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Verfahren zum Kontaktieren von Kondensatorfolien mit einem Anschlußdraht
und Vorrichtung zu seiner Ausübung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum EontaktieW ren von Kondensatorfolien mit einem Anschlußdraht sowie auf eine
Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens.
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Zum Kontaktieren von elektrischen Bauteilen mit einem verzinnten Kupferdraht,
dem sog. Anschlußdraht, ist es bekannt, diesen durch Widerstandsschweißen, z.B.
durch Anpunkten, mit dem Bauteil zu verbinden. Sollen indessen derartige Anschluß
drähte mit den Anschlußflächen aluminiumbeschoopter Bauteile, wie Kondensatoren
u. dgl., verbunden werden, so ist dies schwierig. Die mit Aluminium beschoopten
Anschlußflächen tragen eine Oxydschicht, die den Stromdurobgang verhindezv.
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Feriierhin ist es bekannt, Zinn mittels Ultraschall auf ein Aluminiunteil
aufzutragen. Das sog. Löten von. Aluminium ist jedoch schwierig; außerdem besitzen
derartige Verbindungen keine dauerhafte Haftfähigkeit. Die mit der Sonotrode auf
die Werkstücke auszuübenden Druckkräfte sind relativ hoch, so daß sich dieses Verfahren
zum Anlöten von Anschlußdrähten an dünnen Aluminiumfolien bzw. an mit Aluminium
beschoopten Anschlußflächen nicht eignet.
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Fernerhin-ist es bekannt, beim Schweißen von schwer schweißbaren Metallen,
und zwar zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung,
auf die Schweißstelle Ultraschall- oder Schallschwingungen einwirken zu lassen.
Die Schallwellen bewirken eine bessere Durchmischung des schmelzflüssigen Gemisches;
dadurch werden die mechanischen Eigenschaften einer so hergestellten Schweißverbindung
günstig beeinflußt.
Zum Fügen von Metallbändern wurde eine Kombination
eines Reibungsschweißens mit einem Widerstandsschweißen vorgeschlagen. Bei diesem
Verfabren wurd die Oberelektrode der Widerstandssebweißvorricbtung mittels einer
Schwingungßeinrichtung in Translation versetzt. Die Metallbändern werden dabei magnetisch
festgespannt und mit einem Druckaggregat gegeneinander gepreßt. Während des Fügeprozesses
wird mittels eines Transformators ein Stromstoß über die Fügestelle geleitet, unter
dessen Einfluß die Verschweißung erfolgt. Dieses Verfahren läßt sich indessen zum
Kontaktieren von mit Aluminium beschoopten Kondensatorfolien nicht anwenden. Derartige
Folien sind sebr empfindlich; sie besitzen eine Stärke von weniger als 100/um und
sind daher gegen mechanische Beanspruchungen wenig widerstandsfähig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbindungsverfahren,
insbesondere zum Kontaktieren eines eine aluminiumbeschoopte Anschlußfläche aufweisenden
Teiles mit einem verzinnten Kupferdraht zu schaffen, bei dessen Anwendung die vorgenannten
Nachteile vermieden werden. Fernerhin ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine zur
Durcführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaffen. Ausgehend von einem
bekannten kombinierten Widerstands-Ultraschallscbweißverfabren gemäß dem mindestens
eines der zu verbindenden Werkstücke mittels einer ersten Schweißelektrode an das
Scbweißstrompotential gelegt wird und mittels der anderen, der Andruckschweißelektrode,
die zu verbindenden Werkstücke gegeneinander gedrückt werden, wobei man eine der
Schweißelektroden in mechanische Schwingungen versetzt und sodann einen Schweißstromimpuls
kurzzeitiger Dauer auslöst, besteht das Verfahren gemäß der Erfindung darin, daß
man zunächst den Anschlußdraht an seiner gontaktierungsstelle flachdrückt und sodann
auf die mit Aluminium beschoopte Kontaktierungsfläche legt, nunmebr die Arbeitsfläche
einer Sonotrode oder eines Sonotrodeneinsatzes eines Ultraseball-Schweißgerätes
auf den Anscblußdrabt aufsetzt und während einer Dauer von mindestens einer Sekunde,
vorzugsweise Jedoch zwei Sekunden, bei einem Bondruck von höchstens 80 X,
Ultraschallschwingungen
auf.den Anschlußdraht und dessen Verbindungsstelle einwirken läßt, anschließend
während einer Impulsdauer von 0,1 bis 0,3 Sekunden einen Schweißstromimpuls auslöst,
wobei man den Schweißstrom nur über die Sonotrode und/Oder den Einsatz sowie den
Anschluß draht fließen läßt.
