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Elektrischer Kondensator
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Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Kondensatoren, bei denen
abwechselnd Elektroden und dielektrische Schichten aufeinander geschichtet sind.
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So ein Kondensator ist in Figur 1 der Zeichnung dargestellt. Die dielektrischen
Schichten 1 bestehen normalerweise aus keramischem Material und bei der Herstellung
von solchen Kondensatoren werden üblicherweise die Elektroden 2a und 2b nach dem
Siebdruckverfahren auf die dielektrischen Schichten 1 aufgedruckt.
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Wie aus Figur 1 zu erkennen ist, reichen die Elektroden 2a bis zur
rechten Ctirnseite 3, jedoch nicht ganz bis zur linken Stirnseite 4 und die Elektroden
2b bis zur linken Stirnseite 4, jedoch nicht ganz bis zur rechten Stirnseite 3.
Auf diese Weise können die abwechselnden Elektroden 2a und 2b elektrisch miteinander
verbunden werden, beispielsweise durch eine Leitschicht, welche auf die Stirnseiten
3 und 4 aufgebracht wird, so daß zwei voneinander elektrisch isolierte Elektrodensätze
2a und 2b entstehen.
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Um eine größere Anzahl von solchen Kondensatoren herzustellen, wird
nach dem Siebdruckverfahren eine große Anzahl von Elektroden nebeneinander auf eine
nicht gebrannte Keramikschicht aufgedruckt. In gleicher Weise
wird
eine andere Keramikschicht bedruckt, aber so, daß beim übereinanderlegen der beiden
Schichten sich die Elektroden nur teilweise iiherdeEken, so daß sie gegeneinander
in der Weise versetzt sind, wie dies beispielsweise bei den Flektroden nach Fi<iur
1 der Fall ist.
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Es werden dann noch weitere Schichten nach dem Siebdruckverfahren
bedruckt bis die Anzahl der Schichten der Zahl der gewünschten Elektroden jedes
Kondensators entspricht. Wenn beispielsweise jeder Kondensator 16 Elektroden haben
soll, so sind 16 Schichten erforderlich und wenn auf jede Schicht beispielsweise
200 Elektroden nebeneinander aufgedruckt sind, so ergeben sich 200 Kondensatoren.
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In der Praxis werden noch unbedruckte Keramikschichten auf die Stirnseiten
aufgebracht, um die äußeren Elektroden zu schützen und eine genügende Spannunnsfestigkeit
zu erzielen.
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Die Keramikschichten werden in der Weise hergestellt, daß ein Trägerband,
vorzugsweise aus Polypropylen, Polyäthylen oder Papier, mit dem ungebrannten Keramikmaterial
beschichtet wird, daß dann das Trägerband in einzelne Blätter zerschnitten wird
und diese an Metallrahmen befestigt werden, bevor sie nach dem Siebdruckverfahren
bedruckt werden.
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Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß dieses Verfahren bestimmte
Nachteile hat. Insbesondere ergibt das Siebdruckverfahren unrenelmäßige Ränder und
eine Oberfläche mit punktförmioen Erhöhungen bei den aufgedruckten Elektroden. Die
Genauigkeit des Druckes ist nicht so groß wie gewünscht, insbesondere wenn die Druckfläche
groß ist und eine große Anzahl von Elektroden enthält, weil durch die Wirkung des
Gummiwischers heim Siebdrucken das Sieb über die Breite des Druckrahmens gedehnt
wird, d.h. mehr in der Preite gedehnt wird, inshesonderp gegen dir tasten hin, als
in der Länge. Auf diese gleise werden die Elektrodenmuster in diesem Bereich des
Siebes verzerrt. So sind die Drucke auf der Keramikunterlage nicht identisch, insbesondere
die ruckmuster an der Kante des Drucksiehes.
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Außerdem müssen beim Siebdruckverfahren die Viskosität und die Temperatur
der druckfarbe genau beachtet werden, weil es sonst schwierig wird, eine exakte
Reproduktion des Siehmusters bei jedem Druckvorgang zu erhalten.
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GemäR der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
von Kondensatoren vorgeschlagen, bei dem eine dielektrische Schicht erzeugt wird,
ein Träger mit einem Oberzug aus leitendem Elektrodenmaterial versehen wird, dann
das Elektrodenmaterial von dem Träger auf die dielektrische Schicht übertragen wird,
um darauf eine Elektrode zu bilden, und dann zwei oder mehrere solcher mit Elektroden
versehenen dielektrischen Schichten aufeinander gestapelt werden, um einen Kondensator
zu bilden.
