DE2049407A1 - Verfahren zur Herstellung metalh sierter Kondensatoren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung metalh sierter KondensatorenInfo
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Description
Dipl.- «V. Dahlka 6. Oktober 1970
Pa:?. .riwälte Da./ho
Refraih bei Köln
Frankenforst 137
Frankenforst 137
ILLINOIS TOOL WORKS, Inc. Chicago, Illinois (V.St.A.)
"Verfahren zur Herstellung metallisierter Kondensatoren"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl
von Kondensatoren gleicher Beschaffenheit aus einem Streifen dielektrischen Materials, das auf beiden Seiten teilmetallisiert
ist.
Aus der US-Patentschrift 2 950 070 ist eine Kondensationswickelvorrichtung
bekannt, die eine Anzahl von Folien- und Dielektri-
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kumbändern in einen Kondensator wickelt. Diese bekannte Vorrichtung
trennt die Folien vor Abechluß des Wickelvorgangs und
versiegelt und trennt das Dielektrikumband anschließend mibfcels eines erwärmten. Teils. Die durch diese Wickelvorrichtung hergestellten
Kondensatoren werden relativ schnell und preiswert hergestellt, da die Wärmeversiegelung des Dielektrikumbandes
mit sich selbst wesentlich preiswerter ist, als wenn ein getrenntes Stück Klebband verwendet wird, das über die äußeren
Lagen der Kondensatoren gelegt wird. Beim Wickeln getrennter Folien besteht jedoch die Möglichkeit, daß die Kapazität eines
Kondensators im Vergleich zu einem anderen der gleichen Länge nicht genau gleich ist, und zwar als Folge von Änderungen, die
durch die vorgegebene Verwebung des Folienmaterials hervorgerufen werden, während es in den Kondensator gewickelt wird.
Diese Verwebung bewirkt eine Änderung in der Größe des überlappten Folienmaterials und hat damit einen direkten Einfluß
auf die Kapazität des hergestellten Kondensators. Dieses Problem ist besonders akut, wenn das Haß der Folienüberlappung
recht klein ist, beispielsweise 3,175 nun. Da die Vorrichtung
ferner mindestens zwei Folienbänder und zwei Dielektrikumlagen zusammenführt, ist sie aufwendiger als eine Vorrichtung, die
nur eine oder zwei Lagen wickeln muß, insbesondere weil das Folienmatexial genau gemessen und zum richtigen Zeitpunkt geschnitten
werden muß, ehe die Dielektrikumbänder geschnitten und versiegelt werden.
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Die VerwHendung eines Dielektrikums, das auf zwei Seiten
metallisiert ist, um einen Kondensator herzustellen, ist aus der britischen Patentschrift 19 451 "bekannt. Ferner ist zweiseitig
metallisierte Folie seit dem im großen Umfang verwendet worden, wie das beispielsweise aus den US-Patentschriften
2 651 100, 2 861 231 und 2 910 834 hervorgeht. Aus der US-Patentschrift
2 861 231 ist die Lehre bekannt, Kondensatoren
aus einer metallisierten Dielektrikumfolie zu wickeln, wobei eine Anzahl metallisierter Beläge auf jeder Seite der Folie in
einem Muster angeordnet sind und in einem Abstand in progressiv zunehmender V/eise zueinander liegen, um Kurzschlüsse zu verhindern,
wenn die Folie auf sich selbst gewickelt wird, ohne daß eine Zwischenlage aus einfachem Dielektrikum vorgesehen ist.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Verfahrens, mittels dessen Kondensatoren und insbesondere Kondensatoren geringer
Kapzitäten mit extrem engen Kapazitätstoleranzen hergestellt werden können. Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung eines
Verfahrens, mit dessen Hilfe Kondensatoren sehr preiswert hergestellt werden können.
