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DE1521256A1 - Elektrische Kontaktstruktur und Herstellungsverfahren dafuer - Google Patents

Elektrische Kontaktstruktur und Herstellungsverfahren dafuer

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DE1521256A1
DE1521256A1 DE19631521256 DE1521256A DE1521256A1 DE 1521256 A1 DE1521256 A1 DE 1521256A1 DE 19631521256 DE19631521256 DE 19631521256 DE 1521256 A DE1521256 A DE 1521256A DE 1521256 A1 DE1521256 A1 DE 1521256A1
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aluminum
coating
solder
dipl
dielectric
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DE19631521256
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Dominick Centurioni
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General Electric Co
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General Electric Co
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Publication date
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Description

Elektrische Kontaktstruktur und Herstellungsverfahren dafür
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Kontaktanschlüsse an Aluminiumteile und insbesondere auf ein Herstellungsverfahren für elektrische Leitungsanschlüsse an Aluminiumelektroden von elektrischen Kondensatoren.
Es ist das Ziel dieser Erfindung, einen' elektrischen Kontaktanschluß an Aluminiumteile herzustellen, insbesondere an Aluminiumkondensatorelektroden, die nach Art von Folien oder Metallisierungen in elektrischen Kondensatoren gewickelt sind, und Lot-Aluminiumverbindungen zu schaffen, die verbesserte Stromleitungsfähigkeit, mechanische Festigkeit und Widerstandseigenschaften gegen Feuchtigkeit haben.
Zusammengefaßt kann man sagen, daß die Erfindung sich auf ein Verbindungsgefüge mit niedrigem elektrischem Widerstand und hoher mechanischer Festigkeit bezieht* zu dem Gefüge gehört ein Aluminiumkörper, ein angeschmolzener Teilchenüberzug aus Aluminium, der fest und innig an den
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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dtpl.-WlrtKii.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann
Aluminiumkörper gebunden ist, und ein angeschmolzener Teilchenüberzug aus einem dem Aluminium unähnlichen, niedrig schmelzenden Lötmetall, der fest und innig an den Aluminiumüberzug gebunden ist.
Danach wird zur Fertigung eines elektrischen Leitungsanschlusses an dem oben beschriebenen Verbindungsgefüge an dessen äußerem Lotüberzug ein Leitungsdraht angelötet.
Bei dem Herstellungsverfahren für das beschriebene Verbindungsgefüge werden der besondere Aluminiumüberzug und Lotüberzug durch MetaLIsprühvorgänge niedergeschlagen.
Die Erfindung läßt sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Begleitzeichnung besser verstehen.
Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht eines zum Teil auseinandergerollten elektrischen Kondensatorwickels mit freigelegter oder herausragender Folie und mit erfindungsmäßiger Anbringung von elektrischen Leitern.
Figur 1a ist eine Ansicht einer anderen Kondensatortype, bei der sich die Erfindung verwenden läßt.
Figur 2 ist eine Ansicht von einer Sprühanordnung, die bei einem Herstellungsprozeß für das Anbringen des elektrischen Leiters an dem Kondensator der Figur 1 verwendet werden kann.
Figur 3 ist eine herausgebrochene, zum Teil geschnittene Einzelansicht des erfindungsgemäß an dem Kondensator der Figur 1 geschaffenen Verbindungsgefiiges.
Bei Betrachtung der Zeichnung sieht man insbesondere in Figur 1 einen Kondensatorwickel 1, der Elektroden 2
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und 3 aus Aluminiumfolie enthält; diese sind mit dazwischenliegenden, dielektrischen Streifen 4 und 5 zusammengewickelt, die aus an sich "bekanntem, geeignetem Isoliermaterial bestehen; hierzu gehören beispielsweise Kraftpapier, Kunstharz wie Mylar, Glasfaser, synthetischer Glimmer oder andere dielektrische Materialien. Die AIuminiumelektrodenfolien 2 und 3 sind bei dem veranschaulichten Muster gegeneinander seitlich so versetzt, daß sie über die Kanten der dazwischengeschichteten, dielektrischen Streifen 4 und 5 hinausstehen und freiliegende Polienteile 2a und 3a an den gegenüberliegenden Stirnseiten des zuzusammengerollten Kondensatorwickels 1 bilden«, Zuführleitungsdrähte 6 und 7 sind jeweils an den Elektrodenfolienteilen 2a und 3a durch ein Behandlungsverfahren befestigt, das unten genauer beschrieben wird.