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Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Vorrichtung zur Ausführung
dieses Verfahrens, welche eine Flachdruckplatte enthält, die ein Elektrodenreliefmuster
auf ihrer Oberfläche besitzt, Mittel, um dielektrische Schichten mit der Druckplatte
in Kontakt zu bringen, Mittel, um einen Träger, der mitleitendem Elektrodenmaterial
bedeckt ist, mit der Druckplatte in Kontakt zu bringen, und Mittel, um Druck und
Wärme auf die Druckplatte auszuüben, um die dielektrischen und leitenden Schichten
miteinander zusammenzubringen, so daß ein Elektrodenmuster auf die dielektrische
Schicht übertragen wird.
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Die Erfindung soll anhand der Figuren näher erläutert werden.
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Figur 1 zeigt einen Mehrschicht-Keramikkondensator bekannten Aufbaus.
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Figur 2 zeigt schematisch, wie die Elektroden auf die dielektrischen
Schichten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung übertragen werden.
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Die Figuren 3 und 4 zeigen eine Vorrichtung und einen Verfahrensschritt
des Verfahrens gemäß der Erfindung und Figur 5 zeigt schematisch die letzten Verfahrensschritte
bei der Herstellung.
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Bei der Anordnung nach Figur 2 der Zeichnung verlaufen die einzelnen
Verfahrensschritte von links nach rechts.
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Auf der linken Seite wird ein flexibles Trägerband oder ein Streifen
7, vorzugsweise aus Polypropylen oder mit Silikon überzogenem Papier, in die Schlickergießstation
5 eingeführt, wo die dielektrischen Schichten 8, beispielsweise aus Pariumtitanat,
auf das Band 7 aufgegossen werden, wobei die Dicke der Schicht genau eingestellt
wird, beispielsweise unter Verwendung eines Abstreifmessers. Die Dicke liegt vorzugsweise
in der Größenordnung von 0,al25 bis 0,075 Millimeter.
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Es können auch andere keramische Stoffe als Pariumtitanat verwendet
werden. Bariumtitanat hat eine hohe Dielektrizitätskonstante von etwa 7000, jedoch
stehen auch andere Keramikmaterialien zur Verfuegung, welche Dielektrizitätskonstanten
im Eereich von 40 bis 7000 haben, deren Auswahl von den gewünschten Eigenschaften
des fertigen Kondensators abhängt. Eine hohe Dielektrizitätskonstante gibt einen
Kondensator mit großer Kapazität, jedoch niedriger dielektrischer Festigkeit, so
daß die Betriebsspannung verhältnismäßig niedrig liegt. Andererseits einnet sich
das Material mit niedrigerer Dielektrizitätskonstante für höhere Spannungen, ergibt
jedoch niedrigere Kapazitäten.
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Die Station 6 ist die Flachdruckstation, wobei die Beschichtung auch
in anderer Weise als durch Flachdruck erfolgen kann, welcher ein zweites Trägerband
oder
ein Streifen 9 zugeführt wird, welches mit leitendem Elektrodenmaterial 10 beschichtet
wird, beispielsweise mit Silber, Palladium, Platin, Gold, Nickel oder Platin-Palladium-Legierung.
Palladium wird jedoch bevorzugt. Das Trägerband 9 kann beispielsweise aus Polyäthylen,
Polypropylen oder mit Silikon überzogenem Papier oder auch aus anderem Material
bestehen, von dem das Elektrodenmaterial im Bedarfsfalle leicht abgenommen werden
kann. Es ist auch möglich, die Elektrodenschicht durch stromlose Plattierung niederzuschlagen
und die trockene Dicke der Elektrodenschicht sollte geringer sein als 0,025 Millimeter,
vorzugsweise im Bereich von 10 bis 1001um liegen.
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Die beiden beschichteten Trägerbänder werden dann in die Elektrodenübertragunqsstation
11 eingeführt, in der zwei erhitzte Druckplatten 12 und 13 so angeordnet sind, daß
die beiden beschichteten Trägerbänder 7 und 9 darüberlaufen können. Wie aus der
Figur zu ersehen ist, hat die Druckplatte 12 ein Elektrodenreliefmuster 14 an ihrer
Unterseite, das aus Messing besteht und genau dem gewünschten Elektrodenmuster entspricht,
das auf die Keramikschicht 8 auf dem Trägerband 7 übertragen werden soll.
