DE976844C

DE976844C - Verfahren zum Verbinden duenner, als Kondensatorbelegung dienender Aluminiumfolien mit den als Stromzufuehrung dienenden Kontaktfahnen

Info

Publication number: DE976844C
Application number: DEP12353A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Dauner; Cornelius Dipl-Ing Noss
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1964-06-04

Description

Verfahren zum Verbinden dünner, als Kondensatorbelegung dienender Aluminiumfolien mit den als Stromzuführung dienenden Kontaktfahnen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer einwandfreien elektrischen Verbindung zwischen einer äußerem Stromzuführung und einer demgegenüber relativ dünnen, gegebenenfalls mit einer dünnen isolierendem Schicht, z. B. einer Lackschicht, überzogenen Aluminiumfolienbelegung eines elektrischen Kondensators.
Bekanntlich macht das Verschweißen sehr dünner Metallfolien miteinander oder mit mehrfach stärkeren Metallteilen insbesondere bei der Herstellung eines guten Kontaktes zwischen den in einem Wickelkondensator eingelegten Kontaktfahnen und den Metallbelegungen des Kondensators sehr große Schwierigkeiten, weil das Folienmaterial bei der hohen Schweißtemperatur leicht verdampft und dadurch die Folie zerstört wird. Bei Kondensatoren, insbesondere Wickelkondensatoren, mit: eingelegten Kontaktfahnen, die mit der Oberfläche der Metallbelegungen Kontakt bilden sollen, ist aber vor allem dann ein völlig einwandfreier Kontakt notwendig, wenn diese in Hochfrequenzgeräten Verwendung finden sollen, z. B. in Schwingungskreisen von Rundfunkgeräten, Hochfrequenzmeßeinrichtungen oder in Filtern, in denen nur eine sehr geringe Feldstärke auftritt. Die Erfahrung hat nämlich gezeigt, daß solche Kondensatoren, obwohl sie bei normalen Spannungen gut arbeiten, bei geringen Spannungen keinen einwandfreien Kontakt geben, so daß dadurch der Verlustwinkel der Kondensatoren untragbar hoch wird. Diese Schwierigkeiten werden noch erhöht, wenn die Belegungen aus Aluminium bestehen, wie das in der Kondensatortechnik vielfach erwünscht ist, weil die sich auf dem Aluminium bildende Oxydschicht einen sehr schlechten Kontakt mit den nur eingelegten Kontaktfahnen zur Folge hat. Die Aluminiumfolien können wegen ihrer geringen in Kondensatoren erwünschten Dicke jedoch nicht einwandfrei mit den Kontaktfahnen in der üblichen Weise verschweißt werden, weil diese an sich bekannten Verfahren entweder zu dicke Folien erfordern und bei den üblichen geringen Foliendicken zu einer Zerstörung der Folien beim Schweißvorgang führen. Die Dicke der Folien, bei denen diese Schwierigkeiten aufzutreten beginnen, ist hierbei abhängig von dem jeweils verwendeten Folienmaterial. Auf jeden Fall können die für Kondensatoren üblichen Aluminiumfolien unter So #t Dicke, wenn überhaupt, nur außerordentlich schwierig mit den Anschlußfahnen verschweißt werden.
Die Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gesetzt, ein Verfahren zum Kontaktieren dünner, als Kondensatorbelegung dienender Aluminiumfolien mit den als Stromzuführungen dienende Kontaktfahnen zu entwickeln, bei dem die Aluminiumfolien mit den Kontaktfahnen ohne Zerstörung der Folien verbunden werden. Dieses Verfahren muß ferner so einfach sein, daß es auch in der bei Kondensatoren stets erforderlichen Massenfertigung von den hierbei eingesetzten Arbeitskräften ohne weiteres durchführbar ist.
Es ist bereits bekannt, eine dünne Aluminiumfolie mit einer dickeren Anschlußfahne nach Art der elektrischen Schweißung zu verbinden, indem man parallel zu der Schweißstelle einen elektrischen Strom durch die Anschlußfahne fließen läßt, der die Anschlußfahne erhitzt und die erforderliche Wärme liefert. Bei diesem bekannten Verfahren handelt es sich jedoch um einen ausgesprochenen Schweißvorgang, bei dem mindestens eine Temperatur von der Höhe der Schmelztemperatur mindestens eines der zu verbindenden Teile aufgewendet werden muß, um die Verbindung zu erwirken. Die Aufwendung solch hoher Temperaturen gibt jedoch häufig dazu Anlaß, daß die dünnen Folien schmelzen, wobei diese beschädigt werden und schlechte Verbindungsstellen entstehen.