Dazu ist erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeseehen, bei dem ein
Dielektrikumband entweder selektiv auf beiden Seiten metallisiert wird, derart, daß eine Vielzahl gleicher abwechselnd metallisierter
und freier Bereiche gebildet werden, oder das ©ielektrikumband
vollständig metallisiert und dann entmetallisiert
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wird, um daa gewünschte Muster zu erreichen. Da Methoden zur
Metallisierung und Entmetallisierung bekannt sind, brauchen solche Methoden hier nicht im einzelnen beschrieben -zu werden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird das zweiseitig metallisierte
Dielektrikum der Wickelvorrichtung in Spulen zugeführt, wobei sich überlappende metallisierte Bereiche festgelegter
Länge und Breite auf beiden Seiten des Dielektrikumbandes belegt werden, beispielsweise durch Aufdampfung. Um das Anbringen
von Stromzuführungen an die Enden des Kondensators zu er-r
möglichen, nachdem die Wicklung erfolgt ist, erstrecken sich die metallisierten Bereiche nicht vollständig über das Dielektrikumband,
vielmehr nur bis zu einer Linie, die im Abstand nach innen von einem Rand des Bandes versetzt ist. Natürlich liegen
die entmetallisierten Ränder für die jeweiligen Seiten des Kondensators
an gegenüberliegenden Rändern des Dielektrikumbandes. Je nach der Kapazität, die der fertige Kondensator haben soll,
können die metallischen Beläge so ausgebildet sein, daß sie h sich über jede beliebige bestimmte Entfernung in Längsrichtung
des Dielektrikumbandes erstrecken. Das Dielektrikumband enthält entmetallisierte bzw. freie Zonen zwischen zwei beliebigen
aneinander angrenzenden metallisuierten Bereichen. Die erforderliche
Länge der freien Zonen wird bestimmt durch dje»
Größe des fertigen Kondensators, der Dicke des Dielektrikums und der Tatsache, ob das Dielektrikum die fertige Hülle für den Kondensator
bilden soll oder nicht oder ob der Kondensator von
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einem anderen Material eingekapselt werden soll, beispielsweise von einem Epoxidharz. Wenn der Kondensator selbst umhüllt werden
soll, sollen die äußeren Wicklungen des Dielektrikums eine Gesamtstärke
von 0,125 mm haben. Wenn Dielektrikum in einer Stärke von 0,0125 mm verwendet wird, sind zehn Lagen dieses Materials
für die Schutzwicklung des Kondensators erforderlich. Wenn der
Kondensator durch zusätzliches Material eingekapselt werden soll, ist es lediglich ausreichend, daß die äußeren Schutzwicklungen
in einer so ausreichenden Zahl vorgesehen sind, daß deren Wärmeversiegelung ermöglicht wird, ohne daß die metallisierten
Beläge beschädigt werden. Wenn der Kondensator mit einem zugehörigen einfachen Dielektrikumband von einem seiner Enden
aus um einen Dorn herumgewickelt wird, muß zusätzlich freies Material vorgesehen sein, um ausreichendes Material an dem vorderen
Ende des Kondensators zu belassen, damit ein Kurzschliessen der Elektroden verhindert wird. Wenn das metallisierte Dielektrikum
um die Mitte herum gefaltet und gewickelt werden soll, ohne dag ein zugehöriges Dielektrikumband vorgesehen ist,
braucht das freigelegte Dielektrikum nur so ausreichend lang zu sein, daß für die erforderlichen Schutzwicklungen gesorgt
ist und eine Wärmeversiegelung ermöglicht wird.
Gleichgültig, ob ein metallisiertes Dielektrikumband von einem Ende zusammen mit einem einfachen Dielektrikumband gewickelt
werden soll oder von der Mitte aus allein gewickelt wird, die Aufwicklung erfolgt, bis das metallisierte Material vollständig
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in den Kondensator eingewickelt und durch die erforderliche
Anzahl von Schutzwicklungen bedeckt ist, ehe das Band jeweils geschnitten und von einem erwärmten Stab versiegelt wird und
dann die Wicklung eines neuen. Kondensators beginnt. Die Vorrichtung
zur Wicklung kann automatisiert werden, indem man sie mit einem Sensor bestückt, beispielsweise einer Fotozelle, die
so angeordnet sein kann, daß sie Licht empfängt, das durch die freien Zonen des Dielektrikumbandes geht. Nachdem die Fotozelle
eine freie Zone festgestellt hat, können die Steuerungen der Vorrichtung eine Verzögerung des Wickeldorns bewirken, bis die
Fotozelle das Ende der freien Zone festellt, und sobald das geschehen ist, hört die Wickelvorrichtung zu laufen auf, und
der Schneid- und Versiegelkopf greift am Kondensator an, um die äußeren Wicklungen zu versiegeln und den Kondensator von dem
Dielektrikum abzutrennen, das dann zur Wicklung des nachfolgenden Kondensators verwendet wird.
