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Gegenstand der Erfindung sind Drahtspulen für eine Drahtsäge zum Abtrennen von Scheiben von einem Werkstück, dadurch gekennzeichnet, dass der mit fest gebundenem Schneidkorn belegte Sägedraht einlagig auf der Drahtspule gewickelt ist. Die Erfindung ist sowohl für Einzelschnittdrahtsägen als auch für Mehrfachdrahtsägen anwendbar.
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Für Elektronik, Mikroelektronik und Mikro-Elektromechanik werden als Ausgangsmaterialien (Substrate) Halbleiterscheiben (Wafer) mit extremen Anforderungen an globale und lokale Ebenheit, einseiten-bezogene lokale Ebenheit (Nanotopologie), Rauhigkeit und Sauberkeit benötigt. Halbleiterscheiben sind Scheiben aus Halbleitermaterialien, insbesondere Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid und überwiegend Elementhalbleiter wie Silicium und gelegentlich Germanium. Gemäß dem Stand der Technik werden Halbleiterscheiben in einer Vielzahl von aufeinander folgenden Prozessschritten hergestellt, wobei im ersten Schritt beispielsweise ein Einkristall (Stab) aus Halbleitermaterial mit dem Czochralski-Verfahren gezogen oder ein polykristalliner Block aus Halbleitermaterial gegossen wird, und in einem weiteren Schritt das entstandene kreiszylindrische oder blockförmige Werkstück aus Halbleitermaterial („Ingot“) mittels Drahtsägen in einzelne Halbleiterscheiben aufgetrennt wird.
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Dabei wird zwischen Einzelschnittdrahtsägen und Mehrfachdrahtsägen, im Folgenden als MW-Drahtsägen (MW = multiple wire) bezeichnet, unterschieden. MW-Drahtsägen werden insbesondere dann eingesetzt, wenn in einem Arbeitsschritt ein Werkstück, beispielsweise ein Stab aus Halbleitermaterial, in eine Vielzahl von Scheiben (Wafern) zersägt werden soll.
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In der
US-5 771 876 ist das Funktionsprinzip einer Drahtsäge beschrieben, die zur Herstellung von Halbleiterscheiben geeignet ist. Zu den wesentlichen Komponenten dieser Drahtsägen gehören ein Maschinenrahmen, eine Vorschubeinrichtung und ein Sägewerkzeug, das aus einem Gatter (Drahtgatter, „wire web“) aus parallelen Drahtabschnitten besteht.
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Eine MW-Drahtsäge ist beispielsweise in
EP 990 498 A1 offenbart. Hierbei läuft ein langer, mit gebundenem Schneidkorn belegter Sägedraht spiralförmig über Drahtspulen und bildet ein oder mehrere Drahtgatter.
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In der Regel wird das Drahtgatter von einer Vielzahl paralleler Drahtabschnitte gebildet, die zwischen mindestens zwei Drahtführungsrollen aufgespannt werden, wobei die Drahtführungsrollen drehbar gelagert sind und von denen mindestens eine angetrieben ist. Die Drahtführungsrollen sind üblicherweise mit einem Belag, beispielsweise Polyurethan, versehen. Außerdem weisen sie eine Vielzahl von Rillen auf, durch die der Sägedraht geführt und wodurch das Drahtgatter der Drahtsäge gebildet wird. Eine hinsichtlich Oberflächenbeschichtung und Rillengeometrie optimierte Drahtführungsrolle ist in
DE 10 2007 019 566 A1 offenbart.
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Die Längsachsen der Drahtführungsrollen sind in der Regel senkrecht zum Sägedraht im Drahtgatter ausgerichtet.
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Die Drahtabschnitte des Drahtgatters können zu einem einzigen, endlichen Draht gehören, der spiralförmig um das Rollensystem geführt ist und von einer Vorratsrolle (Senderspule) auf eine Aufnahmerolle (Empfängerspule) abgespult wird. In der Patentschrift
US 4,655,191 ist hingegen eine MW-Drahtsäge offenbart, bei der eine Vielzahl endlicher Drähte vorgesehen ist und jeder Drahtabschnitt des Drahtgatters einem dieser Drähte zugeordnet ist. Aus der
EP 522 542 A1 ist auch eine MW-Drahtsäge bekannt, bei der eine Vielzahl von endlosen Drahtschlaufen um das Rollensystem laufen.
