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Verfahren zur Kontaktierung großer Mengen gleichartiger elektrischer
Kondensatoren mit sehr dünnen Belegungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung großer Mengen gleichartiger elektrischer Kondensatoren, bei denen die
von dünnen Aluminiumfolien gebildeten Belegungen mit den Anschlußfahnen elektrisch
und mechanisch fest verschmolzen sind.
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Es ist bereits bekanntgeworden, dünne Aluminiumfolien mit vorzugsweise
verzinnten Kupferfahnen elektrisch und mechanisch einwandfrei zu verbinden, indem
auf die zu verbindenden Teile eine oder mehrere Schweißelektroden aufgesetzt werden
und ein Strom kurzzeitig über die Elektroden in die zu verbindenden Teile fließt.
Diese Aluminiumfolien, die als Belegungen für elektrische Kondensatoren Verwendung
finden, haben jedoch nur eine sehr geringe Dicke von 20 #t oder geringer, insbesondere
von nur etwa 6 #t. Die Gefahr einer Zerstörung dieser sehr dünnen Aluminiumfolie
ist daher sehr groß und die Energie, die in die zu verbindenden Teile bei dem Schweißvorgang
fließt, darf daher nicht zu groß werden. Wie durchgeführte Versuche und Untersuchungen
ergeben haben, genügt nun aber die Verwendung einer an sich bekannten Schweißzeitbegrenzung
zur Begrenzung der Schweißleistung nicht, um eine einwandfreie Massenfertigung elektrischer
Kondensatoren mit derart dünnen Aluminiumfolien durchzuführen. Die in die Verbindungsstelle
fließende Wärmeenergie ist nämlich nicht nur von der Zeit abhängig, sondern zugleich
auch noch von der Strommenge und dem übergangswiderstand zwischen den Schweißelektroden
und dem Teil, auf dem diese Schweißelektroden aufgesetzt sind. Die Schwankungen
dieses Übergangswiderstandes sind zwar verhältnismäßig klein, so daß sie bei einem
normalen Schweißverfahren mit dicken Teilen praktisch keine Rolle spielen. Bei der
Massenfertigung von Kondensatoren mit den sehr vielen kurz aufeinanderfolgenden
Schweißvorgängen genügen sie aber, um entweder zu einer Zerstörung der Aluminiumfolie
zu führen oder um, wenn z. B. die Schweißzeit sehr kurz ist, einen hohen Ausschüß
infolge unzureichender Verbindung der beiden Teile zur Folge zu haben. Die Ursache
hierfür kann darin gesehen werden, daß durch die Schwankungen des Übergangswiderstandes
zwischen den Elektroden und den zu verbindenden Teilen nicht nur die über diesen
Übergangswiderstand fließende Strommenge in einer gegebenen Zeit geändert wird,
sondern auch die in diesem Übergangswiderstand erzeugte Wärme sich bei den einzelnen
aufeinanderfolgenden Schweißvorgängen ungleichmäßig auf die zu verbindenden Teile
und die aufgesetzten Elektroden verteilt. Denn da bei dem Verfahren, das die vorliegende
Erfindung betrifft, die Verbindungsstelle nur indirekt, also im Unterschied zu den
üblichen Schweißverfahren nicht unmittelbar durch den durch die Verbindungsstelle
fließenden Strom erhitzt wird, kommt es wesentlich darauf an, daß die an der Aufsatzstelle
der Elektroden erzeugte Wärmemenge nicht nur selber bei den aufeinanderfolgenden
Schweißvorgängen gleich groß ist, sondern daß von ihr auch stets ein gleich großer
Teil bis zur Verbindungsstelle gelangt. Dieser Teil darf außerdem weder zu groß
sein, da er sonst die dünne Aluminiumfolie zerstört, noch zu klein, da sonst keine
einwandfreie Verbindung entsteht. Von der in dem Übergangswiderstand erzeugten Wärmemenge
kann also im einen Fall ein zu großer Teil in die Schweißelektroden fließen, und
gleichzeitig ist die durch den Übergangswiderstand fließende Strommenge herabgesetzt;
im andern Falle dagegen kann diese Strommenge groß sein, und außerdem fließt auch
der größte Teil der erzeugten Wärmemenge in die zu verbindenden Teile. Im ersten
Fall wäre die an der Verbindungsstelle wirksame Wärmemenge zu klein, im zweiten
Falle zu groß. Weitere genaue Untersuchungen haben ergeben, daß diese Verhältnisse
entscheidend von der Form des Teiles der Schweißelektroden abhängen, der auf die
zu verbindenden Teile aufgesetzt wird. Diese Form ist wiederum trotz der sehr kleinen
Energiemengen, die beim Verschweißen derart dünner Teile erforderlich sind, in hohem
Maße von dem Abbrand der Schweißelektroden abhängig.