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Die beiden beschichteten Trägerbänder werden zwischen den Platten
aufeinander gedrückt, bei einer Temperatur der Druckplatten von 50 OC und bei einem
Druck von etwa 4 104-N/m2. Bei den durchgeführten
Versuchen wurde
der Druck etwa 3 Minuten lang aufrechterhalten. Es können auch andere Kombinationen
der Einwirkung von Hitze und Druck verwendet werden, was sich insbesondere nach
dem verwendeten Trägerband und dem Elektrodenmaterial richtet. Bei Verwendung einer
automatischen Presse anstatt einer Handpresse und durch Veränderung der Erwärmuna,
des Druckes und der Obertragunesoeschwindigkeiten kann die Obertragungszeit von
3 Minuten noch winter vermindert werden, möglicherweise auf einige Sekunden.
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Aus der Elektrodenübertragungsstation 11 tritt das Trägerband 7 aus,
welches den dielektrischen Oberzug und das darauf angeordnete Elektrodenmuster 14
trägt, sowie getrennt das Trägerband 9, welches den Rest des Elektrodenmaterials
10 trägt, das nicht auf den dielektrischen Oberzug übertragen wurde.
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Während des Obertragunqsvorganges werden Löcher 15 in und Palladiummarkierungen
15a und 15b auf dem dielektrischen Oberzug 8 (Figur 3) erzeugt, so daß die bedruckte
Dielektrikumsschicht in den weiteren Fertigungsstationen in eine genau vorbestimmte
Lage gebracht werden kann. Die vollständig bedruckten Schichten sind in Figur 3
bei 16 dargestellt. Der besseren Obersicht halber sind nicht alle aufgedruckten
Elektroden in der Figur dargestellt.
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Bei dem in Figur 3 dargestellten Verfahrensschritt wird das keramische
eand 8 mit den Elektroden 14 von dem Trägerband 7 abgelöst und wird dabei durch
die Transportrollen x geführt, deren Bewegung durch fotoelektrische Ablesemittel,
wie z.B. R an der Kante des Bandes, gesteuert wird. Die fotoelektrischen Sensoren
fühlen die Palladiummarkierungen 15a und 15b auf dem Band ab, die bei dem Obertragungsvorgane
aufgedruckt wurden und die einen Abstand voneinander haben, der einer Druckfläche
entspricht.
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Durch eine solche Anordnung kann die erste Elektrodenreihe 16 mittels
des Sensors RR in die richtige Lage gebracht werden und die zweite Reihe durch den
Sensor RL, so daR die Lage der heiden Flektrodenflächen in der Stanzstation 17 gegeben
ist.
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Mehrere solcher Schichten werden aufeinander geschichtet in der Stanzstation
17, wobei die Aufeinanderschichtung in der Weise erfolgt, daß die Elektrodenschichten
in der dargestellten Weise übereinanderliegen. Die Stanzstation 17 hat einen Stempel
20, der die einzelnen Keramikplättchen 16 in das Gesenk 21 stanzt, wobei die Keramikbänder
synchron zwischen den einzelnen Stanzvorgängen weitertransportiert werden, und die
Anzahl der mit Elektroden bedeckten Keramikschithten und der unbedeckten Keramikschichten
automatisch eingehalten wird. Der Stempel 20 greift in das Gesenk 21 ein, und zwar
mit einer genauen Passung.
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Sowohl Stempel als auch das Gesenk werden auf etwa 50 C erhitzt.
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Wie in Figur 3 dargestellt, wird auch eine dielektrische Schicht 22
ohne Elektroden der Stanzstation 17 zugeführt, deren Abschnitte auf dem oberen und
unteren Ende des Kondensators zu liegen kommen. Ein typisches Beispiel für eine
Folge von Stanz- und Preßvorgängen ist im folgenden für einen Kondensator mit sechs
Elektroden angegeben: 1. Positionieren eines unbedeckten Bandes in der Stanzvorrichtung;
2. Ausstanzen und Zurückziehen des Stempels; 3. Positionieren eines unbedeckten
Streifens in der Stanzvorrichtung; 4. Ausstanzen und Zurückziehen des Stempels;
5. Positionieren eines unbedeckten Bandes in der Stanzvorrichtung; 6. Ausstanzen
und Zurückziehen des Stempels; 7. linksseitiges Positionieren des Elektrodenmusters
in der Stanzvorrichtung; 8. Ausstanzen und Zurückziehen des Stempels; 9. rechtsseitiges
Postionieren des Elektrodenmusters in der Stanzvorrichtung; 10. Ausstanzen und Zurückziehen
des Stempels; 11. Wiederholung der Vorgänge 7 bis 10 bis alle Elektroden verwendet
sind (das sind sechs Elektroden); 12. Wiederholung der Vorgänge 1 bis 6.
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Die Stanzvorgänge sind so gewählt, daß die Plättchen leicht gegen
die Basis 23 des Gesenks 21 gedrückt werden, jedoch in diesem Verfahrensschritt
nicht unter hohen Druck gesetzt werden.
