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Verfahren zum Anbringen von Anschlußelementen an metall-
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beschichtete Isolierfolien aus thermoplastischem Kunststoff Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Anbringen von Anschlußelementen an metallbeschichtete
Isolierfolien aus thermoplastischem Kunststoff, insbesondere Kondensatorfolien,
bei welchem die Anschlußelemente ggf. durch dünne thermoplastische Dielektrikumsschichten
hindurch unter Anwendung von Druck und Wärme elektrisch leitend mit den Metallschichten
verbunden werden.
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Ein Verfahren der genannten Art ist belspielsweise aus der DIC-OS
2 247 260 bekannt. Die Anschlußelemente sollen an einen elektischen Schichtkondensator
angeschlossen werden, der aus einer Beläge und Dielektrikumsschichten enthaltenden
Kondensatorfolie und äußeren Deckfolien besteht. llierzu werden die M'ischlußelemente
im Bereich von Freirandzonen über die obere Deckfolie gebracht, durch Je zwei Elektroden,
die mit den beiden Polen einer Stromquelle vcrbunden sind, erhitzt und durch die
obere thermoplastische Deckfolie sowie die Dielektrikumsschicht hindurchgedrückt
bis sie zumindest bereichsweise 9t den entsprechenden Belägen elektrisch leitend
verbunden sind.
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Die Kontaktierung der Anschlußelemente mit den zugehörigen Belägen
erfolgt also durch Widerstandspreßschweißen, wobei die Qualität der Kontaktierungen
insbesondere von einer genauen Dosierung der zugeführten Wärme abhängt. Eine genaue
und reproduzierbare Dosierung der Wärmezufuhr über die Dauer und Stromstärke des
durch die Anschlußelemente geleiteten Stromes ist jedoch nicht möglich, da die Anschlußelemente
bereits während der Erwärmungsphase in die thermoplastischen Schichten
einsinken,
wobei sich der Übergangswiderstand zwischen den Elektroden und den Anschlußelementen
unkontrollierbar verändert. Da die Beläge des Schichtkondensators äußerst dünne
und temperaturempfindliche Metallschichten sind, die in der Regel durch Aufdampfen
hergestellt werden, hat die mangelnde Beherrschung der Schweißtemperaturen eine
relativ hohe Ausschußquote zur Folge. Die erzielbaren Ubergangswiderstände zwischen
den Belägen und den zugehörigen Anschlußelementen sind relativ hoch und in ihren
Einzelwerten breit gestreut.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, das bekannte Verfahren
zum Anbringen der Anschlußelemente derart zu verbessern, daß reproduzierbare Ergebnisse
mit guten mechanischen und elektrischen Verbindungen erzielt werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß Jedes Anschlußelement
mit mindestens einem Verankerungsfortsatz versehen und in einer außerhalb der Verbindungszone
liegenden Erwärmungszone auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztempera tur des
thermoplastischen Kunststoffes erhitzt wird, daß sodann das Anschlußelement über
der Isolierfolie angeordnet und derart gegen die Metallschicht gepreßt wird, daß
der Verankerungsfortsatz durch die Metallschicht hindurch in die Isolierfolie einsinkt
und daß der Anpreßdruck solange aufrechterhalten wird, bis der aufgeschmolzene Kunststoff
wieder erstarrt ist.
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Der elektrische Kontakt zwischen Anschlußelement und Meta schicht
ist also ein Druckkontakt, wobei die erforderliche Kontaktkraft durch die formschlüssige
Verbindung zwischen dem Verankerungsfortsatzi und der Isolierfolie aufrechterhalten
wird. Die Übergangswiderstände derartiger Druckkontakte sind überraschenderweise
wesentlich geringer als die Mittelwerte der Übergangswiderstände vergleichbarer
Schweißverbindungen, wobei die Streuung der Binzelwerte äußerst gering ist. Da die
Erwärmung
der Anschlußelemente außerhalb der Verbindungszone erfolgt und die Erwärmungstemperatur
wesentlich unterhalb der für eine Schweißung erforderlichen Temperatur liegt, kann
die thermische Belastung der ternperaturempfindlichen Isolierfolie auf ein Minimum
reduziert werden. Hierdurch ergibt sich eine hohe mechanische Festigkeit und Stabiltät
der hergestellten Verbindung. Zusätzlich wird durch die geringe thermische Belastung
die gleichzeitige Kontaktierung einer Vielzahl von Anschlußelementen ermöglicht.
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Vorzugsweise wird der Verankerungsfortsatz als bukelförmige Ausbuchtung
in das Anschlußelement eingeprägt. Derartige Ausbuchtungen, die durch Prägen einfach
herzustellen sind, bewirken eine gute Verankerung der Anschlußelemente in der Isolierfolie.
Wird die bukelförmige Ausbuchtung zusätzlich von unten her in Längsrichtung eingekerbt,
so kann eine besonders sichere formschlüssige Verbindung mit der Isolierfolie erzielt
werden.
