DE2318754B2

DE2318754B2 - Vorrichtung zur herstellung metallfreier streifen auf einer metallisierten isolierstoffolie

Info

Publication number: DE2318754B2
Application number: DE19732318754
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr.-Ing.;Kobale Manfred Dr.phil.; Seebacher Gerhard Dr.phil.; 8000 München Heywang
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-04-13
Filing date: 1973-04-13
Publication date: 1976-09-30
Also published as: DE2318754A1; CH569356A5; US3895207A; ZA742132B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung mctallfreicr Streifen auf einer metallisierten Isolierstoffolie, insbesondere von Freirändern auf einer Kondensatorfolie für elektrische Kondensatoren, durch eine örtlich begrenzte Zerstörung der Metallisierung mittels eines elektrischen Stroms, mit zumindest einer Ausbrennelektrodc und einer Wechselspannungsquelle, deren einer Pol mit der Ausbrennelektrode und deren zweiter Pol über Umlcnkrqllen mit der Metallisierung auf der metallisierten Isolieriitoflnlicn verbunden ist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der CH-PS 296 160 bekannt. Diese gibt eine Metallrolle als Ausbrennelektrode an. Diese Metallrolle liegt jedoch nur mit einem kleinen Teil ihres Umfangs auf der Metallisierune auf. Es muß daher ein relativ großer Auflagedruck gewählt werden, bei dem sich die Folie an die Umlenkrolle angschmiegt, wenn ein sauberes Ausbrennen der Metallisierung im gewünschten Bereich erfolgen soll. Durch den relativ großen Druck wird je-

doch die Folie überelastisch verformt, es bilden sich Wülste bzw. Zonen, in denen die Kunststoffolie überdehnt ist und damit keine ausreichende Spannungsfestigkeit mehr aufweist. Außerdem ergeben sich störende Wellen in der Folie. Dies tritt umso mehr auf, je dünner die Folie ist.

Die DT-PS 898 037 beinhaltet das Vorausbrennen metallisierter Folien mittels einer bandförmigen Elektrode, die gegen eine Walze drückt, auf der die auszubrennende Folie liegt. Die Elektrode ist mit einer Fe-

ao der gespannt. Die mit der Folie in Berührung kommenden Teile der Elektrode werden also nicht erneuert. Die dort gezeigten Maßnahmen sind daher zum Herstellen metallfreier Streifen auf metallisierten Isolierstoffolien nicht geeignet, da nach kurzem Betrieb

auf der Elektrode ein schlechtleitender Belag aus Metall und Metalloxyd entstehen würde.

Die US-PS 2 683 792 zeigt ein Ausbrennen mittels Gleichstrom zur Erzeugung von Mustern in Metallisierungen, wobei neben Rollen auch Kontaktbürsten

als Ausbrennelektroden angegeben sind. Bei der Verwendung von Kontaktbürsten oder von stiftförmigen Ausbrennelektroden, die im Stand der Technik ebenfalls beschrieben sind, könnten nur sehr geringe Auflau lücke verwendet werden, da die Isolierstoff folie sonst durch die Ausbrennclektrode beschädigt würde. Infolgedessen wären zur Überbrückung von auftretenden Abscheidungen auf der Elektrode, die hier nicht durch einen hohen Auflagedruck entfernt werden könnten, verhältnismäßig hohe Spannungen notwendig. Hohe Spannungen ergeben infolge von Lichtbogenentladungen breite Ausbrennränder, die bei hoher Vorschubgeschwindigkeit der Folie stark gezackt sind, da jeder Lichtbogen eine endliche Zeit bestehen bleibt und die Folie bereits um ein merkliches Stück verschoben ist, bevor der Lichtbogen verlöscht und ein neuer Lichtbogen entstehen kann. Damit geht einerseits ein merklicher Teil der Metallisierung für die wirksame Kapazität verloren, andererseits führt die lokale Erhitzung in einem derartigen

So Lichtbogen unter Umständen zur Beschädigung der Isolierstoffolie, insbesondere bei Verwendung einer dünnen Kunststoffolie als Isolierstoffolie.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen. die Ausbrennspuren in Metallisierungen erzeugt, die auf langen Strecken keine Unterbrechungen und eine gleichbleibende, geringe Breite aufweisen und bei deren Herstellung auch sehr dünne Kondensatorfolien nicht beschädigt oder bleibend verformt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ausbrennelektrode flexibel ist und im Bereich der Berührung mit der Metallisierung eine glatte, elektrisch leitende Oberfläche aufweist, daß die Ausbrennelektrode von außen gegen die Metallisierung drückt und die Umlenkrolle zumindest teilweise umschlingt und

daß für die Ausbrennelektrode ein langsam laufender Antrieb und für die metallisierte lsolierstoffolie ein schnell laufender Antrieb vorgesehen ist.