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Bei der genannten Herstellung großer Mengen elektrischer Kondensatoren
wird deshalb gemäß der Erfindung vorgeschlagen, außer der selbsttätig wirkenden
Vorrichtung zur Begrenzung der Zeit, während der der Strom über die Elektroden in
die zu verbindenden Teile fließt, Elektroden zu verwenden, die aus einer Metallegierung,
wie sie an sich als Heizleitermaterialien
bekannt sind, insbesondere
aus einer Legierung von Chrom, Aluminium und Eisen bestehen. Solche Materialien
besitzen einen gegenüber reinen Metallen erheblich erhöhten Widerstand und sind
außerdem korrosionsfest, was sich im vorliegenden Fall in einem verringerten Abbau
auswirkt. Zugleich oder an Stelle der Schweißzeitbegrenzung kann auch eine Strommengenbegrenzung
verwendet werden, wie dies beispielsweise in der folgenden Beschreibung näher erläutert
und in einem Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Eingehende und umfangreiche Versuche
haben ergeben, daß diese Elektrodenmaterialien in Verbindung mit der Schweißzeit-
oder Schweißstrommengenbegrenzung eine sehr konstante Energiezufuhr zur Folge haben,
vor allem dann, wenn zusätzlich zu den genannten Maßnahmen auch noch der Druck,
mit dem die Schweißelektroden auf die zu verbindenden Teile aufgesetzt werden, bei
den einzelnen Schweißvorgängen konstant gehalten wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung und
den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen hervor. In der Fig. 1 sind auf
einer insbesondere aus Quarzoder einem ähnlichen schlecht wärmeleitenden Material
bestehenden Unterlage 1 die Aluminiumfolie 2 und die Anschlußfahne 3 aufgelegt.
Die Dicke der Aluminiumfolie 2 beträgt insbesondere nur etwa 6,u. Die Anschlußfahne
3 besteht vorzugsweise nur aus einem an ihrem vorderen Ende flachgeschlagenen Kupferdraht,
der mindestens an den bezeichneten Stellen 4, 5, an denen der flachgeschlagene Teil
des Kupferdrahtes mit der Aluminiumfolie 2 fest verbunden werden soll, verzinnt
oder mit einem ähnlichen Lotmaterial überzogen ist. Die Schweißelektroden 6, 7 bestehen,
wie oben angegeben, aus einer Metallegierung, insbesondere aus einer Legierung von
Chrom, Aluminium und Eisen, wie sie an sich als Heizleitermaterial bekannt ist.
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Derartige Legierungen haben bekanntlich einen gegenüber Metallen verhältnismäßig
hohen spezifischen Widerstand in der Größenordnung von etwa 10--4 Ohm/cm. Wie die
Versuche gezeigt haben, sind Metallegierungen mit einer derartigen spezifischen
Leitfähigkeit besonders gut für das angegebene Verfahren geeignet. Die beiden Elektroden
6, 7 werden über einen Transformator 8 aus einer Wechselstromquelle 9 gespeist.
Beim Aufsetzen der Elektroden 6, 7 auf die Anschlußfahne 3 und bei Anschluß der
Primärwicklung 81 des Transformators 8 an die Wechselstromquelle 9 fließt also über
die Elektroden 6, 7 ein Strom auf folgendem Wege: Von der Sekundärwicklung 82 des
Transformators 8 über die Elektrode 6, den Anschlußdraht 3, die Elektrode 7 zurück
zur Sekundärwicklung 82. Als Schweißzeitbegrenzer in der Ausführung gemäß Fig. 1
dient die Einrichtung 10, in der der Schalter 11, der die Primärspule 81 des Transformators
8 mit der Wechselstromquelle 9 verbindet, schematisch eingezeichnet sind. Dieser
Schalter wird z. B. durch eine Relaisspule 12 betätigt, die durch Schließen der
Handtaste 13 vom Strom durchflossen wird und über eine nicht näher dargestellte
Einrichtung den Schalter 11 selbsttätig für eine genau voarbestimmte, vorzugsweise
einstellbare Zeit schließt. Nach Aufsetzen der Elektroden auf die zu verbindenden
Teile 4 wird also zunächst der Schalter 13 betätigt, wodurch, wie in der Fig. 1
durch die Spule 12 schematisch angedeutet wird, der Schalter 11 für eine vorbestimmte
Zeit geschlossen wird. Nach der selbsttätigen Öffnung des Schalters 11 ist der Schweißvorgang
abgeschlossen. Die Schweißelektroden können wieder abgehoben werden, und der Anschlußdraht
3 ist mit der Aluminiumfolie einwandfrei verbunden, ohne daß die sehr dünne Aluminiumfolie
2 zerstört ist. Die in großem Umfang durchgeführten Versuche haben gezeigt, daß
mit einer derartigen Vorrichtung sehr viel Schweißungen einwandfrei und praktisch
ohne Ausschuß vorgenommen werden können. Das gemeinsame Aufsetzen und Abheben der
Elektroden 6 und 7 ist durch den Pfeil 14 angedeutet. An die Stelle des Übertragers
8 des Schweißzeitbegrenzers 10und der Wechselstromquelle 9 kann z. B. auch die in
Fig. 2 gezeigte Einrichtung treten, indem in der Schaltung der Fig. 1 Klemmen a,
b aufgetrennt und mit den entsprechenden Klemmen a, b der Schaltung in Fig. 2 verbunden
werden. Die Wirkungsweise dieser Schalteinrichtung ist folgende: Von der Wechselstromquelle
9 werden über einen Übertrager 15 und einen in Graetzschaltung geschalteten Gleichrichter
16 die beiden Leitungen 17, 19 mit einer Gleichspannung gespeist. Bei der gezeigten
Stellung des Schalters 20 wird also ein Ladekondensator 21 auf die volle Spannung
aufgeladen. Nach Aufsetzen der Elektroden 6, 7 auf die zu verbindenden Teile 2,
3 (s. Fig. 1) wird ein Schalter 22 betätigt, der eine Relaisspule 23 an eine Spannung
legt. Diese Spule 23 legt die Kontakte des Schalters 20 um, so daß nunmehr der auf
die volle und stets konstante Spannung aufgeladene Kondensator 21 über die Kontakte
des Schalters 20 auf die Klemmen a, b
geschaltet ist. Der Kondensator 21 entlädt
sich also jetzt über die Elektroden 6, 7 und die zu verbindenden Teile 2, 3. Zwischen
der Schweißzeitbegrenzung in der Schaltung der Fig. 1 wird hier also die Schweißstrommenge
begrenzt. Es gehört jedoch in den Rahmen der Erfindung, wenn außer der in Fig. 2
gezeigten Entladevorrichtung zwischen die Klemmen a, b
der Fig. 2 und die
Klemmen a, b der Fig. 1 noch eine Schweißzeitbegrenzung gemäß der Vorrichtung
10 der Fig. 1 geschaltet ist.
