Verfahren zum Herstellen von elektrischen Bauelementen Das Hauptpatent Nr 400<B>271</B> betrifft ein Ver fahren zum Herstellen von Bauelementen mit elek trischen Leiterzügen. Gemäss dem Patentanspruch des Hauptpatentes zeichnet sich dieses Verfahren dadurch aus, dass die Leiterzüge eines gewünschten Leitermusters aus leitfähigem Material in einer sol chen Weise vorgeformt werden, dass leitfähiges Aus gangsmaterial zunächst zwischen ihnen als verbin dendes Netzwerk erhalten bleibt und dassdieses Netzwerk in .einem späteren Verfahrensschritt weg gelöst wird.
Dieses Verfahren wird nun gemäss der vorliegen den Erfindung so ausgestaltet, dass das die Strom bahnen verbindende Material mindestens teilweise aus :der Ebene der Strombahnen verlagert und sodann entfernt wird, wodurch die einzelnen Leiterbahnen ,des gewünschten Leitermusters elektrisch voneinan der isoliert werden.
Das idie Strombahnen verbin dende Material kann in mechanischer Weise durch Abscheren entfernt werden. Vorteilhafterweise wer den abgescherte Teile beim Schervorgang in ein ge eignetes Unterlagematerial eingepresst, wodurch be wirkt wird, dass die Leiterbahnen in ihrer geome trischen Lage zueinander fixiert werden.
Zweckmässigerweise wird das Unterl.agematerial zusammen mit abgescherten, in dasselbe eingepressten Zonen verringerter Materialdicke ides Leitermaterials erst entfernt, nachdem zuvor das ganze Gebilde mit der Fläche der freiliegenden Leiterbahnen auf einen geeigneten Isolierträger aufgebracht und idie Leiter fest mit diesem verbunden sind.
Sollten elektrische Bauelemente hergestellt wer den, bei denen sich auf beiden Seiten eines Isolier- stoffträgers Leitermuster befinden, so kann diese derart bewerkstelligt werden, dass auf jede der beiden Oberflächen des Isolierstoffträgers je ein Gebilde aus vorgeformten Strombahnen und Unterlagema- terial aufgebracht wird, und zwar mit der Fläche der freiliegenden Leiterbahnen, und die Leiterbahnen fest mit dem Isolierstoffträger verbunden werden,
wonach anschliessend die beiden Unterlagematerlal- schichten mit den in diese eingepressten Zonen abge- scherten, verdünnten Materials entfernt werden. In gleicher Weise ist es auch möglich, mehrlagige elek trische Bauelemente herzustellen. Verbindungen zwi schen den auf verschiedenen Seiten des Isolierstoff- trägers angeordneten, einander zugeordneten Leiter bahnen können nach einem .der bekanntgewordenen Verfahren in üblicher Weise bewerkstelligt werden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die die vorge formte Leiterbahnen verbindenden Zonen verringer ter Dicke des leitfähigen Materials mechanisch bis nahe an die Schergrenze zu verformen, so dass ein stark ausgeprägtes Relief .entsteht, und dieses Relief, bestehend aus den Zonen verringerter Materialdicke zwischen den Leiterbahnen anschliessend durch Ab schleifen, Abätzen, elektrolytischen Abbau oder in anderer bekanntgewordener Weise in einem späteren Verfahrensschritt zu entfernen.
Auch in diesem Fall hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das vorgeformte Gebilde aus Leiterbahnen und diese verbindenden Zonen aus leitfähigem Ma terial verringerter Dicke vor dem Entfernen dieser Zonen mit einem Träger zu verbinden, der idafür Sorge trägt, dass die einzelnen Leiterbahnen in ihrer geometrischen Lage zueinander fest verankert wer den.
Zweckmässigerweise wird diese Trägerschicht auf der Seite der geprüften Leiterbahnen aufgebracht, so dass das Relief ,der Zonen verringerter Material dicke frei nach aussen liegt.
Um elektrische Bauelemente herzustellen, bei welchen sich auf beiden Seiten einer Isolierschicht Leitermuster befinden, können zwei vorgeformte Elemente aus Leiterbahnen und idiese verbindenden Zonen verringerter Materialdicke derart auf die Iso lierschicht aufgebracht und mit dieser verankert wer den, dass jeweils das Relief 'et Zonen verringerter Materialdicke frei nach aussen liegt, und diese Zonen in einem späteren Verfahrensschritt entfernt werden.
In gleicher Weise ist es auch einfach und wirtschaft lich möglich, mehrlagige, elektrische Bauelemente herzustellen. Ebenso ist es in einfacher Weise mög lich, die Leitermuster der einzelnen Lagen zueinander zu registrieren und Leiterbahnen von auf verschiede nen Seiten der Isolierstoffschicht oder Schichten lie genden Leitermustern in üblicher Weise an vorbe stimmten Punkten elektrisch leitend zu verbinden.
