DE2304184A1 - Verfahren zur herstellung von metallfreien streifen auf metallisierten isolierstoffolien - Google Patents

Verfahren zur herstellung von metallfreien streifen auf metallisierten isolierstoffolien

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DE2304184A1 DE2304184A DE2304184A DE2304184A1 DE 2304184 A1 DE2304184 A1 DE 2304184A1 DE 2304184 A DE2304184 A DE 2304184A DE 2304184 A DE2304184 A DE 2304184A DE 2304184 A1 DE2304184 A1 DE 2304184A1
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Description

SIEMENS AKOiIENGESELLSCHAi1T 8 München 2 2 9UAK 1973
Berlin und München Wittelsbacherr>latz
73/ίΟ16
Verfahren zur Herstellung von metallfreien Streifen auf metallisierten Isolierstoffolien
Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zum Herstellen von metallfreien Streifen auf metallisierten Isolierstoffolien, insbesondere von Freirändern auf Kondensatorfolien für elektrische Kondensatoren, "bei dem die metallisierten Isolierstoffolien an einer Ausbrennelektrode vorbeigeführt werden und bei dem die Metallisierung durch einen elektrischen Strom an den entsprechenden Stellen entfernt wird.
Ein derartiges Verfahren ist aus "Elektrotechnische Zeitschrift" vom 1.12.50, Seiten 653 bis 656, bekannt. Dieses Verfahren hat jedoch relativ breite und gezackte entmetallisierte Streifen zur Folge, da dort das Ausbrennen durch einen Gleichstrom oder 50 Hz-Wechselstrom hervorgerufen wird, der zu Funkenentlaäungen führt, die bekanntlich eine negative Widerstandseharakteristik aufweisen und daher erst nach einer wesentlichen Vergrößerung.des Entladungsweges abreißen. Hierzu benötigen die Entladungen eine im Verhältnis zu den heutigen Arbeitsgeschwindigkeiten lange Zeit, so daß die einzelnen Entladungen an verschiedenen Stellen der Folie erfolgen und dadurch einen gezackten Rand des entmetallisierten Streifens erzeugen. Selbst bei kleinen Arbeitsgeschwindigkeiten müssen die Übergangswiderstände zwischen Ausbrennelektrode und Metallisierung sehr genau konstantgehalten werden, wenn eine einigermaßen gleichmäßige Breite der entmetallisierten Streifen erreicht werden soll. Dies ist unter Fertigungsbedingungen nicht mit vertretbarem Aufwand zu realisieren. Außerdem reicht bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten der Gegenkontakt auf der Walzenelektrode nicht mehr. Es kommt auch hier zu Stromkonzentrationen und damit su Undefinierten Ausbränden; in der -weiteren Folge bilden sich auf der Walze zunehmend oxidische Abscheidungen, die schließlich zum gänzlichen Abbruch des 2nt~ metallisierungsvorgangs führen.
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Mh3/Für
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art auch bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten scharf begrenzte und schmale Entmetallisierungsstreifen zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art kurze Stromimpulse mit konstanter Amplitude und einer an die Bewegungsgeschwindigkeit ; der metallisierten Isolierstoffolien angepaßten Impulsfolgefrequenzen zu einer örtlich begrenzten Entfernung der Metallisierung verwendet werden. ;
Bei diesem Verfahren bewirkt jeder einzelne Impuls das Ausbrennen in einem Brennfleck, der durch seine Impulsenergie begrenzt ist. Wird die Impulsfolgefrequenz so hoch gewählt, daß diese Brennflecken weitgehend überlappen, so ergibt sich ein entmetallisierter Streifen mit einer gleichmäßigen Breite und einer scharfen Begrenzung. Impulsdauer und Impulshöhe ermöglichen die Einstellung des gewünschten Energieinhalts, der zusammen mit der Form der Ausbrennelektroden die Breite der entmetallisierten Streifen bestimmt. Unkontrollierte Bogenentladungen werden durch die kurze Dauer der Impulse so bald unterbrochen, daß sie nicht zu ausgezackten Rändern führen können. Das Verfahren ist für einseitig und für beidseitig metallisierte Folien anwendbar.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gegeben, wenn Spannungsimpulse von einer Dauer von unter 5 /Us mit einer Impulsfolgefrequenz von mehr als 100 kHz über einen Strombegrenzerwiderstand und eine Ausbrennelektrode dem Metallbelag zugeführt werden, wenn die Ausbrennelektrode während des Entmetallisierungsvorgangs gereinigt wird und wenn der Strombegrenzerwiderstand groß gegenüber dem Übergangswiderstand zwischen der Ausbrennelektrode und der Metallisierung ist. Mit diesen Vierten kann das Verfahrens bei der üblichen Schneidgeschwindigkeit für Folien beim Schneiden mittels Klingen- oder Rundmesser von etwa 20 - 60 m/Min,
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angewendet werden. Dabei "besteht genügend Spielraum für die Einstellung einer Impulsenergie durch die Impulshöhe und die Impulsdauer; die Form der Ausbrennelektrode kann noch in einem weiten Bereich variiert werden.
