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Verfahren zum Herstellen von Bauelementen mit elektrischen Leiterzügen
Ein nicht zum Stande der Technik gehörender Vorschlag der Patentinhaberin betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bauelementen mit elektrischen Leiterzügen, bei dessen Ausführung die einzelnen Leiterzüge in einer solchen Art mechanisch vorgeformt werden, dass die einzelnen Strombahnen zunächst durch Zonen verringerter Dicke des leitenden Materials verbunden bleiben, um deren geometrische Anordnung zueinander während des Herstellungsprozesses zu sichern, wobei diese Zonen verringerter Dicke in einem nachfolgenden Verfahrensschritt entfernt werden. Für diesen Verfahrensschritt ist ein Ätzvorgang vorgeschlagen worden.
Nach der nunmehr vorliegenden Erfindung wird das Entfernen der durch die Zonen verringerter Dicke gebildeten leitfähigen Verbindung zwischen benachbarten Leiterbahnen dadurch wesentlich einfacher und günstiger gestaltet, dass bei einem Verfahren zum Herstellen von Bauelementen mit elektrischen Leiterzügen, die mechanisch vorgeformt sind, die Leiterzüge in einer solchen Weise vorgeformt werden, dass die einzelnen Strombahnen zunächst durch Zonen verringerter Dicke des leitenden Materials verbunden bleiben, unddassdasdieStrombahnen verbindende Materialteilweiseodergaaz, ausderEbene der Strombahnen verlagert und sodann entfernt wird, wodurch die einzelnen Leiterbahnen des gewünschten Leitermusters elektrisch voneinander isoliert werden.
Das Trennen der einzelnen Leiterzüge voneinander kann in vorteilhafter Weise durch Abscheren des Materials im Bereich der teilweise oder ganz aus der Ebene der Strombahnen verlagerten Zonen verringerter Dicke erfolgen. Vorteilhafterweise werden die abgescherte Teile der Zonen verringerter Dicke beim Schervorgang in ein geeignetes Unterlagematerial eingepresst, wodurch bewirkt wird, dass die Leiterbahnen in ihrer geometrischen Lage zueinander fixiert werden.
Erfindungsgemäss wird das Unterlagematerial zusammen mit den abgescherten in dasselbe eingepressten Zonen verringerter Materialdicke des Leitermaterials vorteilhafterweise erst entfernt, nachdem zuvor das ganze Leiterzuggebilde mit der Seite der freien Leiterbahnen auf einen geeigneten Isolierstoffträger gebracht und mit diesem verbunden worden ist.
Sollen elektrische Bauelemente hergestellt werden, bei denen sich auf beiden Seiten eines Isolier- stoffträgers Leitermuster befinden, so werden zwei oder mehrere Leiterzuggebilde derart übereinander angeordnet, dass zwischen denselben eine Isolierschicht angeordnet ist, und die einzelnen Leiterbahnen der Leiterzuggebilde in einer gewünschten geometrischen Lage zueinander stehen.
Weiterhin ist das erfindungsgemässe Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das Gebilde aus vorgeformten Leiterbahnen und diese verbindenden, reliefartig aus deren Ebene verlagerten Zonen verringerter Materialdicke mit einer Trägerplatte oder Schicht, vorzugsweise aus geeignetem Isoliermaterial, verbunden werden, um die einzelnen Leiterbahnen in ihrer geometrischen Anordnung zueinander im Verlauf des weiteren Herstellungsvorganges unverändert zu erhalten, wobei gegebenenfalls die die einzelnen Leiterbahnen verbindenden Zonen vermittels bekannter mechanischer Bearbeitungsmethoden, beispielsweise durch Abschleifen, entfernt werden oder die die einzelnen Leiterbahnen verbindenden, reliefartig ausgearbeiteten Zonen vermittels bekannter chemischer, mechanischer oder elektrochemischer oder mittels einer Kombination solcher Verfahren entfernt werden.
Um elektrische Bauelemente herzustellen, bei welchen sich auf beiden Seiten einer Isolierschicht
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Leitermuster befinden, werden nach einer Ausgestaltung der Erfindung zwei vorgeformte Gebilde ausLei- terbahnen und aus deren Ebene reliefartig hervorragende Zonen unter Zwischenschaltung einer geeigneten Isolierschicht derart übereinander angebracht, dass die reliefartigen Zonen auf den Aussenflächen liegen und die Leiterbahnen in einer gewünschten geometrischen Lage zueinander angeordnet sind, und anschlie- ssend die reliefartig hervorragenden, die Leiterbahnen verbindenden Zonen entfernt werden. In gleicher Weise ist es auch einfach und wirtschaftlich möglich, aus mehreren übereinander gelegten Bauelementen bestehende Schaltblöcke herzustellen.
