专利名称：功率电容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造用于临时贮存电能的电容器的方法，电容器包括至少一个电容器元件，电容器元件包括交替的介质薄膜和电极薄膜的卷，其中卷具有两个互相远离的第一和第二端面，其中所述电极薄膜是可连接地暴露在外的。更具体地，本发明涉及用于制造功率电容器的方法。本发明还涉及用于实行这样的方法的设备。
背景技术：
功率电容器通常由多个子电容器--所谓的电容器元件--的多个并联的串组成。每个串包括多个串联的电容器元件。每个电容器元件包括多个由薄的铝箔形成的非常薄的电极层，它们由通常具有被卷绕成卷的聚合物薄膜形式的介质材料薄膜分隔开，卷被压平，以便能够最佳地叠成一个封装件。封装件被放置在其中填满电绝缘液体的电容器的容器中。电容器元件以矩阵形式被互联，以及被连接到两个绝缘的套筒，由此串联连接和并联连接的电容器元件的数目分别由在电容器中想要的电容值确定。通常，还有保险丝与每个元件串联连接。除了元件和保险丝以外，电容器还包括专用电阻，用于将剩余的电荷放电。
在某些市面上销售的电容器中，电容器元件被排列成使得第一电极的铝箔在电容器元件的第一端面处凸出在聚合物薄膜的边缘的外面，而在电容器元件的同一个第一端面处，用作为另一个电极的第二相邻的铝箔的边缘被安排成它的边缘在聚合物薄膜的边缘里面。同样地，第二电极的铝箔被排列成使得它在电容器元件的第二端面处凸出在聚合物薄膜的边缘的外面，而第一电极的铝箔的边缘在第二端面处被安排成它的边缘在聚合物薄膜的边缘里面。
电容器元件被安排成有引线在各个端面处被连接到各个电极。该引线又被连接到保险丝、放电电阻、总线汇流条、或用于与电容器元件互联或用于连接到绝缘套管的其它装置。
通常，引线通过焊接被连接到组成电极的铝箔。为了有可能进行这种焊接，需要第一预焊接。第一预焊接的目的是去除构成铝箔的表面层的氧化铝，和在电容器元件上产生一个以可接受的焊接结果与引线焊接的表面。在预焊接时所使用的焊料例如包含75％锡和25％锌。
在第一预焊接后，通常进行第二预焊接。在第二预焊接期间，在第一预焊接上产生焊料熔块，引线可以被焊接在其中。在第二预焊接期间，使用的焊料例如包含50％锡和50％锌。
在用于以颗粒或线条形式提供用于上述的第一预焊接的焊料的已知的方法中，烙铁尖端(solder tip)往往被涂覆和被氧化。为此，不可能自动进行第一预焊接，而必须使用人工方法，允许操作员使得焊接适配于烙铁尖端的涂覆和氧化的程度，以及在必要时，清洗烙铁尖端。人工方法也变为依赖于操作员，所以存在有导致质量不均匀的风险。
发明概要本发明的目的是使得用于电容器元件的自动第一预焊接以得到均匀质量的自动化制造方法成为可能。
按照本发明的这个目的是通过按照在独立的权利要求1的特征部分中描述的特征特性的方法和按照在独立的设备权利要求15的特征部分中描述的特性的设备而达到的。从以下的说明和附属权利要求将知道有利的实施例。
当制造包括至少一个电容器元件的功率电容器时，其中电容器元件包括交替的介质薄膜和电极薄膜的卷，卷具有两个互相远离的第一和第二端面，其中所述电极薄膜是可连接地暴露在外的。烙铁尖端在具有预热的焊料的槽中被加热到适当的温度，以及焊料通过毛细作用力被粘结到烙铁尖端。此后，通过使得带有焊料的烙铁尖端与所述端面接触，烙铁尖端把焊料加到电容器元件的至少一个端面。然后使得烙铁尖端与该端面之间的接触停止。此后，至少一个引线通过焊接到所述端面而被固定。
本发明的目的是借助于用于实现上述的方法的设备而达到的，其中设备包括焊料槽和焊枪(solder head)，该焊枪设有用于沿x方向(水平地)运动的第一直线模块和沿y方向(垂直地)运动的第二直线模块。设备还包括用于固定电容器元件的按压单元。焊料槽、焊枪、第一和第二直线模块以及按压单元被安排在钢架上。
