DE2049407A1 - Verfahren zur Herstellung metalh sierter Kondensatoren - Google Patents

Description

Dipl.- «V. Dahlka 6. Oktober 1970

Pa:?. .riwälte Da./ho

Refraih bei Köln
Frankenforst 137

ILLINOIS TOOL WORKS, Inc. Chicago, Illinois (V.St.A.)

"Verfahren zur Herstellung metallisierter Kondensatoren"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Kondensatoren gleicher Beschaffenheit aus einem Streifen dielektrischen Materials, das auf beiden Seiten teilmetallisiert ist.

Aus der US-Patentschrift 2 950 070 ist eine Kondensationswickelvorrichtung bekannt, die eine Anzahl von Folien- und Dielektri-

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kumbändern in einen Kondensator wickelt. Diese bekannte Vorrichtung trennt die Folien vor Abechluß des Wickelvorgangs und versiegelt und trennt das Dielektrikumband anschließend mibfcels eines erwärmten. Teils. Die durch diese Wickelvorrichtung hergestellten Kondensatoren werden relativ schnell und preiswert hergestellt, da die Wärmeversiegelung des Dielektrikumbandes mit sich selbst wesentlich preiswerter ist, als wenn ein getrenntes Stück Klebband verwendet wird, das über die äußeren Lagen der Kondensatoren gelegt wird. Beim Wickeln getrennter Folien besteht jedoch die Möglichkeit, daß die Kapazität eines Kondensators im Vergleich zu einem anderen der gleichen Länge nicht genau gleich ist, und zwar als Folge von Änderungen, die durch die vorgegebene Verwebung des Folienmaterials hervorgerufen werden, während es in den Kondensator gewickelt wird. Diese Verwebung bewirkt eine Änderung in der Größe des überlappten Folienmaterials und hat damit einen direkten Einfluß auf die Kapazität des hergestellten Kondensators. Dieses Problem ist besonders akut, wenn das Haß der Folienüberlappung recht klein ist, beispielsweise 3,175 nun. Da die Vorrichtung ferner mindestens zwei Folienbänder und zwei Dielektrikumlagen zusammenführt, ist sie aufwendiger als eine Vorrichtung, die nur eine oder zwei Lagen wickeln muß, insbesondere weil das Folienmatexial genau gemessen und zum richtigen Zeitpunkt geschnitten werden muß, ehe die Dielektrikumbänder geschnitten und versiegelt werden.

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Die VerwHendung eines Dielektrikums, das auf zwei Seiten metallisiert ist, um einen Kondensator herzustellen, ist aus der britischen Patentschrift 19 451 "bekannt. Ferner ist zweiseitig metallisierte Folie seit dem im großen Umfang verwendet worden, wie das beispielsweise aus den US-Patentschriften 2 651 100, 2 861 231 und 2 910 834 hervorgeht. Aus der US-Patentschrift 2 861 231 ist die Lehre bekannt, Kondensatoren aus einer metallisierten Dielektrikumfolie zu wickeln, wobei eine Anzahl metallisierter Beläge auf jeder Seite der Folie in einem Muster angeordnet sind und in einem Abstand in progressiv zunehmender V/eise zueinander liegen, um Kurzschlüsse zu verhindern, wenn die Folie auf sich selbst gewickelt wird, ohne daß eine Zwischenlage aus einfachem Dielektrikum vorgesehen ist.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Verfahrens, mittels dessen Kondensatoren und insbesondere Kondensatoren geringer Kapzitäten mit extrem engen Kapazitätstoleranzen hergestellt werden können. Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Verfahrens, mit dessen Hilfe Kondensatoren sehr preiswert hergestellt werden können.