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Die Herstellung von Scheiben aus Halbleitermaterial (Wafer) stellt besonders hohe Anforderungen an die Präzision des Abtrennvorganges. Hierzu ist es wichtig, dass die Vielzahl der Rillen auf der Drahtführungsrolle exakt parallel laufen und die Rillen und der Sägedraht in einer Linie (Fluchtung) liegen. Durch einen Verschleiß der Drahtführungsrollen kann ein Fluchtungsfehler auftreten, d.h. die Rille der Drahtführungsrolle und der in dieser Rille liegende Draht liegen nicht mehr auf einer geraden Linie. Dies kann zu einer Beschädigung, beispielsweise einer Riefenbildung, der Oberflächen der abgetrennten Halbleiterscheiben führen.
DE 102 20 640 A1 beschreibt ein Verfahren zur Kontrolle und ggf. der Korrektur der Fluchtung des Sägedrahtes zu den Rillen der Drahtführungsrollen.
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Der Sägedraht kann mit einem Schneidbelag belegt sein. Bei Verwendung von Drahtsägen mit Sägedraht ohne fest gebundenes Schneidkorn („Abrasive“) wird Schneidkorn in Form einer Suspension (Schneidsuspension, „Sägeslurry“, „Slurry”) während des Abtrennvorganges zugeführt.
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Sägedraht mit fest gebundenem Schneidkorn hat auf der Drahtoberfläche fest gebundene abrasiv wirkende Partikel, z.B. Diamant, die das Durchdringen eines Werkstückes fördern.
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Beim Abtrennvorgang durchdringt das Werkstück das Drahtgatter. Die Durchdringung des Drahtgatters wird mit einer Vorschubeinrichtung bewirkt, die das Werkstück gegen das Drahtgatter, das Drahtgatter gegen das Werkstück oder das Werkstück und das Drahtgatter gegeneinander führt, wobei sich das Drahtgatter relativ zum Werkstück bewegt.
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Der Sägedraht wird beim Abtrennvorgang im zeitlichen Mittel in eine Richtung bewegt, wobei die Bewegungsrichtung des Sägedrahtes nicht gleich bleiben muss, sondern auch in zeitlichen Abständen gewechselt werden kann (Oszilierverfahren).
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Das Drahtgatter wird sowohl auf der Einlauf- als auch auf der Auslaufseite des Werkstückes von rotierenden Drahtspulen mit Sägedraht versorgt. Der Sägedraht wird von einer Drahtspule (Sendespule) abgewickelt und auf der anderen Drahtspule (Empfängerspule) aufgewickelt, wobei der Sägedraht im Drahtgatter gleichmäßig gespannt bleibt. Der eigentliche Antrieb erfolgt über eine oder mehrere Drahtführungsrollen.
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Je nach Rotationsrichtung kann eine Drahtspule den Draht senden bzw. empfangen und somit den aktuell nicht in das zu zersägende Werkstück schneidenden Draht puffern. Bei einem oszillierenden Sägeprozess tauschen Sender- und Empfängerspule beim Wechsel der Drahtvorschubsrichtung jeweils ihre Funktion. Bei einem kontinuierlichen Sägeprozess verbleiben Sender- und Empfängerspule in ihrer jeweiligen Funktion.
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Gemäß dem Stand der Technik sind die Sägedrähte auf den Drahtspulen der MW-Drahtsägen mehrlagig gewickelt. Insbesondere bei Sägedrähten, die mit einem gebundenen Schneidkorn belegt sind, führen die Berührungen, und damit die Relativbewegungen zwischen den Oberflächen der Sägedrahtwindungen auf den Drahtspulen zu einem zusätzlichen vorzeitigen Verschleiß des Sägedrahtes. Durch den Verschleiß büßt der mit Schneidkorn besetzte Sägedraht an Schneidfähigkeit ein und der Abnutzungsgrad der Drahtabschnitte des Drahtgatters wird unterschiedlich groß. Dies führt zu einem ungleichmäßigen Sägeergebnis.
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Darüber hinaus kommt es beim Betrieb der MW-Drahtsägen, ebenfalls bedingt durch den oben genannten Verschleiß, häufiger zu Drahtrissen, als bei vergleichbaren Drahtsägen, bei denen ein glatter Sägedraht in Kombination mit losem Schneidkorn, das in Form einer Suspension (Slurry) zugeführt wird, verwendet wird.