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Die Erfindung gibt ferner eine Vorrichtung zur.Ausübung des Verfahrens
an. Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Halten mindestens
eines Anschlußelementes und zum Transport des Anschlußelementes von einer ersten
Position in eine zweite Position, eine Einrichtung zur Erwärmung des Anschlußelementes
in seiner ersten Position, einen Amboß zur Aufnahme der Isolierfolie und durch einen
gegen den Amboß verschiebbaren Preßstempel zum Anpressen des Ansclllußelementes
in seiner zweiten Position. Bei der Vorrichtung erfolgt somit die Erwärmung des
Anschlußelementes in einer ersten Position der Halte- und Transporteinrichtung und
die Kontaktierung des Anschluß elementes in einer zweiten Position der Halte-und
Transporteinrichtrn. Bei einem raschen Transport des Anschlußelementes von der ersten
Position in die zweite Position ergibt sich eine geringe und xeprodusierbare Differenz
zwischen
der Erwärmungstemperatur und der für das Einsclimelzen des Verankerungsfortsatzes
in die Isolierfolie erforderlichen Temperatur. Bei einer geeigneten Auslegung der
Halte- und Transporteinrichtung, der Erwärmungseinrichtung und des Preßstempels
können mehrere Anschlußelemente gleichzeitig kontaktiert werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Einrichtung zum Halten
und Transport des Anschlußelementes einen Schwenkhebel und eine am freien Ende des
Schwenkhebels befestigte Spannzange. Hierdurch wird mit geringem apparativen Aufwand
eine gute räumliche Trennung zwischen der Erwärmungszone und der Verbindungszone
ermöglicht.
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Vorteilhaft ist die Einrichtung zur Erwärmung des Anschlußelementes
eine Induktionsspule. Die induktive Erwärmung des Anschlußelementes ist besonders
gut in automatisierte Fertigungsabläufe einzugliedern und leicht zu steuern.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Nand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 das Prinzip des Verfahrensablaufes schematischer
Darstellung, Figur 2 eine Vorrichtung zum Anbringen eines Anschlußelementes in vereinfachter
Darstellung, Pigur 3 und Figur 4 in ein Anschlußelement mit bukelförmigen Verankerungsfortsätzen
in der Seitenansicht bzw. im Schnitt, Figur 5 einen Schnitt durch einen Schichtkondensator
mit fertig angebrachten AnschluBelementen.
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Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung die wichtigsten Schritte
beim Abrinnen eines Anschlußelemente. 1 an eine isolierfolle 2, auf deren Oberseite
eine Metallschicht 3 aufgedampft ist. Wie es im linken Teil der Figur dargestellt
ist,
wird das Anschlußelement 1 zunächst mit zwei Verankerungsfortsätzen 4 versehen und
sodann in einer Erwärmungszone 5 auf eine Temperatur 21 erwärmt. Nach Erreichen
der Temperatur T1 wird das Anschlußelement 1 in eine im mittleren Teil der Figur
dargestellte Verbindungszone 6 gebracht und dort über der Isolierfolie 2 angeordnet.
In der Verbindungszone 6 befinden sich ein Amboß 7, auf welchem die Isolierfolie
2 aufliegt und ein vertikal verschiebbarer Preßstempel 8, Bei dem durch einen Pfeil
9 dargestellten Transport von der Erwärmungszone 5 in die Verbindungszone 6 kuhlt
sich das Anschlußelement 1 etwas ab, so daß es in der Verbindirngszone 6 nur noch
eine Temperatur T2 = - T aufweist. Die Temperatur 2 ist Jedoch immer noch so groß,
daß beim Absenken des Preßstempels 8 die Verankerungsfortsätze 4 durch die Metallschicht
3 hindurch in das aufschmelzende thermopla.3tische Material der Isolierfolie 2 einsinken.
Der Anpreßdruck des Preßstempels 8 wird solange aufrechterhalten, bis das aufgeschmolzene
thermoplastische Material wieder völlig erstarrt ist. Im rechten Teil der Figur
ist die fertige Verbindung nach der durch einen Pfeil 10 dargestellten Entfernung
der Isolierfolie 2 aus der Verbindungszone 6 gezeigt. Das Anschlußelement 1 liegt
fest auf der Metallschicht 3 auf, wobei die für eine sichere und dauerhafte Kontaktierung
erforderliche Kontaktkraft durch die fest in die Isolierfolie 2 eingebetteten Verankerungsfortsätze
4 aufrechterhalten wird.
