DE8227050U1 - Vorrichtung zur herstellung von kondensatoren - Google Patents

Description

Die Neuerung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von gewickelten Kondensatoren.

Eine derartige Vorrichtung ist in dem US-Patent 3 670 378 gezeigt und beschrieben. In dem Patent werden bei dem Verfahren zur Herstellung der Sondensatoren zunächst die Kondensatorkörper gebildet durch Aufwickeln abwechselnder metallischer und dielektrischer Filme auf eine Trommel bei gleichzeitigem Aufwickeln von Trennschichten zwischen den

European. Patent Attorrteys Zugelasserje Vertreter beim Europäischen Potentamt Deutsche Bank AG Hamburg] ·>«·.* Op/28 ^87"· (BL3 eGOfoÖOO) - Postscheck Hamburg 2842-2Ο6 Dresdner OnafoUe-HiixCTOargT J*p.-Qa?O*O3ö (BI-Z 2OO8QOOO)

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Kondensatorkörpern zur Bildung einer Hauptwicklung mit abwechselnden Schichten von Kondensatorkörpern und Trennschichten, wonach auf die Kanten der Hauptwicklung ein Metallsprühüberzug aufgebracht wird, um die metallischen Filme zu verbinden, und anschließend die Hauptwicklung lotrecht zu den Trennschichten durchtrennt wird, um die einzelnen Kondensatorkörper zu bilden. Diese resultierenden Kondensatorkörper weisen durchflochtene Teilschichten auf, die durch dielektrische Schichten getrennt sind. Die Schichten einer Gruppe aus dielektrischen Substraten und metallischen Filmen stehen von einer Seite des Kondensatorkörpers nach außen vor, während eine andere Gruppe von Substraten und Filmen von der anderen Seite des Sondensatorkörpers vorsteht. Der Metallüberzug wird so aufgebracht, daß er die metallischen Filme auf den nach außen vorstehenden Gruppen von Schichten elektrisch miteinander verbindet. Somit sind zwei Elektroden oder Sätze von Kondensator-"Platten" gebildet, die dielektrisch voneinander isoliert, jedoch verflochten sind.

In der vorgenannten Anordnung kommt es gelegentlich vor, daß während des ¥ickelverfahrens sich die aufzuwickelnden Schichten verwerfen oder von ihren vorbeschriebenen Pfaden abweichen, -was dazu führt, daß eine oder mehrere Schichten mit Bezug auf die benachbarten Schichten unrichtig ange-

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ordnet sind_s Wenn die Trennung sswischen den Schicht gruppen nicht ausreichend ist, dann kann der Kondensator einen Kurzschluß haben oder in einer oder mehreren Bereichen eine niedrigere als die beabsichtigte dielektrische Stärke aufweisen. Venn die Trennung übermäßig ist, dann ist die resultierende Kapazitanz des Kondensators herabgesetzt.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der in unaufwendiger Weise Kondensatoren hoher Qualität hergestellt werden können.

Ferner soll mit der Vorrichtung ein Kondensator gefertigt werden können, bei welchem die Möglichkeit einer Kurzschlußbildung infolge unrichter Anordnung der metallischen und dielektrischen Filme vermieden wird.

Außerdem soll die Vorrichtung die Kondensatoren exlieblieh. schneller erzeugen als das bei den herkömmlichen Einrichtungen möglich ist.

Die gemäß der Neuerung geschaffene Vorrichtung der genannten Art ist in der Form wirksam, daß sie die den Kondensator bildenden Schichten auf eine Trommel oder ein Übertragungsrad unmittelbar von den Beschichtungs- oder Auflegerollen aufbringt. Eine derartige Einrichtung verhindert es, daß das zugeführte Material sich ungestützt im Raum bewegt und vermindert dadurch ein Pendeln und demzufolge eine Fehlausrichtung der Kondensatorschichten.

