DE2318754C3 - Vorrichtung zur Herstellung metallfreier Streifen auf einer metallisierten Isolierstoffolie - Google Patents

Description

daß ti'ir die Aushrcnnelekirode ein langsam lautender \mrieb und für die metallisierte Isolierstoffolie ein schnell lautender Antrieb vorgesehen ist.

Der Vorteil einer derartigen Vo richtung besteht darin, daß immer wieder neue Hellen der Ausbrennelektrode mit der Metallisieruni; in Berührung kommen, so daß Material, welche-· sich beim Ausbrcnnvorgang auf der Elektrode niederschlagt, nkht zu einer Stromimterbrechung führen kann. Dadurch ist die \nwen-iung 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 Elektrodcnhereichs 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 de.i Metallisierung anliegen. und damit eine weitere Verringerung der Aushrennspannung, da keine galvanischen Übergangswiderstände zu überwinden sind. Diese kapazitive Kopplung bietet den weiteren wesentlichen Vorteil, daß nicht wie hei einer galvanischen Kopplung Stromkontraktionen im Bereich einer guten Kontaktierung .luftretcn. die zur Zerstörung der Kontaktstellen führen würden, was Ausbrennspuren auf der Metallisie-1 um: ergäbe, die nicht erwünscht sind. Außerdem bildei sich, insbesondere bei galvanischer Kontaktierung, relativ schnell isolierende Schichten auf den Walzen, deren Überwindung wiederum die Verwendung relativ hoher Spannungen erforderlich machen würde. Die Vorrichtung eignet sich auch zu Entmetallisierung von Streifen auf beidseitig metallisierten Isolierstoffolien. Vorteilhaft wird die Ausbrcnnelektrode 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 Isolierstoffolie abdampfenden Materials eine unzulässige Erwärmung der Ausbrennelektrodc eintritt.

Durch die Vorrichtung ergint sich eine gute Kontaktierung, da die Ausbrcnnelektrodn auch bei hohen Vorschubg^schwindigkeiten des Isolierstoffbandes aufgrund ihrer geringen Masse und ihrer relativ langen Auflagestrcckc, die durch das teilweise Umschlingen der Umlenkrolle gegeben ist, sich nicht abhebt.

Ein Vorteil der Vorrichtung besteht darin, daß die di'rch die Verwendung einer Wechselspannung hoher Frequenz gegebene kapazitive Kopplung im Bereich einer oder mehrerer Umlcnkrollcn ausgenutzt wird, wobei wenigstens eine an der zu kontaktierenden Metallisierung anliegt und die Frcciuenz 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 Kondensatori'olicn und Abmessungen der Walzen, z. B. Hei einem Walzendurchmesser von (S 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 Gieichspunnungsimpulsen mit einer Impulsfrequenz von mindesiiMisi-i wa K)O kllz bestehen. Dabei sind an die Qualität der lmpulslorm 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 Allsbrennspuren erzeugt werden sollen, ist es vorteilhaft, daß /u Beginn des Entmetallisierungsvorgarigs ein relativ hoher Ausbrennsirorn 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 Flächenleitfälugkeit des Belags ein sauberer Beginn der Ausbrenn-.pur erreicht und eine zu hohe Spannung und damit eine zu breite Spur vermieden, sobald die zur Stromableitung zu^r Verfügung stehende Flüche im Bereich der Elektrode verkleinert ist.

Bei einer einfachen Ausfühi ungsform 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 höherer. Vorschu"Geschwindigkeiten vorteilhaft umlaufende endlose Bänder oder Drähte. Die Reinigung kann durch Abstreifen erfolgen.