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Figur 2 zeigt in vereinfachter Darstellung eine Vorrichtung zur Ausübung
des in Figur 1 dargestellten Verfahren.S Mit Hilfe dieser Vorrichtung soll ein AnschLußelement'?5,
das zwei Verankerungsfortsätze 16 in Form bukelförmiger Ausbuchtungen besitzt, mit
einer metallbeschichteten Isolierfolie 17 kontaktiert werden. Hierzu wird die Isolierfolie
17 auf einem Amboß 18 positioniert und das Anschlußelement 15 in eine Spannzange
19 eingespannt. Diese Spannzange 19 ist am freien
Ende eines Schwenkhebels
20 befestigt, der um die Achse 21 eines Lagerbockes 22 geschwenkt werden kann, wobei
die beiden Endstellungen durch Anschläge 23 und 24 definiert sind. Die Erwärmungrdes
Anschlußelementes 15 erfolgt in einer ersten strichpunktiert dargestellten und durch
den Anschlag 24 definierten Position des Schwenkhebels 20 durch eine Induktionsspule
25, welche an einen HF-Generatox 26 angeschlossen ist.
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Nach Erreichen der gewünschten Erwärmungstemperatur wird die Induktionsspule
25 nach oben verschoben und der Schwenlçhebel 20 in die in der Zeichnung dargestellte
zweite Position gebracht, so daß das erwärmte Anschlußelement 15 unmittelbar über
der Isolierfolie 17 angeordnet ist. Sobald diese zweite Position eingenommen ist,
wird ein über dem Amboß 18 angeordneter Preßstempel 27 abgesenkt, wobei zwei halbrundförmige
Profilierungen 28 des Preßstempels 27 in die Ausbuchtungen der Verankerungsfortsätze
16 des Anschlußelementes 15 eingreifen. Der Anpreßdruck des Preßstempels 27 ist
so bemessen, daß die Verankerungsfortsätze 16 durch die Metallbeschichtung hindurch
in die Isolierfolie 17 einsinken und das AnschluR-element 15 gegen die Metallbeschichtung
gepreßt wird.
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Figur 3 zeigt ein Anschlußelement 30 mit Verankerungsfortsätzen 31
und 32, die als bukelförmige Ausbuchtungen durch Prägen des Anschlußelementes 30
hergestellt sind. Beide Verankerungsfortsätze sind von unten her in J.ängsrichtung
eingekerbt, wie es für den Verankerungsfortsatz 52 in dem Schnitt entlang der Linie
IV-IV der Figur 4 dargestellt ist. Durch eine V-förmige Kerbe 320 wird der Verankerungfortsatz
32 in zwei zahnwurzelförmige Teile 321 und 322 gespalten. Durch diese beiden Teile
321 und 322 kann die Verankerung des Anschlußelementes 30 in einem thermoplastischen
Kunststoff weseitlich verbessert werden.
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Figur 5 zeigt einen Schnitt durch ein.en Schichtl-ond.ensator, dessen
Schichtenfolge von unten nach oben geselicn, aus einer
190/um starken
Verstärkungsfolie 40, einer ca. 50/um starken Trägerfolie 41, einem 0,5/um starken
ersten Metallbelag 42, einer 1/um starken Dielektriktimsschicht 43 und einem starken
zweiten Metallbelag 44 besteht. Die Verstärkungsfolie 40 und die Trägerfolie 41
bestehen aus Polyterephthalsäureester, während die Dielektrikumsschicht 43 aus Polyphenylenoxid
und die Metallbeläge 42 und 44 aus aufgedampften Aluminium bestehen. Die zur Bildung
von Freirandzonen versetzt angeordneten Metallbeläge 42 und 44 werden durch Anschlußelemente
45 und 46 kontaktiert, welche aus einem ca. 0,6 mm dicken verzinnten Bronzedraht
bestehen und Verankerungsfortsätze 450 bzw. 460 besitzen. Diese Verankerungsfortsätze
450 und 460 sind in der Verstärkungsfolie 40 und der Trägerfolie 41 fest verankert,
so daß die Anschlußelemente 45 und 46 fest gegen die Metallbeläge 44 bzw. 42 gedrückt
werden. Damit die Druckkontaktierung durch Korrosion nicht beeinträchtigt werden
kann, ist die Oberfläche des Schichtkondensators mit einer ca. 1/um starken Lackschicht
47 überzogen.
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Zur Kontaktierung werden die Anschlußelemente 45 und 46 außer halb
der Verbindungszone auf eine Temperatur 21 = 40000 erwärmt und dann bei einer Temperatur
22 = 3500C mit ihren Verankerungsfortsätzen 450 bzw. 460 in die Trägerfolie 41 und
die Verstärkungsfolie 40 gedrückt. Die Anpreßkraft von 10 kp pro Anschlußelement
wird während einer Abkühlzeit von 1,2 s aufrechterhalten. Die auf diese Weise hergestellten
Kontaktierungen besitzen Übergangswiderstände zwischen 20 und 30 m Demgegenüber
schwanken die Übergangswiderstände vergleichbE;=ç;r5 durch Widerstandspreßschweißen
hergestellter Kontaktierungen zwischen 20 m # und 2 7 Patentansprüche 5 Figuren
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