Der Vorteil einer derartigen Vorrichtung besieht darin, daß immer wieder neue Stellen der Ausbrennelektrode mit der Metallisierung in Berührung kommen, so daß Material, welches sich beim AusbrennvorganL, auf der Elektrode niederschlägt, nicht zu einer Stromunterbrechung führen kann. Dadurch ist die Anwendung einer geringen Spannung möglich. Bei der Anwendung einer geringen Spannung wird auch eine exakte Spurberandung möglich, da dann eine Bogenentladung fast vollständig unterdrückt wird und die Verdampfung des Metalls nur innerhalb des Elektrodenbereichs stattfindet. Die Verwendung einer Wechselspannung relativ hoher Frequenz ermöglicht eine kapazitive Kopplung zwischen der Metallisierung und entsprechenden Elektroden, die aufgrund von Verunreinigungen und Oxidschichten auch eintritt, wenn Elektroden direkt an der Metallisierung anliegen. und damit eine weitere Verringerung der Au*.-brennspannuns da keine galvanischen Übergangswiderstände 7ii überwinden sind. Diese kapazitive Kopplung bietet den weiteren wesentlichen Vmteil, daß nicht wie bei einer galvanischen Kopplung Stromkontraktionen im Bereich einer guten Kontaktieruni; auftreten, die 7ur Zerstörung der Kontaktstellen führen wurden, -vas Ausbrennspuren auf der Metallisierung ergäbe, die nicht erwünscht sind. Außerdem bilden sich, insbesondere bei galvanischer Kontaktierung, relativ schnell isolierende Schichten auf den W;il7cn. deren Oberwindung wiederum die Verwendung relativ hoher Spannungen erforderlich machen würde. Die Vorrichtung eignet sich auch 711 Entmetallisierungvon Streifen auf beidseitig metallisierten Isolicrstoffolien. Vorteilhaft wird die Ausbrennelektrode so dimensioniert, daß ihr elektrischer Widerstand so klein und ihre Wärmekapazität so groß ist, daß während des Betriebs weder durch den Durchgang des Ausbrennstroms noch durch die Wärmeabgabe des von der lsolierstoffolie abdampfenden Materials eine unzulässige Erwärmung der Ausbrennelektrode eintritt.

Durch die Vorrichtung ergibt sich eine gute Kontaktierung, da die Ausbrennelektrode auch bei hohen Vorschubgeschwindigkeiten des Isolierstoffbandes aufgrund ihrer geringen Masse und ihrer relativ langen Auflagestrecke, die durch das teilweise Umschlingen der Umlenkrolle gegeben ist, sich nicht abhebt.

Ein Vorteil der Vorrichtung besteht darin, daß die durch die Verwendung einer Wechselspannung hoher Frequenz gegebene kapazitive Kopplung im Bereich einer oder mehrerer Umlenkrollen ausgenutzt wird, wobei wenigstens eine an der zu kontaktierenden Metallisierung anliegt und die Frequenz hoch und damit der kapazitive Widerstand zwischen Walze und Metallisierung so klein gehalten wird, daß keine für die Metallisierung schädliche Stromkonzentration an Stellen einer galvanischen Kontaktierung der Metallisierung eintreten kann. Dies wird bei den üblicherweise verwendeten Kondensatorfolien und Abmessungen der Walzen, z. B. bei einem Walzendurchmcsser von 6 cm erreicht, wenn eine Wechselspannung mit einer Grundfrequenz von mindesten etwa 100 kHz verwendet wird. Die Ausbrennspannung kann eine Sinusspannung sein, sie kann aber auch aus Gleichspannungsimpulsen mit einer Impulsfrequenz von mindestens etwa 100 kHz. bestehen. Dabei sind an die Qualität der Impulsform keine besonderen Anforderungen zu stellen; es können z. B. die Impulse einer einfachen und damit billigen astabilen Kippstufe verwendet werden.

