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Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Bandes für selbstregenerierende
elektrische Einfolien-Kondensatoren mit Lackdielektrikum Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von einem mehrschichtigen, Dielektrikum und Belegungen
enthaltenden Band für besonders spannungssichere Einfolien-Kondensatoren, bei dem
eine Trägerfolie aus Metall auf beiden Seiten lakkiert und auf die Lackschicht,
vorzugsweise beidseitig, eine Gegenbelegung aufgebracht wird, nach Patent 975 545.
In dem Hauptpatent 975 545 wurde bereits ein Verfahren angegeben, durch das der
Rand der Isolierschicht verbreitert wird und das im wesentlichen darin besteht,
daß eine zunächst auf ihren beiden Seiten mit der Isolierschicht versehene Trägerfolie
nachträglich in einem weiteren Arbeitsgang mit einem verbreiterten Isolierrand versehen
wird. Bei dem Verfahren nach diesem Patent ist es nun nachteilig, daß man nur Folien
solcher Breite nachträglich behandeln kann, die für die Herstellung von nur zwei
Kondensatoren geeignet sind, während das Lakierverfahren ohne weiteres die Herstellung
von Trägerfolien wesentlich größerer Breite gestattet. Neben anderen Vorteilen bietet
die vorliegende Erfindung gegenüber diesem Verfahren den wesentlichen Vorteil, daß
sie die gleichzeitige Behandlung sehr breiter Trägerfolien
ermöglicht,
die dann nachher auf die gewünschte Wickelbreite zugeschnitten werden.
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Gemäß der Erfindung werden diese Vorteile dadurch erzielt, daß von
einer Trägerfolie ausgegangen wird, deren Breite ein Vielfaches der für die Kondensatoren
benötigten Breite beträgt und die auf beide Seiten der Trägerfolie aufgebrachte
Lackschicht zunächst an in Längsrichtung des Bandes verlaufenden Trennlinien durchbohrt
und danach das Metall der Trägerfolie durch die Durchbohrung der Lackschicht hindurch
chemisch und/oder elektrochemisch behandelt wird. Die Trägerfolie kann durch diese
chemische oder elektrochemische Behandlung sowohl oxydiert werden, wobei z. B. bei
einer Aluminium-Trägerfolie um die Durchbohrung herum Aluminiumoxyd (A120.) entsteht.
Sehr vorteilhaft ist es jedoch, die Trägerfolie durch die Durchbohrung der Lackschicht
hindurch aufzulösen und zu entfernen, wobei es sich empfiehlt, bei der elektrochemischen
Behandlung einen Strom wechselnder Polarität, insbesondere Wechselstrom zu verwenden,
weil auf diese Weise besonders gleichmäßige Ätzungen erzielt werden.
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Es sei erwähnt, daß bereits an anderer Stelle vorgeschlagen worden
ist, bei der Herstellung gedruckter Schaltungen oder elektrischer Kondensatoren
eine eine Lack- und Metallschicht enthaltende Folie zu ätzen, wobei der Ätzangriff
auf die Metallschicht durch Fehlstellen oder frei gelassene Streifen der die Metallschicht
bedeckenden Lackschicht hindurch erfolgt.
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In der Fig. i ist ein Ausführungsbeispiel einer in dieser Weise behandelten
Folie gezeigt. In ihr bedeutet i die z. B. aus Aluminium bestehende, zunächst sich
über die ganze Breite erstreckende Trägerfolie. Auf ihr sind die beiden Lackschichten
2, 3 aufgebracht. Um von vornherein klarzustellen, daß die zeichnerischen Darstellungen
in den Figuren nicht maßstäblich sind, sind am linken Rand der Fig. i die Dicke
der Trägerfolien mit dt und die Dicke der Lackschicht mit d, bezeichnet, und es
wird darauf hingewiesen, daß die Dicke dt nur wenige Mikron, etwa 3 bis io #L, höchstens
etwa 2o l., beträgt und die Dicke d, ebenfalls nur wenige Mikron, z. B. nur i bis
5 #t. Die mit T bezeichnete Tiefe der chemischen Behandlung der Trägerfolie ist
dagegen wesentlich größer, als die Dicke dt der Trägerfolie beträgt, z. B. etwa
das 5o- bis ioofache von dt, und liegt in der Größenordnung von o,5 bis i mm.