Die Erfindung ist im nachfolgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung sind:
Fig. 1 ein Schaubild einer Vorrichtung, mit deren
Hilfe das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann, um ein zweisieitig metallisiertes
Dielektrikumband zusammen mit einem zugehörigen Band einfachen Dielektrikums aufzuwickeln,
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Pig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil einer Länge eines metallisierten Dielektrikumbandes, das
erfindungsgemäß verwendet werden kann,
Fig. 3 ein SchauMld, das eine Vorrichtung zum
Wickeln eines Kondensators aus einem einzigen zweiseitig metallisierten Dielektrikumbandes
zeigt, und
Fig. 4 eine Einzelheit aus einem Kondensator im Schnitt, der mit Hilfe der in Fig. 1 gezeigten
Vorrichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist.
In Fig. 1 ist ein Schaubild einer Vorrichtung gezeigt, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden
kann. Ein Band 10 aus metallisiertem Dielektrikum wird von einer Vorratsrolle 12 abgewickelt und mit einem zugehörigen einfachen
Dielektrikumband 14 um einen Wickeldorn 16 herumgewickelt, der
wahlweise zurückziehbare Teile 16a, 16b hat, die während des
Wickelvorgangs an dem Material 10, 14 angreifen und jeweils
zurückgezogen werden, um ein Herausfallen des fertigen Kondensators 20 nach dem Wickelvorgang zu ermöglichen.
Das metallisierte Dielektrikumband 10 hat eine Vielzahl metallisierter
Bex'eic'ue 22 gleicher Länge, die im gleichen Abstand
-S-
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über die gesamte Länge hinweg angeordnet sind. Der metallisierte Bereich 22 auf einer Seite des Banedes erstreckt sich
von einem Rand des Bandes 23 zu einer Linie 24, die von dem
gegenüberliegenden Rand 25 des Bandes 10 in einem solchen Abstand nach innen versetzt ist, daß ein entmetallisierter Randbereich
26 gebildet wird. Auf der gegenüberliegenden Seite des Dielektrikumbandes 10 befindet sich ein entsprechender metallisierter
Belag 27, der in seiner Länge dem metallisierten Bereich 22 entspricht, den er überlappt. Der metallisierte Bereich
27 erstreckt sich vom Rand 25 des Bandes 10 zu einer Linie 28, die von der Seite des Bandes 23 in einem solchen Abstand
liegt, daß ein entmetallisierter Randbereich 29 gebildet wird. Die Randbereiche 26 und 29 sind vorgesehen, um die
Anbringung von Stromzuführungen an den Kondensator zu ermöglichen.
Das einfache Dielektrikumband 14 hat vorzugsweise eine geringere Breite als das Dielektrikumband 10 und ist ihm gegenüber
mittig angeordnet, um die Anbringung der Stromzuführungen an den Kondensator nicht zu stören und um eine Metallbesprühung
der Stromzuführungen und der Enden der Kondensatoren zu ermög-
' liehen, um die freiliegenden metallisierten Bereiche zu kontaktieren
.
Jeder metallisierte Bereich 22 und sein entsprechender überlappender
metallisierter Bereich 27 sind von den anschließenden
metallisierten Bereichen 22, 27 durch eine entmetallisierte bzw. freie Zone 2-34 voneinander getrennt. Die freie Zone 34 umfaßt
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eine erste Partie 34a, (Fig. 2), die Material für die Schutzwicklungen
an der Außenseite des Kondensators 20 liefert, sowie eine zeweite Partie 34b, die -eine Isolierung gegen ein
Kurzschließen der metallisierten Bereiche bzw. Elektroden 22
und 27 bei Beginn der Wicklung eines anschließenden Kondensators bildet.