Ebenso ist es in einfacher Weise möglich, einander zugeordnete Leiterbahnen, welche sich auf verschiedenen Seiten der Isolierstoffschicht befinden, in üblicher Weise an vorbestimmten Stellen miteinander elektrisch leitend zu verbinden.
Das beschriebene Herstellungsverfahren für elektrische Bauelemente eignet sich in seinen verschiedenen Ausgestaltungen auch ganz besonders gut zum Anfertigen vonrotierenden Armaturen, wie Rotoren für elektrische Generatoren und Motoren, rotierenden Schalteinrichtungen, rotierenden Programmsteuerungen, Digital-Umformern u. dgl. Es soll im folgenden an Beispielen der Herstellung von Rotoren für elektrische Motoren näher beschrieben werden. Fig. l ist eine Teilansicht eines Rotors für einen elektrischen.
Motor in Aufsicht. Fig. 2 ist eine Seitenansicht im Schnitt, die einen Ausschnitt darstellt, u. zw. am Anfang des Verfahrens, wenn das leitfähige Material vermittels eines Prägewerkzeuges od. dgl. verformt wird. Fig. 3 stellt eine Teilansicht eines Schnittes entlang der Strecke 3 - 3 in Fig. 1 im Aufriss dar, u. zw. nachdem Verfahrensschrittdes Vorformens der Leiterbahnen. Fig. 4 ist gleichfallseine Teil-Schnittdarstellung, u. zw. entsprechend dem Verfahrensschritt der Anordnung zweier vorgeformter Metallscheiben zwecks Herstellung des Rotors. Die Fig. 5 und 6 lassen weitere Verfahrensschritte erkennen. Fig. 7 dient zur Erläuterung eines Verfahrensschrittes der Erfindung in einer andern Ausführungsform.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht ein Rotor, nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt, aus einer Mehrzahl von im wesentlichen radial angeordneten Segmenten 12, 12', die zueinander benachbart ange- ordnet sind, so dass ein scheibenförmiges Gebilde entsteht. Jedes Segment 12 besitzt einen äusseren Ab- schnitt 13 und einen inneren Abschnitt 14 mit passend angeordneten Bohrungen 23 und 24. In gleicher Weise ist auch das Nachbarsegment 12'mit Abschnitten 13'und 14'und Bohrungen 23'und 24'aus- gestattet. Aus Gründen der Platzersparnis reichen die inneren Endzonen der Segmente 12 weniger nahe an den Mittelpunkt der Scheibe heran, als die Endzonen der Segmente 12' (14 bzw. 14').
Das Leitermuster dieser Rotorsegmente besteht aus geeignetem leitfähigem Material 9, das zunächst als Plattenmaterial (Fig. 2) vorliegen mag. Hieraus wird in der nachfolgend beschriebenen Weise einGebildegeformt, dasentsprechenddemLeitermusterder Fig.l Leiterbahnen aufweist, welche den Segmenten 12 und 12'entsprechen und ausgeprägt sind gegenüber eingedrückten Zonen verringerter Materialdicke, welche auf der den ausgeprägten Leiterbahnen gegenüberliegenden Seite reliefartig hervortreten (lys).
Zweckmässigerweise wird diese Verformung des leitfähigen Materials vermittels eines Präge- und Drückvorganges erzielt. Hiezuwird das. leitfähige Material 9 der Wirkung eines Werkzeuges 30 ausgesetzt, wobei als Unterlage eine Schicht 31 eines verformbaren oder elastischen Materials dient, das auf einer Gegenplatte 31'aufliegt. Hiedurch wird bewirkt, dass die vorstehenden Werkzeugteile 30' derPräge-undDrückform 30 Furchen 15 indas Material 9 einpressen und so reliefartig dieRotor-
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sters, welche im fertigen Rotor frei von Leiterbahnen sind ; sie werden daher im Verlauf des Herstellverfahrens entfernt.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung dieser Ausführungsform der Erfindung ersichtlich ist, wird das Material in den Zonen des Netzes 18 und in den vorgeformten Leiterbahnen plastisch verformt, ohne dass es bis zum Scherpunkt belastet wird.
