vorgeformten elektronischen Teils j dadurch gekennzeichnet, daß eine thermoplastische Hülse mit einem offenen Ende vorgebildet wird, deren Form im wesentlichen dem einzubringenden elektronischen Teil entspricht, daß der vorgeformte elektronische Teil in der Hülse angeordnet wird, ein thermoplastischer Endverschluß vorgesehen wird, welcher dem das offene Ende der Hülse bildenden Rand angepaßt ist, der Endverschluß auf das offene Ende gesetzt wird, so daß dasselbe verschlossen wird, eine Ultraschallschwingung auf den Endverschluß ausgeübt wird, so daß eine Bahn für die Ultraschallwellen gebildet wird, welche in radialer Richtung durch den Endverschluß verläuft, so daß an der Verbindungsetelle zwischen dem Endverschluß und der HUlse Wärme freigesetzt wird, wodurch der Endverschluß und die Hülse einstückig aneinander gebunden «erden und tin einziger, einheitlich ausgebildeter Behälter sur Verkapselung des elektronischen Teils gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nut- und Federverbindung zwischen dem Endverschluß

1098AS/U25 —

BAD ORIGINAL

und der hülse gebildet wird, wenn der Endverschluß zuerst auf das offene Ende der Hülse aufgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse und der Endverschluß aus einem thermoplastischen Material hergestellt sind, welches aus der aus Polypropylen-, Polyamid-, Polystyrol-, Polycarbonat- und Polyacetatharzen bestehenden Gruppe genommen wird.

Ί. Verfahren zur Verkapselung eines Kondensatorkörpers, bei welchem eine Folie mit einem absorbierenden Material zu einem Kondensatorkörper aufgewickelt und mit einem flüssigen Elektrolyten getränkt wird, wobei Anschlußdrähte aus dem Körper herausgeführt werden, und bei welchem ein Verkapselungsbehälter hergestellt wird, dessen Form im wesentlichen dem Körper entspricht und mit den AnschlußdrShten elektrisch verbundene elektrische Klemmen aufweist, sowie der Behälter aus einem thermoplastischen Material in zwei Teilen hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile zur Bildung des Behälters aneinandergesetzt werden, eine Ultraschallschwingung auf einen der Teile ausgeübt wird, so daß eine Bahn für die Ultraschallwellen in radialer Richtung durch diesen Teil gebildet wird und './ferne an der durch die anelnandergceetsten Abschnitte gebildeten Verbindung frei«

gesetzt 109845/U25

gesetzt wird, v/odurch die Teile fest aneinander gebunden v.'erden und einen einzigen, einheitlich aufgebauten Behälter zur Verkapselung des Kondensatorkörpers bilden.

5. Verfahren nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile aus einem thermoplastischen Material hergestellt werden, v/elches aus der aus Polypropylen-, Polyamid-, Polystyrol-, Polycarbonat- und Polyacetatharzen bestehenden Gruppe fenorr^en v.'ird.

β. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einem der Teile eine Feder gebildet wird, welche in eine an den anderen Teil ausgebildete Hut paßt, so daß eine Hut- unci Federverbindung zwischen den beiden Teilen -ebildet uirrl, v;enn sie zuerst zusammengesetzt werden.

7. Verfahren, nach Anspruch 5. daäurch gekennzeichnet, daß ale Feuer lose ir :;ie i.ut eingesetzt v/ird, se dail ,lie rerührunrsfif ehe zv:ischen eier lr.it und der Feder möglichst klein gemacht :<iirC\ ur...; dadurch eine V'irkunr: eier Teile als V.'Srmesenke verhindert v,^rir:_M wenn die './iirne an eier Verbindungsstelle freiresetzt vird.

