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Verfahren zur Herstellung einer schichtweise aufgebauten
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Sammelschiene mit hoher Kapazität Die Erfindung bezieht sich auf
schichtweise aufgebaute bzw.
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laminierte Sammelschienen, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung
einer solchen Sammelschiene, bei der in der Isolation dünne dielektrische Keramik-Einfügungsstücke
bzw.
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-Scheibchen vorgesehen sind, um die elektrische Betriebskapazität
zu erhöhen.
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Schichtweise aufgebaute Sammelschienen der angegebenen Art werden
häufig für die Energieübertragung zu einer Vielzahl von Schaltungen einschließlich
solcher, die Wechsel- oder Gleichstromsignale verwenden, oder Kombinationen solcher
Schaltungen eingesetzt. Bevorzugt haben diese Sammelschienen einen geringen Wellenwiderstand
und eine hohe Betriebskapazität. Die Technologie der dünnlagigen Keramik-Kondensatoren
hat ein Niveau erreicht, auf dem es nunmehr möglich ist, äußerst dünne metallisierte
Lagen oder Scheibchen aus dielektrischen Keramikwerkstoffen herzustellen, die sich
zum direkten Einbau in eine laminierte Sammelschiene eignen.
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In der US-PS 3 778 735 ist z. B. angegeben, daß es vorteilhaft ist,
eine Mehrzahl Keramikscheibchen, die jeweils auf jeder Seite eine Metallisierungsbeschichtung
aufweisen, zwischen die Oberflächen eines Paars metallischer Streifenleiter, die
in einem Isolationsmantel eingeschlossen sind, einzufügen. Nach den US-PS'en 4 236
046 und 4 266 091 wird
ein elektrisch leitfähiger Klebstoff eingesetzt,
um solche metallisierten Keramikscheibchen oder -chips zwischen den Flächen der
Leiter, zwischen denen sie eingeschlossen sind, festzulegen. Andererseits schlägt
die US-PS 4 236 038 zu diesem Zweck einen nichtleitfähigen Klebstoff vor.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines neuen Verfahrens zur
Herstellung schichtweise aufgebauter Sammelschienen der angegebenen Art, wobei weder
leitfähiger noch nichtleitfähiger Klebstoff zwischen den gegenüberliegenden Flächen
der Kondensatorchips und den benachbarten Streifenleitern verwendet wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe werden die Sammelschienen nach der Erfindung
aus speziellen Isolationslagen hergestellt, die mit einem teilgehärteten Kunstharz
beschichtet und mit beabstandeten Auschnitten ausgebildet sind. Dann werden in diese
Ausschnitte dünne Keramikkondensatoren oder -einfügungsstücke eingesetzt, und die
Baugruppe wird z. B. durch Erwärmen auf 65,5-121,1 OC teilgehärtet, so daß ein Teil
des Kunstharzes schmilzt und in Festlegungskontakt mit nur den Außenrandabschnitten
der Keramikeinfügungsstücke fließt, wodurch diese in der Isolation festgelegt werden.
Anschließend wird die Isolation mit den darin festgelegten Einfügungsstücken zwischen
Streifenleiter gelegt und zur Vervollständigung der Sammelschiene in einem Kunststoffmantel
laminiert.
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Auf diese Weise werden die entgegengesetzten Flächen der Einfügungsstücke
in direktem Kontakt mit den jeweils gegenüberliegenden Flchen der Streifenleiter
gehalten, wobei
zwischen den metallisierten Oberflächen der Einfügungsstücke
und den gegenüberliegenden Leiterflächen kein Klebstoff vorgesehen ist.
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Teildraufsicht auf eine spezielle Isolationsschicht, die
in schichtweise aufgebaute Sammelschienen gemäß der Erfindung einfügbar ist; Fig.
2 eine Teildraufsicht auf eine Montage-Spannvorrichtung, wobei gezeigt ist, wie
die speziellen Schichtlagen gemäß Fig. 1 in Sammelschienen nach der Erfindung einfügbar
sind; Fig. 3 eine seitliche Teilansicht einer Sammelschiene nach der Montage und
dem Schichtaufbau gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein Teil
der Sammelschiene weggebrochen und im Schnitt gezeigt ist; Fig. 4 eine der Fig.
3 ähnliche Ansicht, die jedoch eine andere Form der Sammelschiene zeigt; und Fig.
5 eine der Fig. 4 ähnliche teilweise Schnittansicht, die nur einen Teil einer weiteren
Ausführungsform der Sammelschiene zeigt.