Die Elektroden 2 und 3 können auch anstatt aus Folienstreifen aus mit Aluminiumbelägen metallisierten, geeigneten Unterlagen, z.B. Folien aus irgendeinem der vorerwähnten Isoliermaterialien bestehen. Solche Aluminiummetallbeläge rönnen auf der Unterlage nach irgendeiner geeigneten Pro2if-dur aufgebracht werden, zoB. durch an sich bekannte Verf -iren des Dampfniederschlags, chemischen Niederschlags oder anderen Metallniederschlags.
Der Koncensatorwickel 1 kann mit dielektrischem Material in her ommlicher Art imprägniert sein, entweder in flüssiger oder· fester Form, z.B. mit Mineralöl, Rizinusöl, iflinera-iwachs, chlorierten, aromatischen Verbindungen oder andere, seei* eten dielektrischen materialien, //ird ein
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flüssiges, dielektrisches Imprägniermittel benutzt, so schließt man den Kondensatorsatz in einem geeigneten (nicht gezeigten) Gehäuse ein, das die dielektrische Flüssigkeit enthält. .
Die Figur 1a zeigt eine abweichende Form eines gewickelten Kondensators, an welchem die Erfindung angewendet werden kann und der übereinandergelegte, dielektrische Folien 21 und 22 enthält; auf diesen sind als Metall Aluminiumelektrodenbeläge 25 bzw, 24 aufgebracht, z.Be durch die bekannten Vakuum-Verdampfungstechniken. Die Aluminiumüberzüge sind nur auf der einen Oberfläche jeder dielektrischen Folie aufgebracht, wobei ein Rand auf der einen Seite von Aluminium freigelassen und in der gezeigten Weise angeordnet wird, um die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen den Elektrodenbelägen des zusammengerollten Wickels zu vermeiden. Im zusammengerollten Zustand liegt die Kante jedes Aluminiummetallbelags an der dem erwähnten Rand gegenüberliegenden Folienseite genügend frei, um durch den weiter unten beschriebenen, aufgesprühten Überzug berührt zu werden.
Erfindungsgemäß werden die freiliegenden Elektrodenkanten des Kondensatorwickels, z.B. die Stirnseitenflächen der freigelegten Folienteile 2a und 3a des Kondensators in Figur 1 zunächst mit einem dünnen Überzug von im wesentlichen reinem Aluminium besprüht, und danach wird ein Überzug aus Weichlot, z.B. aus einer Blei-Zinnlegierung, durch Sprühen auf den aufgesprühten Aluminiumüberzug aufgebracht. Die Zuführleiter 6 und 7, die in der Regel aus verzinntem Kupferdraht bestehen, werden dann in Berührung
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mit dem äußeren Lotüberzug gebracht und daran angelötet, ■sei es lediglich durch Anwendung hinreichender Wärme oder durch die Kombination von Wärme und zusätzlichem, an der Verbindungsstelle aufgetragenem Lötmaterial.