Für die Bewegung der Ausbrcnnelektrodc reicht auch bei den in der Kondensatorenherstellung üblichen hohen Vorschubgeschwindigkeitcn der Isolierstoffolie \<>n z. B. 1 in/sec eine Geschwindigkeit '-on 0.1 mm/se >_■ aus. Zum Ausbrennen eines O.fi mm breiten Streifens mit einer Geschwindigkeit von I m see aus einer aufgedampften Aluminiumschicht einer Fiächenleitlähigkeit von 0.5 Siemens, aufgebracht auf 3.5 mn dickem Hostaphan, wird vorteilhaft eine sinusförmige Hochfrequenzspannung von z. B. 500 kHz mit einem Effektivwert von 12 Volt verwendet. Als Spannungsquclle bewährt sich z. B. eine HF-Röhrensender 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 Spannungsherden 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. hei 40 Volt: Breite einer bandförmigen Ausbrennelektrodc 0.5 mm, Breite der Ausbrennspur 0.9 mm, ist bei niedriger Spannung von z. B. 12 Volt die Spurbreite nur etwa um 50 um größer als die Breite der bandförmigen Ausbrennelektrodc Die genauen Verhältniszahlcn hängen natürlich erheblich davon ab. ob das Band bis zum Rand auf der Folie aufliegt oder sich, z. B. infolge einer leichten linsenfönnigen Gestalt, am Rand von der Folie abhebt.

Die Spanniingsiingabenbezeichr.cn in dieser Anmeldung Effektivwerte einer hochfrequenten Sinusspannung, soweit nicht anders angegeben.

Das Ausbrennen von Spuren auf dickeren Metallisierungen mit z. B. einer Flächenleitlähigkeil von ca. 10 Siemens - die wiederum zvvcckiräßigcrweise auf mindestens ca. 40 »in theken Trägerfolien aufgebracht sind - erfordert verhältnismäßig hohe Ströme. Hierfür isi es außerdem notwendig, den Entmetalüsieruiu'.svorgang bei gegebenem Voi'widerstand mit einer erhöhten Spannung (ca. 30 Volt) einzuleiten. Dies ist

dadurch begründet, daß beim Aufsetzen der lilektrode der Strom zunächst über die gut leitende Schicht abfließt, Eine zusätzliche galvanische Kontaktierung über eine der Umlenkrollen erweist sich bei dicken TrügciTolien als notwendig, da die kapazitive Kopplung bei der oberen (irenze von 1 Ml Iz des mit erträglichem apparativem Aufwand für eine Ausbrennspannung zur Verfügung stehenden l^;rei|uenz.bereiches noch nicht ausreicht.

Die Aiisbrennelektrode 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 beispielsweise 0,7 mm Breite ist sie vorteilhaft ein Metallband von annähernd der Breite der auszubrennenden Streifen. Ein Metallband hat den Vorteil, daß es sich senkrecht zu seiner Breitscitc relativ leicht verbiegen läßt und sich also bereits mit leichtem Druck an die Metallisierung auf der Isolierstoffolie anschmiegt und somit auch bei der Verwendung dünner Kunststoffolien als Isolierstoffolien zu keiner Beschädigung der Isolierstoffolien führt. Für die Qualität des EnI-metallisicrungsstreifcns ist nämlich wesentlich, daß die Aiisbrennelektrode in einem größeren Bereich des Umlcnkrollenumfangs die metallisierte Folie berührt, um Unterbrechungen der Spur, z. B. durch Vibrationen, auszuschalten.

Zur Herstellung einer 0.6 mm breiten Enlmctallisierungsspur ist bei den üblichen Impulsspannungen mit einer Amplitude von ca. 60 Volt ein Draht mit einem Durchmesser von ca. 1 mm notwendig. Wird dazu ein Metallband verwendet, so genügt ein solches von etwa 0,5 mm Breite. Nimmt man an, daß sowohl das Metallband als auch der Draht aus demselben Matcria! bestehen, so verhalten sich die Kräfte, die zu ihrer Verbiegung notwendig sind, wie ihre Flächenträgheitsmomente (I):

Draht mit kreisförmigem Querschnitt I₀ = d⁴/64
Rechteckiges Band (a = Banddicke, b = Bandbreite) I □ = a³b/12
Mit den Zahlenwertcn: Durchmesser d = 1 mm. Bandbreite b = 0,5 mm, Banddicke a = 0,05 mm, erhält man

I □/!„= 1Ox⁴

Die Kraft zur Verformung eines im Hinblick auf die Ausbrennspur zu einem runden Draht aus demselben Material gleichwertigen Vieiallbandes senkrecht zu seiner Dicke ist demnach nur 1/10.000 der Kraft, die man braucht, um den runden Draht zu verbiegen.