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Durch diese Verfahrensweise wird es ermöglicht, ohne eine Beschädigung
der dünnen und empfindlichen gondensatorfolie diese mit einem vorzugsweise vorverzinnten
Anschlußdraht zu kontaktieren. Bedingt dadurch, daß man den Anschluß draht an seiner
Verbindungsstelle flachdrückt, wird eine Kerbwirkung ausgeschlossen sowie auch der
spezifische Flächendruck gemindert. Der Andruck von 80 N darf nicht überschritten
werden. Bei höherem andruck besteht die Gefahr, daß die Folie zerreißt. Duch die
Ultraseballsehwingungen wird die Oxyd schicht an den Aluminiumteilchen der Schoopschicht
zerstört bzw. aufgerissen. Der Stromimpuls bewirkt sodann ein Zusammenscbmelzen
des Zinns und der Aluninium-Schoopschicht an der Schweißstelle. Unter dem Druck
der Sonotrode vermischt sich die Zinn- und Aluminiumschmelze, so daß ein einwandfreier
elektrischer Kontakt bei hoher Festigkeit erreicht wird. Hierbei ist es wesentlich,
daß man den Schweißstrom nicht durch die Verbindungsstelle leitet, sondern nur durch
den Anschlußdraht. Dadurch wird ein"Aufbrennen" der dünnen Kondensatorfolie verhindert.
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Ausgehend von einer. kombinierten Widerstands-Ultraschall-Schweißvorrichtung,
bestehend aus einer Eontaklerungs- und einer Andruckelektrode, die jeweils mit einem
Schweißstromgeberverbunden sind, und wobei eine Elektrode zu Ultraschallschwingungen
anregbar ist, besteht die zur Ausübung des Verfahrens dienende.Schweißvorriehtun
darin, daß eine der Schweißelektroden, vorzugsweise die Andruekelektrode, als Sonotrode
ausgebildet ist. Bei der Vorrichtung wird somit die Sonotrode als Elektrode benutzt.
Der Schw'eißstromgeber besteht, wie an sich bekannt, aus einem Schweißstromtransformator
und
einem Schweißstromtaktgeber. Die Sonotrode wird an geeigneter Stelle elektrisch
mit einem sekundärseitigen Anschluß des SchweiBstromtransformators verbunden. Die
andere Elektrode, die vorteilhaft in einem Widerstands-Punktschweißkopf eingesetzt
ist, wird an das Gegenpotential des sekundärseitigen Anschlusses des Transformators
angelegt.
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Beispiel: Eln verzinnter Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,6
mm wird an seinem Kontaktierungsende flachgedrückt und sodann auf die zu kontaktierende
mit Aluminium beschoopte Fläche einer Kondensatorfolie gelegt. Mittels einer an
das Schweißpotential schaltbaren Sonotrode wird auf den Draht ein Druck von 60 N
ausgeübt. Während der Schal:Leinwirkung löst man einen Schweißstromimpuls aus, dessen
Dauer 10 Perioden = 0,2 eec beträgt. Es ist besonders vorteilhaft, vor dem Auslösen
des Schweißstromimpulses die Andruckelektrode bzw. Sonotrode zu Ultraschallschwingungen
anzuregen. Dadurch wird vor dem Auslösen des Scbweißstromimpulses die Oxydschicht
von der mit Aluminium beschoopten Anschlußfläche abgetrieben. Hierbei soll das Verhältnis
zwischen der Dauer der Schalleinwirkung auf die zu verbindenden Werkstücke und der
Impulsdauer des Sch:eißstromes 1 : 10 bis 1 : 15 betragen. In der praktischen Ausführung
geschieht dies derart, daß nach einer Vorlaufzcit von 2 Sekunden, bei der die zu
verbindenden Werkstücke unter dem Einfluß mechanischer Schwingungen gehalten werden,
der Schweißstromimpuls mit einer Dauer von 0,2 Sekunden ausgelöst wird. Die Frequenz
der mechanischen Schwingungen bzw.