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Ein Isolatorzuschnitt oder -schichtkörper 40 umfaßt zwei beabstandete
Seitenstege 41, die durch parallele, quer verlaufende Isolatorstreifen 42 miteinander
verbunden sind, deren jeder in eine Sammelschiene einsetzbar ist. Jeder Isolatorstreifen
42, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Dicke von ca. 0,178 mm haben,
weist eine Mehrzahl
beabstandete, in Längsrichtung verlaufende Rechteckausschnitte
43 auf. In jedem Ausschnitt 43 ist in noch zu erläuternder Weise ein dünner Kondensator
aus einem dielektrischen Keramikwerkstoff, z. B. einer Bariumtitanatzusammensetzung
"Al Si Mag 1283" (Wz der Minnesota Mining & Manufacturing Co.), festgelegt.
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Jedes Einfügungsstück 44 hat bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
eine Dicke im Bereich von 0,178-0,254 mm und ist bevorzugt mindestens so dick wie,
oder dicker als, er Isolationsstreifen 42, in dem es aufgenommen ist. Die entgegengesetzten
ebenen Oberflächen jedes Einfügungsstücks 44 sind'mit einer äußerst dünnen Metallschicht
metallisiert oder beschichtet (nicht gezeigt), z. B. durch Aufdampfen od.
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dgl.
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Jeder Zuschnitt 40 wird durch Ausschneiden oder Stanzen aus einer
dünnen Schicht eines flexiblen Isolierkunststoffs, z. B. "NOMEX" (Wz der E.I. DuPont
de Nemours & Co.), der vorher mit einem teilweise gehärteten Harz beschichtet
wurde, hergestellt. Bei diesem Stanzvorgang werden nicht nur die Rechteckausschnitte
43in den Zuschnitten, sondern auch Kreisöffnungen 46 gebildet, die später während
der Montage verwendet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel hat jeder Ausschnitt 43
eine Länge von ca. 19,05 mm und eine Breite, die ungefähr der halben Breite des
jeweiligen Streifens 42 entspricht.
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Nach dem Schneiden oder Stanzen wird jeder Zuschnitt 40 zu einer Vormontagestelle
verbracht, wo die dielektrischen Einfügungsstücke oder Kondensatoren 44 in den Ausschnitten
43 angeordnet werden. Die Einfügungsstücke sitzen gut
passend in
den Ausschnitten 43, jedoch nicht so eng, daß sie ohne weitere Behandlung in den
Ausschnitten verbleiben würden. Um die Einfügungsstücke 44 in den Ausschnitten 43
wenigstens so festzulegen, daß die Zuschnitte anschließend während der Montage der
Sammelschienen gehandhabt werden können, ohne daß die Einfügungsstücke aus den Ausschnitten
fallen, wird jeder Zuschnitt 40 mit den darin angeordneten Einfügungsstücken 44
einer Behandlung bei relativ niedriger Temperatur unterworfen, z. B. durch Einbringen
in eine Heizeinheit, die auf einer Temperatur im Bereich von 65,5-121,1 OC gehalten
wird. Durch diese Behandlung erfolgt ein Schmelzen eines Teils der noch nicht gehärteten
Beschichtung auf jedem Zuschnitt 40, und dieser Teil fließt um die Außenränder der
Einfügungsstücke 44, so daß diese dadurch in ihrem jeweiligen Zuschnitt 40 festgelegt
sind.
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Nunmehr kann jede teilgehärtete Untergruppe 40 mit ihren Einfügungsstücken
44 von einem Bediener für die Montage zu den schließlich herzustellenden Sammelschienen
gehandhabt werden.
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Es ist von großer Bedeutung, daß die Niedrigetemperatur-Wärmebehandlung
(65,5-121,1 OC) der Untergruppe 40 mit den Einfügungsstücken 44 nicht in einem vollständigen
Aushärten der Kunstharzbeschichtung auf dem Zuschnitt 40 resultiert.
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Durch diese Behandlung kann nur ein Teil des Kunstharzes in Kontakt
mit den Einfügungsstücken 44 fließen. Wenn die Untergruppen aus der Niedrigtemperatur-Umgebung
entnommen werden, kühlt das Kunstharz ab und sichert die Einfügungsstücke 44 in
ihrem jeweiligen Zuschnitt.