Anschliessend an den beschriebenen Vorgang werden zwei derart vorgeformte Leiterscheiben oder Platten mit den ausgebildeten Leiterbahnen unter Zwischenlage einer Isolierschicht 20 übereinander derart angeordnet, dass das Leitermuster beider Scheiben in der gewünschten geometrischen Lage zueinander ist und fest mit der Isolierschicht 20 verbunden. Das Relief (Netz) 18 verringerter Materialdicke befindetsichhiebeian den beiden Aussenflächen der gebildeten Scheiben (vgl. Fig. 4). Die Orientierung der Leitermuster der beiden vorgeformten Scheiben wird dadurch wesentlich vereinfacht, dass die einzelnen Leiterbahnen durch das Netz 18 miteinander verbunden sind, also ein mechanisch stabiles Gebilde darstellen.
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Vorteilhafterweise werden weitere Herstellschritte, wie das Beschneiden, das Ausbilden des Zentralloches usw. nunmehr ausgeführt, also ehe das Netz 18 entfernt ist.
Sodann wird das Netz 18 entfernt. Dies mag vermittels jeder bekanntgewordenen, geeigneten Technik geschehen, beispielsweise durch Wegätzen (im Falle von Kupfer vorzugsweise mit Eisenchlorid), durch elektrolytischen Abbau oder aber einfach in mechanischer Weise, beispielsweise durch Abschleifen oder Abfräsen. In jedem Fall wird dieser Abbau des Netzes 18 dadurch wesentlich erleichtert, dass die Zonen verringerter Materialdicke eine Art Relief bilden. Fig. 5 stellt einen Teilschnitt nach dem Entfernen des Netzes 18 dar.
Um den Rotor nach Fig. 1 herzustellen. müssen die einzelnen Leiterbahnen 12, 121 der auf beiden Seiten der Isolierschicht 20 angeordneten Leitermusicr geeignet elektrisch verbunden werden. Dies kann in verschiedenartiger Weise bewerkstelligt werden, beispielsweise durch Ausbilden von Löchern 23. 231, 24, 241 und Durchmetallisieren derselben, wie dies in Fig. 5 dargestellt wurde.
In verschiedenen Fällen hat es sich als zweckmässig erwiesen, die Zonen verringerter Materialdicke bereits vor dem endgültigen Zusammenbau des elektrischen Bauelementes zu entfernen. In diesem Falle ist es vorteilhaft, vor dem Entfernen dieser Zonen 18 dasvorgeformteLeitermuster mit der Seite der ausgeprägten Leiterbahnen auf eine Unterlage zu pressen, die mit einer Haftschicht versehen ist. Hiedurch wird erreicht, dass die Geometrie der Leiterbahnen auch nach dem Wegfallen der sie zunächst verbinden den Zonen verringerter Materialdicke ungestört erhalten bleibt (vgl. Fig. 7).
Beim Abbauender Zonen verringerter Dicke (18) vermittels eines Ätzvorganges hat sich in der Praxis gezeigt, dass unter Umständen an einzelnen Stellen früher ein Dulchbruch durch die Materialschicht bei 18 erfolgt als bei andern. Das hat zur Folge, dass dort die Wände der Leiterbahnen in den Furchen 15 zwischen zwei benachbarten Leiterbahnen vom Ätzmittel angegriffen werden. Um dies zu verhindern, wirdnacheinem weiterenerfinderischen Vorschlag die Oberfläche dieser Furchen 15 mit einer Schutzschicht 33, beispielsweise aus einem Acrylharz, versehen.
Die Fig. 8 -11 stellen Schnitte zur Deutlichmachung einzelner Verfahrensschritte zur Herstellung von Rotoren für Motoren nach einer andern Ausgestaltung der Erfindung dar.
Fig. 8 stellt wieder, im Aufriss, das leitfähige Ausgangsmaterial, beispielsweise eine Kupferschei- be 9, dar, sowie die Werkzeuge 30 und 31 einer Prägestanze. Unter dem Druck dieser, in einer nicht gezeichneten Prägepresse eingespannten Werkzeuge werden von dem Werkzeugteil 30'Furchen 15 in das Material der Scheibe 9 eingepresst, so dass eine Art Relief entsteht, mit den Leiterbahnen 12 und 121 (Fig. l) und diese verbindenden Zonen verringerter Materialdicke 18 (Fig. 9), die jenen Ge- bieten des fertigen Leitermusters entsprechen, die frei von leitfähigem. Material sind.