Das beschriebene Herstellverfahren für elektri sche Bauelemente eignet sich in seinen verschiedenen Ausgestaltungen auch ganz besonders gut zum An fertigen von rotierenden Armaturen, wie Rotoren für elektrische Generatoren und Motoren, rotieren den Schalteinrichtungen, rotierenden Programm steuerungen, Digital-Umformern und dergleichen Armaturen. Sie soll im folgenden an Beispielen der Herstellung von Rotoren für elektrische Motoren näher beschrieben werden.
Fig. 1 ist eine Teilansicht eines Rotors für einen elektrischen Motor in Aufsicht.
Fig. 2 ist eine Seitenansicht im Schnitt, die einen Ausschnitt darstellt, und zwar am Anfang des Verfahrens, wenn das leitfähige .Material ver mittels eines Prägewerkzeuges oder dergleichen ver formt wird.
Fig. 3 stellt eine Teilansicht eines Schnittes ent lang der Strecke 3-3 in Fig. 1 im Aufriss ,dar, und zwar nach dem Verfahrensschritt des Vorformens der Leiterbahnen.
Fig. 4 ist gleichfalls eine Teil-Schnittdarstellung, und zwar ides Verfahrensschrittes der Anordnung zweier vorgeformter Metallscheiben zwecks Herstel lung des Rotors.
Fig. 5 und 6 stellen weitere Verfahrensschritte dar.
Fig. 7 stellt einen Verfahrensschritt der Erfin dung in einer anderen Ausführungsform dar.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht ein Rotor der Art, wie er beispielsweise vermittels des erfindungs- gemässen Verfahrens hergestellt werden soll, aus einer Mehrzahl von im wesentlichen radial angeordneten Segmenten 12, 12', die zueinander benachbart @an- geordnet -sind, so dass ein scheibenförmiges Gebilde entsteht.
Jedes Segment 12 besitzt einen äusseren Abschnitt 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' ausgestattet. 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 respektive 14').
Das Leitermuster dieser Rotorsegmente besteht aus geeignetem leitfähigem Material 9 in Fig. 2, Idas zunächst als Plattenmaterial vorliegen mag. Hieraus wird in der nachfolgend beschriebenen Weise ein Gebilde geformt, das entsprechend dem Leitermuster der Fig. 1 Leiterbahnen aufweist, welche den Seg menten 12 und 12' entsprechen und ausgeprägt sind gegenüber eingedrückten Zonen verringerter Mate rialdicke, welche auf der den ausgeprägten Leiter bahnen gegenüberliegenden Seite reliefartig hervor treten (18).
Zweckmässigerweise wird diese Verformung des leitfähigen Materials vermittels eines Präge- und Drückvorganges erzielt. Hierzu wird das leitfähige Material 9 der Wirkung eines Werkzeuges 30 ausge setzt, wobei als Unterlage eine Schicht eines ver formbaren oder elastischen Materials (31) dient, das auf einer Gegenplatte 31' aufliegt.
Hierdurch wird bewirkt, dass die vorstehenden Werkzeugteile 30' der Präge- und Drückform 30 Furchen 15 in das Material 9 einpressen und so reliefartig die Rotor segmente 12 und 12' verformen, wobei diese Seg mente durch Zonen verringerter Materialdicke, die ein Netz 18 bilden, miteinander verbunden bleiben. Unter dem Druck des Werkzeuges 30 mit Erhe bungen 30' entsteht. im Zusammenwirken mit dem Unterlagematerial 31 .eine Verlagerung des Materials in den Zonen des; Netzes, 18, so. dass dieses relief artig durchgedrückt wird.
Die Zonen 15, 16, 17 verringerter Materialdicke, also das ganze Netz 18 entspricht jenen Stellen des Leitermusters, welche im fertigen Rotor frei von Leiterbahnen sind; sie werden daher im Verlauf des Herstellverfahrens ent fernt.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung dieser Ausführungsform der Erfindung ersichtlich ist, wird dass 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 wer den 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 Mate rialdicke befindet sich hierbei an den beiden Aussen flächen der gebildeten Scheibe (vergleiche Fig.4). Die Orientierung der Leitermuster der beiden vorge formten Scheiben wird dadurch wesentlich verein facht, dass die einzelnen Leiterbahnen durch das Netz 18 miteinander verbunden sind, also ein mecha nisch stabiles Gebilde darstellen.
Vorteilhafterweise werden weitere Herstell- ;schritte, 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 Abschlei fen oder Abfräsen. In jedem Fall wird dieser Abbau von 18 dadurch wesentlich erleichtert, dass die Zonen verringerter Materialdicke eine Art Relief bilden. Fig. 5 stellt einen Teilschnitt nach dem Entfernen von 18 .dar.
Um den Rotor nach Fig. 1 herzustellen, müssen die einzelnen Leiterbahnen 12, 12' der auf beiden Seiten der Isolierschicht 20 angeordneten Leiter muster geeignet elektrisch verbunden werden. Dies kann in verschiedenartiger Weise bewerkstelligt wer den, beispielsweise durch Ausbilden von Löchern 23, 23', 24, 24' und: Durchmetallisieren derselben, wie dies in Fig. 6 ,dargestellt wurde.