由于烙铁尖端在它达到适合于第一预焊接过程的温度之前一直浸入在焊料槽中，以及烙铁尖端同时被涂覆以焊料，烙铁尖端被氧化的程度与应用现有技术时相比低得多。这意味着，减少操作员干预的需要，所以第一预焊接可以自动化。自动的第一预焊接达到较低的成本和保证均匀的质量。
附图简述以下参照附图更详细地描述本发明，其中
图1是具有通过焊接被固定的引线的电容器元件的立体示意图，图2显示用于电容器元件的自动的第一预焊接的设备，图3显示焊枪的形状，图4显示焊枪的替换实施例，图5显示烙铁尖端的替换实施例，以及图6显示烙铁尖端沿着电容器元件的端面的运动。
优选实施例说明图1显示用于电容器的电容器元件1是如何由构成电容器元件的电极的第一导电铝箔2和第二导电铝箔3卷绕成的。这些铝箔被电绝缘的介质材料薄膜4(优选地聚合物材料薄膜)分隔开。电容器元件1分别包括非常长的铝箔和薄膜，它们被卷绕成具有扁平截面的卷。构成第一电极的第一铝箔2被安排在电容器元件的第一端面处，以使得它凸出在聚合物薄膜4的边缘的外面。在电容器元件的同一个第一端面处，用作为另一个电极的相邻的第二铝箔3的边缘被安排成它的边缘在聚合物薄膜4的边缘里面。电容器元件的第一端5因此具有仅仅铝箔2的扁平卷的形式。同样地，第二电极的铝箔3被排列成使得电容器元件的第二端6仅仅包含第二铝箔3的扁平卷。在电容器元件的第一端5处，第一引线7通过第一焊料8被连接到铝箔2。同样地，第二引线9在电容器元件的第二端6处，通过第二焊料(未示出)被连接。
图2显示用于电容器元件的自动的第一预焊接的设备10。设备包括焊接的钢架11，在其上安装各种功能性部件。功能由可编程逻辑控制器(PLC)控制，以及设备具有用来操控设备的控制板。焊接是由焊枪12实行的，焊枪的详细设计可从图3看到。焊枪在x方向的运动由配备有滚珠螺杆的直线模块13控制。焊枪在y方向的运动由加到直线模块13的配备有滚珠螺杆的直线模块14控制。设备10具有用来固定电容器元件的按压单元15。按压单元15包括气缸16和滚珠安装的按压单元17。具有按压板19的转向单元18被安排成使得能够在三个不同的位置0°，90°，和180°处固定电容元件1。滚珠安装的按压板17通过导向活塞28被连接到按压板19。设备10配备有焊料槽20，其中对于预焊接所需要的焊料保持为液体。在焊料槽20中的焊料的温度可以以无级方式被预置。
当按压单元15处在“打开”位置和转向位置90°时，电容器元件1被人工装载到设备10中。在电容器元件的长边接触到在按压板上提供的止动件之前电容器元件被降低到板17与19之间。然后，电容器元件被沿着按压板推压，直至元件处在对于预焊接的正确的位置，由此端面断开光电元件为止。当电容器元件处在正确的位置时，它借助于气动按压板17被固定。
图3显示焊枪12的基本设计方案。烙铁尖端21借助于可打开的接合被固定地安排在枢轴22。烙铁尖端配备有工作尖端(activetip)26。在第一预焊接期间，工作尖端26把焊料传送到电容器元件的要被涂覆以焊料的那个端面。枢轴22通过轴颈被安装在轴承座23中。轴承座23允许枢轴22轴向运动。枢轴22经由绝缘枢轴24被连接到旋转装置25。在烙铁尖端21、枢轴22、绝缘枢轴24与旋转装置25之间的连接被设计成使得旋转装置25的旋转运动被传送到烙铁尖端21。在枢轴22与绝缘枢轴24之间的接合被安排成允许相对的轴向运动，这里被称为“局部悬浮”。相对的轴向运动可以由用于此目的的一个装置阻挡。这种类型的悬浮在这里被称为“固定的悬浮”。当允许相对的轴向运动时，烙铁尖端21和枢轴22的总的重量以及轴承座23中的摩擦力将确定在工作尖端26与要被涂覆以焊料的电容器元件的那个端5或6之间的接触压力。当相对运动是不可能时，将放置工作尖端26的该明确的轴向高度位置处进行第一预焊接。焊枪12的形状允许替换烙铁尖端21以及允许使用各种形状的烙铁尖端21。旋转装置25被安排成使得在第一预焊接期间可以把旋转运动传送到烙铁尖端。旋转运动可以反转。