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der Ultraschallschwinglngen soll größer als 15 kHz sein, vorzugsweise
20 kHz, betragen. Die Höhe des Schweißstromes hält man vorteilhaft während der Impulsdauer
auf 1000 Ampere.
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Untersuchungen haben gezeigt, daß derartig kontaktierte Bauteile mit
einer Reißkraft von über 150 fl belastbar sind.
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In der Zeichnung ist eine zur Ausübung des erfinderischen Verfahrens
dienende kombinierte Widerstands-Ultraschallschweißvorrichtung schematisch dargestellt.
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Ein elektrischer Wickelkondensator besitzt mit Aluminium
beschoopte
Schichten 2, 2'. Ein Anschlußdraht.3, nämlich ein verzinnter Kupferdraht, ist durch
eine den'Kondensator-' wickel 12 tragende Isolierstoffhülse 13 hindurchgeführt;
er soll mit der Aluminium-Schoopschicht 2' verbunden werden.
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Zu diesem Zweck ist der Anschlußdraht 3 abgewinkelt und an seinem
freien Ende flachgedrUckt. Wie ersichtlich, schmiegt sich das Ende 3' gegen die
Schoopschicht 2'. Eine Sonotrode 4 steht in Verbindung mit einem hier nicht dargestellten
Schwingungscrreger, der die Sonotrode zu Schwingungen in Richtung der Pfeile 5 mit
einer Frequenz von 20 kHz anregt. Die Sonotrode besitzt einen Sonotrbdeneinsatz
14, dessen Arbeitsfläche 15 gegen den abgewinkelten Teil 3' des verzinnten Kupferdrahtes
lastet. Hier nicht dargestellte Tarier-Gewichte verleihen der Sonotrode eine hndruckskraft
von 65 N. Ein Schweißtransformator 6 steht in Verbindung mit einem Schweißstromtakter
7. Die Sonotrode liegt an einem sekundärseitigen Anschluß 8 des Schweißtransformators.
Der andere sekundärseitige Ausgang 9 des Schweißtransformators liegt an einer Kontaktierungselektrode
10; der EXlß 10' der Kontaktierungselektrode lastet ebenfalls gegen den abgewinkelten
Teil 3' des klschlußdrahtes. Nach erfolgtem Einschalten des hier nicht dargestellten
Ultraschallgebers wird die Arbeit.sfläche 5' des Sonotrodeneinsatzes zu Schwingungen
angeregt. Unter der Einwirkung der Ultraschallschwingungen wird die zwischen dem
abgewinkelten Teil 3' des Anschlußdrahtes und der Schoopschicht2' gelegene Oxydhaut
11 zerstört. Nach einer Vorlaufzeit der Sonotrode von 2 Sekunden wird vom Schweißstromimpulsgeber
7 der Schweißstrom ausgelöst. Der Schweißstrom fließt zwischen der Sonotrode bzw.
dem Sonotrodeneinsatz und' über dem abgewinketen Teil 3' des Anschlußdrahtes sowie
der Kontaktierungselektrode 10. Durch den ausgelösten und während einer Dauer vom
0,2 Sekunden aufrecht erhaltenen Schweißstromimpuls mit einer Stromstärke von annähernd
1000 Ampere bei 4 Volt schmilzt das Zinn und auch der Kupferdraht, wobei sich das
nunmehr schmelzflüssige Kupfer-Zizingemisch mit dem metallischen Aluminium der Schoopschich-t
Zu einer Legierung verbindet.
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3 Patentansprüche 1 Figur