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Die zunächst auf ihren beiden Seiten mit den Lackschichten 2, 3 versehene
Trägerfolie i wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei 4, 5 und 6 durchbohrt. Diese
Durchbohrung reicht zweckmäßig durch die gesamte lackierte Folie, d. h. also durch
die beiden Lackschichten 2, 3 und durch die Trägerfolie i, jedoch genügt es auch,
wenn nur eine der beiden Lackschichten 2 bzw. 3 durchbohrt wird.. Ebenfalls liegt
es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn nur die beiden Lackschichten 2, 3,
nicht aber die Trägerfolie i durchbohrt wird. Es kommt nämlich vor allem nur darauf
an, daß ein Zugang zu dem Metall der Trägerfolie i geschaffen ist, der die chemische
oder elektrochemische Behandlung der Trägerfolie ermöglicht. Nach der Durchbohrung
der Folie bei 4,5 und 6 wird sie in einem später noch zu beschreibenden Verfahren
durch ein chemisches oder elektrochemisches Behandlungsbad geführt, wobei dann die
Trägerfolie durch die Durchbohrung 4, 5 und 6 hindurch chemisch umgesetzt wird,
während die Lackschichten 2, 3 durch geeignete Wahl der Elektrolyten in den Behandlungsbädern
nicht angegriffen werden. Dieser Umsetzungsprozeß kann so geleitet werden, daß aus
dem Metall der Trägerfolie i ein Oxyd entsteht. Sehr vorteilhaft ist aber, wie schon
erwähnt, die Durchführung des Prozesses derart, daß das Metall der Trägerfolie um
die Durchbohrung herum aufgelöst und entfernt wird. In der Fig. i sind die herausgelösten
Gebiete mit 4', 4"*, 5 / 5"6', 6" bezeichnet. Bei dem Ätzvorgang werden
gleichzeitig auch die Längskanten der Trägerfolie in der geschilderten Weise chemisch
umgesetzt bzw. aufgelöst und entfernt, so daß dort die Gebiete 7 und 8 entweder
in ein Oxyd umgewandelt oder, wie es besonders vorteilhaft ist, herausgeätzt werden.
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Eine Aufsicht auf diese Folie zeigt die Fig. 2, die weitere Einzelheiten
der Erfindung erkennen läßt. Um einen durchgehenden Isolierstreifen zwischen den
auf der Trägerfolie aufgebrachten Lackschichten 2, 3 zu erhalten, ist die Folie
mit einer ganzen Reihe von Durchbohrungen versehen. Jede einzelne Bohrung der Bohrungsreihen
4, 5 und 6 zeigt einen rechteckigen Querschnitt, dessen Länge mit L bezeichnet ist.
Die Länge dieser Durchbohrung ist verhältnismäßig klein und beträgt höchstens etwa
einige Millimeter, zweckmäßig liegt sie jedoch in der Größenordnung von i mm. Die
Breite der Durchbohrungen ist vorteilhaft wesentlich kleiner als ihre Länge und
beträgt zweckmäßig nur wenige Zehntel eines Millimeters, so daß die Durchbohrung
die Form eines kurzen Einschnittes hat. Die Lage des Querschnittes der einzelnen
Bohrungen ist so, daß ihre Längserstreckung in der Richtung der Bohrungsreihen liegt,
wie dies aus der Fig. 2 ersichtlich ist. Es sei jedoch betont, daß der Durchbohrungsquerschnitt
z. B. auch kreisförmig oder quadratisch sein kann. Die gezeigte und beschriebene
Rechteckform hat sich aber als sehr vorteilhaft erwiesen, insbesondere bei seiner
gezeigten Lage relativ zur Längsrichtung der Lochreihen.
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Zu beiden Seiten der Durchbohrungsreihen sind die chemisch behandelten
Bereiche der Ätzfolie durch gestrichelte Linien angedeutet, die etwa kreisförmig
um jede einzelne Bohrung herum liegen, so daß ein etwas wellenförmiger Rand entsteht.
