DE4218872A1 - Verfahren zur herstellung von gestapelten oder gewickelten kondensatoren aus metallisierten naphthalinpolyethylenfolien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ge­ stapelten oder gewickelten Kondensatoren, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren unter Verwendung von metallisierten Naphthalinpolyethylenfolien.

Um gestapelte oder gewickelte Kondensatoren herzustellen, be­ nutzt man heute im allgemeinen eine Kunststoffolie, wie z. B. eine metallisierte scheibchenförmige Folie aus Polyester, Polypropylen, Polysulfon oder Polykarbonat. Im allgemeinen stammen diese Scheibchen von einer Rolle metallisierter Kunststoffolie großer Breite, die so geschnitten wird, daß Scheibchen mit einem metallisierten Bereich und einem nicht metallisierten Randbereich gebildet werden. Um einen Konden­ sator herzustellen, legt man mindestens zwei Folien dieses Typs übereinander, wobei deren nicht metallisierter Randbe­ reich an gegenüberliegenden Seiten angeordnet wird, so daß ein aus einer Folie gerader und einer Folie ungerader Ordnung bestehendes Folienpaar erhalten wird. Um einen Stapelkonden­ sator zu erhalten, wird in bekannter Weise mindestens ein Folienpaar mit einer festgelegten Zahl von Umdrehungen auf ein Rad von großem Durchmesser gewickelt, so daß ein kapazi­ tives Band erhalten wird, welches abwechselnde Schichten von gerader und ungerader Ordnung aufweist. Um einen Wickelkon­ densator zu erhalten, wird mindestens ein Folienpaar um einen Dorn oder dergleichen gewickelt. Danach wird in beiden Fällen jede der Seitenflächen des kapazitiven Bandes bzw. des ge­ wickelten Kondensators, mit einem elektrisch leitenden Ma­ terial überzogen, um die elektrischen Anschlüsse herzustel­ len. Dieses Überziehen wird während eines "Schoopen" genann­ ten Arbeitsschrittes durch Metallisierung der Schichten glei­ cher Ordnung erreicht.

Seit vielen Jahren wird versucht, durch die Verwendung ande­ rer Arten von metallisierten Kunststoffolien als den oben genannten Kunststoffolien die Stabilität der Eigenschaften, insbesondere die Temperaturstabilität, zu verbessern. Nun sind in den letzten Jahren metallisierte Folien aus Naphtha­ linpolyethylen im Handel erhältlich. Das Naphthalinpolyethy­ len weist, insbesondere hinsichtlich seiner Schmelztemperatur und seiner Glasübergangstemperatur, eine Vielzahl von Vortei­ len auf. Dennoch hat man bei der Verwendung dieses Materials als solchem zur Herstellung von gestapelten oder gewickelten Kondensatoren festgestellt, daß die so erhaltenen Kondensato­ ren für Anwendungen wie dem Bestücken durch Schwallöten oder durch Dampfphasenabscheidung sowie bei allen Anwendungen, die eine erhöhte Temperatur erfordern, untauglich sind.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zur Herstellung von gestapelten oder gewickelten Kondensatoren aus metallisierten Naphthalinpolyethylenfolien bereitzustellen, das die vorstehenden Nachteile nicht be­ sitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von gestapelten oder gewickelten Kondensato­ ren, die durch Aufstapeln und Schneiden zu Einheitsblöcken oder durch Aufwickeln von metallisierten Naphthalinpolyethy­ enfolien erzeugt werden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens nach der Phase des Aufstapelns, bei den Stapelkon­ densatoren, bzw. nach der Phase des Aufwickelns, bei den Wic­ kelkondensatoren, die Kondensatoren mindestens einer Wärmebe­ handlung bei einer Temperatur zwischen 240°C und 295°C wäh­ rend einer Dauer von mindestens einer Stunde unterworfen wer­ den.