Dazu ist erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeseehen, bei dem ein Dielektrikumband entweder selektiv auf beiden Seiten metallisiert wird, derart, daß eine Vielzahl gleicher abwechselnd metallisierter und freier Bereiche gebildet werden, oder das ©ielektrikumband vollständig metallisiert und dann entmetallisiert

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wird, um daa gewünschte Muster zu erreichen. Da Methoden zur Metallisierung und Entmetallisierung bekannt sind, brauchen solche Methoden hier nicht im einzelnen beschrieben -zu werden.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird das zweiseitig metallisierte Dielektrikum der Wickelvorrichtung in Spulen zugeführt, wobei sich überlappende metallisierte Bereiche festgelegter Länge und Breite auf beiden Seiten des Dielektrikumbandes belegt werden, beispielsweise durch Aufdampfung. Um das Anbringen von Stromzuführungen an die Enden des Kondensators zu er-r möglichen, nachdem die Wicklung erfolgt ist, erstrecken sich die metallisierten Bereiche nicht vollständig über das Dielektrikumband, vielmehr nur bis zu einer Linie, die im Abstand nach innen von einem Rand des Bandes versetzt ist. Natürlich liegen die entmetallisierten Ränder für die jeweiligen Seiten des Kondensators an gegenüberliegenden Rändern des Dielektrikumbandes. Je nach der Kapazität, die der fertige Kondensator haben soll, können die metallischen Beläge so ausgebildet sein, daß sie h sich über jede beliebige bestimmte Entfernung in Längsrichtung des Dielektrikumbandes erstrecken. Das Dielektrikumband enthält entmetallisierte bzw. freie Zonen zwischen zwei beliebigen aneinander angrenzenden metallisuierten Bereichen. Die erforderliche Länge der freien Zonen wird bestimmt durch dje» Größe des fertigen Kondensators, der Dicke des Dielektrikums und der Tatsache, ob das Dielektrikum die fertige Hülle für den Kondensator bilden soll oder nicht oder ob der Kondensator von

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einem anderen Material eingekapselt werden soll, beispielsweise von einem Epoxidharz. Wenn der Kondensator selbst umhüllt werden soll, sollen die äußeren Wicklungen des Dielektrikums eine Gesamtstärke von 0,125 mm haben. Wenn Dielektrikum in einer Stärke von 0,0125 mm verwendet wird, sind zehn Lagen dieses Materials für die Schutzwicklung des Kondensators erforderlich. Wenn der Kondensator durch zusätzliches Material eingekapselt werden soll, ist es lediglich ausreichend, daß die äußeren Schutzwicklungen in einer so ausreichenden Zahl vorgesehen sind, daß deren Wärmeversiegelung ermöglicht wird, ohne daß die metallisierten Beläge beschädigt werden. Wenn der Kondensator mit einem zugehörigen einfachen Dielektrikumband von einem seiner Enden aus um einen Dorn herumgewickelt wird, muß zusätzlich freies Material vorgesehen sein, um ausreichendes Material an dem vorderen Ende des Kondensators zu belassen, damit ein Kurzschliessen der Elektroden verhindert wird. Wenn das metallisierte Dielektrikum um die Mitte herum gefaltet und gewickelt werden soll, ohne dag ein zugehöriges Dielektrikumband vorgesehen ist, braucht das freigelegte Dielektrikum nur so ausreichend lang zu sein, daß für die erforderlichen Schutzwicklungen gesorgt ist und eine Wärmeversiegelung ermöglicht wird.

Gleichgültig, ob ein metallisiertes Dielektrikumband von einem Ende zusammen mit einem einfachen Dielektrikumband gewickelt werden soll oder von der Mitte aus allein gewickelt wird, die Aufwicklung erfolgt, bis das metallisierte Material vollständig

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in den Kondensator eingewickelt und durch die erforderliche Anzahl von Schutzwicklungen bedeckt ist, ehe das Band jeweils geschnitten und von einem erwärmten Stab versiegelt wird und dann die Wicklung eines neuen. Kondensators beginnt. Die Vorrichtung zur Wicklung kann automatisiert werden, indem man sie mit einem Sensor bestückt, beispielsweise einer Fotozelle, die so angeordnet sein kann, daß sie Licht empfängt, das durch die freien Zonen des Dielektrikumbandes geht. Nachdem die Fotozelle eine freie Zone festgestellt hat, können die Steuerungen der Vorrichtung eine Verzögerung des Wickeldorns bewirken, bis die Fotozelle das Ende der freien Zone festellt, und sobald das geschehen ist, hört die Wickelvorrichtung zu laufen auf, und der Schneid- und Versiegelkopf greift am Kondensator an, um die äußeren Wicklungen zu versiegeln und den Kondensator von dem Dielektrikum abzutrennen, das dann zur Wicklung des nachfolgenden Kondensators verwendet wird.