Figur 2 zeigt eine Sprühanordnung, die bei der Ausführung des erfindungsmäßigen Vorgangs verwendet werden kann. Selbstverständlich können die Mittel zum Anbringen des Stroms von Metallteilchen sowohl aus Aluminium als auch aus Lot für den Überzug variieren und sind nicht auf die gezeigten eingeschränkt. Bei dem veranschaulichten Gerät ist eine Metallspritzpistole 8 angeordnet, um einen Strom von zerstäubten, geschmolzenen Metallteilchen auf die Kantenflächen des freigelegten Aluminiumelektrodenteils 3a des Wickelkondensators 1 zu richten, der in geeigneter, fester Halterung mit entsprechenden Abdeckmitteln (nicht gezeigt) versehen ist, um zu vermeiden, daß die Metallteilchen sich dort noch über den gewählten Teil hinaus niederschlagen. Die Spritzpistole 8 enthält einen Kopfteil 9, in den eine äußere, ringförmige öffnung 10 für den Durchgang von Druckluft eingeformt ist; diese gelangt durch den Zuführschlauch 11 über einen Durchgang im Griff 12 hierher; außerdem gelangt in eine innere Kammer 13 über einen anderen Durchgang im Griff ein Brenngemisch aus Gasen wie Azetylen und Sauerstoff aus einer Zuführleitung 14. Ein Draht 15, der sich aus dem an die Kondensatorstirnfläche zu sprühenden Material zusammensetzt, wird durch einen axialen Durchgang im Kopf 9 zugeführt und allmählich zur Düse 16 der Spritzpistole mit Hilfe der Nachschubmechanik 17 hin bewegt.
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Bei der Metallsprüharbeit wird das führende Ende des Drahts 15 stetig nach vorn in die Mitte der Brenngaskammer 13 und durch die Düse 16 bewegt, wo es durch die Flamme von Brenngas geschmolzen und durch den Druckluftstrom zerstäubt wird, der die Metallteilchen zum Kondensator 1 vortreibt.
Die Figur 3 zeigt vergrößert die Konstruktionseinzelheiten der an dem zusammengerollten Kondensatorwickel erfindungsgemäß angebrachten Kontaktherstellung,, Der freigelegte Aluminiumfolienteil 3a des Kondensatorwickels 1 ist ,mit einem dünnen Aluminiumüberzug 18 versehen, der letztere wiederum mit einem Lotbelag 19 überzogen, und daran ist mittels des Lots 20 ein Zuführleiter 7 angebracht. Infolge dieser Anbringung durch die beschriebene Sprühprozedur sind sowohl die Aluminiumunterlage 18 als auch der äußere Lotbelag 19 durch einen gleichmäßig verteilten, porösen Niederschlag aus einzelnen geschmolzenen Metallteilchen dargestellt; jeder einzelne Überzug 18 und 19 steht in inniger, fest verbundener Berührung mit der Oberfläche, auf der er aufgesprüht ist.
Die erfindungsmäßigen, aufgesprühten Stirnflächenüberzüge gewähren nicht nur wie beschrieben eine merklich verbesserte Stromführung und mechanisch feste elektrische Anbringung, sondern erleichtern zusätzlich die Imprägnierung des zusammengerollten Kondensatorwickels mit dielektrischer Flüssigkeit, da diese Flüssigkeit durch die porösen Metallbeläge hindurch eingeführt werden kann.
Der Lotüberzug 19 setzt sich vorzugsweise aus leicht
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schmelzendem, verflüssigbarem oder schmelzbarem Metall oder einer Legierung mit einem Schmelzpunkt nicht über 700° C zusammen, insbesondere für den Zweck der Anbringung eines Zuführleitungsdrahts wie des Drahts 7 an der Sprühverbindung. Für andere Zwecke jedoch, wo keine zusätzlichen Anbauteile an dem Lotüberzug anzubringen sind, können Lotmetalle mit höherer Schmelztemperatur nach Wunsch benutzt werden. Zufriedenstellendes Lotmetall für die Erfindung; szwecke kann beispielsweise aus einer Blei-Zinnlegierung in beliebigen Mengenverhältnissen oder aus einem der lüetalle allein bestehen. Im folgenden sind besondere Beispiele von Blei-Zinn-Lotzusammenstellungen aufgeführt, die für den erfindungsmäßigen Gebrauch zufriedengestellt haben:
70 fo Zinn - 30 ^ Blei
97 $> Zinn - 3 $ Blei
60 i» Zinn - 40 # Blei
20 $ Zinn - 80 $ Blei
89 Io Zinn, 7,3 1° Antimon, 3,5 $> Kupfer, 0,2 ^ Blei 10 fo Zinn, 13 % Antimon, 0,25 $ Kipfer, Rest Blei.
Beispiee für andere zufriedenstellende, spezielle Lotzusammensftzungen sind:
75 Io ZIr.η - 25 το Zink
91 fo Zi:.α - 9 Y° Zink
Im folgenden ist, selbstverständlich nur zum Zweck der Veransch- ίΙichung, ein für die Erfindung typischer •ehanrlungsv rgang beschrieben, der sich zum Herstellen eines v'ercii; · ,ngsgefüges durchführen läßt. Unter Benutzung
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von Aluminiumfolienstreifen mit 6 Mikron Dicke und einem Paar von dielektrischen Kraftpapierfolien mit 6 Mikron Dicke zwischen den Aluminiumelektrodenfolien und unter seitlicher . Versetzung zwischen den letzteren, um einen freigelegten Folienrand mit 1,6 Millimeter zu liefern, ist ein Wickelkondensator durch Aufwickeln der Zusammenstellung aus leitender und dielektrischer Folie so entstanden, daß die freigelegten Folienteile sich an den gegenüberliegenden Wickelenden befinden. Dann wird um den Wickel eine Hülle aus Kraftpapier gelegt, um ihn in zusammengewickeltem Zustand zu halten. Der Wickel wird dann in ein geeignetes Liaskiergestell gelegt; danach wird ein Aluminiumüberzug auf die freigelegten Folien Stirnflächen bis auf eine Dicke von 0,4 Millimeter aufgesprüht; danach wird ein Lotüberzug mit 60 i» Zinn und 40 fo Blei darübergesprüht, um einen überzug von etwa 0,8 Millimeter Dicke zu bilden. Die speziellen Dicken der angewendeten Metallüberzüge hängen von den zu übernehmenden Strombelastungen, von der anzubringenden Leitertype und von der mechanisch erforderlichen Leiterfestigkeit ab. Soll an der Verbindung ein Bandabzweig flach angebracht werden, so kann im Vergleich mit der Anordnung, bei der ein Leitungsdraht mit der Stirnfläche anzubringen ist, ein dünnerer Überzug geeignet sein. Auch, wenn spätere Reinigungsvorgänge oder andere Bearbeitungsstufen nötig oder gewünscht werden, ist es angebracht, genügend dicke Überzüge von Lot bereitzuhaben, um für irgendwelche Dickenverluste infolge solcher Stufen vorzusorgen. Nach dem Aufbringen des Lotüberzugs werden an diesem verzinnte Kupferdrahtleitungen
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durch Anwendung von Wärme mit einem Lötkolben angebracht. Falls verlangt, kann Lotmaterial hinzugefügt werden, um der Verbindung an dem Lotüberzug mehr Sicherheit zu geben. Danach kommt der Kondensator in ein Gefäß, entweder im eingekapselten oder ungekapselten Zustand zwecks Einführung dielektrischer Flüssigkeit. Die dielektrische Flüssigkeit, sei es eine erhärtende oder nicht erhärtende, wird dann in das Kondensatorende eingegeben, um den Kondensatorwickel damit zu imprägnieren; danach wird der Kondensator in dem etwa vorhandenen Gehäuse eingedichtet oder mit einem geeigneten Überzugmaterial eingekapselt.
Bei einer Reihe von Versuchen, die gemacht wurden, um die Strombelastungsfähigkeit der erfindungsmäßigen, elektrischen Kontaktherstellungen mit solchen unter Benutzung anderer Prozeduren zu vergleichen, wurden mehrere Sätze beider Typen einem halbstündigem Test bei Stromstärken zwischen 75 und 325 Ampere ausgesetzt. Es stellte sich heraus, daß keiner der erfindungsgemäß hergestellten Sätze bei weniger als 325 Ampere Fehler zeigte, während Vergleichssätze, die nur mit Blei-Zinnlot ohne zwischengelegten Aluminiumbelag besprüht worden waren, bei weniger als 325 Ampere bereits Fehler zeigten.