Durch diese Wärmebehandlung wird der Kristallisationsgrad der Naphthalinpolyethylenfolie erhöht. Dabei wird außerdem die Schmelzenthalpie und folglich der Schmelzpunkt der Zusammen­ setzung erhöht, wodurch die Temperaturstabilität des so er­ haltenen Produkts verbessert wird. Die Anmelderin hat gefun­ den, daß diese Wärmebehandlung nur nach der Phase des Auf­ stapelns, bei den Stapelkondensatoren, bzw. nach dem Aufwic­ keln, bei den Wickelkondensatoren, durchgeführt werden darf, um Kondensatoren mit geeigneten mechanischen Eigenschaften zu erhalten.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfin­ dung, welche die elektrischen Eigenschaften der fertigen Kon­ densatoren verbessert, wird die Wärmebehandlung bzw. werden die Wärmebehandlungen im Falle der gestapelten Kondensatoren an den Einheitsblöcken, d. h. nach der Phase des Schneidens, durchgeführt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung werden die Kondensatoren der Wärmebehandlung in meh­ reren Stufen unterworfen, wobei jede Stufe bei einer unter­ schiedlichen Temperatur durchgeführt wird. Die verschiedenen Stufen werden vorteilhaft mit ansteigenden Temperaturen aus­ geführt, wobei sich die Temperaturen zweier aufeinanderfol­ gender Stufen um wenigstens so voneinander unterscheiden.

Gemäß der Erfindung werden die verschiedenen Stufen der Wär­ mebehandlung daher so ausgeführt, daß sie dem folgenden Ge­ setz gehorchen:

worin Ti die Temperatur einer Stufe und ti die Dauer die­ ser Stufe bedeuten.

Gemäß eines weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der m Falle der gestapelten Kondensatoren ein relativ kompaktes und starres kapazitives Band erhalten und so das Zerschneiden in Einheitsblöcke ohne Aufspaltung der Schichten erleichtert wird, führt man vor der Phase des Schneidens eine erste ther­ mische Behandlung durch, die das Versteifen des Stapels er­ laubt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die thermische Behandlung ein Härten bei einer Temperatur zwi­ schen 140 und 240°C während einer Dauer zwischen einer Stunde und sechs Stunden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer erfindungsgemäßen Ausfüh­ rungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung, worin

Fig. 1 bis 5 schematische Darstellungen der verschiedenen Stufen des Verfahrens zur Herstellung eines Stapel­ kondensators aus metallisierten Naphthalinpolyethy­ lenfolien sind und

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines gestapelten Ein­ heitskondensators ist, der dem Verfahren gemäß der Erfindung unterworfen wird.

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezug auf die Herstel­ lung eines Stapelkondensators aus metallisierten Naphthalin­ polyethylenfolien beschrieben. Dennoch ist es für einen Fach­ mann offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung auch bei Wickelkondensatoren aus metallisierten Naphthalinpolyethylen­ folien angewendet werden kann. In diesem Fall wird das Auf­ wickeln in bekannter Weise auf einen Dorn oder dergleichen so durchgeführt, daß direkt ein einzelner Kondensator erhalten wird, auf den die Wärmebehandlung im Einklang mit der vorlie­ genden Erfindung Anwendung findet.

Die verschiedenen Stufen zur Herstellung eines gestapelten Kondensators werden unter Bezug auf die das Standardherstel­ lungsverfahren betreffenden Fig. 1 bis 5 kurz beschrieben; dieses Verfahren ist dem Fachmann gut bekannt. Wie in Fig. 1 gezeigt, beinhaltet das Verfahren eine erste Stufe, die darin besteht, eine von einer Naphthalinpolyethylenfolie gebildete Kunststoffolie 1 von großer Breite über ihre ganze Breite zu metallisieren. Diese Metallisierung wird beispielsweise durch Verdampfen eines Metalls M wie Aluminium, Zink, Zinn oder einer Legierung auf der Grundlage dieser Metalle in einer Maschine 2 zum Aufdampfen unter Vakuum von bekannter Art durchgeführt. Diese Maschine trägt in bekannter Weise Masken C, um auf der großen, breiten Folie direkt nicht metallisier­ te Bereiche zu erhalten.

In einer zweiten Stufe wird die so metallisierte Naphthalin­ polyethylenfolie zu Folien mit der gewünschten Breite ge­ schnitten, so daß die zur Herstellung des Kondensators ver­ wendeten Scheibchen erhalten werden. Diese Scheibchen müssen aus Folien gerader und ungerader Ordnung gebildet werden. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird die metallisierte Naphthalinpolyethy­ lenfolie 1 von großer Breite in der Mitte A der Randbereiche m und in der Mitte A′ der metallisierten Bereiche mß zwischen zwei Randbereichen geschnitten.

Anschließend werden in bekannter Weise, wie in Fig. 3 ge­ zeigt, die beiden Folien f, f′ gerader bzw. ungerader Ord­ nung, auf ein Rad R mit großem Durchmesser aufgewickelt. Im allgemeinen wird beim Aufwickeln der "geraden" und "ungera­ den" Folien zwischen den beiden zuvor genannten Folien eine Verschiebung erzeugt, um später Kurzschlüsse zu vermeiden. Durch dieses Aufwickeln auf ein Rad mit großem Durchmesser wird ein kapazitives Band erhalten.