Die Erfindung ist im nachfolgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung sind:

Fig. 1 ein Schaubild einer Vorrichtung, mit deren

Hilfe das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann, um ein zweisieitig metallisiertes Dielektrikumband zusammen mit einem zugehörigen Band einfachen Dielektrikums aufzuwickeln,

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Pig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil einer Länge eines metallisierten Dielektrikumbandes, das erfindungsgemäß verwendet werden kann,

Fig. 3 ein SchauMld, das eine Vorrichtung zum Wickeln eines Kondensators aus einem einzigen zweiseitig metallisierten Dielektrikumbandes zeigt, und

Fig. 4 eine Einzelheit aus einem Kondensator im Schnitt, der mit Hilfe der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist.

In Fig. 1 ist ein Schaubild einer Vorrichtung gezeigt, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann. Ein Band 10 aus metallisiertem Dielektrikum wird von einer Vorratsrolle 12 abgewickelt und mit einem zugehörigen einfachen Dielektrikumband 14 um einen Wickeldorn 16 herumgewickelt, der wahlweise zurückziehbare Teile 16a, 16b hat, die während des Wickelvorgangs an dem Material 10, 14 angreifen und jeweils zurückgezogen werden, um ein Herausfallen des fertigen Kondensators 20 nach dem Wickelvorgang zu ermöglichen.

Das metallisierte Dielektrikumband 10 hat eine Vielzahl metallisierter Bex'eic'ue 22 gleicher Länge, die im gleichen Abstand

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über die gesamte Länge hinweg angeordnet sind. Der metallisierte Bereich 22 auf einer Seite des Banedes erstreckt sich von einem Rand des Bandes 23 zu einer Linie 24, die von dem gegenüberliegenden Rand 25 des Bandes 10 in einem solchen Abstand nach innen versetzt ist, daß ein entmetallisierter Randbereich 26 gebildet wird. Auf der gegenüberliegenden Seite des Dielektrikumbandes 10 befindet sich ein entsprechender metallisierter Belag 27, der in seiner Länge dem metallisierten Bereich 22 entspricht, den er überlappt. Der metallisierte Bereich 27 erstreckt sich vom Rand 25 des Bandes 10 zu einer Linie 28, die von der Seite des Bandes 23 in einem solchen Abstand liegt, daß ein entmetallisierter Randbereich 29 gebildet wird. Die Randbereiche 26 und 29 sind vorgesehen, um die Anbringung von Stromzuführungen an den Kondensator zu ermöglichen. Das einfache Dielektrikumband 14 hat vorzugsweise eine geringere Breite als das Dielektrikumband 10 und ist ihm gegenüber mittig angeordnet, um die Anbringung der Stromzuführungen an den Kondensator nicht zu stören und um eine Metallbesprühung der Stromzuführungen und der Enden der Kondensatoren zu ermög-

' liehen, um die freiliegenden metallisierten Bereiche zu kontaktieren .

Jeder metallisierte Bereich 22 und sein entsprechender überlappender metallisierter Bereich 27 sind von den anschließenden metallisierten Bereichen 22, 27 durch eine entmetallisierte bzw. freie Zone 2-34 voneinander getrennt. Die freie Zone 34 umfaßt

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eine erste Partie 34a, (Fig. 2), die Material für die Schutzwicklungen an der Außenseite des Kondensators 20 liefert, sowie eine zeweite Partie 34b, die -eine Isolierung gegen ein Kurzschließen der metallisierten Bereiche bzw. Elektroden 22 und 27 bei Beginn der Wicklung eines anschließenden Kondensators bildet.