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Es wurde bereits oben erwähnt, daß nach den durchgeführten Versuchen
auch der Druck, mit dem die Schweißelektroden auf die zu verbindenden Teile aufgesetzt
werden, möglichst konstant bleiben soll. Die Fig. 3 zeigt hierzu ein Ausführungsbeispiel
einer Schweißvorrichtung an Kondensatorwickelmaschinen, durch die dieser Forderung
Genüge getan wird. In der Fig. 3 bedeutet 1 wiederum die Unterlage, die in diesem
Ausführungsbeispiel gewölbt ist, da über sie die Aluminiumfolie 2 von einer Vorratsrolle
24 zu der Wickelvorrichtung (s. Pfeil 25 in Fig. 3) geführt wird. Auf die Folie
2 ist die Anschlußfahne (oder der Anschlußdraht) 3 mit ihrem flachgeschlagenen Teil
(s. auch Fig. 1) aufgelegt, und zwar derart, daß die Längsrichtung der Anschlußfahne
(oder des Anschlußdrahtes) 3 quer zur Längserstreckung der Folie 2 liegt. Auf die
Anschlußfahne 3 werden die Elektroden 6, 7 aufgesetzt, und zwar bei den einzelnen
Schweißvorgängen mit stets konstantem Druck. Diese Konstanthaltung des Druckes wird
in dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel auf folgende Weise bewirkt. Die Elektroden sind
an ihrem der Schweißstelle abgewandten Ende in einer Fassung 26 gelagert, die von
einer Druckfeder 27 ständig federnd nach unten in die Schweißstellung gedrückt wird.
Die Fassung 26 besitzt eine Nase 261. Unter der Nase befindet sich ein Hebel 28,
der mit seinem in Fig. 3 links dargestellten Teil beim Hochgehen in den Weg der
Nase 261 kommt und dadurch die Schweißelektroden 6, 7 entgegen dem Druck der Feder
27 von den zu verbindenden Teilen 2, 3 abhebt. Zum Aufsetzen der Elektroden 6, 7
auf die zu verbindenden Teile wird mittels der Taste 281 der Hebel 28 nach unten
gedrückt, der somit die
Nase 261 freigibt, so daß die Schweißelektroden
6, 7 nunmehr unter dem stets konstanten Druck der Feder 27 auf den zu verbindenden
Teilen 2, 3 aufsitzen. Wird die Taste 281 losgelassen, so wird der bei 282 gelagerte
Hebel 28 durch die Feder 29 hochgehoben. Dabei ist die Zugkraft der Feder 29 so
groß, daß sie den Gegendruck der Feder 27 überwindet.
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Bei dem angegebenen Verfahren ist es vorteilhaft, daß die Dicke der
Aluminiumfolie 2 und die Dicke des mit der Aluminiumfolie zu verbindenden Teiles
der Anschlußfahne 3 bei den aufeinanderfolgenden Schweißungen stets praktisch konstant
sind. Würde man diese Vorschrift nicht einhalten und z. B. Anschlußfahnen verwenden,
deren flachgeschlagener Teil unterschiedliche Dicken besitzt, so werden keine optimalen
und gleichbleibenden Güten der Verbindungsstellen 4, 5 erzielt, weil sowohl die
Schweißzeitbegrenzung der Fig. 1 bzw. die Strommengenbegrenzung der Fig. 2 als auch
der Druck der Feder 27, mit dem die Elektroden 6, 7 auf die zu verbindenden Teile
aufgesetzt werden, in enger Beziehung zueinander stehen und jeweils auf die verwendeten
Aluminiumfolien und Anschlußfahnendicken abgestimmt sein müssen.