Gemäß der oben genannten Aufgabe und den aufgeführten Vorzügen enthält der Kondensator gemäß der Neuerung eine Anzahl Schichten mit gegenüberliegenden Kanten, wobei jede Schicht aus einem dielektrischen Substrat und* einem metallischen Tiim besteht, welcher sich von einer Kante zur anderen erstreckt, und jede Schicht eine von dem metallischen Film freie Zone enthält, die im Bereiche der anderen Kante, jedoch mit Abstand von ihr ange-ordnet ist, um ein schmales Randfilmband an der anderen Kante zu belassen, welches durch die Zone von dem verbleibenden Teil des metallischen Films auf Abstand gehalten ist, wobei ferner die Schichten so angeordnet sind, daß der metallische Film einer Schicht-durch dielektrisches Material von dem metallischen Film der benachbarten Schicht getrennt ist, die Schichten derart voneinander versetzt sind, daß an einer Seite des Kondensators

die Kanten einer ersten Gruppe von Schichten nach außen über die anderen Kanten einer zweiten Gruppe von Scnicnten hinwegliegen und an einer gegenüberliegenden Seite des Kondensators dis Kanten der zweiten Gruppe Scnicnten nach, außen über die anderen Kanten der ersten Gruppe Schichten hinwegliegen, wobei die Schichten in der ersten Gruppe sich mit den Schichten der zweiten Gruppe abwechseln und die nach außen liegenden Kanten in jeder Gruppe mit einem elektrisch leitenden Material überzogen werden, um die Metallfilmschichten jeder Gruppe elektrisch zu verbinden, wobei das schmale Metallfilmrandband dadurch das benachbarte Überzugsmaterial von der metallfreien Zone trennt.

Die Vorrichtung gemäß der Neuerung enthält erste und zweite Zufuhrrollen für jeweils ein dielektrisches Substrat mit einem Metallfilnitüberzug aufweisende Bänder, eine mit Abstand von der Zufuhrrolle angeordnete umlaufende Trommel, erste und zweite Beschichtungsrollen, die mit Umfangsabstand mit Bezug auf den Umfang der Trommel angeordnet sind, eine Spannungsmeßrolle, die jeder Beschichtungsrolle zugeordnet und mit parallelem Abstand zu ihr angeordnet ist, um mit ihrer zugeordneten Beschichtungsrolle ein Rollenpaar zu bilden, über das jeweils ein Band gedehnt und gespannt wird, sowie Einrichtungen zum Aufschlitzen des Bandes in Streifen vor dem Aufwickeln der Streifen auf die Trommel, um abwechselnde Schichten aus metallischem und dielektrischem Material zu bilden, wobei diese Beschichtungsrollen genügend nahe an der

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Trommel angeordnet und die Aufschlitzeijirichtungen genügend cane an den Beschichtungsrollen angeordnet sind, so daß die Streifen vor dem Aufwickeln auf die Trommel über im wesentlichen ihre gesamte Länge gestützt sind.

Die Neuerung Kann auch das Aufbringen eines dünnen Films aus Klebstoff auf eines der Bänder in wenigstens einem Teil der elektrischen Feldbereiche eines Kondensators beinhalten, jedoch vird der Klebstoff nicht in dem Bereich des Aufschlitzens des Bandes oder in den seitwärts vorstehenden Teilen der Konstruktion aufgebracht, wo ein Sprühkontakt mit dem Metallüberzug hergestellt wird. Der Zweck dieses Klebstoffs ist es, in dem erwünschten Ausmaß die Lamellierung zu verriegeln, so daß die gewickelte Kondensatorkonstruktion ohne Auflösung der Lamellierung gehandhabt werden kann.

Nach einem weiteren Merkmal*"der Neuerung können die Bänder durch eine Station hindurchgeführt werden, wo eine Anzahl Lagerstrahlen das Metall fortbrennen, können, um genau beabstandete entmetallisierte Zonen zu bilden. Diese entmetallisierten Zonen können durch Lagerstrahlabbrennung sehr viel schmaler gestaltet werden, als durch im Handel erhältliches Material mit den herkömmlichen entmetallisierten Zonen erzielbar wäre, welche sehr viel breiter sind,als für Konden- p satoren mit niedrigen Spannungswerten erforderlich ist.