Bei einer genügend hohen Frequenz kann die Kontaktierung der Metallisierung durch eine kapazitive Kopplung mit einer Gegenelektrode erfolgen. Die für Freiränder von Kondensatoren vorteilhafte Bandbreite von 0,5 mms die durch anschließendes Zerteilen der Folie innerhalb des Freirandes auf 0,25 nun reduziert wird, läßt sich herstellen, indem eine Metallisierung aus Aluminium mit einem Flächenleitwert von höchstens 0,5 S verwendet wird, indem Spannungsimpulse mit einer Amplitude von mindestens 40 Y über einen Widerstand von 50 0hm einer Elektrode zugeführt werden, indem die linpulsfolgefrequenz auf 1 MHz eingestellt wird und die Gegenelektrode in eine kapazitive Kopplung mit der Metallisierung der Folie gebracht wird, die mindestens etwa einer Kapazität von 1 nF entspricht. Dieses Verfahren läßt auch die Bearbeitung von auöanliegenden Metallisierungen von Mehrschicht-Folien, z.B. Einfolien für Kondensatoren, zu.
Bei einer kapazitiven Kopplung zwischen Gegenelektrode und Metallisierung trägt auch die Variation der Anstiegszeit und der Abfallzeit der Impulse wesentlich zum Energieinhalt der Impulse an der Ausbrennstelle bei, da für die hohen Frequenzen, die zur Ausbildung kurzer Anstiegszeiten erforderlich sind, der kapazitive Widerstand zwischen der Gegenelektrode und der Metallisierung besonders klein ist. Beispielsweise läßt sich auf einem Aluminiumbelag von 0,5 S Flächenleitwert ein 0,1 mm breiter metallfreier Streifen mit sauber begrenzten Kanten herstellen, wenn bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von 80 m/Min. Impulse von 50 V Spannungsamplitude über einen Vorwiderstand von 50 0hm einer Ausbrennelektrode zugeführt werden, wenn die Impulsfolge-
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frequenz mindestens 500 kHz "beträgt, die Anstiegs- und die Abfallzeit der Impulse etwa 30 nS und die Kopplungskapazität zwischen der Gegenelektrode und der Metallisierung etwa.