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Zum Zusammenfügen der Zuschnitte 40 und ihrer darin festgelegten Einfügungsstücke
44 zu Sammelschienen kann nach dem
Verfahren entsprechend der DE-OS
2 502 214 vorgegangen werden z. B. wird unter Verwendung der Montagevorrichtung
50 (Fig. 2) sowie einer Mehrzahl von Metallzuschnitten 10, 20 und 30 eine Anfangs-Isolationslage
40', die entsprechend dem Zuschnitt ausgebildet ist, jedoch nicht die Ausschnitte
43 oder die Enfügungstücke 44 aufweist, mit Hilfe ihrer Öffnungen 46 über den Montagestiften
52 an der Montagevorrichtung 50 festgelegt. Dann werden die seitlichen Stege 11
des Zuschnitts 10 über den Stiften 52 montiert, um diesen Metallzuschnitt auf dem
untresten Isolationszuschnitt 40' festzulegen, wonach eine der Untergruppen 40 mit
den Einfügungsstücken 44 über dem Zuschnitt 10 derart angeordnet, wird, daß ihre
Einfügungsstücke 44 mit den Mittenabschnitten der parallelen Leiterstreifen 12,
die zwischen den Stegen 11 des Zuschnitts 10 verlaufen, deckungsgleich sind. Dann
wird, wie aus Fig. 2 hervorgebt, der Zuschnitt 20 über dem ersten Isolationszuschnitt
40 angeordnet, mit einem zweiten Isolationszuschnitt 40 bedeckt, wonach der Metallzuschnitt
30 auf der Baugruppe angeordnet und schließlich mit der letzten äußeren Isolationsschicht
40' bedeckt wird, die der untersten oder ersten Isolationsschicht 40' entspricht.
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Nach Beendigung der vorgenannten Montageschritte ist die Baugruppe
entsprechend der vorgenannten DE-OS teilweise geschichtet; die Seitenstege der Isolations-
und der Leiterzuschnitte werden entfernt, und der Endschichritt, wird durchgeführt,
womit der Schichtaufbau jeder Sammelschiene beendet ist. In diesem Endschichtschritt
wird auch die Aushärtung der Kunstharzbeschichtungen auf den Isolationslagen 40,
40' vervollständigt.
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Aus Fig. 3, die teilweise im Schnitt einen Teil einer Schicht-Sammelschiene
zeigt, die nach dem vorstehend.angegebenen Verfahren hergestellt ist, ist ersichtlich,
daß in jeder Sammelschiene die entgegengesetzten metallisierten Oberflächen der
Einfügungsstücke 44 in direktem Kontakt mit den angrenzenden gegenüberliegenden
Oberflächen der Metallstreifen 12,- 22 und 32 an in Längsrichtung beabstandeten
Punkten längs den Metallstreifen liegen. Wenn z. B. der mittlere Leiter 22 als Erdleiter
benutzt wird, besteht zwischen ihm und den benachbarten Leitern 12, 32 eine extrem
hohe Betriebskapazität im Gegensatz zu bekannten Sammelschienen dieser Art. Auch
wenn eine Sammelschiene d-ieses Typs so stark durchgebogen wird, daß ein Bruch eines
oder mehrerer Keramik-Einfügungsstücke 44 der Sammelschiene resultieren könnte,
wurde gefunden, daß die charakteristisch hohe Betriebskapazität der Sammelschiene
nicht wesentlich geändert wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist zu beachten, daß die verschiedenen
Anschlüsse 14, 24 und 34 der jeweiligen Streifenleiter 12, 22 und 32 absichtlich-
in bezug aufeinander in Längsrichtung der Sammelschiene versetzt sind, um einen
unerwünschten Kurzschluß des einen Anschlusses auf dem anderen za vermeiden. Es
wurde jedoch gefunden, daß z. B.
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dann, wenn die Anschlüsse 14, 34 der Streifen 12 und 32 absichtlich
in Längsdeckung miteinander gebracht werden rund die deckungsgleichen Anschlüsse
14 und 34 dann absichtlich miteinander entsprechend Fig. 4 verbunden werden, die
Betriebskapazität der resultierenden Sammelschiene zwischen dem Streifenleiter 22
und den nunmehr zusammengeschalteten Streifenleitern 12 und 32 noch weiter erhöht
wird im Vergleich zu der Sammelschiene nach Fig. 3.
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Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Sammelschiene, wobei
für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie in den übrigen Figuren verwendet werden.
Dabei ist ein vierter metallischer Streifenleiter 82 vorgesehen und vom Streifenleiter
32 durch einen Isolationsstreifen 42 getrennt, der mehrere Einfügungsstücke 44 aufweist,
deren entgegengesetzte metallisierte Oberflächen mit den ihnen gegenüberliegenden
Oberflächen der Streifenleiter 82 bzw. 32 in Kontakt liegen.