Besonders wenn in relativ dicken Metallisierungen Ausbrennspuren erzeugt werden sollen, ist es vorteilhaft, daß zu Beginn des Entmetallisierungsvorgangs ein relativ hoher Ausbrennstrom durch eine entsprechend hohe Spannung an einem Vorwiderstand zugelassen und nach dem Beginn des Ausbrennvorgangs die Ausbrennspannung verkleinert wird. Dadurch wird trotz der anfangs noch recht hohen Flächenleitfähigkeit des Belags ein sauberer Beginn der Ausbrennspur erreicht und eine zu hohe Spannung und damit eine zu breite Spur vermieden, sobald die zur Stromableitung zur Verfügung stehende Fläche im Bereich der Elektrode verkleinert ist.

Bei einer einfachen Ausführung^form wird eine umlaufende Elektrode verwendet und die mit der Metallisierung in Berührung gebrachten Teile der Elektrode werden vor einer weiteren Berührung mit der Metallisierung von darauf niedergeschlagenem Material befreit. Derartige Elektroden sind bei höheren Vors^hubgeschwindigkeiten vorteilhaft umlaufende endlose Bänder oder Drähte. Die Reinigung kann durch Abstreifen erfolgen.

Für die Bewegung der Ausbrennelektrode reicht auch bei den in der Kondensatorenherstellung üblichen hohen Vorschubgeschwindigkeiten der lsolierstoffolie von z. B. 1 m/sec eine Geschwindigkeit von 0.1 mm/sec aus. Zum Ausbrennen eines 0,6 mm breiten Streifens mit einer Geschwindigkeit von 1 m/sec aus einer aufgedampften Aluminiumschicht einer FUichcnleitfähigkeit von 0,5 Siemens, aufgebracht aut 3.5 um dickem Hostaphan, wird vorteilhaft eine sinusförmige Hochfrequenzspannung von z. B. 500 kHz mit einem Effektivwert von 12 Volt verwendet. Ais Spannungsquclle bewährt sich z. B. eine HF-Röhrcnsender gängiger Bauart; die gewünschte niedrige Spannung, verbunden mit dem verhältnismäßig hohen Strom (insbesondere zum Wegdampfen dickerer Beläge), kann mit einem für die hohe Frequenz ausgelegten Transformator erzielt werden. Für den erforderlichen niedrigen Spannungsbereich bieten sich auch transistorisierte Spannungsquellen an. Während bei höheren Spannungen die Spuren infolge Ausbildung einer Bogenentladung immer bedeutend breiter sind als die verwendeten Ausbrennelektroden, so z. B. bei 40 Volt: Breite einer bandförmigen Ausbrennelektrode 0,5 mm. Breite der Ausbrennspur 0,^u mm, ist bei niedriger Spannung von z. B. 12 Volt die Spurbreite nur etwa um 50 //m größer als die Breite der bandförmigen Ausbrennelektrode. Die genauen Verhältniszahlen hängen natürlich erheblich davon ab, oh das Band bis zum Rand auf der Folie aufliegt oder sich, z. B. infolge einer leichten linsenförmigen Gestalt, am Rand von der Folie abhebt.

Die Spannungsangaben bezeichnen in dieser Anmeldung Effektivweite einer hochfrequenten Sinusspannung, soweit nicht anders angegeben.

Das Ausbrennen von Spuren auf dickeren Metallisierungen mit z. B. einer Flächcnleitfähigkeit von ca. 10 Siemens - die wiederum zweckmäßigerweise auf mindestens ca. 40μm dicken Trägerfolien aufgebracht sind - erfordert verhältnismäßig hohe Ströme. Hierfür ist es außerdem notwendig, den Entmetallisierungsvorgang bei gegebenem Vorwiderstand mit einer erhöhten Spannung (ca. 30 Volt) einzuleiten. Dies ist

dadurch begründet, daß beim Aufsetzen der Elektrode der Strom zunächst über die gut leitende Schicht abfließt. Bine zusätzliche galvanische Kontaktierung über eine der Umlenkrollen erweist sich bei dicken Trägerfolien als notwendig, da die kapazitive Kopplung bei der oberen Grenze von 1 MHz des mit erträglichem apparativem Aufwand für eine Ausbrcnnspannung zur Verfügung stehenden Frequenzbereiches noch nicht ausreicht.