Um ein automatisches Wickeln von Kondensatoren vornehmen zu
können, können, ein Sensor, beispielsweise eine Lichtquelle 40,
und eine Fotozelle 42 auf gegenüberliegenden Seiten des Dielektrikumbandes
10 angeordnet sein. Obgleich kein Licht durch das Dielektrikumband in den metallisierten Bereichen 22, 27 gehen,
kann, lassen die freien Bereiche 34 Licht von der Quelle 40
durch das Band 10 durch, das auf die Fotozelle 42 einfällt, um den abschließenden Teil des Wickelvorgangs des Kondensators
einzuleiten. Wenn beispielsweise die Fotozelle 42 eine freie
Zone 34 feststellt, kann sie zur Antriebsschaltung für den
Dorn (nicht dargestellt) einen Impuls geben, so daß die Wicklung verzögert wird. Danach bewirkt die Fotozelle dann, wenn
sie das Ende der freien Zone 34 feststellt, ein Anhalten des
Dorns und eine Einwärtsbewegung eines erwärmten Schneidstabs
48 gegen die Außenseite des Kondensators, um die äußeren Wicklungen zu versiegeln und den Kondensator 20 von den Dielektrikumbändern
10 und 14 zu trenenen. Gleichzeitig mit der Betätigung des Schnittwerkzeugs 48 bewegt) sich ein Leitstabgegenstück
54 in Richtung auf den Leitstab 56, um die losen Enden.
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der Dielektrikumbänder 10 und 14 einzufangen. Nach dem Abtrennen
des Kondensators 20 von den Bändern 10 und 14 wird er aus
dem Dorn ausgeworfen, indem die Dornteile 16a und 16b nacheinander
zurückgezogen werden. Danach wird eine der Dornteile 16a
in die normale Wickellage zurückgeführt, während der Leitatab 56 und das Gegenstück 54 um den Dornteil 16a herumlaufen, um
die Bänder 10, 14 auf die flache Seite zu legen. Danach wird
der zweite Dornteil 16b in die Wickellage bewegt, um die Bänder
w 10, 14 einzuschließen. Danach wird das Gegenstück 54 außer Kontakt
mit den Bändern 10, H bewegt, und das Gegenstück 54 und der Leitstab 56 kehren in ihre in Fig. 1 gezeigte Lage zurück.
Danach beginnt ein neuer Wicklungsvorgang. Durch entsprechende Anordnung des Lichtes 40 und der Fotozelle 42 kann das Band 10
in einer solchen Lage angehalten, werden, daß die freie Zone
34 an einer Linie a-a (Fig. 2) geschnitten wird, um die gewünschte
Materjalmenge in den Partien 34a und 34b vorzusehen,
die jeweils das Ende eines Kondensators und den Anfang des
| nächsten bilden.
Fig. 2 ist eine Draufisicht auf das Dielektrikumband 10, wobei
die Beziehung der metallisierten. Bereiche 22, 24 miteinander und mit dam freien Bereich 34 gezeigt sind. Die strichpunktierte
Linie a-a stellt die Linie dar, an der der freie Bereich 34 durch den. erwärmten Schneid- und Versiegelstab 48 getrennt wird.
Die überlappenden Bereiche der metallisierten Zonen 22, 24 sind sehr genau festgelegt und sind in der Herstellung des Bandes 10
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konstant .über die Länge des Bandes 10 hinweg angeordnet, wobei
das Band entweder selektiv auf beiden Seiten metallisiert oder vollständig metallisiert und dann selektiv entmetallisiert wird.
Die konstant elektrische Feldbreite, die bei zweisieitig metallisierten Dielektriken erzeugt werden kann, kann praktisch
bei einer einseitig metallisierten Anordnung oder bei einer Folienbelaganordnung nicht erreicht werden, und zwar als Folge
inhärenter Noppen.