Diese Zonen bilden eine Art Netz, das die einzelnen Leiterbahnen geometrisch fixiert und mit diesen ein mechanisch stabiles Gebilde darstellt, wobei die Zonen zumindest teilweise aus der Ebene der Leiterbahnen durch Fliessen des Materials verlagert sind, um so den späteren Trennvorgang zu vereinfachen.
Diese Zonen verringerter Materialdicke werden vor der endgültigen Fertigstellung des Rotors entfernt.
Nach der weiter vorn beschriebenen Ausgestaltung der Erfindung geschieht dies durch einen Schervorgang.
Zweckmässigerweise wird hiezu die vorgeformte Rotorscheibe unter Zwischenlage einer Schicht eines geeigneten, nachgiebigen Materials 33 (Fig. 9) in einem aus einem Scherstempel 35 und der Gegenplatte 34 bestehenden Werkzeug bearbeitet. Der von einer nicht gezeichneten Presse auf das Werkzeug ausgeübte Druck ist gross genug bemessen, um zu erreichen, dass die aus der Leiterbahnebene zumindest teilweise verlagerten Zonen verringerter Materialdicke 18 vermittels der Werkzeugteile 351 abge- schert und in die Unterlageschicht 33 hineingepresst werden.
Zweckmässigerweise ist die Schicht 33 aus einem Material, das fest an der Oberfläche der vorgeformten Rotorscheibe haftet. Diese Haftung zusammen mit dem Einpressen der abgescherten Zonen verringerter Materialdicke bewirkt, dass die geometrische Orientierung der einzelnen Leiterbahnen voll erhalten bleibt (vgl. Fig. 10).
Um den Schervorgang günstiger zu gestalten, können beispielsweise die Stirnflächen der Werkzeugerhebungen 35'konkav ausgearbeitet werden.
Anschliessend werden zwei derartig vorgearbeitete Rotorscheiben mit denfreienLeiterbabnf1äcrnauf einen geeigneten Isolator 20 gebracht, u. zw. in der erwünschten Lage der Leitermuster beider Schei- ben zueinander und zweckmässig auf dem Isolator fixiert. Anschliessend können verschiedene weitere Vorarbeiten, wie das Herstellen von Bohrungen, Abtrennen überflüssigen Materials ausserhalb der äusseren Begrenzung des Leitermusters usw. ausgeführt werden.
Schliesslich wird die Schicht 33 zusammen mit den eingepressten Zonen 18 verringerter Ma- terialdicke abgezogen, so dass eine auf beiden Seiten einer Isolierstoffscheibe ein Leitungsmustertragen-
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de Rotorscheibe, entsprechend Fig. 11 entsteht.
Sodann werden die Leiterbahnen der aufverschiedenen Seiten des Rotors angeordneten Muster in gewünschter Weise leitfähig miteinander verbunden, beispielsweise vermittels von Bohrungen 23, 231 und 24, 24', die in bekannter Weise mit einer Metallschicht versehen sind, die die elektrische Verbindung herstellen (vgl. Fig. 6).
Bei sehr grossen Leitermustern hat es sich als vorteilhaft erwiesen, nicht das ganze Leitermuster in einem Zuge zu formen, sondern entweder in mehreren aufeinander folgenden Bearbeitungsscbritten auszubilden, oder aber nur einzelne Bezirke, beispielsweise von einigen Leiterbahnen und diese trennenden Furchen schrittweise, Bezirk nach Bezirk, zu fabrizieren. Hiedurch wird der Vorgang leichter überschau- bar, die Werkzeuge werden weniger aufwändig und der Pressdruck der verwendeten Pressen kann wesentlich niederer bleiben.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen von Bauelementen mit elektrischen Leiterzügen, die mechanisch vorgeformtsind, dadurch gekennzeichnet, dassdieLeiterzügeineiner solchen Weise vorgeformt. werden, dass die einzelnen Strombahnen zunächst durch Zonen verringerter Dicke des leitenden Materials verbunden bleiben, und dass das die Strombahnen verbindende Material teilweise oder ganz, aus der Ebene der Strombahnen verlagert und sodann entfernt wird, wodurch die einzelnen Leiterbahnen des gewünschten Leitermusters elektrisch voneinander isoliert werden.