Um einen durchgehenden Isolierstreifen zwischen den Schichten 2 und 3 zu erzielen,
muß gemäß der Erfindung dafür gesorgt werden, daß die Behandlungstiefe mindestens
etwa gleich dem Abstand der 13ohrungen voneinander ist. Um ferner einen möglichst
gleichmäßigen, d. h. möglichst wenig wellenförmigen Rand der verbleibenden Trägerfolie
i zu erzielen, ist die Behandlungstiefe
möglichst groß, mindestens
etwa gleich dem Abstand von Lochmitte zu Lochmitte. In einem praktischen Ausführungsbeispiel
beträgt die Tiefe der Behandlung etwa i mm, die Länge einer Bohrung etwa 1,2 mm,
ihre Breite etwa 0,2 mm, und der Abstand von Bohrungsmitte zu Bohrungsmitte ist
rund 1,5 min groß.
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Durch die chemische oder elektrochemische Beltandlung, durch die das
Metall der Trägerfolie aufgelöst und entfernt oder oxydiert wird, ist die Trägerfolie
in mehrere elektrisch leitende Streifen aufgeteilt, die voneinander durch die behandelten
Bereiche elektrisch isoliert sind. Sie werden aber auch bei der teilweisen Auflösung
und Entfernung der Trägerfolie mindestens durch die stehengebliebenen Teile der
Lackschichten :2 und 3 mechanisch zusammengehalten. Für die Herstellung von Kondensatoren
werden nun bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der weiteren Erfindung diese
einzelnen Streifen der Trägerfolien voneinander mechanisch getrennt. Hierzu dienen
gleichfalls die Durchbohrungen 4, 5 bzw. 6, die die gesamten Folien bzw. die allein
stehengebliebenen Lackschichten 2, 3 so schwächen, daß die verbleibenden Streifen
der Trägerfolie voneinander durch Reißen entlang der Perforierungslinie 4., 5, 6
einwandfrei getrennt werden können.
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In Fig.3 ist in perspektivischer Ansicht ein Schnitt durch eine in
dieser Weise hergestellte Folie in vergrößertem Maßstab gezeigt. In ihr bedeutet
1' z. B. den in der Fig. 2 links gebildeten Streifen i' der Trägerfolie. Auf dieser
Trägerfolie liegen die Lackschichten 2, 3', die infolge der vorher geschilderten
chemischen Behandlung den Rand des verbliebenen Streifens i' der Trägerfolie in
ihren Rändern weit überragen. Die linke Kante des in Fig.3 dargestellten Streifens
ist glatt, da diese Kante nicht durchbohrt worden ist, sondern bei der chemischen
und/oder elektrochemischen Behandlung der Trägerfolie randgeätzt ist. Die rechte
Kante dieser Folie zeigt dagegen die Durchbohrungen 4 mit den beim Auseinanderreißen
der Trägerfoliestreifen stehengebliebenen Stegen 9. Der in Fig. 3 gezeigte Streifen
kann nun vorzugsweise auf beiden Seiten mit Metallschichten io, 11, 12, 13 versehen
und in der im Hauptpatent beschriebenen Weise zu einem Kondensator weiterverarbeitet
werden.
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Ein sehr vorteilhaftes Verfahren zur Durchführung der erfindungsgemäßen
Vorschläge ist in den Fig. 4, 5, 6 a, 6 b und 6 c gezeigt. In der Fig. 4 bedeutet
31 eine Vorratsrolle einer Metallfolie, die als Trägerfolie für die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen soll. Sie wird in Richtung des Pfeiles 32
über eine Umlenkrolle 33 von der Vorratsrolle abgezogen und durch eine nur schematisch
dargestellte Lackiereinrichtung 34 geführt, in der die blanke Trägerfolie i beidseitig
den Lackschichten 2, 3 versehen wird. Die so beidseitig lackierte Folie wird dann
über eine Umlenkrolle 35 zu einer Vorratsrolle 36 geführt und steht danach der weiteren
Bearbeitung zur Verfügung. Sie kann also in dieser Form gegebenenfalls aufbewahrt
oder sofort anschließend zu einer weiteren Fertigungseinrichtung gebracht werden.