Um ein automatisches Wickeln von Kondensatoren vornehmen zu können, können, ein Sensor, beispielsweise eine Lichtquelle 40, und eine Fotozelle 42 auf gegenüberliegenden Seiten des Dielektrikumbandes 10 angeordnet sein. Obgleich kein Licht durch das Dielektrikumband in den metallisierten Bereichen 22, 27 gehen, kann, lassen die freien Bereiche 34 Licht von der Quelle 40 durch das Band 10 durch, das auf die Fotozelle 42 einfällt, um den abschließenden Teil des Wickelvorgangs des Kondensators einzuleiten. Wenn beispielsweise die Fotozelle 42 eine freie Zone 34 feststellt, kann sie zur Antriebsschaltung für den Dorn (nicht dargestellt) einen Impuls geben, so daß die Wicklung verzögert wird. Danach bewirkt die Fotozelle dann, wenn sie das Ende der freien Zone 34 feststellt, ein Anhalten des Dorns und eine Einwärtsbewegung eines erwärmten Schneidstabs 48 gegen die Außenseite des Kondensators, um die äußeren Wicklungen zu versiegeln und den Kondensator 20 von den Dielektrikumbändern 10 und 14 zu trenenen. Gleichzeitig mit der Betätigung des Schnittwerkzeugs 48 bewegt) sich ein Leitstabgegenstück 54 in Richtung auf den Leitstab 56, um die losen Enden.

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der Dielektrikumbänder 10 und 14 einzufangen. Nach dem Abtrennen des Kondensators 20 von den Bändern 10 und 14 wird er aus dem Dorn ausgeworfen, indem die Dornteile 16a und 16b nacheinander zurückgezogen werden. Danach wird eine der Dornteile 16a in die normale Wickellage zurückgeführt, während der Leitatab 56 und das Gegenstück 54 um den Dornteil 16a herumlaufen, um die Bänder 10, 14 auf die flache Seite zu legen. Danach wird der zweite Dornteil 16b in die Wickellage bewegt, um die Bänder

w 10, 14 einzuschließen. Danach wird das Gegenstück 54 außer Kontakt mit den Bändern 10, H bewegt, und das Gegenstück 54 und der Leitstab 56 kehren in ihre in Fig. 1 gezeigte Lage zurück. Danach beginnt ein neuer Wicklungsvorgang. Durch entsprechende Anordnung des Lichtes 40 und der Fotozelle 42 kann das Band 10 in einer solchen Lage angehalten, werden, daß die freie Zone 34 an einer Linie a-a (Fig. 2) geschnitten wird, um die gewünschte Materjalmenge in den Partien 34a und 34b vorzusehen, die jeweils das Ende eines Kondensators und den Anfang des

| nächsten bilden.

Fig. 2 ist eine Draufisicht auf das Dielektrikumband 10, wobei die Beziehung der metallisierten. Bereiche 22, 24 miteinander und mit dam freien Bereich 34 gezeigt sind. Die strichpunktierte Linie a-a stellt die Linie dar, an der der freie Bereich 34 durch den. erwärmten Schneid- und Versiegelstab 48 getrennt wird. Die überlappenden Bereiche der metallisierten Zonen 22, 24 sind sehr genau festgelegt und sind in der Herstellung des Bandes 10

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konstant .über die Länge des Bandes 10 hinweg angeordnet, wobei das Band entweder selektiv auf beiden Seiten metallisiert oder vollständig metallisiert und dann selektiv entmetallisiert wird. Die konstant elektrische Feldbreite, die bei zweisieitig metallisierten Dielektriken erzeugt werden kann, kann praktisch bei einer einseitig metallisierten Anordnung oder bei einer Folienbelaganordnung nicht erreicht werden, und zwar als Folge inhärenter Noppen.