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Ein verringerter Verschleiß eines mit gebundenem Schneidkorn belegten Sägedrahtes kann durch einlagiges Wickeln auf der Sender- und der Empfängerspule erreicht werden.
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Das einlagige Wickeln des Sägedrahtes ist für Einzelschnittsägen beispielsweise in
US 4484502 A beschrieben. Der Sägedraht wird auf zwei mit einem Außengewinde versehenen Spulen gepuffert. Der Antrieb dieser Gewindespulen versetzt den Draht in Bewegung, wobei antriebs- bzw. gewindebedingt der Sägedraht sich zwangsweise in axialer Richtung zu den Gewindespulen bewegt. Um diese axiale Bewegung zu kompensieren, wird das Spulenpaar mit einer Verfahreinheit entgegen der axialen Verschiebung verlegt. Mit der in
US 4484502 A beschriebenen einlagigen Wickeltechnik bei Einzelschnittsägen werden sehr wenig Umlenkrollen, die ebenfalls in axialer Richtung verfahrbar sind, benötigt. Allerdings ist aufgrund der axialen Bewegung des Sägedrahtes diese einlagige Wickeltechnik für eine MW-Drahtsäge gemäß dem Stand der Technik nicht anwendbar. Darüber hinaus steht beim einlagigen Wickeln für das Sägen von Stäben aus Halbleitermaterial zu wenig Sägedraht auf der Sendespule zur Verfügung.
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Es bestand daher die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zum Abtrennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück aus Halbleitermaterial mit Hilfe einer MW-Drahtsäge mit Sägedraht mit fest gebundenen Abrasiven zur Verfügung zu stellen, bei dem der vorzeitige Verschleiß des Sägedrahtes verringert wird und ausreichend Sägedraht für einen wirtschaftlichen Sägeprozess zur Verfügung steht.
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Gelöst wird die Aufgabe durch Drahtspulen für Mehrfach-Drahtsägen zum Abtrennen von einer oder mehreren Scheiben von einem Werkstück aus Halbleitermaterial durch ein aus parallelen, mit gebundenem Schneidkorn belegten Drahtabschnitten bestehendes Drahtgatter, wobei von der als Sendespule dienenden ersten Drahtspule mit gebundenem Schneidkorn belegter Sägedraht über mindestens eine Umlenkrolle zum Drahtgatter läuft, der mit gebundenem Schneidkorn belegte Sägedraht vom Drahtgatter über mindestens eine Umlenkrolle zu der als Empfängerspule dienenden zweiten Drahtspule läuft, der Sägedraht mit einem Fluchtungswinkel α1 in die Führungsrillen der Umlenkrollen eintritt und die Führungsrillen der Umlenkrollen in einem Fluchtungswinkel α2 verlässt, dadurch gekennzeichnet dass die Wicklung des Sägedrahtes auf jeder der beiden Drahtspulen einlagig ist.
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Im Folgenden werden die Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen detailliert beschrieben.
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1 zeigt beispielhaft eine Drahtverlegungsmethode für eine MW-Drahtsäge gemäß dem Stand der Technik. Die in 1 eingezeichneten Pfeile am Sägedraht 7 zeigen schematisch an, ob der Draht in Richtung des Drahtgatters, welches aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet ist, läuft, bzw. vom Drahtgatter kommt.
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1a zeigt, wie der von der Sendespule 2 abgewickelte Sägedraht 7 über die zwei parallel zu den Rotationsachsen (Längsachsen) der Sendespule 2 und der Empfängerspule 1 verfahrbaren Umlenkrollen 3a und 5, deren Rotationsachsen in einem Winkel von 90° zueinander stehen und die auf einer gemeinsamen Aufnahmeplatte 8 befestigt sind, zu einer stationären (nicht verfahrbaren) Umlenkrolle 3b geleitet wird, die den Sägedraht 7 in das Drahtgatter lenkt. Beim Austritt des Sägedrahtes 7 aus dem Drahtgatter wird der Sägedraht 7 über zwei weitere verfahrbare Umlenkrollen 3a und 5, deren Rotationsachsen in einem Winkel von 90° zueinander stehen und die ebenfalls auf der gemeinsamen Aufnahmeplatte 8 befestigt sind, auf die Empfängerspule 1 mehrlagig gewickelt.