5 nF beträgt. Die so erzielten metallfreien Streifen haben auch bei einer Länge von einigen Metern noch Isolationswiderstände über 104 Megohm.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhaft mittels einer : Vorrichtung durchgeführt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine mit dem einen Pol eines Spannungsimpulserzeugers elektrisch leitend verbundene, drehbar gelagerte Walze von einer metallisierten Isolierstoffolie zumindest teilweise umfaßt ist, daß eine Metallisierung auf der von der Walze abgewandten Seite der Isolierstoffolie einer oder mehreren von Ausbrennelektrcden mit leichtem Druck kontaktiert wird und daß diese Ausbrennelektroden mit dem zweiten Pol der genannten Spannungsquelle über einen elektrischen Widerstand elektrisch leitend verbunden ist*
Dabei ist die Metallisierung auf der Isolierstoffolie mit der Walze kapazitiv gekoppelt. Sei Folien mit Dicken von weniger als 20 /um ergibt sich mit den üblichen Umlenkrollen von z. B,
6 cm 0 und einem Umschlingungswinkel von 180 ° eine Kapazität von mehr als 1 nF zwischen der metallisierten Folie und der Umlenkrolle. Reicht diese Kapazität nicht aus oder sollen dünnere Walzen oder dickere Folien zur Anwendung gelangen, so wird vorteilhaft eine weitere Walze mit demselben Pol des Impulserzeugers verbunden wie die zuerst genannte Walze und diese weitere Walze zumindest teilweise von der Isolierstoffolie umfaßt, wobei die Metallisierung an der Walze anliegt. Dabei entsteht teilweise ein galvanischer Kontakt zwischen der Walze und der Metallisierung, teilweise aber auch eine kapazitive Kopplung, da im allgemeinen sehr dünne isolierende Schichten von A-Iuminiumoxid und Verunreinigungen zwischen der Walze und dem Metallbelag vorhanden sind. Diese kapazitive Kqcplung ist jedoch auf Grund der sehr geringen Dicken dieser Schichten um ein Vielfaches höher als die durch die Dicke der Isolierstoffolien ge-
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ge"bene Kopplung mit der zuerst genannten Walze. Dadurch kann trotz einer unvollkommenen galvanischen Kopplung die Kontaktierung der Metallisierung ohne die Gefahr einer Beschädigung der Metallisierung auf Grund lokaler Ausbrennstellen erfolgen.
Eine Voraussetzung für die Anwendung des Verfahrens unter Pertigungsbedingungen ist die einwandfreie Punktion der Kontaktierung zwischen der Ausbrennelektrode und der Metallisierung auch über lange Entmetallisierungsstrecken. Da für die fertigungsmäßige Herstellung von Kondensatoren Polienrollen mit einer metallisierten Polie in einer Länge von 5000 - 10,000 m eingesetzt und verarbeitet werden, muß die Ausbrennelektrode ohne Unterbrechung mindestens für diese Strecke einsatzfähig bleiben. Sofern dazu eine Reinigung der Ausbrennelektrode erforderlich ist, muß diese ohne Unterbrechung des Arbeitsvorgangs vorgenommen werden können. Besonders vorteilhaft sind Elektrodenmaterialien, die mit Aluminium keine oder nur eine geringe Legierungsneigung zeigen und außerdem einen hohen Schmelzpunkt aufweisen. Ausbrennelektroden aus Wolfram haben sich besonders bewährt, da diese sich im Bereich der Berührung selbst reinigen und Aluminium, welches sich in der Nähe der Kontaktflächen als lockerer Belag ansammelt, schon durch leichtes Wischen, Wegblasen oder Absaugen entfernt v/erden kann. Derartige Maßnahmen sind jedoch nicht unbedingt erforderlich, da die Ab-
en
scheidung/von Aluminium während des Betriebs bei stärkerer Anhäufung von selbst abfallen.
Um ein sauberes Ausbrennen der Brennflecken von innen nach außen zu gewährleisten, werden Ausbrennelektroden verwendet, die im Bereich der Berührung mit der Metallisierung auf der Isolierstofffolie eine nach allen Seiten gekrümmte Oberfläche aufweisen und aus Wolfram bestehen. Hierzu eignet sich vorteilhaft ein Wolframdraht mit einer polierten, halbkugelförmigen Drahtspitze und einem Durchmesser von 0,3 mm, welcher durch eine Druckfeder mit einer Kraft von 0,1IT auf die Folie gedrückt wird.
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— D —
Bei schnellen Arbeitsgeschwindigkeiten von z. B. über 50 m/Min, kann es infolge der Vibration der Ausbrennelektrode zu kurzzeitigem Abheben und zu Spurunterbrechungen kommen. Dies wird dadurch vermieden, daß die Ausbrennelektroden an unmittelbar nach dem Abheben der metallisierten Folie von der als Gegenelektrode dienenden Walze liegenden Stellen angeordnet sind.