Obgleich das keinen Teil der Erfindung darstellt, kann darauf hingewiesen werden, daß man eine genaue Großensteuerung in der Anfangsherstellung des Bandkondensators 10 durch Verwendung eines rotierenden Impulsgenerators (nicht dargestellt) erreichen kann, der von dem Band angetrieben wird und der einen elektronischen Zähler (nicht dargestellt) betätigt. Durch das Arbeiten mit solchen Geräten läßt sich eine Längenbestimmung von einem Teil in zehntausend erreichen. Nach der Entmetallisierung beider Seiten des Bandkondensators 10 zur Bildung der freien Zone 34 kann der Bandkondensator, der gerade getrennt worden ist, geprüft werden, und die festgestellten Daten können zurückgesendet werden, um die elektronische Längenzählung zu ändern und damit eine genaue Kapazitätsgröße von dem jeweiligen metallisierten Teil zum nächsten einzurichten und aufrechtzuerhalten. Kleine Änderungen in der Kapazitätsgröße des Wickelkondensators 20, der aus dem Band 10 hersgestellt wird, lassen sich dadurch erreichen, dato man das einfache zugehörige Dielektrikum 14 mit

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einer geringen Plus- oder Minusstärkenvarianz wählt. Große Verlagerungen in der Kapazitätsgröße lassen sich dadurch erreichen, daß man das einfache zugehörige Dielektrikum 14 in einer viel größeren Stärke oder mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstanten für geringere Kapazitätsgrößen oder mit einer geringeren Stärke oder einer höheren Dielektrizitätskonstanten für höhere Werte wählt. Das Mischen von Dielektrikumarten läßt sich bei einer zweiseitig metallisierten Anordnung

^ einfacher durchführen, da der Vorgang der Anbringung der Stromzuführungen, der Vorgang der Besprühung, der Vorgang der Metallisierung und Entmetallisierung nur von den Eigenschaften des einen metallisierten Teils abhängen. Das beispielsweise gestattet das Arbeiten mit einem Niedertemperatur-Hochqualitätsdielektrikum wie Polystyrol in einer metallisierten Anordnung, wobei der metallisiertes Polyester dem mechanischen Eigenschaften des Systems bildet, während der Streufaktor und der Temperaturkoeffizient der Kapazität durch die elektrische Mischung verbeseert werden. Wenn sehr niedrige Kapazitätsgrößen

P erstrebt werden, lassen sie sich sehr genau durch Verwendung eines Polyesters schmaler Breite und großer Dicke für den Elektrodenträger und einer dicken, schmalen Polypropylenfolie für das einfache Dielektrikum erreichen, wobei das Polypropylen preiswerter ist und eine geringere Dielektrizitätskonstante als das Polyester hat.

In Fig. 3 ist eine Abwandlung der Erfindung gezeigt, bei der die

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Botwendigkeil; entfällt, ein zugehöriges einfaches Dielektrikumband vorzusehen» das um das metallisierte Band herumgewickelt werden miö, Mie das iseim Ausführungsbeispiel gemäß Pig. 1 der lall ist- Ia EIg* 3 "wird das Dielektrikumband 10' von der Vorratsrolle Ϊ2* algezogen, bis sie mit einem Teil des Dorns 16' in Berührung steht. Der verbleibende Teil des Dorns wird dann über das Dielektrikumband gebracht, um es einzuschließen, und danach, beginnt das Aufwickeln des Kondensators. Nach Abschluß des Wiefcelvorgangs läßt sich eine Fotozelle (nicht dargestellt) verwenden, vie das im Zusammenhang mit Pig. 1 beschrieben worden ist, um das Wickeln seitens des Dorns zu verzögern und den Dorn dann, ganz abzuhalten, während der erwärmte !renn- raid Siegelstab 48· in Anlage an den Kondensator gebracht wird- Mit dieaer Anordnung, bei der das metallisierte Material auf sich, selbst zurückgefaltet wird, läßt sich ein sehr kompakter Kondensator erreichen, da keine Notwendigkeit für ein zugehöriges Dielektrikumband wie das Band H in Pi. 1 besteht. Durch Wegfall des besonderen. Dielektrikumbandes geht Jedoch aueJi die EähjLgkeit verloren, Änderungen in der Größe der Kapazität der Kondensatoren vorzunehmen, die aus dem Dielektrikumband 10* hexgeatel.lt werden können. Bei der in Pig. 3 gezeigjen Anordnung muß die freie Zone 34' in der Mitte getrennt werden, wenn die äußeren Wicklungen aus der gleichen Länge Dielektrikum iiergeatellt werden sollen. Eb ist jedoch nicht erforderlich., daß die Längen gleich sind, und es kann sogar zweckmäßig sein, daS der Teil der freien Zone 34'* der an der Außen-