In verschiedenen Fällen hat es sich als zweck mässig erwiesen, die Zonen verringerter Material dicke bereits vor dem endgültigen Zusammenbau des elektrischen Bauelementes zu entfernen. In @die- sein Falle ist es vorteilhaft, vor dem Entfernen .dieser Zonen 18 das vorgeformte Leitermuster mit der Seite der ausgeprägten Leiterbahnen auf eine Unter lage zu pressen, die mit einer Haftschicht versehen ist. Hierdurch wird erreicht, -dass die Geometrie der Leiterbahnen auch nach .dem Wegfallen der sie zu nächst verbindenden Zonen verringerter Material dicke ungestört erhalten bleibt (vergleiche Fig. 7).
Beim Abbauen der Zonen verringerter Dicke 18 vermittels eines Ätzvorganges. hat sich in. der Praxis gezeigt, @dass unter Umständen an einzelnen Stellen früher -ein Durchbruch durch die Material schicht bei 18 erfolgt als bei anderen. Das hat zur Folge, dass dort,die Wende der Leiterbahnen in den Furchen 15 zwischen zwei benachbarten Leiter bahnen vom Atzmittel angegriffen werden.
Um dies zu verhindern, wird nach einem weiteren Vorschlag die Oberfläche dieser Furchen 15 mit einer Schutz schicht, beispielsweise aus einem Acrylharz 33, ver sehen.
Die Fig. 8 bis 11 stellen Schnitte einzelner Ver fahrensschritte zur Herstellung von Rotoren für Mo toren nach einer anderen Ausgestaltung der Erfin dung dar.
Fig. 8 stellt wieder, im Aufriss, das leitfähige Ausgangsmaterial, beispielsweise eine Kupferscheibe 9, dar, sowie die Werkzeuge 30 und 31 einer Präge stanze. Unter .dem Druck dieser in einer nicht ge zeichneten Prägepresse eingespannten Werkzeuge werden von dem Werkzeugteil 30' Furchen 15 in das Material der Scheibe 9 eingepresst, so dass eine Art Relief entsteht, mit Aden Leiterbahnen 12 und 12' (Fig. 1) und diese verbindenden Zonen verringerter Materialdicke 18 (Fig. 9), die jenen Gebieten des fertigen Leitermusters entsprechen, die frei von leit fähigem Material sind.
Diese Zonen bilden eine Art Netz, .das die einzelnen Leiterbahnen geometrisch fixiert und mit diesen ein mechanisch ,stabiles Ge bilde darstellen.
Diese Zonen verringerter Materialdicke werden vor der endgültigen Fertigstellung des Rotors ent- fernt. Nach der weiter vorne beschriebenen Art ge schieht dies durch einen Schervorgang. Zweck mässigerweise wird hierzu die vorgeformte Rotor scheibe unter Zwischenlage :einer Schicht eines ge eigneten, 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 ausge übte Druck ist gross genug bemessen, um zu errei chen, dass die Zonen verringerter Materialdicke 18 vermittels der Werkzeugteile 35' abgeschert und in die Unterlageschicht 33 bineingepresst werden.
Zweckmässigerweise isst die Schicht 33 aus einem Material, das fest an der Oberfläche der vorgeform ten Rotorscheibe haftet. Diese Haftung zusammen mit dem Einpressen der abgescherten Zonen ver ringerter Materialdicke bewirkt, dass die geometri sche Orientierung .der einzelnen Leiterbahnen voll erhalten bleibt (vergleiche Fig. 10).
Um den Schervorgang günstiger zu gestalten, können beispielsweise die Stirnflächen der Werkzeug erhebungen 35' konkav ausgearbeitet werden.
Anschliessend werden zwei derartig vorgearbei tete Rotoracheiben mit den freien Leiterbahnflächen auf einen geeigneten Isolator 20 gebracht, und ,zwar in der erwünschten Lage der Leitermuster beider .Scheiben zueinander und zweckmässig auf dem Iso lator fixiert. Anschliessend können verschiedene wei tere Vorarbeiten, wie .das Herstellen von Bohrungen, Abtrennen überflüssigen Materials ausserhalb der äusseren Begrenzung des Leitermusters usw. ausge führt werden.
Schliesslich wird die Schicht 33 zusammen mit den eingepressten Zonen 18 verringerter Materialdicke abgezogen, so dass eine auf beiden Seiten einer Iso- lierstoffscheibe ein Leitungsmuster tragende Motor scheibe entsprechend Fig. 11 entsteht.
Sodann werden die Leiterbahnen der auf ver schiedenen Seiten des Rotors angeordneten Muster in gewünschter Weise leitfähig miteinander verbun den, beispielsweise vermittels Bohrungen 23, 23' und 24, 24', die in bekannter Weise mit einer Metallschicht versehen sind, die die elektrische Ver bindung herstellen (vergleiche 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, aufeinanderfolgenden Bearbeitungsschrit ten auszubilden .oder aber nur einzelne Bezirke bei spielsweise von einigen Leiterbahnen und diese trennenden Furchen schrittweise, Bezirk nach Bezirk, zu fabrizieren. Hierdurch wird der Vorgang leichter überschaubar, die Werkzeuge werden weniger auf wendig, und der Pressdruck :der vewendeten Pressen kann wesentlich geringer bleiben.