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Verfahren zum Herstellen von elektrischen Bauelementen nach Art der
gedruckten Schaltungen Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen
von elektrischen Bauelementen nach Art der gedruckten Schaltungen und insbesondere
zum Herstellen von Rotoren für elektrische Motoren und Generatoren mit axialem Luftspalt.
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übliche elektrische Bauelemente nach Art der gedruckten Schaltungen
werden in der Regel derart hergestellt, daß man von einem Hartpapier oder ähnlichem
Basismaterial ausgeht, das mit einer Metallfolie kaschiert ist. Diese wird teilweise
entsprechend dem Leitermuster abgedeckt und sodann das nicht abgedeckte Metall durch
einen Ätzvorgang entfernt, so daß die Metallfolie nur dort erhalten bleibt, wo sie
gewünschten Leiterbahnen entspricht. Ein schwerwiegender Nachteil dieses Verfahrens
besteht darin, daß es zu seiner Ausführung stets des metallfolienkaschierten Kunststoffbasismaterials
bedarf; diese Methode eignet sich daher ausschließlich für diese eine Art von Ausgangsmaterial
und ist beispielsweise vollkommen ungeeignet, wenn als Träger für die Leiterzüge
Metalle, ferromagnetische Werkstoffe oder Keramik benutzt werden soll.
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Dieser Nachteil macht sich besonders störend bemerkbar bei der Herstellung
von Rotoren nach Art gedruckter Schaltungen, da für solche, insbesondere zur Anwendung
in Wechselstrommotoren und Generatoren mit axialem Luftspalt ein Basismaterial mit
magnetischen Eigenschaften erforderlich ist. Ebenso ist es ungeeignet für die Anfertigung
von elektrischen Bauelementen zur Verwendung bei höheren Temperaturen, da metallkaschierte
Kunststoffe diesen nicht standhalten. Wohl aber ist dies der Fall für Keramik, Glas
od. dgl.
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Es ist ferner bekannt, gedruckte Schaltungen dadurch herzustellen,
daß man eine mit einem Kleber versehene Metallfolie vermittels eines dem gewünschten
Leitermuster nachgebildeten Stempels, der erhitzt ist, in eine nicht vollständig
ausgehärtete Kunststoffträgerplatte, beispielsweise in eine Phenolharz oder Melaminharzplatte
eindrückt und dieserart eine Prägung herstellt. Hierbei sind die Fohenteile, welche
dem gewünschten Leitermuster entsprechen, eingepreßt, indessen die überflüssigen
Folienteile erhaben liegen und in einem nachfolgenden Arbeitsgang, beispielsweise
durch Abschleifen, entfernt werden.
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Dieses Verfahren hat sich bis jetzt in die Praxis nicht einführen
können, da es bei gleicher Unwirtschaftlichkeit bezüglich des Kupferverbrauches
lediglich ungleich komplizierter ist als das vorangehend beschriebene, übliche Folienätzverfahren.
Es weist wie dieses als schwerwiegenden Nachteil auf, daß es lediglich für eine
ganz bestimmte Sorte von Basismaterial verwendbar ist, und zwar lediglich für nicht
voll ausgehärtete Kunststoffplatten.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es., die vorbeschriebeen Nachteile
der bekanntgewordenen Verfahren zu vermeiden, insbesondere aber Bauelemente nach
Art der gedruckten Schaltungen - und hier besonders Rotoren dieser Art für elektrische
Maschinen mit axialem Luftspalt - auf einer Vielzahl geeigneter Materialien, einschließlich
magnetischen Werkstoffen, üblichen Nichtleitern, Keramik, Glas und Metallen auszubilden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß die Oberfläche eines
geeigneten Basismaterials durch Atzen in, bestianmten, einem vorgegebenen Muster
entsprechenden Gebieten abgebaut wird, daß sodann die ganze Oberfläche des Basismaterials,
bestehend aus geätzten und urgeätzten Teilen, mit leitfähigem Material überzogen
wird und daß dieses leitfähige Material von den Gebieten, welche nicht geätzt worden
waren, wieder entfernt wird.