Die Ausbrcnnelektrodc ist zur Erzeugung relativ schmaler Ausbrennspuren von z. B. 0,1 mm vorteilhaft ein Metalldraht, wobei dessen Durchmesser in der Regel größer ist als die Breite der Ausbrennspur. Zur Erzeugung breiter Ausbrennspuren von bci-

niumsehicht von mindestens K) Siemens. Ebenso können Kunststoffolien, die mit Kohle-oder Graphitschichten belegt sind, als Ausbrcnnelcktroden verwendet weiden. Derartige Ausbrennelektrodcn haben auch bei größeren Breiten von z. B. 2 mm noch eine geringe Biegefestigkeit, sie sind also für die Herstellung relativ breiter Ausbrennspuren bei besonders dünnen Isolierstoffolien vorteilhaft.

Die Ausbienneleklroden können als nicht endlose ίο Bänder oder Drähte von einer Bandvorratsrolle abgespult und nach der Berührung mit der Metallisierung auf eine weitere Rolle, die Aufspulrollc, aufgespult werden. In diesem Fall wird die verbrauchte Ausbrennelektrode verworfen, was bei besonders für

spielswcisc0,7mm Breite ist sie vorteilhaft ein Me- 15 schmale und mechanisch wenig belastbare Ausbrenntallband von annähernd der Breite der auszubrennen- elektroden einer Reinigung vorzuziehen ist.
den Streifen. Ein Metallband hat den Vorteil, daß es Sollen nebeneinander mehrere Ausbrennspuren ersieh senkrecht zu seiner Breitseite relativ leicht ver- zeugt werden, so empfiehlt es sich zur Vermeidung unbiegen laßt und sich also bereits mit leichtem Druck an terschicdlichcr Aushrcnnströim:, daß mehrere Ausdie Metallisierung auf der Isolierstoffolie anschmiegt 20 brennelektroden quer zur Laufrichtung der Isolier- und somit auch bei der Verwendung dünner Kunststoffolien als Isolierstoffolien zu keiner Beschädigung
der Isolierstoffolien führt. Für die Qualität des Entmetallisicrungsstreifcns ist nämlich wesentlich, daß
die Ausbrcnnclektrodc in einem größeren Bereich des 25
Umlcnkrollenumfangs die metallisierte Folie berührt,
um Unterbrechungen der Spur, z. B. durch Vibrationen, auszuschalten.

Zur Herstellung einer 0,6 mm breiten Entmetallisierungsspur ist bei den üblichen Impulsspannungen mit einer Amplitude von ca. 60 Volt ein Draht mit einem Durchmesser von ca. 1 mm notwendig. Wird da/u ein Metallband verwendet, so genügt ein solches von etwa 0,5 mm Breite. Nimmt man an, daß sowohl

stoffolic nebeneinander angeordnet und mit je einem eigenen von den anderen galvanisch entkoppelten Ausgang von Wechselspannungsquellcn bzw. Impulserzeugern elektrisch leitend verbunden sind.

Die Ausbrcnnelektroden werden vorteilhaft unmittelbar, d. h. z. B. 5 cm vor einer Schneidevorrichtung angeordnet. Dadurch kann die Isolierstoffolie innerhalb der Ausbrennspur ohne ein seitliches Verlaufen in Streifen zertrennt werden.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung wird nun an Hand einer Figur näher erläutert;

Eine Isolierstoffolie 1 ist mit einer Metallisierung 2 versehen, welche in der Zeichnung schraffiert dargestellt ist. Sie läuft über die Umlenkrollen 3 und 4, wel-

das Metallband als auch der Draht aus demselben Ma- 35 ehe an Erdpotential liegen. Die Umlenkrollc 3 steht

terial bestehen, so verhalten sich die Kräfte, die zu ihrer Verbiegung notwendig sind, wie ihre Flächenträgheitsmomente (1):

Draht mit kreisförmigem Querschnitt I₀ = d"/64
Rechteckiges Band

(a = Banddickc. b = Bandbreite) I □ = a³b/l2
Mit den Zahlenwerten: Durchmesser d = 1 mm. Bandbreite b = 0,5 mm, Banddicke a = 0,05 mm. erhält man