图4显示焊枪的替换实施例。在这个实施例中，在旋转装置25与枢轴22之间安排有压缩弹簧27。当相对的轴向运动没有被阻挡时，在工作尖端26与电容器元件10之间的接触压力将由烙铁尖端21、枢轴22和压缩弹簧的总的重量以及由轴承座23中的摩擦力加上压缩弹簧的加压确定。这种类型的悬浮在这里被称为“带有压缩弹簧的悬浮”。
上述的装置可以在本发明的基本概念的范围内以不同的方式被修正和变化。
图5显示工作尖端26的替换实施例。在图5a-d上，工作尖端26被安排成具有旋转对称截面。在图5a上，工作尖端26被安排成具有平滑的端面。在图5b上，工作尖端26被安排成具有带有环形凹槽的端面，凹槽例如是通过车削产生的。在图5c上，工作尖端26被安排成具有凹槽，以使得在端面上形成栅格状的图案。在图5d上，工作尖端26被安排成在端面上具有杯状的凹槽。在图5e上，工作尖端26被安排成具有矩形截面。工作尖端的形状不限于这些实施例，而多种其它实施例也是行得通的。为了最佳的第一预焊接，工作尖端的尺寸适配于电容器元件1的几何形状。
第一预焊接的目的是从铝箔2，3上去除氧化铝，和因此产生一个可以与引线7，9焊接达到可接受的焊接结果的表面。被使用于第一预焊接的焊料例如包含75％锡和25％锌，但具有不同的成分的其它焊料也是可行的。焊料在焊料槽中被预热到适合于当前的焊料和选择的第一预焊接过程的工作温度，例如355℃，但在300℃到400℃之间的其它温度也是可行的。
烙铁尖端21被浸入在焊料槽20中，在焊料水平面下面约10mm的深度。大于或小于10mm的高度位置也是可行的。在烙铁尖端21达到适合于选择的第一预焊接过程的在300℃到400℃之间的温度之前，烙铁尖端21一直保持浸入在焊料槽20中。在烙铁尖端21被预热的同时，工作尖端26通过毛细作用力被涂覆以液体焊料。
在烙铁尖端21被预热到预先选择的温度和工作尖端26被涂覆以焊料后，焊枪借助于直线模块13和14被移动到预先选择的位置，以便进行预焊接。烙铁尖端21降低到使得工作尖端21与电容器元件的末端5或6接触，由此接触压力由接触头的高度位置和悬浮确定部分浮动、固定、或具有弹簧的浮动。
在达到接触后，烙铁尖端21沿着电容器元件的第一端5或第二端6运动。建议的运动图案显示于图6。初始接触出现在开始点P1。然后烙铁尖端移动到第二位置P2，它改变运动方向，以及移动到第三位置P3。运动图案此后包括一个或多个在第二位置P2与第三位置P3之间运动的另外的循环，然后尖21移动到末端点P4，在这时烙铁尖端21从电容器元件的第一端5或第二端6提升。
在烙铁尖端21按照上述的移动图案移动的同时，它被旋转装置25进行旋转。旋转运动是在两个末端位置之间反转的，由此在每个方向的旋转小于一个整圈。
除了与旋转运动组合的上述的运动图案以外，当然，第一预焊接可以按照包括在x和y方向上的运动的其它运动图案以及带有或不带有旋转地被实行。
权利要求