Dieses Verfahren, zwei Blechteile durch einseitiges Aufsetzen von zwei Schweißelektroden auf das eine der zu verbindenden Bleche miteinander zu verschmelzen, ist auch durch eine Reihe anderer Veröffentlichungen bekannt. Dabei handelt es sich jedoch stets um einen Schweißprozeß, bei dem die zu behandelnden Teile selbst zum Schmelzen gebracht werden. Auch enthalten diese Veröffentlichungen keinen Hinweis, dünnere, hitzeempfindliche Aluminiumfolien mit Kontaktfahnen zu verbinden. Es ist ferner bereits bekannt, die Kontaktfahnen an den Verbindungsstellen mit den Belegungen mit Zinn zu überziehen, um die spätere Lötung zu erleichtern. Bei diesem bekannten Vorschlag handelt es sich jedoch um die Verbindung von lötfähigen Metallen. Das Problem, dünne Aluminiumfolien, also ein nicht lötfähiges Metall, ohne Zerstörung mit den Anschlußfahnen zu verbinden, wird in dieser Veröffentlichung nicht behandelt.
Die Erfindung löst die ihr zugrunde liegende Aufgabe, dünne, als Kondensatorbelegung dienende Aluminiumfolien mit den als Stromzuführung dienenden Kontaktfahnen zu verbinden, bei dem eingangs angegebenen Verfahren dadurch, daß die äußere Stromzuführung in Form eines Kupferstreifens oder flachgeschlagenen Kupferdrahtes, die wenigstens an den beabsichtigten Verbindungsstellen mit der Aluminiumfolie mit einem relativ leicht schmelzenden Metall, z. B. Zinn, überzogen ist, mittels mehrerer Elektroden auf die Aluminiumfolie aufgedrückt wird, während die Aluminiumfolie ihrerseits auf eine schlecht leitende Schicht, z. B. die auf der Aluminiumfolie befindliche Lackschicht, oder einen Wärme schlecht leitenden Körper, z. B. Keramik, aufgelegt wird, und daß über die Elektroden und den dazwischenliegenden Teil der äußeren Stromzuführung ein Strom solcher Stärke geleitet wird, daß von den Aufsatzstellen der Elektroden ausgehend eine indirekte Erwärmung der unterhalb der Aufsatzstellen der Elektroden liegenden Berührungsstellen mit der Aluminiumfolie derart erfolgt, daß mittels der leicht schmelzenden Schicht eine feste Verbindung zwischen den zu verbindenden Teilen hervorgerufen wird.
Gleichzeitig mit der Verbindung des über der dünnen Aluminiumfolie angeordneten dickeren Metallstreifens kann die Verbindung mit einem weiteren,. unter derselben angeordneten Metallstreifen erfolgen.
Die Erfindung beruht also einmal auf der Erkenntnis, daß es im vorliegenden Fall darauf ankommt, die Verbindungsstelle der Aluminiumfolie mit der Anschlußfahne auf indirektem Wege zu erhitzen. Dies bedeutet, daß die durch den Stromfluß an den Kontaktstellen der Elektroden erzeugte Wärme durch den Streifen hindurch an die den Elektroden gegenüberliegenden Verbindungsstellen fließt und dieselben auf die zur Verbindung erforderliche Temperatur erhitzt. Außerdem soll nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mindestens an den Verbindungsstellen ein leicht schmelzbares Metall in Form eines Überzuges auf der Kontaktfahne verwendet werden. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen gestatten, die Temperatur so niedrig zu halten, daß die Folie sich zwar fest mit der Anschlußfahne verbindet, aber nicht zerstört wird. In den durchgeführten Untersuchungen hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß bei dem angegebenen Verfahren das Aluminium der Folie mit dem leicht schmelzenden. Überzugsmetall auf der Kontaktfahne eine feste Verbindung und einen. einwandfreien Kontakt zwischen der Aluminiumfolie und der Kontaktfahne bildet, obwohl das Aluminium wegen der stets vorhandenen Oxydschicht an sich nicht ohne weiteres lötfähig ist. Vermutlich beruht die überraschende Wirkung des angegebenen Verfahrens darauf, daß die Oxydschicht unter der Erhitzung durch die aufgesetzten. Elektroden und dem leichten von der Elektrode ausgeübten Druck nach dem Schmelzen des Zinns aufreißt, daß das geschmolzene Zinn das Zutreten von Sauerstoff zu den Rißstellen auf dem Aluminium und damit die erneute Oxydation des Aluminiums an diesen Stellen verhindert und auf diese Weise in der Lage ist, mit den oxydfreien Stellen der Aluminiumoberfläche in Verbindung zu treten. Bei diesem Vorgang scheint zudem die auf der Aluminiumoberfläche zunächst verbliebene und in feine Teile zerrissene Oxydschicht von dem Aluminium abgelöst und von dem schmelzenden Zinn aufgenommen zu werden.
Besonders bewährt hat sich dieses Verfahren bei der Herstellung von Wickelkondensatoren mit einer Metallfolie, auf der eine Lackschicht als Dielektrikum aufgebracht ist. Eine direkte Erhitzung nach Art der bekannten Schweißverfahren ist allein schon wegen der isolierenden Lackschicht nicht oder erst nach mechanischer Zerstörung dieser Schicht möglich. Aber auch nach einer solchen Zerstörung können die lackierten Folien nicht in der üblichen. Weise durch Stromdurchgang mit der Anschlußfahne verschmolzen werden, da sie dabei zerstört werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dagegen ist ein. Stromdurchgang durch die Verbindungsstelle hindurch nicht erforderlich. Durch die indirekte Erhitzung wird vielmehr die Lackschicht an den den aufgesetzten Schweißelektroden gegenüberliegenden Stellen des Streifens zerstört, und an den gewünschten Stellen kommt das Aluminium unmittelbar mit dem Zinn in Berührung. Der weitere Vorgang vollzieht sich dann in der oben beschriebenen Weise.