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Ferner weist bei diesem Ausführungsbeispiel der Streifenleiter 82
die üblichen, beabstandeten Anschlüsse 84 auf, die von mindestens einem Rand des
Streifenleiters vorspringen und bei diesem Ausführungsbeispiel mit den Anschlüssen
24 des Streifenleiters 22 deckungsgleich und zusammengeschaltet sind. Durch diese
Zusammenschaltung der Streifenleiter 22 und 82, die relativ zu den Streifenleitern
12 und 32 abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind, wird die Kapazität zwischen
den jeweiligen Streifenleitern 12 und 32 relativ zu den zusammengeschalteten Streifenleitern
22 und 82, wenn letztere z. B. als Erdleiter eingesetzt werden, ebenfalls erheblich
gesteigert.
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In Verbindung mit den Ausführungsbeispielen der Sammelschienen nach
den Fig. 3-5 ist ersichtlich, daß die relativen Größen der Bauteile aus Gründen
der Verdeutlichung übertrieben dargestellt sind.
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Die Eigenkapazität der neuen Sammelschienen, die sich durch die Verwendung
der die Einfügungsstücke 44 enthaltenden Isolationslagen ergibt, ermöglicht die
Herstellung äußerst kompakter und zuverlässiger Sammelschienen; dabei entfällt die
Notwendigkeit des Einsatzes irgendeines Klebstoffs unmittelbar zwischen den gegenüberliegenden
Oberflächen der
Einfügungsstücke und der Streifenleiter. Durch
geeignete Wahl der Anzahl und Anordnung der Keramikkondensatoren oder Einfügungsstücke
44'in den Isolationslagen ist es möglich, eine Sammelschiene mit vorbestimmter Kapazität
zu entwerfen.
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Weiterhin kann diese Kapazität in einfacher Weise während der Herstellung
der Sammelschienen geändert werden, indem einfach die vorspringenden seitlichen
Anschlüsse 14, 24, 34 etc. der verschiedenen Streifenleiter einer Sammelschiene
miteinander in Deckung gebracht und zusammengeschaltet werden, wodurch die Kapazität
der Sammelschiene erforderlichen- oder erwünschtenfalls erheblich gesteigert wird.
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Ferner ist zu beachten, daß Isolations-Untergruppen 40 hoher Kapazität
oder mindestens deren Streifen 42, die die dielektrischen Keramik-Einfügungsstücke
44 enthalten, tatsächlich Kondensatorelemente bilden, die in die Sammelschiene eingebaut
sind. Wenn z. B. in Fig. 3 der metallische Streifenleiter 22 als Erdleiter vorgesehen
ist, wird jedes elektronische Rauschen, das während des Stromflusses in den benachbarten
Streifenleitern 12 und 32 erzeugt werden könnte, durch die die Einfügungsstücke
44 enthaltenden benachbarten Isolatorstreifen 42 ausgefiltert. In diesem Sinn wirken
daher die Baugruppen 40 oder 42 tatsächlich als Kondensator, wenn sie in der angegebenen
Weise eingesetzt werden; sie könnten auch für die Herstellung von Kondensatoren
eingesetzt werden.
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Es wurden zwar für die Untergruppe 40 und die zugehörigen Einfügungsstücke
gewisse Abmessungen vorgeschlagen; es ist jedoch ersichtlich, daß diese rein beispielhaft
sind und ohne weiteres geändert werden können. Ebenso könnte die Konfiguration der
Einfügungsstücke 44 geändert werden sowie
die Anzahl und die Form
der bei den Ausführungsbeispielen eingesetzten Streifenleiter. Z. B. könnte das
Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 so hergestellt werden, daß die Anschlüsse 14 mit
den Anschlüssen 34 des Streifenleiters 32 deckungsgleich und zusammengeschaltet
sind, so daß abwech selnd aufeinanderfolgende Streifenleiter 12 und 32 mit den dazwischenliegenden
Metallstreifen 22 und 82 zusammengeschaltet und verschachtelt sind, die wiederum
über ihre entsprechenden Anschlüsse 24 und 84 zusammengeschaltet sind.
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In Abhängigkeit von der Anzahl Streifenleiter in einer Sammelschiene
gibt es somit mehrere verschiedene Möglichkeiten zum Verbinden der Metallstreifen
zur Erzielung der erwünschten Kapazität.
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L e e r s e i t e