H. }\oi.'.oiiüc-tox', bei -..^rclci:er: eine . etallfclic suischori eir. des ".aterial ;/e^T.;irekelt ist, so du3 ein auf-

108846/1425 L-lckelter

BAD ORlGtNAL

gewickelter Kondensatorkörper gebildet wird, welcher mit einem flüssigen Elektrolyten getränkt ist und vom Körper wegführende Anschlußdrähte aufweist, gekennzeichnet durch einen Verkapselungsbehälter, dessen Form im wesentlichen dem Körper entspricht und mit den Anschlußdrähten elektrisch verbundene elektrische Klemmen aufweist, v/obei der Behälter aus einem thermoplastischen Material in zwei Teilen hergestellt ist und die Teile zur Bildung einer festen Bindung miteinander verbunden sind, indem eine Bahn für Ultraschallwellen durch einen der Teile gebildet wird, 30 daß Wärme an der durch Zusammensetzen der beiden Teile gebildeten Verbindung freigesetzt wird.

9. Kondensator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem thermoplastischen Material hergestellt ist, welches aus der au3 Polypropylen-, Polyamid-, Polystyrol-, Polycarbonat- und Polyacefcd; harzen bestehenden Gruppe genommen ist.

10. Kondensator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile ineinandergepaßt sind, so daß eine Hut- und Federverbindung gebildet 1st,

11. Kondensator, bei welchem eine Aluminiumfolie mit einem

absorbierenden 109845/U25

BAp ORIGINAL

absorbierenden Papier zur Bildung eines aufgewickelten Kondensatorkörpers ineinandergewickelt ist, welcher mit einem flüssigen Elektrolyten getränkt ist und von einem Ende des Körpers wegführende elektrische Drähte aufweist, gekennzeichnet durch einen Verkapselungsbehälter, dessen Form im wesentlichen dem Körper entspricht, wobei der Behälter aus einem thermoplastischen Material in zwei Teilen hergestellt ist, einer der Teile die Form einer an einem Ende offenen Hülse aufweist, der andere Teil die Form einer im wesentlichen flachen Scheibe aufweist und zum Verschließen der Hülse an das offene Ende derselben angepaßt ist und mit den Anschlußdrähten elektrisch verbundene elektrische Klemmen aufweist, und \fobei die beiden Teile zur Bildung einer festen Bindung miteinander verbunden sind, indem eine Eahn für Ultraschallwellen durch einen der Teile gebildet wird, so daß an der durch das Zusammensetzen der beiden Teile gebildeten Verbindung Wärme freigesetzt wird.

12. Kondensator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter aus einen thermoplastischen Material hergestellt ist, welches aus der aus Polypropylen», Polyamid-, Polystyrol-, Polycarbonate und Polyacetatharzen bestehenden Gruppe genommen ist.

1098A5/U25

BAD ORIGINAL

13. Kondensator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile einander angepaßt sind, so daß eine Hut· und Federverbindung gebildet ist.

14. Kondensator, bei welchem eine Aluminiumfolie mit einem absorbierenden Papier zur Bildung eines aufgewickelten Kondensatorkörpers ineinandergewickelt ist, welcher mit einem flüssigen Elektrolyten getränkt ist und aus welchem an jeden Ende koaxiale Anschlußdrähte herausgeführt sind, gekennzeichnet durch einen Verkapselunfisbehflter, dessen Form im wesentlichen dem Körper entspricht, wobei der Behälter aus einem thermoplastischen Material in zwei Teilen hergestellt ist, jeder der Teile die Form einer Hülse nit offenem Ende besitzt und mit den Anschlußdriihten elektrisch verbundene elektrische Klemmen aufweist, und wobei die Teile um den Körper so angeordnet sind, daß ihre offenen Enden in Eingriff stehen und durch Durchleiten von Ultraschall Energie durch einen der Teile zur Bildung einer einstückigen Bindung miteinander verbunden sind, wobei Wärme an der durch die ineinandergreifenden Teile gebildeten Verbindung freigesetzt wird.

15. Kondensator nach Anspruch I⁴I, dadurch gekennzeichnet,

daß 109845/U25

BAD ORIGINAL

176A806

daß der Behälter aus einem thermoplastischen Ilaterial hergestellt ist, welches aus der aus Polypropylen-, Polyamid-, Polystyrol-, Polycarbonat- und Polyacetatharzen bestehenden Gruppe penommen ist.

16. Kondensator nach Anspruch 1*1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile in ^er;enseitif;em Eingriff stehen, so daß eine Hut- und Federverbindung gebildet wird.

1 09845/ U25

BAD ORIGINAL

Leerseite