Daher empfiehlt es sich, bereits ab einer Breite der Ausbrennelektroden von 0,4 mm 30 /<m starke Metallbändcr zu verwenden, vorteilhafterweisc versilberte Kupferbänder. Für schmale Ausbrennspuren. d. h. unter 0,4 mm Breite, eignen sich wegen ihrer höheren Zugfestigkeit 50 um dicke Nickeleisenbändcr als Ausbrennclektrodcn. Für eine Breite der cntmetallisiertcn Streifen von 0,3 mm ist ein Band aus Nikkcleiscn von 0,25 mm Breite und 50 μτη Dicke vorteilhaft. Die vorteilhafte Ausbrennung von etwa 12 Volt ergibt bei einer Flächcnlcitfähigkeit der Metallisierung von 0.5 Siemens eine im Vergleich zum Metallband um etwa 50iim breitere Ausbrennspur.

Besonders für relativ breite cntmctallisicrtc Streifen eigenen sich mit Aluminium beschichtete Kunststoffbänder mit einer Häehcnleitfähigkeit der Aluminiumschichl von mindestens IO Siemens. Ebenso können Kunststoffolien, die mit Kohle- oder Ciraphitschichten belegt sind, als Ausbrcnnelektroden verwendet werden. Derartige Ausbrennelektroden liahen 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 Isoliersloffolien vorteilhaft.

Die Ausbrennelektroden können als nicht endlose Bänder oder Drähte von einer Bandvorratsrollc abgespult und nach der Herührung mit der Metallisierung auf eine weitere Rolle, die Aufspulrollc, aufgespult werden. In diesem Fall wird die verbrauchte Ausbrennclektrode verworfen, was bei besonders für schmale und mechanisch wenig belastbare Ausbrennolektroden einer Reinigung vorzuziehen ist.

Sollen nebeneinander mehrere Ausbrennspuren erzeugt werden, so empfiehlt es sich zur Vermeidung unterschiedlicher Ausbrennströme, daß mehrere Ausbrennelektroden quer zur Laufrichtung der Isolierstollolie nebeneinander angeordnet und mit je einem eigenen von den anderen galvanisch entkoppelten Ausgang von Wechselspannungsqucllen bzw. Impulserzeugern elektrisch leitend verbunden sind.

Die Ausbrennelektroden weiden 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, welche an Erdpotential liegen. Die Umlenkrolle 3 steht 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 liegt über den Anschluß 11 an der Bandvorratsrolle 6 an einem Pol einer Ausbrennspannung und wird von der Bandvorratsrolle 6 abgewickelt und auf die Aufspulrolle 7 aufgewickelt. Es bewegt sich langsam über die Berührungsstelle mit: der Metallisierung 2 in Jer 7.ur Lauflichtung der Isolierstoffolie 1 entgegengesetzten Richtung. Bänderführungen 8 und 9 hindern das Metallband 5 am seitlichen Verlaufen aus der gewünschten Richtung. Die Bandführung 8 ist in Form seitlich neben dem Metallband angebrachter Backen ausgeführt. Die Bandführung 9 ist, insbesondere für geringe Vorschubgeschwindigkeiten d»_r Ausbrennelcktrode oder für die Entmetallisierung relativ dicker Metallisierungen vorteilhaft, als Führungsrolle mit einer Nut ausgebildet, wobei die Nut als Führungsnut in Umfangsrichtung der Rolle verläuft. In diesem Fall wird ein Klemmen des durch die abgedampfte Metallisierung verdickten Bandes, z. B. durch Material, das vom Metallband abgestreift wird, verhindert. Durch die beschriebene Vorrichtung wird ein cntmetallisiertcr Streifen 10 auf der Isolierstoffolie 1 erzeugt.