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Zum Herstellen des Ätzmusters auf der Basismaterialoberfiäche kann
man sich zweckmäßigerweise der bekannten Verfahren bedienen, einschließlich der
sogenannten Lichtdruckverfahren. Ebenso kann man sich hierzu der Verfahren bedienen,
bei denen galvanisch oder stromlos entsprechende Metalldeckschichten ausgebildet
werden.
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Hierbei werden alle jene Oberflächen, welche nicht abgeätzt werden
sollen, durch Aufbringen einer Schutzschicht abgedeckt. Beispielsweise kann das
Muster der nicht abzuätzenden Oberflächengebiete
im Photodruck
hergestellt werden. Nach dem Ätzen wird zweckmäßigerweise die Abdeckschicht entfernt
und sodann, vorzugsweise durch galvanische Abscheidung, eine leitfähige Schicht,
beispielsweise eine Kupferschicht, auf der ganzen Oberfläche des Basismaterials,
also sowohl auf den geätzten als auch auf den ungeätzten Gebieten aufgebaut. Anschließend
wird die auf den nicht abgeätzten Gebieten des Basismaterials aufgebaute, leitfähige
Metallschicht, vorzugsweise durch Planschleifen, entfernt.
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Dieses erfindungsgemäße, im nachfolgenden noch näher beschriebene
Verfahren zum Herstellen von elektrischen Bauelementen nach Art der gedruckten Schaltungen
eignet sich besonders vorteilhaft zur Anfertigung von Rotoren für Maschinen der
eingangs erwähnten Art mit axialem Luftspalt. Für derartige Wechselstrom-Induktions-Motoren
ist vorgeschlagen worden, als Rotor eine Eisenscheibe zu verwenden, welche auf der
Seite, welche der, vorzugsweise gedruckten Feldwicklung zugekehrt ist, eine Kupferauflage
besitzt. Die in dem Kupfer durch den wechselnden Magnetfluß hervorgerufenen Ströme
führen zum Ausbilden eines Drehmomentes und damit zu einer Drehbewegung des Rotors.
Um die magnetische Kupplung zwischen dem Rotor und der Statorwicklung zu verbessern,
ist es wünschenswert, einen Teil der Kupferauflage durch ein magnetisches Material
zu ersetzen, um auf diese Weise den wirksamen Luftspalt zu verringern und so die
Feldstärke zu erhöhen.
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Für die wirtschaftliche und technisch einfache Herstellung solcher
Rotoren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann als Basismaterial ein Stoff mit
geeigneten, magnetischen Eigenschaften dienen, beispielsweise eine Scheibe aus magnetisch
weichem Eisen. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als besonders
vorteilhaft erwiesen, als Basismaterial eine Scheibe zu benutzen, die durch Aufwickeln
eines Blechstreifens aus Material mit geringen Verlusten, beispielsweise aus Si-legiertem
Blech, hergestellt wird. Um einer solchen gewickelten Scheibe den erforderlichen
mechanischen Halt zu geben, kann diese vorteilhafterweise mit einer dünnen Stahlscheibe
mechanisch fest verbunden werden.
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Im folgenden soll die Erfindung an Hand einer beispielsweisen Darstellung
näher beschrieben werden. F i g. 1 zeigt einen Rotor für eitre elektrische Maschine
mit axialem Luftspalt, welche nach dem erfindungsgemäßen HersmIlverfahren angefertigt
ist.
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F i g. 2 zeigt den gleichen Rotor im Schnitt und die F i g. 3 a bis
3f sind Teil-Schnitt-Darstellungen einzelner Verfahrensstufen.
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In F i g. 1 ist ein Rotor, wie er für Wechselstrom-InduktionsMotoren
mit axialem Luftspalt nach Raymond und Henry-Baudot geeignet ist, mit 10 bezeichnet.