Durch das erfindungsgemäße Anbringen eines Aluminiumüberzugs auf den Aluminiumelektrodenkanten vor der Anbringung des Lotüberzugs wird ein Problem umgangen, das aus der galvanischen Korrosion entsteht, insbesondere in Zuständen nichthermetischer Abdichtung zwischen dem Lotüberzug und dem mit ihm darunter in Kontakt stehenden AIu-
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miniumunterlagestüekj die früheren elektrischen Anbaukonstruktionen zeigten hier eine Anfälligkeit. Infolge des begrenzten Kantenkontakts zwischen der freigelegten, im Vakuum niedergeschlagenen Aluminiumelektrode und dem unähnlichen Lötmetall nach früheren Sonstruktionen genügte bereits ein verhältnismäßig kleines Ausnaß solcher galvanischer Korrosion, um die elektrische und mechanische Verbindung zwischen den beiden Teilen erheblich zu stören. Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Schwierigkeit weitgehend dadurch, daß sie erstens jede galvanische Reaktion zwischen dem beim Sprühen auftreffenden Jberzug und den mit ihm in Kontakt darunter befindlichen Aluminiumelektrodenkanten durch Benutzung ähnlicher Metalle vermeidet und zweitens dank der ausgedehnten Zwischenflächengröße zwischen dem auftreffenden Überzug aus gesprühtem Aluminium und dem äußeren, unähnlichen Lötmetall, die noch für guten elektrischen Kontakt auch dann sorgen würde, wenn dazwischen eine gewisse galvanische Korrosion aufträte.
Wie an der ?igur 1 noch zu erläutern ist, können die entsprechenden Elektrodenstreifen 2 und 3 nach Wunsch mit der Kante je eines der dielektrischen Streifen fluchten. Die Elektrode 2 kann also mit ihrer Außenkante zu der benachbarten Kante des dielektrischen Streifens 4 und die Elektrode 3 mit ihrer Außenkante zu der benachbarten Kante des dielektrischen Streifens 5 fluchten, Auf diese Weise gewähren im endgültig zusammengerollten Wickel die fluchtenden, freigelegten Kanten der Kombination aus Elektrode und Dielektrikum eine wegen der daraofgeaprühten Aluminium-
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metallteilchen noch größere Oberflächengröße für den Kontakt und verbessern hierdurch die feste Bindung zwischen dem Aluminiumbelag und der Stirnseite des Kondensatorwickels.
Der Ausdruck "Aluminiumelektrode", wie er in den Ansprüchen benutzt wird, soll eine Elektrode sowohl in der Form einer Aluminiumfolie als auch eines Aluminiumüberzugs einschließen, einerlei wie er auf einem geeigneten ünterlagenmateriaD. niedergeschlagen ist.
Das erf:>] dung sniäß ige Verbindungsgefüge und das Herst ellungsverf-ihren dafür erweist sich auch für den Gebrauch bei Anwendungen anderer Art als der oben beschriebenen als geeignet, wo ein starker mechanischer Zusammenhang zwischen den Teilen verlangt wird und einer dieser Teile Aluminium ist, cesonders wenn dabei galvanische Korrosion eine Rolle sHieil.
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Claims (3)

PATENTANWÄLTE Dipl.-Ing. MARTIN LICHT PATENTANWÄLTE LICHT, HAN8MANN, HERRMANN Γ' MÜNCHEN 2 ■ 8ENDLINGER STRASSE 55 Dipl.-WirtSCh.-Ing. AXEL HANSMANN DipL-Phys. SEBASTIAN HERRMANN München, den 9, Dezember 19 G3 Ihr ZeIiSiBn Unser Zeichen GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady 5, V. 3t. A, Patentanmeldungί "Elektrische Kontaktstruktur und Herstellungsverfahren dafür" Patentansprüche t
1. Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsgefüges niedrigen elektrischen Widerstands und hoher mechanischer Festigkeit auf einem Aluminiumkörper, gekennzeichnet durch Aufsprühen (8) geschmolzener, metallischer Aluminiumteile auf den Aluminiumkörper (2a, 3a, 23, 24), um einen daran innig und fest gebundenen, angeschmolzenen Teilchenbelag aus Aluminium (18) zu liefern, und durch Aufsprühen (8) geschmolzener, metallischer Lötstoffteilchen auf den genannten Aluminiumüberzug (18), um einen an diesen innig und fest gebundenen, angeschmolzenen Teilchenbelag aus Lötmaterial (19) zu liefern.