Obgleich das keinen Teil der Erfindung darstellt, kann darauf hingewiesen werden, daß man eine genaue Großensteuerung in der
Anfangsherstellung des Bandkondensators 10 durch Verwendung
eines rotierenden Impulsgenerators (nicht dargestellt) erreichen kann, der von dem Band angetrieben wird und der einen elektronischen
Zähler (nicht dargestellt) betätigt. Durch das Arbeiten mit solchen Geräten läßt sich eine Längenbestimmung von einem
Teil in zehntausend erreichen. Nach der Entmetallisierung beider Seiten des Bandkondensators 10 zur Bildung der freien Zone 34
kann der Bandkondensator, der gerade getrennt worden ist, geprüft werden, und die festgestellten Daten können zurückgesendet
werden, um die elektronische Längenzählung zu ändern und damit eine genaue Kapazitätsgröße von dem jeweiligen metallisierten
Teil zum nächsten einzurichten und aufrechtzuerhalten. Kleine Änderungen in der Kapazitätsgröße des Wickelkondensators 20,
der aus dem Band 10 hersgestellt wird, lassen sich dadurch erreichen, dato man das einfache zugehörige Dielektrikum 14 mit
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einer geringen Plus- oder Minusstärkenvarianz wählt. Große Verlagerungen in der Kapazitätsgröße lassen sich dadurch erreichen,
daß man das einfache zugehörige Dielektrikum 14 in einer viel größeren Stärke oder mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstanten
für geringere Kapazitätsgrößen oder mit einer geringeren Stärke oder einer höheren Dielektrizitätskonstanten
für höhere Werte wählt. Das Mischen von Dielektrikumarten läßt sich bei einer zweiseitig metallisierten Anordnung
^ einfacher durchführen, da der Vorgang der Anbringung der Stromzuführungen, der Vorgang der Besprühung, der Vorgang der
Metallisierung und Entmetallisierung nur von den Eigenschaften
des einen metallisierten Teils abhängen. Das beispielsweise gestattet das Arbeiten mit einem Niedertemperatur-Hochqualitätsdielektrikum
wie Polystyrol in einer metallisierten Anordnung, wobei der metallisiertes Polyester dem mechanischen Eigenschaften
des Systems bildet, während der Streufaktor und der Temperaturkoeffizient der Kapazität durch die elektrische
Mischung verbeseert werden. Wenn sehr niedrige Kapazitätsgrößen
P erstrebt werden, lassen sie sich sehr genau durch Verwendung eines Polyesters schmaler Breite und großer Dicke für den Elektrodenträger
und einer dicken, schmalen Polypropylenfolie für das einfache Dielektrikum erreichen, wobei das Polypropylen
preiswerter ist und eine geringere Dielektrizitätskonstante als das Polyester hat.
In Fig. 3 ist eine Abwandlung der Erfindung gezeigt, bei der die
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Botwendigkeil; entfällt, ein zugehöriges einfaches Dielektrikumband
vorzusehen» das um das metallisierte Band herumgewickelt
werden miö, Mie das iseim Ausführungsbeispiel gemäß Pig. 1 der
lall ist- Ia EIg* 3 "wird das Dielektrikumband 10' von der
Vorratsrolle Ϊ2* algezogen, bis sie mit einem Teil des Dorns
16' in Berührung steht. Der verbleibende Teil des Dorns wird
dann über das Dielektrikumband gebracht, um es einzuschließen, und danach, beginnt das Aufwickeln des Kondensators. Nach Abschluß
des Wiefcelvorgangs läßt sich eine Fotozelle (nicht dargestellt)
verwenden, vie das im Zusammenhang mit Pig. 1 beschrieben worden ist, um das Wickeln seitens des Dorns zu verzögern
und den Dorn dann, ganz abzuhalten, während der erwärmte
!renn- raid Siegelstab 48· in Anlage an den Kondensator gebracht
wird- Mit dieaer Anordnung, bei der das metallisierte Material auf sich, selbst zurückgefaltet wird, läßt sich ein
sehr kompakter Kondensator erreichen, da keine Notwendigkeit für ein zugehöriges Dielektrikumband wie das Band H in Pi. 1
besteht. Durch Wegfall des besonderen. Dielektrikumbandes geht Jedoch aueJi die EähjLgkeit verloren, Änderungen in der Größe der
Kapazität der Kondensatoren vorzunehmen, die aus dem Dielektrikumband
10* hexgeatel.lt werden können. Bei der in Pig. 3 gezeigjen
Anordnung muß die freie Zone 34' in der Mitte getrennt
werden, wenn die äußeren Wicklungen aus der gleichen Länge Dielektrikum
iiergeatellt werden sollen. Eb ist jedoch nicht erforderlich.,
daß die Längen gleich sind, und es kann sogar zweckmäßig
sein, daS der Teil der freien Zone 34'* der an der Außen-
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20A9407
-H-
seite dea Kondensators liegt, langer ist als das gegenüberliegende
Ende, um es damit zu ermöglichen, die Wärmeversiegelung durch eine äußere Lage vorzunehmen, anstatt durch zwei.