Dieser Rotor 10 besteht aus einer Scheibe 11 aus ferromagnetischem Material auf
der sich in den mit 12 bezeichneten Gebieten Kupferschichten befinden. Der Rotor
kann an einem geeigneten Schaft 13 montiert werden.
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In F i g. 2 ist der gleiche Rotor dargestellt; 11 bezeichnet wieder
die Scheibe aus ferromagnetischem Material und 12 die Gebiete mit Kupfer, 13 ist
wieder der Schaft des Rotors.
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In den F i g. 3 a bis 3 f wird das Verfahren zum Herstellen eines
solchen Rotors in seinen einzelnen Stufen beispielsweise dargestellt. In F i g.
3 a ist das Basismaterial für die Scheibe aus ferromagnetischem Stoff 11 im Schnitt
dargestellt.
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Wie in F i g. 3 b gezeigt, wird dessen Oberfläche beispielsweise mit
einer S_hicht eines Photoresists, wie es für den Photodruck bekanntgeworden ist,
beschichtet. Diese Schicht ist mit 14 bezeichnet. Nach dem Beschichten wird diese
Schicht durch ein Negativ nach der bekannten Technik des Photodruckes belichtet
und anschließend entwickelt. Danach bleiben lediglich die belichteten Gebiete des
Photoresists erhalten, und diese bilden das Muster der Oberfläche des Basismaterials
11, welche nicht abgeätzt werden soll. Dieses Muster ist in F i g. 3 c mit 14 bezeichnet.
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Das Ätzen erfolgt in einem zum Abbau des verwendeten Eisens geeigneten
Bad oder indem die Oberfläche in anderer Weise mit einer solchen Ätzlösung in Berührung
gebracht wird. Hierdurch wird, wie in F i g. 3 d dargestellt, das ungeschützte Eisen
abgebaut. Die abgebauten Gebiete sind in dieser Figur mit 15 bezeichnet. Anschließend
wird zweckmäßigerweise das Ätzresist 14 vorzugsweise durch Abreiben entfernt. Nunmehr
wird die ganze Oberfläche, beispielsweise mit Kupfer, plattiert. In F i g. 3 e ist
diese vorzugsweise galvanisch aufgebrachte Schicht 17 dargestellt, die sowohl die
abgeätzten Oberflächenteile 15 als auch die nicht geätzten Teile 16 des Basismaterials
11 überzieht. Die Dicke eurer solchen Schicht 17, die beispielsweise aus Kupfer
besteht, kann z. B. 0,1 mm betragen.
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Schließlich wird das leitfähige Metall 17, soweit es sich in
Gebieten befindet, welche nicht geätzt worden waren (16), durch Abschleifen, Abdrehen
oder in anderer geeigneter Weise vollkommen entfernt, so daß eine einheitliche Oberfläche
entsteht, in der sowohl die ungeätzten Teile 16 als auch die geätzten und mit leitfähigem
Metall ausgefüllten Teile 12 eine Ebene bilden (F i g. 3 f).
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Die vorstehende Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens an Hand
des Beispieles der Herstellung eines Rotors zeigt auch zugleich, in welcher Weise
das Verfahren ganz allgemein zum Herstellen von elektrischen Bauelementen nach Art
der gedruckten Schaltungen dient. Beispielsweise kann das Basismaterial 11 in einem
solchen Falle aus einem geeigneten Isolator bestehen, vorzugsweise einem solchen
homogener Art, wie beispielsweise Glas. Dann dienen die in den F i g. 3 a bis 3
f W schriebenen Verfahrensschritte dazu, um auf dem Isoliermaterial Leiterzüge nach
einem beliebigen Leitermuster auszubilden, wobei als leitfähiges Material in einem
solchen Falle vorzugsweise Kupfer dient.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann hierbei zum Herstellen
der Leiterzüge mit Vorteil von der »stromlosen« Abscheidung von Metallen, vorzugsweise
von Kupfer, Gebrauch gemacht werden.