DE2238484A1 - Verfahren zum kontaktieren von kondensatorfolien mit einem anschlussdraht und vorrichtung zu seiner ausuebung - Google Patents

Verfahren zum kontaktieren von kondensatorfolien mit einem anschlussdraht und vorrichtung zu seiner ausuebung

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DE2238484A1
DE2238484A1 DE19722238484 DE2238484A DE2238484A1 DE 2238484 A1 DE2238484 A1 DE 2238484A1 DE 19722238484 DE19722238484 DE 19722238484 DE 2238484 A DE2238484 A DE 2238484A DE 2238484 A1 DE2238484 A1 DE 2238484A1
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DE
Germany
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connecting wire
contacting
sonotrode
electrode
welding
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DE19722238484
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Hans Raske
Wolfdietrich Dipl Ing Strube
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G13/00Apparatus specially adapted for manufacturing capacitors; Processes specially adapted for manufacturing capacitors not provided for in groups H01G4/00 - H01G11/00
    • H01G13/006Apparatus or processes for applying terminals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Resistance Welding (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Untersuchungen haben gezeigt, daß derartig kontaktierte Bauteile mit einer Reißkraft von über 150 fl belastbar sind.
  • In der Zeichnung ist eine zur Ausübung des erfinderischen Verfahrens dienende kombinierte Widerstands-Ultraschallschweißvorrichtung schematisch dargestellt.
  • 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.
  • 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.
  • 3 Patentansprüche 1 Figur

Claims (3)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e Verfahren zum Kontaktieren von Kondensatoren mit einem Anschlußdraht, wobei die Kondensatorfolien eine mit Aluminium beschoopte Kontaktierungsschicht tragen, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß man unter Anwendung eines kombinierten Widerstands-Ultraschall-Schweißverfahrens den anschlußdraht an die beschoopte Kontaktierungsfläche des Kondensators anschweißt, indem man zunächst den Anschlußdrabt (3) an seiner Kontaktierungsstelle (3') flachdrückt und soCn:i auf die mit Aluminium beschoopte Kontaktierungsfläche (2, 2') legt, nu-nmehr die Arbeitsfläche (15) einer Sonotrode (4) oder eines Sor£otrodeneinsatzes (14) auf den Anschlußdraht aufsetzt und wäbrend einer Dauer von mindestens einer Sekunde, vorzugsweise jedoch zwei Sekunden, bei einem Andruch von höchstens 80 N, Ultraschallschwingungen auf den Anschlußdraht und dessen Verbindungsstelle cin1rkcr 1:'iPt, ansbieend während einer Impulsdauer von 0,1 bis 0,) Sekunden, vorzugsweise 0,2 Sekunden, einen Schweißstromimpuls auslöst, wobei man den Schweißstrom nur über die Sonotrede und/oder deren Einsatz sowie den Anschlußdrabt fließen läßt. @
  2. 2. Kombinierte Widerstands-Ultraschall-Schweißvorrichtung zur Ausübung des Verfahrens, bestehend aus einer Kontaktierungs-und einer andruckelektrode, die jeweils mit einem Schweißstrorgeber verbunden sind und wobei eine Elektrode zu U.rascballsch.iinungen anregbar ist, dadurch g e k e n n @ z e i c b n e t , daß die Andruckschweißelektroden (4, 14) als Sonotrode ausgebildet sind.
  3. 3. Kombinierte Widerstands-Ultraschall-Schweißvorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die als Sonotrode ausgebiluete Andruckelektrode sowie die Kontaktierungselektrode (10) nebeneinander angeordnet sind, derart, da9 die Arbeitsfläche (15) der Sonotrode (4) oder des Sonotrodeneinsatzes (14) sowie der Fuß (10') der Kontaktierungselektrode (10) gegen den Anschlußdraht lasten.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5002217A (en) * 1988-10-11 1991-03-26 Hitachi, Ltd. Bonding method and bonding apparatus
DE102010061082B3 (de) * 2010-12-07 2012-03-15 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Kontaktierungselektrode für das Widerstandsfügen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5002217A (en) * 1988-10-11 1991-03-26 Hitachi, Ltd. Bonding method and bonding apparatus
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