Es zeigen:

Fig. ¹ eine schematische Darstellung einer gemäß der Neuerung j gestalteten Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Neuerung,

Fig. 2 einen Teilschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 eine Teildraufsicht auf die Konstruktion nach Fig. 2 in vergrößertem Haßstab,

Fig. h einen vergrößerten Teilschnitt nach der Linie k-K der Fig. 3,

Fig. 5 eine vergrößerte schematische Darstellung, teilweise im Schnitt nach Linie 5-5 der Fig. 1,

Fig. 6 einen stark vergrößerten Teilschnitt von Teilen des Kondensators gemäß der Neuerung,

Fig. 7 einen vergrößerten Teil der Fig. 2 bei Darstellung der Konstruktion zum Aufbringen des Klebstoffs auf das Band, und

Fig<, 8 eine -schematische Darstellung der Laserabbrennstation, welche die entmetallisierten Zonen bildet, während das Band von seiner Vorratsrolle abgezogen wird.

Es v±rd nunmehr im einzelnen auf dia Darstellung der Fig, 1 Bezug genommen, in der ein Paar Vorratsrollen 2, 4 gezeigt ist, von denen Bänder A und B abgezogen werden. Jedes der Bänder A, B enthält ein dielektrisches Substrat 6 und einen metallischen Film 8. Das Substrat 6 kann aus einem geeigneten Kunststoff •wie beispielsweise dem unter dem Warenzeichen "Mylar" gehandelten Harz bestehen. Der Film 8 kann ein aufgedampftes Aluminium sein, und sowohl das Substrat 6 als auch der metallische Film 8 sind äußerst dünn. Die Dicke des Substrats 6 VaTiTi beispielsweise in der Größenordnung von 0,001 Zoll und darunter liegen, während die Dicke des metallisierten Films in der Größenordnung von 5OO Angströmeinheiten liegen kann; diese Werte bedeuten jedoch keine Begrenzung. Jedes Band A, B besitzt eine Anzahl paralleler entmetallisierter oder metallfreier Zonen 10, wie am besten aus den Figuren 3 und 4 mit Bezug auf das Band B ersichtlich. Es ist jedoch selbstverständlich, daß eine gleiche Reihe entmetal'iisierter Zonen auf dem Band A vorgesehen ist. Die Bänder A, B können mit vorgeformten entmetallisierten Zonen 10 ausgestattet sein, oder diese Zonen können durch das Las erabtrennverfahren gebildet werden, was später beschrieben wird. In jedem Fall bewegen sich die Bänder über eine Reihe von Rollen, jeweils zum Aufschlitzen in Streifen und verflochtenen oder abwechselnden Aufwickeln auf eine Trommel oder ein Übergaberad 20 von großem Durchmesser.

Im einzelnen bewegt sich das Bane? A über eine Leerlauf rolle 12a, deren Umlaufachse zur Steuerung der Pendelbewegung des Bandes A

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verschiebbar ist. Die Leerlaufrolle 12a bewegt sich als eine Einheit mit der Vorratsrolle 2 nach innen und nach außen unter der Steuerung eines herkömmlichen Kantenführungssensors (nicht gezeigt) zur Steuerung des Pendeins· Von der Leerlaufrolle 12a geht das Band an dem oben erwähnten Kantenführungssensor vorbei zu einem Spannungsmeßleerlaufrad i4a. Das Spannungsmeßleerlaufrad sendet ein Signal zu einer veränderlichen Schleppkupplung (nicht gezeigt), auf der die Vorratsrolle 2 gelagert ist. Dieser geschlossene Regelkreis hält die Spannung auf einem beliebigen vorgegebenen Vert. Die Vorrichtung enthält auch eine Lamellierungs- ader Auflegerolle i6a. Zwischen den Rollen i4a, i6a befindet sich die Sandschlitzstation, an welcher das Band A vor dem Durchgang um die Auflegerolle i6a herum und vor dem Aufwickeln auf die Trommel oder das Übergaberad 20 in eine Anzahl Streifen aufgeschlitzt wird. In ähnlicher Yeise bewegt sich das Band B über einen Schaltleer lauf 12b und von dort zu einem Spannungsmeßleerlauf i4b an der Sclilitzstaticn vorbei auf die Laisellieruiigs— oder Atiflegererlle i6b, wo die Leerlauf rolle 12b auf einen zweiten Kantenführungssensor (nicht gezeigt) anspricht, um die Pendelbewegung des Bandes B zu steuern, während der Spannungsmeßleerlauf i4b wiederum ein Signal an eine veränderliche Schlepplcupplung (nicht gezeigt) sendet, auf der die Vorratsrolle 4 gelagert ist, um die Spannung auf einem vorgegebenen ¥ert zu halten.