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1b zeigt beispielhaft, wie die parallel zu der Rotationsachse der Sendespule 2 verfahrbaren Umlenkrollen 3a und 5, deren Rotationsachsen in einem Winkel von 90° zueinander stehen und die auf einer gemeinsamen Aufnahmeplatte 8 befestigt sind, parallel zur Rotationsachse der Sendespule 2 verfahrbar sind, um den Fluchtungswinkel α1, mit dem Sägedraht 7 in die Führungsrille der Umlenkrolle 3a eintritt, minimal zu halten. Bei einem idealen Fluchtungswinkel von 0° tritt der Sägedraht exakt senkrecht in die Führungsrille der Umlenkrolle ein bzw. aus. Nach dem Austritt des Sägedrahtes 7 aus der Führungsrille der Umlenkrolle 3a tritt der Sägedraht 7 in die Führungsrille der Umlenkrolle 5 ein und wird von dort an der Sendespule 2 vorbei über die stationäre Umlenkrolle 3b zum Drahtgatter (nicht eingezeichnet) geführt.
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2 zeigt schematisch den Aufbau einer MW-Drahtsäge, in der erfindungsgemäß der Sägedraht 7 auf der Sende- bzw. Empfängerspule einlagig gewickelt ist. Für eine bessere Übersichtlichkeit ist nur jeweils eine der zwei verfahrbaren Umlenkrollen eingezeichnet. Die Sendespule 2 ist hier zu 60% mit Sägedraht 7 befüllt und gibt den Sägedraht 7 unter Ausführung einer Rotationsbewegung um die Längsachse über die verfahrbare Umlenkrolle 5, welche parallel zur Längsachse der Sendespule 2 verfahren wird, über die stationäre Umlenkrolle 3b und die Drahtführungsrollen 6 auf das Drahtgatter 4. Der aus dem Drahtgatter 4 über die gegenüberliegende Drahtführungsrolle 6 austretende Sägedraht 7 wird über die stationäre Umlenkrolle 3b und die verfahrbare Umlenkrolle 5 einlagig, unter Ausführung einer Rotationsbewegung um die Längsachse, auf die Empfängerspule 1 gewickelt.
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3 zeigt eine besonders bevorzugte Verlegeeinheit für das Umwickeln von einer mehrfach gewickelten Sendespule auf eine einlagig zu wickelnde Empfängerspule und den anschließenden oszillierenden Betrieb, da hier die Problematik eines variierenden Fluchtungswinkels α (α wird im Folgenden zusammenfassend für die Fluchtungswinkel α1 und α2 genutzt) entfällt. Der Sägedraht 7 wird über eine, parallel zur Längsachse der Sendespule 2 bzw. Empfängerspule 1 verfahrbare, auf einer Aufnahmeplatte 8 befestigten Umlenkrolle 5, deren Rotationsachse senkrecht zu der Längsachse der Sendespule 2 bzw. Empfängerspule 1 steht, geführt. Auf diese Weise variiert der Fluchtungswinkel α zwischen der Rillenebene der Umlenkrolle 5 und dem von der Sendespule 2 kommende bzw. zu der Empfängerspule 1 laufende Sägedraht 7 nicht und ist somit fest auf einen minimalen Wert einstellbar. Von der Umlenkrolle 5 wird der Sägedraht 7 über die stationäre Umlenkrolle 3b, deren Rotationsachse senkrecht zu der Längsachse der Sendespule 2 bzw. Empfängerspule 1 und parallel zu der Längsachse der Umlenkrolle 5 steht, zu den Drahtführungsrollen des Drahtgatters (nicht eingezeichnet) geführt.
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Die Anwendung der erfindungsgemäßen Drahtspulen kann sowohl auf einer MW-Drahtsäge erfolgen, die für die Verwendung eines Sägedrahtes mit gebundenem Schneidkorn konzipiert ist, als auch auf einer Slurry-MW-Drahtsäge, wie beispielsweise die HCT DS420-E12 des Herstellers Applied Materials Switzerland SA, die für die Verwendung eines Sägedrahtes ohne gebundenes Schneidkorn ausgelegt ist. Diese Slurry MW-Drahtsäge kann gemäß
EP 0 990 498 A1 für den Betrieb mittels Diamantdraht umgerüstet werden.