I a/I₀= ⁴

mit der Metallisierung 2 in Berührung. Im Bereich der Umlenkrolle 4 liegt ein als Ausbrennelektrodc dienendes Metallband 5 an der Metallisierung 2 an und umschlingt die Rolle 4 teilweise. Das Metallband 5 40 liegt über den Anschluß 11 an der Band vorratsrolle 6 an einem Pol einer Ausbrennspannung und wird von der Bandvorratsrolle 6 abgewickelt und auf die Aufspulrollc 7 aufgewickelt. Es bewegt sich langsam über die Berührungsstelle mit der Metallisierung 2 in der 45 zur Laufrichtung der Isolierstoffolie 1 entgegengesetzten Richtung. Bänderführurjgen 8 und 9 hindern Die Kraft zur Verformung eines im Hinblick auf die das Metallband 5 am seitlichen Verlaufen aus der ge-Ausbrcnnspur zu einem runden Draht aus demselben wünschten Richtung. Die Bandführung 8 ist in Form Material gleichwertigen Metallbandes senkrecht zu seitlich neben dem Metallband angebrachter Backen seiner Dicke ist demnach nur 1/10.000 der Kraft, die 50 ausgeführt. Die Bandführung 9 ist, insbesondere für man braucht, um den runden Draht zu verbiegen. geringe Vorschubgeschwindigki;iten der Ausbrenn-

Daher empfiehlt es sich, bereits ab einer Breite der elektrode oder für die Entmetallfsierung relativ dicker Ausbrennelektroden von 0,4 mm 30μπι starke Me- Metallisierungen vorteilhaft, als Führungsrolle mit eitallbänder zu verwenden, vorteilhafterweise versil- nerNut ausgebildet, wobei die Nut als Führungsnut in berte Kupferbänder. Für schmale Ausbrennspuren, 55 Umfangsrichtung der Rolle verläuft. In diesem Fall d. h. unter 0,4 mm Breite, eignen sich wegen ihrer hö- wird ein Klemmen des durch die abgedampfte Metalliheren Zugfestigkeit 50μπι dicke Nickeleisenbänder sierung verdickten Bandes, z. B. durch Material, das als Ausbrennelektroden. Für eine Breite der entme- vom Metallband abgestreift wird, verhindert. Durch tallisierten Streifen von 0,3 mm ist ein Band aus Nik- die beschriebene Vorrichtung wird ein entmetallisierkeleisen von 0,25 mm Breite und 50 ^m Dicke vor- 60 ter Streifen 10 auf der Isolierstoffolie 1 erzeugt, teilhaft. Die vorteilhafte Ausbrennung von etwa 12 Als Bandmaterial eignen sich versilbertes Kupfer-

Volt ergibt bei einer Flächenleitfähigkeit der Metalli- band, Nickel-Eisen-Legierungeu und Bänder aus sierung von 0,5 Siemens eine im Vergleich zum Me- Kupfer-Eisen-Mangan-Legierungen besonders vor- tallband um etwa 50μπι breitere Ausbrennspur. teilhaft. Auch alle übrigen festem, elektrisch leitenden

Besonders für relativ breite entmetallisierte Strei- 65 Materialien, deren Oberfläche keine scharfen Zacken fen eigenen sich mit Aluminium beschichtete Kunst- oder Kanten aufweisen, eigenen sich als Elektrodenstoffbänder mit einer Flächenleitfähigkeit der Alumi-

materialien.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung metallfreier Streifen auf einer metallisierten Isolierstoffolie, insbesondere von Freirändern auf einer Kondensatorfolie für elektrische Kondensatoren, durch eine örtlich begrenzte Zerstörung der Metallisierung drückt und die Umlenkrolle zumindest teilweise umschlingt und daß für die Ausbrennelektrode ein langsam laufender Antrieb und für die metallisierte Isolierstoffolie ein schnell laufender Antrieb vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbrennelektrode ein Metalldraht ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbrennelektrode ein Metallband ist und eine annähernd der gewünschten Breite der luszubrennenden Streifen entsprechende Breite besitzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbrennelektrode ein versilbertes Kupferband von 30/<m Stärke und mindestens 0,4 mm Breite ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbrennelektrode ein Nickeleisenband von 50 ₍«m Dicke und weniger als 0,4 mm Breite ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbrennelektrode ein mit Aluminium beschichtetes Kunststoffband mit einer Flächenleitfähigkeit der Aluminiumschicht von mindestens 10 S ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche Ibis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbrennelektrode in ihrer Laufrichtung nach der Entmctallisierungsstelle durch eine Führungsrolle mit einer Nut in Umfangsrichtung an einem seitlichen Verlaufen aus der gewünschten Richtung verhindert wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche Ibis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ausbrennclektroden quer zur Laufrichtung der Isolierstofffolie nebeneinander angeordnet und mit je einem eigenen, von den anderen galvanisch entkoppelten Ausgang von Wechselspannungs- bzw. Impulserzeugern elektrisch leitend verbunden sind.