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13. Mittels des Stempels 20 wird nun ein hoher Druck von etwa 3,4-107
N/m2 von etwa für eine Dauer von 2 bis 3 Minuten ausgeübt, um die einzelnen Plättchen
in dem Gesenk miteinander zu verbinden; 14. Bei zurückgezogenem Stanzstempel 20
wird der Auswerfer 23 betätigt, durch den die erzeugten Stapelblöcke hochgeschoben
werden, so daß sie in Höhe der oberen Fläche des Gesenks liegen, von wo sie von
Hand oder automatisch abgenommen werden.
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Die Anzahl der aleichzeitio hergestellten Kondensatoren kann bis zu
3000 betragen, wobei jeder einzelne Kondensator die benötigte Anzahl von Elektroden
hat, so daß die erforderliche Kapazität erhalten wird.
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In den Figuren wurden nur einige der Kondensatorstapel dargestellt.
Fin ausgeworfener Block ist in Figur 3 bei 24 dargestellt.
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In Figur 4 ist dargestellt, daß der Kondensatorblock 24 auf eine Unterlage
25 aufgebracht wird, die vorzugsweise aus Polyestermaterial besteht, und die an
einer Metall platte 26 haftet. Die Platte wird zu einer Schneidestation 27 geführt,
wo sie genau auf einem wärmeableitenden Tisch 28 positioniert wird. Dieser Tisch
ist so ausgebildet, daß seine Pewegung in einer Ebene in zwei Richtungen steuerbar
ist. Der Kondensatorblock 24 wird zuerst längs der Schnittlinie 29a,
29b,
29c usw. in einer Richtuna zerteilt, dann um 900 gedrehet und in der anderen Richtung
geteilt.
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Das Zerteilen erfolgt mittels eines Messers 30, das senkrecht zur
Oberfläche des Blockes bewegbar ist. Dieses Messer wird vorzugsweise pneumatisch
betätigt.
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Der Tisch 28 wird in die verschiedenen Schneidepositionen mittels
einer elektronischen Steuerung bewegt. Die Größe der Bewegung wird durch eine oniusablesuno
31 sichtbar gemacht, welche mit einer Genauigkeit von 0,02 mm ableshar ist. Auf
diese Weise wird die Lanze des Tisches 28 gesteuert.
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Nach dem Zerschneiden werden die einzelnen Kondensatoren, wie z.B.
der Kondensator 32, dadurch entnommen, daß das Polyesterband abgezogen und leicht
gebogen wird, wobei die einzelnen Kondensatoren abfallen.
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Die restlichen Verfahrensschritte sind in Figur 5 schematisch dargestellt.
Die ungebrannten Kondensatoren 32 werden einem Ofen 33 zugeführt, der eine Erhitzuna
bis auf 400 OC erlaubt, um das Bindemittel in dem Keramikmaterial zu entfernen.
Sie werden dann in einem Sinterofen 34 gesintert und bei der Station 35 werden die
Stirnsettenanschlüsse angebracht, vorzugsweise durch Aufstreichen eines lufttrocknenden
Leitsilbers. Durch dieses Leitsilher werden die an den Stirnseiten freiliegenden
Elektroden 2b und 2a auf gegenüberliegenden Stirnflächen 1 und 3 des Kondensators
kontaktiert, wie dies in Figur 1 dargestellt ist.
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Die Leitsilberüberzüge werden in einem Ofen 36 bei beispielsweise
80 oC eingebrannt und in der Station 37 werden Drähte an den eingebrannten Oberzügen
befestigt.
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Dann werden die Kondensatoren mit einer Umhüllung versehen, beispielsweise
aus Epoxidharz, was in der Station 38 geschieht und schließlich in der Station 39
geprüft und mit einer Kodierung versehen. Die in Figur 5 dargestellten Verfahrensschritte
werden in an sich bekannter Weise ausgeführt, so daß eine weitere Erläuterung nicht
erforderlich ist.
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Das beschriebene Verfahren enthält die Stationen 5 und 6 von Figur
2 zur Herstellung eines mit Keramikmasse beschichteten Trägerbandes und eines Trägerbandes,
welches mit leitendem Elektrodenmaterial beschichtet ist. Diese beiden Verfahrensschritte
werden jedoch vorzugsweise durch einen anderen Hersteller auseeführt, der auf die
Beschichtung von Trägerbändern spezialisiert ist. Die beschichteten Bänder werden
daher vorzugsweise von einem anderen Hersteller bezogen und direkt der Druckstation
11 zugeführt.
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Es ist nicht erforderlich, daß die Elektroden in Reihen und Spalten
angeordnet sind. Anstatt der Anordnung von Querreihen aus Elektroden kann eine einzelne
Elektrodenreihe in der Station 11 aufgedruckt werden, so daß in der Station 17 nur
einzelne Reihen aufeinander gestapelt werden müssen. Dann muß in der Station 27
nur eine Durchtrennung in einer Richtung erfolgen, um einzelne Kondensatoren 32
zu erhalten.