Die Schiitzstation für das Band B enthält eine Anzahl parallel

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beabstandeter Messer, wie beispielsweise Rasierklingen 21b, die mit einer polierten Bandlagerstauge 22b zusammenarbeiten, über welche sich das Band B hinwegbewegt. Ebenso enthält die Schlitzeinrichtung für das Band A parallel beabstandete Rasierklingen 21b (Fig. 7)» welche mit einer Bandlagerstange 22a zusammenarbeiten. Für jedes Band bildet die Schlitzstation eine Anzahl Streifen, die sich unmittelbar auf die Rollen i6a oder ggf. 16b und dann auf die Trommel 20 heraufbewegen. Das Ergebnis ist, daß die Streifen vor dem Aufwickeln auf die Trommel 20 im wesentlichen über ihre volle Länge gelagert werden. Da die Streifen sich nicht ungestützt im Raum bewegen, ist ein Pendeln ausgeschaltet, und die Streifen können genau auf der Trommel 20 angeordnet werden. Dies steht im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen, welche sich zur Verhinderung eines Pendeins des Bandes auf die Kantenführung verlassen, was manchmal unbefriedigend ist.

Die Tjnioi τ -ί o-pimge- cdsr Auf le^erollsii üben eines Bmck auf die Trommel oder das Übergaberad 20 aus, und die Rasierklingen können direkt in engen Schlitzen auf den Rollen 16a, 16b wirksam sein. Auf jeden Fall bietet die Anordnung zum Aufschlitzen der Bänder durch die Rasierklingen glatte Schnitte, ohne eine Faltenbildung in dem Bandmaterial zu verursachen. Dies ist besonders wichtig, da es schwierig ist, glatte Schnitte ohne Faltenbildung in einem so dünnen Bandmaterial zu erlangen, wie es gemäß der Neuerung verwendet wird. In der vorliegenden Vor-

richtung können die Rollen i6a, i6b entweder um 90 , wie in Fig. 1 gezeigt, oder um 180° voneinander entfernt angeordnet werden.

Das Band B wird entsprechend der Darstellung in den Figuren 2 bis k in eine Anzahl Streifen 18b aufgeschlitzt. Das Band A wird ebenso aufgeschlitzt zur Bildung von Streifen 18a, welche wie die Streifen 18b schließlich Kondensatorschichten werden, wie in Fig. 6 gezeigt. Die Schlitzlinien für das Band B sind von den entmetallisierten Zonen 10 versetzt, um Metallfilmrandbänder Zk an einer Kante jedes Streifens 18b zu bilden. Ein ähnliches Aufschlitzen findet für das Band A statt, jedoch mit der Ausnahme, daß die Schlitzlinie für jede Klinge 21a von derjenigen im Vergleich zu Fig. 3 versetzt ist, um ähnliche Filmrandbänder Zk auf den Streifen 18a zu bilden. Wenn somit die Klinge 21b beim Schneiden des Bandes B links von der demetallisierten Zone 10 angeordnet ist (Bezug zu Fig. 3)» dann befindet sieii für da.s Band A die Klinge 21a. reclit-s V023. der benachbarten demetallisierten Zone, wie durch die Pieile 21aa in der Fig. 3 angedeutet.