Eine weitere Möglichkeit, Vibrationen der Ausbrennelektroden' unschädlich zu machen, besteht darin, daß eine Ausbrennelektrode aus mehreren sehr dünnen Wolframdrähten besteht, die ; quer zur Laufrichtung der Folie nebeneinander angeordnet sind. Diese erhalten vorteilhafterweise die Form eines J, wobei die Krümmung die Kontaktstelle darstellt.
Zur Erzielung der sehr schmalen gewünschten Freiränder ist es erforderlich, daß die Ausbrennelektroden in unmittelbarer Nähe der Schneidvorrichtung angebracht sind. Dies wird besonders vorteilhaft dadurch erreicht, daß die Schneidvorrichtung gleichzeitig als Ausbrennelektrode ausgebildet ist.
Um komplizierte Muster auf den metallisierten Isolierstoffstreifen zu erzeugen, z. B. zur Reihenschaltung von Kondensatorbelägen, ist es vorteilhaft, wenn eine oder mehrere Ausbrennelektroden vorhanden sind, von denen zumindest eine quer zur Folienlaufrichtung nach einem vorgegebenen Programm verschoben und von der metallisierten Isolierstoffolie abgehoben v/erden kann.
Für besonders kurzzeitige Unterbrechungen der entmetallisierten Streifen ist es vorteilhaft, wenn die Spannungsimpulse nach einem vorgegebenen Programm während des Durchlaufens der Folie ab-und eingeschaltet werden können.
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Die Erfindung wird nun an Hand einer Figur näher erläutert; sie ist nicht auf das in der Figur gezeigte Beispiel 'beschränkt.
Über eine Walze 1 läuft eine Folie 2, die die Walze 1 teilweise umfaßt. Diese Walze 1 ist ebenso wie eine Walze 3 mit einem Pol einer Spannungsimpulsquelle, welcher an Masse liegt, verbunden. Die Walze 3 liegt an der Metallisierung auf der Folie 2 an. Eine Elektrode 4 wird durch eine Feder 5 gegen die Metallisierung auf der Folie 2 gedrückt. Die Elektrode 4 ist mit einer Spannungsimpulsquelle über den Kontakt 6 elektrisch leitend verbunden. Durch die Spannungsimpulse, die durch die Elektrode 4 in die Metallisierung auf der Isolierstoffolie 2 geleitet werden, wird ein metallfreier Streifen 7 auf der metallisierten Isolierstoffolie erzeugt. Die Walze 3 ist mit der Metallisierung auf der Isolierstoffolie 2 teilweise galvanisch, zum überwiegenden Teil aber kapazitiv gekoppelt, da sich auf der Metallisierung dünne Schichten aus Aluminiumverbindungen und Verunreinigungen bilden. Der kapazitive Widerstand ist jedoch bei den erfindungsgemäß verwendeten Impulsen so gering, daß im Bereich der galvanischen Kontakte keine Beschädigung der Metallisierung eintritt.
16 Patentansprüche
1 Figur
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- S VIA 9/^90/2003

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    ./Verfahren zum Herstellen von metallfreien Streifen auf metallisierten Isolierstoffolien, insbesondere von Freirändern auf Kondensatorfolien für elektrische Kondensatoren, "bei dem die metallisierten Isolierstoffolien an einer Ausbrennelektrode vorbeigeführt werden und bei dem die Metallisierung durch einen elektrischen Strom an den entsprechenden Stellen entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß kurze Stromiiapulse mit konstanter Amplitude und einer an die Bewegungsgeschwindigkeit der metallisierten Isolierstoffolien angepaßten Impulsfolgefrequenz zu einer örtlich begrenzten Entfernung der Metallisierung verwendet werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Spannungsimpulse von einer Dauer von unter 5/Usek. mit einer Impulsfolgefrequenz von mehr als 100 kHz über einen Strombegrenzerwiderstand und eine Ausbr,ennelektrode dem Metallbelag zugeführt werden, daß die Ausbrennelektrode während des Entmetallisierungsvorgangs gereinigt wird und daß der Strombegrenzerwiderstand groß ist gegenüber dem Übergangswiderstand zwischen Ausbrennelektrode und Metallisierung.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzeichn e t, daß über die Dauer des Spannungsimpulses die zum Ausbrennen eines metallfreien Streifens von einer gewünschten Breite erforderliche Energie eingestellt wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennz e i chne t, daß durch die Form der Elektrode die Breite der metallfreien Streifen eingestellt wird.