Diese folgende Fertigungseinrichtung ist in Fig. 5 gezeichnet. In ihr stellt wiederum
36 die Vorratsrolle der beidseitig lackierten Trägerfolie i dar. Sie gleitet in
Richtung des Pfeiles 37 über die Umlenkrolle 38 zunächst an einer oder mehreren
nebeneinanderliegenden Schneidevorrichtungen 39 vorbei. Jede dieser Schneidevorrichtungen
besteht aus einem zahnradähnlichen Schneiderad, das beim Vorbeigleiten der Folie
mit seinen scharf angespitzten Zähnen 39' die gewünschten Lochreihen 4, 5 bzw. 6
in die beidseitig lackierte Folie schneidet. Durch das Vorbeigleiten entstehen also
in der Folie die in Fig. 2 gezeigten Lochreihen .4 bis 6. Nach Umlenkung durch die
Rollen 40, 41 taucht diese Folie in das chemische bzw. elektrochemische Behandlungsbad
42 ein, wird dort durch die Umlenkrolle 43 wieder herausgeführt und gleitet über
die Rollen 44, 45 in ein zweites Behandlungsbad 46. Nach Umlenkung durch die Rollen
47, 48 und 49 wird dann die Folie durch ein Reinigungsbad 5o geführt, in dem die
Folie z. B. durch die Sprüheinrichtungen 51, 52 und 53 beidseitig gut mit Wasser
oder sonstigen reinigenden Flüssigkeiten gespült und von Resten der Elektrolyten
in den Behandlungsbädern 42, 46 gereinigt wird. Nach Umlenkung durch die Rolle 54
gleitet dann die Folie durch eine Trockenvorrichtung 55, die nur schematisch dargestellt
ist. Als besonders vorteilhaft hat sich, wie schon oben erwähnt, eine elektrochemische
Behandlung der Folie mittels Strom wechselnder Polarität, insbesondere finit Wechselstrom
herausgestellt. Um dies durchzuführen, sind in den Bädern 42, 46 Elektroden 56,
57 vorgesehen, die über einen die Stromstärke regelnden Widerstand 58 z. B. an den
Transformator 59 angeschlossen sind, dessen Primärseite an das Wechselstromnetz
angeschlossen ist.
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In Fig. 6a ist die Trockeneinrichtung 55 nochmals schematisch dargestellt.
Von links gleitet die von der Umlenkrolle 54 (Fig. 5) kommende Folie, in der die
Ätzstreifen 4 bis 8 durch gestrichelte Linien dargestellt sind, in die Trockeneinrichtung
ein und wird dort in geeigneter, nicht näher dargestellter Weise getrocknet. Sie
gleitet dann auf der rechten Seite der Trockenvorrichtung 55 wieder heraus und wird
über eine Führungsrolle 6o geführt. Hinter dieser Führungsrolle sind für jeden nach
dem Ätzen verbliebenen Trägerfolienstreifen je eine Vorratsrolle 61, 62, 63, 64
vorgesehen, deren Achsen in der gezeichneten Weise für benachbarte Trägerfolienstreifen
gegeneinander versetzt sind. Durch diese Anordnung der Vorratsrollen 61 bis 64 werden
also die einzelnen Streifen in verschiedenen Ebenen weitergeführt. Dadurch wird
die Folie jeweils längs der Durchbohrungsstreifen 4 bis 6 zerrissen, wodurch sich
besondere Schneidevorrichtungen für das Auseinanderschneiden der stehengebliebenen
Trägerfolienstreifen erübrigen.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsart wird die von der Trockeneinrichtung
55 kommende Folie, wie dies in Fig. 6b gezeichnet ist, nicht längs den Durchbohrungsreihen
4, 5, 6 zerrissen, sondern in ihrer ganzen Breite auf eine Vorratsrolle 65 aufgewickelt.
Dieses
Verfahren hat den großen Vorteil, daß bei ihm die durch das erfindungsgemäße Verfahren
der Durchbohrungsreihen gegebenen Möglichkeiten der Behandlung breiter Folien voll
ausgenutzt werden. Die Vorratsrolle 65 kann nämlich jetzt weiteren Arbeitsgängen
unterworfen werden, bevor ihre Aufteilung in die einzelnen Kondensatorenfolien erfolgt.
So empfiehlt es sich, die Vorratsrolle einem besonderen Trocknungs- und Evakuierungsverfahren
zu unterwerfen, indem die Vorratsrolle in eine Unterdruckkammer gebracht und dort
vorzugsweise erwärmt wird, wobei die letzten von den chemischen Behandlungs- und
Reinigungsbädern an der Rolle noch haftengebliebenen Flüssigkeitsreste von der Folie
entfernt werden.
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Bei sehr breiten Folien, die insbesondere nach dem Herausziehen von
isolierenden Streifen zwischen den dünnen Lackschichten 2, 3 nur verhältnismäßig
schwierig ohne Bildung von Falten zusammenhängend aufgewickelt werden können, oder
bei Folien mit vielen derartigen Ätzstreifen ist es ferner von Vorteil, in der in
Fig. 6 c dargestellten Weise zu verfahren und die von der Einrichtung gemäß Fig.