Als Bandmaterial eignen sich versilbertes Kupferband. Nickel-Eisen-Legierungen und Bänder aus Kupfcr-Eisen-Mangan-Legierungen besonders vorteilhaft. Auch alle übrigen festen, elektrisch leitenden Materialien, deren Oberfläche keine scharfen Zacken oder Kanten aufweisen, eigenen sich als Elcktrodcnmaterialien.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung metallfreier Streiten auf einer metallisierten Isolierstoffolic. 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 auszubrennenden Streifen entsprechende Breite besitzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbrennelektrode ein versilbertes Kupferband von 30/<m Stärke und mindestens (1.4 mm Breite ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbrennelektrode ein Nickeleisenband von 50,um Dicke und weniger als 0.4 mm Breite ist.

ft. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbrennelektrodc ein mit Aluminium beschichtetes Kunststoffband mil einer Flächenlcitfähigkeit 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 Entmetallisierungsstclle durch eine Führungsrolle mit einer Nut in LJmfangsrichtung an einem seitlichen Verlaufen aus der gewünschten Richtung verhindert wird.

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

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung metallfreier Streifen auf einer metallisierten Isolierstoffolic, insbesondere von Freirändcrn auf einer Kondensatorfolie für elektrische Kondensatoren, durch eine örtlich begrenzte Zerstörung der Metallisierung mittels eines elektrischen Stroms, mit zumindest einer Ausbrennelektrode und einer Wcchselspannuiigsqucllc, deren einer Pol mit der Ausbrennelektrodc und deren /weiter Pol über Umlenkrollen mit der Metallisierung auf der metallisierten ImiIutstoftolien verbunden ist.

{-ine derartig Vorrichtung ist aus der CH-PS 2'Ki lftO bekannt. Diese gibt eine Metallrolle als Ausbrennelektrode an. Diese Metaürollc hegt jedoch nur mit einem kleinen Teil ihres Umlangs auf der Mctalli-Mcruii" auf Es muß daher ein relativ großer Auflagcdruck neuählt werden, bei dem sich die Folie an die Umlenkrolle anaschmiegt, wenn ein sauberes Ausbrennen der Metallisierung im gewünschten Bereich ι-rfol''cn soll. Durch den relativ großen Druck wird jojo doch~die Folie überclastisch verformt, es bilden sich Wülste bzw. Zonen, in denen die Kunststoffolie überdehnt ist und damit keine ausreichende Spannungsfesti»kcit mehr aufweist. Außerdem ergeben sich störende Wellen in der Folie. Dies tritt umso mehr auf. je

is dünner die Folie ist.

Die DT-PS <S<;S 037 beinhaltet das Vorausbrennen metallisierter Folien mittels einer bandförmigen Elektrode die «e«en eine Walze drückt, aiii der die auszubrennende" Folie liegt. Die Elektrode ist mit einer Fe-

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

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

Di.7 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 sliftförmiücn Aiisbrcnnelektroden, die im Stand der Technik ebenfalls beschrieben sind, könnten nur sehr geringe Auflagedrücke verwendet werden, da die Isolierstoff-

folie sonst durch die Ausbrennelektrode beschädigt würde. Infolgedessen wären zur Überbrückung von auftretenden Abscheidungen auf der Elektrode, die hier nicht durch jincn hohen Auflagedruck entfernt werden könnten, verhältnismäßig hohe Spannungen notwendig. Hohe Spannungen ergeben infolge von Lichtbogcnentladungen 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 Kunststotfolie als Isolierstoffolie.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zunrundeliegt, besteht darin, eine Vorrichtung /u schaf-

fen, 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 wer-Jen.

Diese Aufgabe wird erfindiingsgemiiß mittels einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Ar; gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist. daß die Ausbrennclektrocle flexibel ist und im Bereich der Bcliihrung mit der Metallisierung eine glatte, elektrisch leitende Oberfläche a.ilVcist, daß die Ausbrennelcktroclc von außen gegen die Metallisierung drückt und die Umlcnkrolle zumindest teilweise umschlingt und