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    _ Q —
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Ms 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallisierung aus Aluminium mit einer Flächenleitfähigkeit von höchstens 0,5 S verwendet wird, daß Spannungsinpulse mit einer Amplitude von mindestens 40 "V über einen Widerstand von 50 Ohm einer Ausbrennelektrode zugeführt werden, daß die Impulsfolgefrequenz auf 1 MHz eingestellt wird und daß die Gegenelektrode in eine kapazitive Kopplung mit der Metallisierung der Folie gebracht wird, die mindestens etwa einer Kapazität von 1 nF entspricht.
    6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem einen Pol eines Spamiungsimpulserzeugers elektrisch verbundene, drehbar gelagerte Walze (1) von einer metallisierten Isolierstoffolie (2) zumindest teilweise umfaßt ist, daßeine Metallisierung auf der von der 7«ral2-e (i) abgewandten Seite der Isolierstoffolie (2) von einer oder mehreren Ausbrennelektroden mit leichtem Druck kontaktiert v/ird und daß diese Ausbrennelektroäen mit den zweiten Pol der genannten Spannungsimpulsquelle über einen elektrischen Yorwiderstand elektrisch leitend verbunden sind·?
    7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstoffolie (2) über eine zweite Walze (3) geführt ist, die mit demselben Pol der Spannungsimpulsquelle verbunden ist wie die erste Walze (1) und an der Metallisierung anliegt.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7. dadurch g e k e nnz e i c h η e t, daß die Ausbrennelektroden im Bereich der Berührung mit der Metallisierung auf der Isolierstoffolie (2) eine nach allen Seiten gekrümmte Oberfläche aufweisen und aus Wolfram bestehen.
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    9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbrennelektroden aus Wolframdraht mit polierten halbkugelförmigen Drahtspitzen bestehen und einen Durchmesser von 0,3 mm aufweisen und daß Druckfedern vorgesehen sind, die die Ausbrennelektroden mit einer Kraft von 0,1 Ii auf die Folie drücken lassen.
    10= Torrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennz e i ohne t, daß die Ausbrennelektroden an unmittelbar nach dem Abheben der metallisierten Folie von der als Gegenelektrode dienenden V/alze liegenden Stellen angeordnet sind.
    13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, d a durch gekennzeichnet, daß eine Ausbrennelektrode aus mehreren sehr dünnen Wolframdrahteη besteht, die quer zur
    Laufrichtung der Folie nebeneinander angeordnet sind.
    12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekenn ζ e i cn η e t, daß die Ausbrennelektroden aus einem oder mehreren Vfolframdrähten bestehen, welche in Form eines "J" gebogen sind und mit ihrer Krümmung an der Metallisierung auf der Isolierstoffolie anliegen,
    13« Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch g e k e η η ze i c h η e t, daß in unmittelbarer iTähe der Ausbrennelektroden eine Schneidevorrichtung angeordnet ist.
    14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidevorrichtung gleichzeitig als Ausbrennelektrode ausgebildet ist.
    15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daSbine oder mehrere Ausbrennelektroden angeordnet sind, vondenen zumindest eine quer zur Folienlaufrichtung nach einem vorgegebenen Program: verschoben und von der metallisierten Isolierstoffolie abgehoben
    werden kann.
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    16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsimpulse nach einem vorgegebenen Programm während des Durchlaufens der Folie ab- und eingeschaltet v/erden können.
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    VPA 9/190/2008
    Leerseite
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