Die Bänder werden gleichzeitig auf die Trommel 20 aufgebracht, um das in Fig. 5 gezeigte geschichtete Schema zu erzeugen. Es ist eine Anzahl Reifen oder Ringe 30. einer Kondensatorkonstruktion gebildet,- aus der einzelne Kondensatoren hergestellt werden können. In Fig. 5 ist im Interesse der Klarheit der Darstellung

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nur einer der Ringe 30 im Querschnitt gezeigt. Darüber hinaus ist die Quelle der verschiedenen Streifen, nämlich von den Vorratsbändern A oder B, auf einer der Strukturen 30 in Fig. gezeigt. Es ist auch offensichtlich, daß die Bänder nicht maßstäblich dargestellt, sondern vielmehr erheblich verkürzt sind. In jedem Fall ist eine Anfangswindung von A-Schichten im Bereiche der Trommel 20 vorhanden, wie durch die unteren fünf solcher Schichten in Fig. 5 bezeichnet. Danach sind die Streifen verflochten und voneinander versetzt, während sie gleichzeitig auf die Trommel 20 aufgewickelt werden,um das in Fig. 5 durch die abwechselnden Schichten A und B gezeigte Schema zu bilden. Danach wird über die Gruppe von abwechselnden A- und B-Schichten eine weitere Gruppe von Α-Schichten aufgewickelt. Die inneren und äußeren Α-Schichten dienen als Verstärkung, während die verflochtenen A- und B-Schichten oder Streifen den aktiven Teil der Kondensatorkonstruktion beistellen.

Jeder der getrennten Ringe 30 kann von der Trommel 20 entfernt und die Seiten 32, 3^- desselben in herkömmlicher "Weise mit einem metallischen Sprühüberzug kO (Fig. 6) überzogen werden. Der Ring 30 kann dann lotrecnt zu den Kanten 32j 3^ geschnitten werden, um eine Länge einer Kondensatorstruktur zu bilden. Die Länge kann dann wiederum in Querrichtung geschnitten werden, -um einzelne Kondensatoreinheiten zu bilden.

Fig. 6 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch verschiedene verflochtene Schichten des Kondensators, Es ist ersichtlich,.

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daß an einer Seite des Kondensators metallisierte Filme. 8a und das Substrat 6a seitwärts nach außen von den benachbarten Kanten 36 der Schicht 18b vorstehen. Der metallisierte Sprühüberssug ko verbindet die metallisierten Filme 8a elektrisch miteinander, um einen Satz Kondensatorelektroden oder -platten zu bilden» was durch den Raum zwischen den Schichten oder Streifen 18a ermöglicht ist. Der Raum zwischen dem linksseitigen Metallüberzug kO des oberen Abschnitts der Fig. 6 und der metallisierten Schicht 8b des Streifens 18b hat wenigstens die Brsixe der metallisierten Zone 10 plus der Breite des Metallfilmrandbandes Zk. Somit ist das Band Zk effektiv eine "schwimmende¹* (floating) Elektrode. Durch Vorsehen der durch das Band Zk gebildeten schwimmenden Elektrode wird für die dielektrische Trennung auf'den Oberflächen der Schichten die volle Breite der demetallisierten Zone 10 benutzt und dadurch die Möglichkeit einer Kurzschlußbildung oder eines Wechsels der Kapazitanz des Kondensators gegenüber seinem vorgeschriebenen Werf verringert.

Auf der anderen Seite des Kondensators stehen, wie durch den unteren Abschnitt der Fig. 6 gezeigt, die Schichten 18b .nach außen von dem Rand 37 der Schichten 18a vor, um den rechtsseitigen Metallsprühttberzug kO zu empfangen, wie in dem unteren Teil der Fig. 6 dargestellt. Das Metallfilmrandband Zk in dem unteren Abschnitt der Fig. 6 und auf der Schicht 18a dient ebenso als "schwimmende" Elektrode, so daß der volle Vortei.1 aus den demetallisiexteü Zonen gezogen wird, wie bereits beschrieben.

In einer abgewandelten Form der Neuerung die in Fig. 7 gezeigt ist, kann jedes beliebige geeignete dünne Klebmittel durch eine Aufbringevorrichtung 50, die unmittelbar, vor Eintreten des Aufschlitzvorgangs in Stellung gebracht wird, auf das Band A aufgebracht werden. Eine Art des Klebmittels, das verwendet werden kann, ist Epoxyharz, jedoch ist diese Neuerung nicht darauf beschränkt. Das Klebmittel wird nicht in dem Schlitzbereich oder in dem Erstreckungsbereich des Bandes aufgebracht, wo die Me tall sprühung aufgebracht "erden soll. Der Zweck des Klebmittels, falls benötigt, besteht in der Verriegelung der Lamellierung in sich nach dem Aufwickeln auf die Trommel 20, so daß die Strukturen 30 ohne Auflösung der Lamellierung gehand- ' habt werden können. Das Klebmittel kann aufgebracht und in einer Filmdicke erheblich geringer als 1 Mikrom verteilt werden, und das Klebmittel kann somit ohne nennenswerte Verminderung eines effizienten Kapazitanz/Volumenverhältnisses benutzt werden.