Danach wird in bekannter Weise, wie in Fig. 4 gezeigt, auf jede Seite des so erzeugten kapazitiven Bandes eine Metalli­ sierung gesprüht, um so die seitlichen elektrischen Verbin­ dungen zu erhalten. Diese Metallisierung wird vorzugsweise durch "Schoopen" hergestellt. Dieses Verfahren gestattet, auf einer Seite die geraden Folien f und auf der anderen Seite die ungeraden Folien f′ zu verbinden. Man erhält so einen Mutterkondensator, der später in einzelne Kondensatoren zer­ schnitten wird.

Vorzugsweise werden die so gewickelten Räder erfindungsgemäß einem Härten zur Stabilisierung der Naphthalinpolyethylenfo­ lie ausgesetzt. Dieses Härten wird bei einer Temperatur zwi­ schen 140°C und 240°C während einer Zeit zwischen einer Stun­ de und sechs Stunden ausgeführt. Durch dieses stabilisierende Härten wird eine Versteifung und eine Kompaktheit der gesta­ pelten Elemente erreicht, was das Zerschneiden in Einheits­ kondensatoren erleichtert, wobei eine Aufspaltung der Schich­ ten vermieden und gut isolierte Schnittflächen erhalten wer­ den.

Wie in Fig. 5 gezeigt, werden die nach der thermischen Be­ handlung erhaltenen Mutterkondensatoren R1 danach zu Ein­ heitskondensatoren geschnitten. Dieser Arbeitsschritt des Schneidens wird beispielsweise mittels einer Kreissäge S durchgeführt, wobei der Mutterkondensator R1 in Kontakt mit einem regelbaren Anschlag, wie dem System B, gebracht wird. Das in Kontakt mit dem Anschlag B stehende Ende des Mutter­ kondensators R1 wird beispielsweise durch eine Zange P in Position gehalten, die, wenn der einzelne Kondensator C ein­ mal abgeschnitten ist, diesen zu einer nicht gezeigten Lager­ station bringt, wo die Einheitskondensatoren erfindungsgemäß einer Wärmebehandlung unterworfen werden.

Die Einheitskondensatoren C sind im allgemeinen von parallel­ flächiger rechteckiger Form, wie in Fig. 6 gezeigt. Jeder Kondensator C besteht aus einem Stapel von abwechselnd gera­ den und ungeraden Schichten 1 und 2, wobei jede Schicht aus einer das Dielektrikum bildenden Naphthalinpolyethylenfolie besteht. Jede dielektrische Folie besitzt auf einer ihrer Seiten einen metallisierten Bereich 7 und einen nicht metal­ lisierten seitlichen Randbereich. Andererseits trägt sie, wie in Fig. 6 gezeigt, durch "Shoopage" abgeschiedene elektrische Verbindungen auf jeder der Seitenflächen 4 und 5 des Konden­ sators.

Um fertige Kondensatoren zu erhalten, die insbesondere beim Bestücken mittels Schwallöten oder Dampfphasenabscheidung oder bei Montagen, die Zuverlässigkeitstests bei hoher Tempe­ ratur nötig machen, verwendet werden können, werden die Ein­ heitskondensatoren C, die nach der Phase des Schneidens er­ halten wurden, erfindungsgemäß einer Wärmebehandlung bei ei­ ner Temperatur zwischen 240°C und 295°C während einer Dauer von wenigstens einer Stunde unterworfen. Diese Wärmebehand­ lung erlaubt, den Kristallisationsgrad der dielektrischen Folie aus Naphthalinpolyethylen und folglich deren Schmelz­ punkt zu erhöhen. Vorzugsweise werden die Einheitskondensato­ ren der Wärmebehandlung in mehreren Stufen unterworfen, wobei jede Stufe bei einer unterschiedlichen Temperatur zwischen 240°C und 295°C durchgeführt wird. Die verschiedenen Stufen werden vorzugsweise in der Reihenfolge ansteigender Tempera­ turen mit einer Temperaturdifferenz zwischen den aufeinander­ folgenden Stufen von wenigstens SOG durchgeführt. Die Anzahl der Stufen sowie die Dauer dieser Stufen, welche die ge­ wünschten thermischen Eigenschaften ergeben, sind variabel. Die gewünschten thermischen Eigenschaften für die Zusammen­ setzung werden erreicht, wenn die Aufeinanderfolge der ver­ schiedenen Stufen dem folgenden Gesetz gehorcht:

worin ti die Dauer einer Stufe der Wärmebehandlung bei einer Temperatur Ti, Ti die Temperatur einer Stufe der Wärmebehand­ lung und in 2 den natürlichen Logarithmus von 2 bedeuten. Im folgenden werden verschiedene praktische Ausführungsbeispiele dieser Stufen der Wärmebehandlung gegeben.