Die Fig. i zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. In ihr stellt i die Unterlage dar, die natürlich so beschaffen sein muß, daß die Metallfolie 3 sich bei der Erwärmung nicht mit ihr verbinden kann. Auf die Folie 3 ist die Lackschicht :2 aufgebracht, die im Kondensator als Dielektrikum dient. Auf die Lackschicht ist die mit einem relativ leicht schmelzenden Metall überzogene, zweckmäßig verzinnte Kontaktfahne 6 aufgelegt, die mit der Folie 3 einen. sicheren Kontakt bilden soll. Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden zwei Elektroden .4, 5 im gewünschten Kontaktabstand auf die Kontaktfahne 6 aufgesetzt und erhitzen diese an den Berührungsstellen so stark, daß die auf der Unterseite der Fahnen, entstehende- Temperatur die Lackschicht 2 zerstört und die Folie 3 auf die zum festen Verbinden notwendige Temperatur bringt. Es entstehen so die Kontaktstellen 7 und B. Um die gleichzeitige Zerstörung der Lackschicht auf der Unterseite der Folie 3 zu vermeiden, benutzt man eine Unterlage i aus gut wärmeleitendem Material, z. B. Metall. Die Lackschicht auf der Unterseite der Folie verhindert so zugleich ein Verschmelzen der Folie mit der Unterlage. Ganz ähnlich vollzieht sich die Verschweißung einer dünnen, nicht lackierten Folie mit einem stärkeren Metallstreifen, z. B. der Folie eines Wickelkondensators, mit der verzinnten Kontaktfahne, wie dies in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Auch hierbei werden die z. B. hintereinandergeschalteten Elektroden 14, 15 mit leichtem Druck auf die Kontaktfahne 13 aufgesetzt und erwärmen beim Stromdurchgang durch die Kontaktfahne hindurch die durch. Kreuze bezeichneten Kontaktstellen der Folie 12. In diesem Fall darf die Unterlage i i aber nicht kühlend wirken wie in der Ausführung gemäß Fig. i, da dadurch das Auftreten der erforderlichen Temperatur an der Folie verhindert wäre. Die Unterlage ist deswegen wärmeisolierend und besteht beispielsweise aus Keramik.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung einer einwandfreien elektrischen Verbindung zwischen einer äußeren Stromzuführung und einer demgegenüber relativ dünnen, gegebenenfalls mit einer dünnen isolierenden Schicht, z. B. einer Lackschicht, überzogenen Aluminiumfolienbelegung eines elektrischen Kondensators, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Stromzuführung in Form eines Kupferstreifens oder flachgeschlagenen Kupferdrahtes, die wenigstens an. den beabsichtigten Verbindungsstellen mit der Aluminiumfolie mit einem relativ leicht schmelzenden Metall, z. B. Zinn, überzogen ist, mittels mehrerer Elektroden auf die Aluminiumfolie aufgedrückt wird, während die Aluminiumfolie ihrerseits auf eine schlecht leitende Schicht, z. B. die auf der Aluminiumfolie befindliche Lackschicht, oder einen Wärme schlecht leitenden Körper, z. B. Keramik, aufgelegt wird, und daß über die Elektroden und den dazwischenliegenden Teil der äußeren Stromzuführung ein Strom solcher Stärke geleitet wird, daß von den Aufsatzstellen der Elektroden ausgehend eine indirekte Erwärmung der unterhalb. der Aufsatzstellen der Elektroden liegenden Berührungsstellen mit der Aluminiumfolie derart erfolgt, daß mittels der leicht schmelzenden Schicht eine feste Verbindung zwischen den zu verbindenden Teilen hervorgerufen wird.
2. Verfahren nach Anspruch i zum Verbinden von beidseitig mit Lack überzogenen dünnen Aluminiumfolien mit der äußeren Stromzuführung, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Unterlage (i) aus gut wärmeleitendem Material, z. B. Metall (Fig. i).
3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die äußere Stromzuführung zwei hintereinandergeschaltete Elektroden (als Stromzu- und -abführung) in der Art der bekannten Schweißelektroden aufgesetzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer, unterhalb der Aluminiumfolie angeordneter Metallstreifen gleichzeitig mit derBelegungsfolieverschmolzen wird. In Betracht gezogene Druckschriften.: Deutsche Patentschriften Nr. 495 558, 6o2 497, 6a5 14o, 670 493, 67o 744 700 811, 712 110, 720 o63, 733 162;

französische Patentschriften Nr. 816 354, 821732; USA.-Patentschriften Nr. 1 92O 346, 2:266 523, 2 300 700; R i ch t e r-v. Vo ß, »Bauelemente der Fein- mechanik«, 1938, S. IQ; 27, 28; »Radio Mentor«, 1948, H. 12, S. 514, 515-