1.一种用于制造包括至少一个电容器元件(1)的功率电容器的方法，其中电容器元件(1)包括交替的介质薄膜(4)和电极薄膜(2，3)的卷，其中卷具有两个互相远离的第一和第二端面(5，6)，其中所述电极薄膜(2，3)可连接地暴露在外，其特征在于，烙铁尖端(21)在具有预热的焊料的容器(20)中被预热，烙铁尖端然后被涂覆以焊料，此后通过把烙铁尖端(21)与所述端面(5，6)接触，而使得电容器元件的至少一个端面(5，6)被涂覆以至少一种焊料，然后停止接触，以及至少一个引线(7，9)通过焊接被固定在所述端面(5，6)。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，电容器元件(1)是由包括第一导电铝箔(2)和第二导电铝箔(3)的电极薄膜通过至少一层聚合物材料的中间介质薄膜(4)卷绕成的，其中在电容器元件的第一端面(5)处的第一铝箔(2)被安排成凸出在聚合物薄膜(4)的边缘的外面，而在电容器元件的边缘的同一个第一端面处，第二铝箔(3)的边缘被安排成它的边缘在聚合物薄膜(4)的边缘里面，以使得电容器元件的末端(5)只呈现第一铝箔(2)的卷的形状，以及第二铝箔(3)被安排成使得电容器元件的第二末端(6)以相应的方式只呈现第二铝箔(3)的卷的形状，以及烙铁尖端包括被涂覆以焊料的工作尖端(26)，以及烙铁尖端(21)在与电容器元件的端面(5，6)接触后，沿电容器元件的端面(5，6)移动。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于，运动是以包括开始点(P1)、在其间烙铁尖端(21)以一个或多个循环进行移动的两个转向点(P2，P3)、和烙铁尖端(21)由此从电容器元件的端面(5，6)去除的一个结束点(P4)的一个顺序实行的，其中第一或第二转向点(P2，P3)可以是与开始点(P1)或结束点(P4)相同的点。
4.按照权利要求2或3的任一项的方法，其特征在于，烙铁尖端沿电容器元件的末端(5，6)的运动的速度处在0m/s与0.1m/s之间。
5.按照前述权利要求的任一项的方法，其特征在于，烙铁尖端(21)当首先与电容器元件的末端(5，6)接触时向下按压电容器元件的端面(5，6)。
6.按照权利要求5的方法，其特征在于，烙铁尖端(21)向下按压到电容器元件的端面(5，6)中0-6mm之间的深度。
7.按照权利要求6的方法，其特征在于，烙铁尖端(21)被安排在枢轴(22)上，由此枢轴(22)通过轴颈被安装在轴承座(23)中，轴承座允许相对的轴向运动，其中由烙铁尖端(21)向下按压的深度由烙铁尖端(21)和枢轴(22)的总的重量以及由轴承座(23)的摩擦力确定。
8.按照权利要求6的方法，其特征在于，烙铁尖端(21)被安排在枢轴(22)上，由此枢轴(22)通过轴颈被安装在轴承座(23)中，轴承座允许相对的轴向运动，以及枢轴配备有压缩弹簧(27)，其中由烙铁尖端(21)向下按压的深度由烙铁尖端(21)、枢轴(22)和压缩弹簧(27)的总的重量以及轴承座(23)中的摩擦力加上压缩弹簧(27)的加压确定。
9.按照前述权利要求的任一项的方法，其特征在于，烙铁尖端(21)被安排在枢轴(22)上，由此在预焊接期间的烙铁尖端(21)沿枢轴(22)的旋转方向旋转。
10.按照前述权利要求的任一项的方法，其特征在于，烙铁尖端(21)沿一个或另一个旋转方向旋转，或旋转进行反转。
11.按照权利要求10的方法，其特征在于，旋转是小于一个整圈，也就是小于360°。
12.按照前述权利要求的任一项的方法，其特征在于，在焊料槽中焊料的温度是在300℃与400℃之间。
13.按照前述权利要求的任一项的方法，其特征在于，焊料包含锡和锌。
14.按照权利要求13的方法，其特征在于，焊料包含75％锡和25％锌。
15.用于实现按照权利要求1-14的任一项的方法的设备(10)，其特征在于，设备包括焊料槽(20)、焊枪(12)，其中焊枪设有用于沿x方向(水平地)运动的第一直线模块(13)和沿y方向(垂直地)运动的第二直线模块(14)、以及用于固定电容器元件的按压单元(15)，其中焊料槽(20)、焊枪(12)、第一和第二直线模块(13，14)、以及按压单元(15)被安排在钢架(11)上。