Das Bandmaterial, das in der vorliegenden Neuerung zur Anwendung kommt, kann mit den demetallisierten Zonen gekauft werden. Jedoch sind diese demetallisierten Zonen im allgemeinen etwas größer als für Kondensatoren geringer Spannung erforderlich ist.Demgemäß ist es möglich, wie in Fig. 8 gezeigt, die demetallisierten Zonen 10 beim Abziehen des Bandes A oder B von der Vorratsrolle zu bilden. Dies läßt sich durchführen durch Hindurchlaufenlassen des Bandes durch eine Laserabbrennstation 52, an welcher Laserstrahlen 53 zum Abbrennen des niedergeschlagenen Metalls und zur Bildung einer äußerst schmalen demetallisierten Zone 10

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benutzt verden können, die viel schmaler ist, als bei den im Handel erhältlichen Sandern vorgesehen. Demzufolge werden gemeinsam mit der Größe des-Kondensators die Materialkosten herabgesetzt. Die Spannungsmeß- und RandführungsSteuersysteme, die in der vorliegenden Neuerung zur Anwendung kommen, sind erhältlich von Advanced Tfeb Systems, Inc., 4793 Colt Road, P.O. Box 6025, Rockford, Illinois 6II25.

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Claims (1)

1. Vorrichtung zur Herstellung von Kondensatoren, gekennzeichnet durch, eine unlaufende Trommel (20), deren Umfang erste und zweite Bänder (A, B) aus dielektrischem Substrat mit einem metallischen Filmüberzug tragende Bandvorratsrollen [JZ., 4) zugeordnet A*+, jeder Beschichtungsrolle eine Leerlauf rolle (i*la, i4a, 12a, 12b) zugeordnet und mit parallelem Abstand zu dieser angeordnet ist und mit der zugeordneten Beschichtungsrolle ein Rollenpaar bildet, sovie vor den Beschichtungsrollen (i6a, i6b) angeordnete Aufschlitzeinrichtungen (21b) zum Aufschlitzen der Bänder (A, B)in Streifen vor dem Aufwickeln der Streifen auf die Trommel (2θ), wobei sich die Beschichtungsrollen (i6a, i6b) dicht an der Trommel (20) und die Aufschlitzeinrichtungen dicht an der Beschichtungsrolle befinden.

European Patent Attorneys Zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt

Deutsche Bank AG Hamburg,"Ny!0.5/2^497; (BL^:2C0.7öp00) · Postecheck Hamburg 2842-206

Dresdner ;Βϊζη3£,'AG. Hasjibtirsi NV.;flsaeoa5 (BLZ 200 800 00)

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsrollen (i6a, i6b) um etwa 90° am Umfang der Trommel (20) voneinander auf Abstand gehalten sind.

\ 3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß \ die Beschichtungsrollen &m Umfang der Trommel (2θ) um

etwa 180° voneinander auf Abstand gehalten sind.

h. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch Klebstoffaiftrageinrichtungen (50) zwischen den Rollen (I2a, i6a; 12b, 16b) eines Paares zum Aufbringen von Klebstoff auf die Oberfläche eines Bandes (A, B),

5· Vorrichtung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einrichtung (50) zum Aufbringen von Klebstoff zwischen der Spannungsmeßrolle (i4a, i4b) und der Aufschlitzeinrichtung (21a, 21b) befindet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine vor der Beschichtungsrolle (i6a, i6b) angeordnete Lasereinrichtung (52) zur Bildung einer Anzahl in Längsrichtung verlaufender paralleler metallfreier Zonen auf einem Band (A, B) vor dem Aufschlitzen des Bandes (A, B).