2. Das Verfahren nach Anspruch 1 für den Gebrauch beim Bilden eines Anschlusses für einen elektrischen Kondensator, bei dem ein Satz aus übereinandergelegten, abwechselnden, durch dielektrisches Material getrennten
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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wlrtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann
8 MÜNCHEN 2, SENDMNGER STRASSE 55 · Telefon 241265 · Telegramm-Adresse: Llpatli, München I'm, verbindung: Deutsche Bank AG., Filiale München ■ Dep.-Kaese Vlktuallenmarkt, Konto-Nr. 916728 · Postecheck-Konto München Nr. 16339?
Oppenauer Büro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT
Belägen von Aluminiumelektroden entgegengesetzter Polarität vorgesehen ist und die kanten der Elektrodenbeläge mindestens der einen Polarität an der einen Seite des Satzes freigelegt sind, gekennzeichnet durch Aufsprühen (8) geschmolzener, metallischer Aluminiumteilchen auf die freigelegten (2a, 3a, 23, 24) Aluminiumelektroäenkanten und durch Anlöten (20) einer langgestreckten Zuführleitung (6, a, 7t β) an dem Lötmetallüberzug.
3. Das Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- I net, daß die Kanten der Aluminiumelektrodenbeläge (23, 24) mindestens der einen Polarität mit den Kanten eines der dielektrischen Streifen (21, 22) fluchten und daß geschmolzene, metallische Aluminiumteilchen auf die freigelegten, fluchtenden Kanten der Aluminiumelektrode und des dielektrischen Streifens aufgesprüht werden.
4« Das Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Kondensators mit dielektrischer Flüssigkeit durch die aufgebrachten Aluminium-(18) und Lotbeläge (19) hinduroh imprägniert wird.
5« Eine elektrische, naoh dem Verfahren eines der vorstehenden Ansprüche gefügte Kontaktstruktur mit niedrigem elektrischem Widerstand und hoher mechanischer Festigkeit zum Ansohluß eines langgestreckten Leiters, z.B. eines verzinnten Leitungsdrahts an einen Aluminiumkörper, gekennzeichnet durch einen Belag (18) von Aluminiumteilohen, die an den genanntes Aluminiumkörper (2a, 3a» 23» 24) innig
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angeschmolzen und fe3t gebunden aind, durch ei. en ver_ achaiolüenen Teilchenüberzug (19) sus einem der. Aluminium unähnlichen Lötmetell niedrigen Jchinelzpunkts, a.L. einer Blei-2innlegierung> dadurch, daß dieser Jberzu^ innig und fest an äen Lelas sus Aluiainiumteilehen gebunden und öcß öor langgestreckte Leiter (6, a» 7t a) cn den : 'Jtnetallüberzug befestig!; (2C) ist,
Cu Verfahren zur Herstellung einee lötfähigen An- ' schlußtells (2o, 3s) an Almniiniunij im wesentlichen wie beschrieben und iinfeer Inwaia auf die Begleitzeichnungen dargestellt«
7* "/erfahrm sm& Aateingsa wm insehluSleitern (6, a» 7» a) aß ein®..:! Koridensetor (i) mit .Aluminiumfolien (2f 3t 23s 245f tin wsgetiiliahen wie beschrieben und unter Hinwels auf dSit .'iegleitaeioiiiaiuigea dargestellt.
Ot Ein lioiiieaeator (1)# Ia wssentllcliea wie beachrie- und unts,s? Ki-:i»eis auf die Beglsitaelsiiaangen dargeatellt.
°>J " "' ''■' f " '"' BAD ORiQfNAL
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