16.按照权利要求15的设备，其特征在于，焊枪(12)设有带工作尖端(26)的烙铁尖端(21)，所述烙铁尖端(21)被安排在枢轴(22)和旋转装置(25)上，由此枢轴(22)被连接到具有绝缘枢轴(24)的旋转装置(25)，以及由此枢轴(22)通过轴颈被安装在轴承座(23)中。
17.按照权利要求16的设备，其特征在于，枢轴(22)和绝缘枢轴(24)被安排成使得一导引销阻止相对的轴向运动。
18.按照权利要求16的设备，其特征在于，枢轴(22)和绝缘枢轴(24)被安排成使得在轴向缝隙中移动的导引销使相对的轴向运动成为可能。
19.按照权利要求18的设备，其特征在于，枢轴(22)与旋转装置(25)之间安排有压缩弹簧(27)，由此压缩弹簧(27)对于枢轴(22)向旋转装置(25)方向的运动起反作用。
20.按照权利要求16-19的任一项的设备，其特征在于，旋转装置(25)被安排成使得旋转运动传送到烙铁尖端(21)。
21.按照权利要求16-20的任一项的设备，其特征在于，工作尖端(26)被安排成具有旋转对称截面。
22.按照权利要求21的设备，其特征在于，工作尖端(26)被安排成具有平滑端面。
23.按照权利要求21的设备，其特征在于，工作尖端(26)被安排成具有带有回旋圆形凹槽的端面。
24.按照权利要求21的设备，其特征在于，工作尖端(26)被安排成具有凹槽，以在端面上形成栅格状的图案。
25.按照权利要求21的设备，其特征在于，工作尖端(26)被安排成具有杯状的端面。
26.按照权利要求16-20的任一项的设备，其特征在于，工作尖端(26)被安排成具有矩形截面。
27.按照权利要求15-26的任一项的设备，其特征在于，设备配备(10)有可编程逻辑控制器(PLC)和用于控制焊料槽(20)、焊枪(12)、第一和第二直线模块(13，14)和按压单元(15)的控制板。
28.按照权利要求1-14的任一项的方法制造的功率电容器，其特征在于，电容器元件(1)是由包括第一导电铝箔(2)和第二导电铝箔(3)的电极薄膜通过至少一层聚合物材料的中间介质薄膜(4)卷绕成的，其中在电容器元件的第一端面(5)处的第一铝箔(2)被安排成凸出在聚合物薄膜(4)的边缘的外面，而在电容器元件的同一个第一端面处，第二铝箔(3)的边缘被安排成它的边缘在聚合物薄膜(4)的边缘里面，以使得电容器元件的末端(5)只呈现第一铝箔(2)的卷的形状，以及第二铝箔(3)被安排成使得电容器元件的第二末端(6)以相应的方式只呈现第二铝箔(3)的卷的形状，由此电容器元件的第一端(5)提供有一个或多个借助于一个或多个焊料(8)被连接到第一铝箔(2)的引线(7)，以及电容器元件的第二端(6)以相应的方式被安排成具有一个或多个借助于一个或多个焊料被连接到第二铝箔(3)的引线(9)。
全文摘要
一种用于制造包括至少一个电容器元件(1)的功率电容器的方法，其中电容器元件(1)包括交替的介质薄膜(4)和电极薄膜(2，3)的卷，其中卷具有两个互相远离的第一和第二端面(5，6)，在卷中所述电极薄膜(2，3)是可连接地暴露在外的。烙铁尖端(21)在具有预热的焊料的容器(20)中被预热，烙铁尖端然后被涂覆以焊料，此后通过把烙铁尖端(21)与所述端面(5，6)接触，而使得电容器元件的至少一个端面(5，6)被涂覆以至少一种焊料，然后停止接触，以及至少一个引线(7，9)通过焊接被固定在所述端面(5，6)。本发明还涉及用于实行这样的方法的设备。
文档编号H01G13/00GK1726567SQ200380106360
公开日2006年1月25日 申请日期2003年12月16日 优先权日2002年12月17日
发明者P·米维茨 申请人:Abb技术有限公司