5 kommenden Folien nach Durchlaufen der Trocknungseinrichtung 55 in z. B. drei Folienstreifen
längs einzelner Durchbohrungsstreifen auf Vorratsrollen aufzuwickeln. In dem in
Fig. 6 c gezeichneten Ausführungsbeispiel besitzt die von der Einrichtung gemäß
Fig. 5 kommende Folie z. B. sieben Ätzstreifen, die in der Fig. 6c durch gestrichelte
Linien dargestellt sind. Die gleichzeitig mit dem Herausätzen der inneren Streifen
geätzten Randstreifen sind ebenfalls durch gestrichelte Linien angedeutet. Nach
Durchlaufen der Trocknungseinrichtung 55 läuft dann die Folie wieder über eine Führungsrolle
6o und wird dann von den Vorratsrollen 66, 67, 68 in den jeweils gewünschten Breiten
längs den entsprechenden Ätzstreifen zerrissen und aufgerollt. Wie aus der Fig.
6 c ersichtlich ist, brauchen diese Streifen nicht alle gleiche Breite zu haben,
sondern können untereinander gleich oder verschieden breit sein.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der- Erfindung empfiehlt es sich ferner,
zur Ausnutzung der durch das erfindungsgemäße Verfahren gebotenen Möglichkeiten
die von den Vorratsrollen 65 bzw. 66, 67, 68 kommenden Folien in ihrer ganzen Breite
durch eine Metallisierungseinrichtung in einem durchlaufenden Verfahren zu führen,
in der die Folien mit den auf den Isolierstoffschichten 2, 3 aufzubringenden Metallschichten
bedampft werden. Eine in dieser Weise behandelte Folie ist in Fig. 7 a perspektivisch
im Schnitt dargestellt. In ihr stellt i' die metallischen Streifen der Trägerfolie
dar, die nach dem chemischen oder elektrochemischen Behandlungsvorgang stehengeblieben
sind. Die diese Folienstreifen bedeckenden Lackschichten sind wieder mit 2, 3 bezeichnet.
Diese Lackschichten sind wiederum bei 4., 5 und 6 in der oben geschilderten Weise
durchbohrt, so daß in der oben geschilderten nachfolgenden Behandlung der Trägerfolie
die Randisolierungsstreifen 7, 8 und die inneren Isolierungsstreifen 4', 5', 6'
entstanden sind. Die in dieser Weise ausgebildete, z. B. auf die Vorratsrolle
65 (Fig.6b) aufgewickelte Folie ist dann durch eine Verdampfungseinrichtung
geführt, in der -auf die Isolierschichten 2, 3 unter Freilassung der gewünschten
metallfreien Streifen 14, 15 die Metallschichten 70, 71 aufgebracht sind. Zur Herstellung
von Kondensatoren wird nun diese Folie zu einem Kondensatorwickel aufgewickelt,
der in Fig. 7b dargestellt ist. Danach erfolgt erst das Zerschneiden, insbesondere
Zersägen, des Wickels in die gewünschten Kondensatorlängen. Dies erfolgt z. B. längs
der in den Fig. 7a und 7b gezeigten strichpunktierten Linien in der Mitte der metallfreien
Streifen 14, 15 und/oder der Lochreihen 4, 5 oder 6. Dabei kann die Länge der durch
die Schnitte hergestellten Kondensatorwickel dem Bedarf entsprechend gewählt werden;
insbesondere ist es auf die gezeigte Weise in einfacher Weise auch möglich, einen
Kondensator herzustellen, dessen Belegungen mehrfach hintereinandergeschaltet sind.
So wird z. B. bei dem am rechten Ende des Wickels gemäß Fig. 7b abgeschnittenen
Wickel 69 die dreifache Spannungsfestigkeit erzielt gegenüber dem aus dem
Wickel 7o hergestellten Kondensator, weil bei dem Wickel 69 die Trägerfolienstreifen
i' und die auf der Oberfläche der Lackschichten aufgebrachten Gegenbelegungen 7o
dreimal hintereinandergeschaltet sind, wobei sich die Kapazität eines solchen Kondensators
bei gegebener Gesamtlänge der aufgewickelten Folien auf den dritten Teil vermindert.