In Pig. 2 ist eine Endansicht im Schnitt durch einen Kondensator gezeigt, der mit der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren, hergestellt worden ist, wobei
die Lagen bei 60 durch ein geschmolzenes Dielektrikum zusammengehalten
sind.
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Claims (6)
1.jVerfahren zur Herstellung einer Anzahl identischer Kondensatoren
aus einem Vorrat metallisierten Dielektrikumbandes, wobei das Band eine Anzahl metallisierter Bereiche auf beiden
Seiten hat, die in überlappender Lage im Abstand zueinander über die Länge hinweg angeordnet sind, wobei das
Dielektrikumband vollständig freie langgestreckte Bereiche über seine Länge hinweg hat, die die Anzahl metallisierter
Bereiche voneinander trennen, dadurch gekennzeichnet,
daß einer der Vielzahl metallisierter Bereiche und ein Teil der freiliegenden Bereiche des Dielektrikumbandes
an beiden Enden in einen Kondensator gewickelt werden, bei dem die freiliegenden Bereiche eine Anzahl
äui3erer Schutzwicklungen bilden, gleichzeitig das metallisierte Dielektrikumband im freiliegenden Bereich zwischen
einem schon gewickelten metallisierten Bereich und einem sich daran anschließenden metallisierten Bereich, der mit dem Vorrat
verbunden ist, getrennt wird und das geschnittene Ende des Dieelektrikumbandes mit den darunter liegenden Kondensatorwicklungen
wärmeversiegelt wird und die Schritte des Wickeins, Trennens und Versiegeins wiederholt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein zugehöriges Band aus einfachen
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Dielektrikum zusammen mit dem metallisierten. Dielektrikumband
gewickelt wird, wobei das metallisierte Dielektrikumband während des Trenn- und Siegelvorgangs zwischen den
Enden des freiliegenden Bereichs derart getrennt wird, daß ein freier Teil mit dem Vorrat metallisierten Dielektrikums
verbunden bleibt, derart, daß ein Isolierkern für den Kondensator verbleibt, der anschließend gewickelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurchgekennr
zeichnet, daß das metallisierte Dielektrikumband
in Querrichtung etwa in der Mitte eines metallisierten Bereiches
gefaltet und dann um eine Achse parallel zur Faltrichtung gewickelt wird.
4· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die metallisierten Bereiche zu beiden Seiten des Bandes sich nur bis zu einem Rand des
Bandes erstrecken und vom gegenüberliegenden Rand durch eine
^ schmale entmetallisierte Randpartie getrennt sind, die über
einen metallisierten Bereich auf der gegenüberliegenden Seite
des Bandes liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das zugehörige Band aus ein-* fächern Dielektrikum schmaler als das metallisierte Dielektrikumband
ist und mittig dazu gewickelt wird.
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6. Verfahren, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchlässigkeit von Licht an den freien Bereichen des metallisierten Dielektrikumbandes
festgestellt wird und in Abhängigkeit davon der Wickel- und
Trenn- sowie Siegelvorgang gesteuert wird.
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