Beispiel 1

Die Einheitskondensatoren C wurden in drei Stufen der Wärme­ behandlung unterworfen, d. h. in einer ersten Stufe bei 240°C während einer Dauer von drei Stunden, danach in einer zweiten Stufe bei 250°C während einer Dauer von zwei Stunden und an­ schließend in einer dritten Stufe bei 265°C während einer Dauer von drei Stunden. Die so erhaltenen Kondensatoren wer­ den dem bekannten Test des Schwallötens unterworfen, d. h., sie werden einer Temperatur von 260°C während zehn Sekunden ausgesetzt. Die so behandelten Kondensatoren zeigen nach die­ sem Test keinerlei Veränderung, während die Einheitskondensa­ toren, die eine Naphthalinpolyethylenfolie verwenden und ohne Wärmebehandlung dem gleichen Test unterworfen werden, schmel­ zen.

Beispiel 2

Die nach der Phase des Schneidens erhaltenen Einheitskonden­ satoren werden in drei Stufen einer Wärmebehandlung unterwor­ fen, d. h. in einer ersten Stufe bei 240°C während einer Dauer von drei Stunden, danach in einer zweiten Stufe bei 265°C während einer Dauer von zwei Stunden und in einer dritten Stufe bei 270°C während einer Dauer von zwei Stunden. Die erhaltenen Kondensatoren, die dem oben beschriebenen Test des Schwallötens ausgesetzt wurden, waren nach diesem Test unver­ ändert.

Beispiel 3

Die nach der Phase des Schneidens erhaltenen Einheitskonden­ satoren werden in zwei Stufen einer Wärmebehandlung unterwor­ fen, d. h. in einer ersten Stufe bei 240°C während einer Dauer von drei Stunden und in einer zweiten Stufe bei 260°C während vier Stunden. Die am Ende dieser Wärmebehandlung erhaltenen Kondensatoren werden dem oben genannten Test des Schwallötens unterworfen und zeigen nach diesem Test keinerlei Verände­ rung.

Die Anmelderin hat also gefunden, daß es möglich ist, durch Behandeln der Einheitskondensatoren nach der Phase des Schneidens Kondensatoren zu erhalten, die eine gewisse Anzahl von Temperaturbeanspruchungen ertragen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann diese Behandlung bei gestapelten Kondensatoren auch nach dem Auf­ wickeln auf das Rad mit großem Durchmesser und dem "Schoopen", aber vor dem Schneiden in Einheitsblöcke ausgeführt werden. In diesem Fall ist der Schritt des Abschneidens viel schwie­ riger durchzuführen, denn es entstehen Probleme durch das Abscheren der Schichten.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von gestapelten oder gewickelten Kondensatoren, die durch Aufstapeln und Schneiden zu Ein­ heitsblöcken oder durch Aufwickeln von metallisierten Naph­ thalinpolyethylenfolien erzeugt werden, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens nach der Phase des Aufstapelns, bei den gestapelten Kondensatoren, bzw. nach der Phase des Aufwic­ kelns, bei den gewickelten Kondensatoren, die Kondensatoren mindestens einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwi­ schen 240°C und 295°C während einer Dauer von wenigstens ei­ ner Stunde unterworfen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bzw. die Wärmebehandlungen bei den gestapel­ ten Kondensatoren nach der Phase des Abschneidens durchge­ führt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kondensator der Wärmebehandlung in meh­ reren Stufen unterworfen wird, wobei jede Stufe bei einer unterschiedlichen Temperatur durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Stufen mit ansteigenden Temperaturen ausgeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich die Temperaturen zweier aufeinander­ folgender Stufen um wenigstens SOG voneinander unterscheiden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die verschiedenen Stufen der Wärmebehand­ lung so ausgeführt werden, daß sie dem folgenden Gesetz ge­ horchen: worin Ti die Temperatur einer Stufe und ti die Dauer dieser Stufe bedeuten.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Falle der gestapelten Kondensatoren vor der Phase des Schneidens eine thermische Behandlung zur Ver­ steifung des Stapels durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlung durch Härten bei einer Temperatur zwi­ schen 140 und 240°C während einer Dauer zwischen einer und sechs Stunden durchgeführt wird.