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BAD ORIGINAL

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seite dea Kondensators liegt, langer ist als das gegenüberliegende Ende, um es damit zu ermöglichen, die Wärmeversiegelung durch eine äußere Lage vorzunehmen, anstatt durch zwei.

In Pig. 2 ist eine Endansicht im Schnitt durch einen Kondensator gezeigt, der mit der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, hergestellt worden ist, wobei die Lagen bei 60 durch ein geschmolzenes Dielektrikum zusammengehalten sind.

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Claims (6)

Patentansprüche

1.jVerfahren zur Herstellung einer Anzahl identischer Kondensatoren aus einem Vorrat metallisierten Dielektrikumbandes, wobei das Band eine Anzahl metallisierter Bereiche auf beiden Seiten hat, die in überlappender Lage im Abstand zueinander über die Länge hinweg angeordnet sind, wobei das Dielektrikumband vollständig freie langgestreckte Bereiche über seine Länge hinweg hat, die die Anzahl metallisierter Bereiche voneinander trennen, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Vielzahl metallisierter Bereiche und ein Teil der freiliegenden Bereiche des Dielektrikumbandes an beiden Enden in einen Kondensator gewickelt werden, bei dem die freiliegenden Bereiche eine Anzahl äui3erer Schutzwicklungen bilden, gleichzeitig das metallisierte Dielektrikumband im freiliegenden Bereich zwischen einem schon gewickelten metallisierten Bereich und einem sich daran anschließenden metallisierten Bereich, der mit dem Vorrat verbunden ist, getrennt wird und das geschnittene Ende des Dieelektrikumbandes mit den darunter liegenden Kondensatorwicklungen wärmeversiegelt wird und die Schritte des Wickeins, Trennens und Versiegeins wiederholt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zugehöriges Band aus einfachen

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Dielektrikum zusammen mit dem metallisierten. Dielektrikumband gewickelt wird, wobei das metallisierte Dielektrikumband während des Trenn- und Siegelvorgangs zwischen den Enden des freiliegenden Bereichs derart getrennt wird, daß ein freier Teil mit dem Vorrat metallisierten Dielektrikums verbunden bleibt, derart, daß ein Isolierkern für den Kondensator verbleibt, der anschließend gewickelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurchgekennr zeichnet, daß das metallisierte Dielektrikumband

in Querrichtung etwa in der Mitte eines metallisierten Bereiches gefaltet und dann um eine Achse parallel zur Faltrichtung gewickelt wird.

4· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallisierten Bereiche zu beiden Seiten des Bandes sich nur bis zu einem Rand des Bandes erstrecken und vom gegenüberliegenden Rand durch eine ^ schmale entmetallisierte Randpartie getrennt sind, die über

einen metallisierten Bereich auf der gegenüberliegenden Seite des Bandes liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zugehörige Band aus ein-* fächern Dielektrikum schmaler als das metallisierte Dielektrikumband ist und mittig dazu gewickelt wird.

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6. Verfahren, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässigkeit von Licht an den freien Bereichen des metallisierten Dielektrikumbandes festgestellt wird und in Abhängigkeit davon der Wickel- und Trenn- sowie Siegelvorgang gesteuert wird.

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