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Gemäß dem Stand der Technik sind die Sägedrähte in einer Drahtsäge auf Drahtspulen mehrlagig gewickelt. Eine Drahtspule für eine Drahtsäge ist ein kreiszylindrisches Objekt mit einer äußeren konvexen Mantelfläche, um die der Sägedraht einlagig oder mehrlagig gewickelt wird, und einem inneren Kern. Der innere Kern umfasst die beiden Seitenflächen der Spule und ist von der Mantelfläche parallel zur Längsachse der Spule umhüllt. An den Seitenflächen des Spulenkerns befinden sich die Vorrichtungen zum Einhängen der Spule in die Drahtsäge.
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Da bei der einlagigen Wicklung weniger Sägedraht auf eine Spule mit definierter Länge und definiertem Durchmesser gewickelt werden kann als bei der mehrlagigen Wicklung, wird für die erfindungsgemäße Vorrichtung eine sowohl im Außendurchmesser als auch in der Länge maximierte Spule verwendet.
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Das einlagige Wickeln der Sende- und Empfängerspule erfolgt mit Hilfe einer angepassten Verlegevorrichtung, die weiter unten beschrieben wird.
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Für die Ausführung der Erfindung wird von einer handelsüblichen Sendespule mit mehrlagig gewickeltem, mit einem gebundenen Schneidkorn belegten Sägedraht, das Drahtgatter einer MW-Drahtsäge bestückt. Anschließend wird anstelle der Standardspule auf der "Empfängerseite" eine sowohl im Außendurchmesser als auch in der Länge bzgl. des zu zerspanenden Volumens (Länge und Querschnitt des Werkstückes) maximierte Empfängerspule eingebaut.
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Die Aufnahmekapazität der Spule wird beim einlagigen, berührungslosen Wickeln zum Einen von der Länge und dem Durchmesser der Spule bestimmt, und zum Anderen von dem Durchmesser und dem Wickelabstand des Sägedrahtes.
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Bevorzugt wird eine erfindungsgemäße Spule verwendet, die bei einlagiger Wicklung einen mit festem Schneidkorn belegten Sägedraht von mindestens 1 km Länge aufnehmen kann.
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Beispielsweise können bei einem Durchmesser der erfindungsgemäßen Spulen von 378 mm und einer Länge von 350 mm, bei einem eingestellten Wickelabstand (Steigung bzw. Pitch) des Sägedrahtes von 0,3 mm insgesamt 1230 m Sägedraht mit einem Durchmesser von 0,12 mm auf den erfindungsgemäßen Spulen gespeichert werden.
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Besonders bevorzugt wird eine erfindungsgemäße Spule verwendet, die bei einlagiger Wicklung einen mit festem Schneidkorn belegten Sägedraht von mindestens 10 km Länge aufnehmen kann.
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Da die Länge der eingesetzten Spulen keinen Einfluss auf die Größe des Drahtgatters in einer Drahtsäge hat, können die erfindungsgemäßen Spulen prinzipiell in jeder MW-Drahtsäge gemäß dem Stand der Technik eingebaut werden.
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Die erfindungsgemäße Empfängerspule wird mittels Drahtvorschub über das Drahtgatter mit Hilfe einer Verlegeeinrichtung einlagig mit einem definierten Drahtabstand (Pitch) mit dem Sägedraht über die gesamte axiale Länge der Spule befüllt. Hierzu wird der mit fest gebundenem Schneidkorn belegte Sägedraht von einer handelsüblichen, vielfach gewickelten Lieferantenspule verwendet.
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Sowohl der Wickelabstand (Pitch) als auch die jeweilige Position eines Drahtabschnittes sind auf einer handelsüblichen, vielfach gewickelten Lieferantenspule unbekannt, so dass der Fluchtungswinkel α, mit dem der Sägedraht auf die in Bezug zur Lieferantenspule fest positionierte ersten Umlenkrolle einer Verlegeeinheit gemäß dem Stand der Technik trifft, nicht kontrollierbar ist.
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Trifft der Sägedraht mit einem zu großen Fluchtungswinkel α auf die fest positionierte Umlenkrolle, führt dies zu einem vorzeitigen Verschleiß des Sägedrahtes bereits beim Umwickeln.
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Zur Lösung dieses Problems wird bevorzugt für das erstmalige Umwickeln auf die erfindungsgemäßen Spulen zusätzlich eine Walze mit glatter, zylindrischer Oberfläche anstelle einer Verlegeeinrichtung verwendet. Der Montageort der Walze wird derart gewählt, dass sich ein möglichst großer Weg für den Sägedraht zwischen Sendespule und der ersten Umlenkrolle ergibt. Die zylindrische Oberfläche der Walze lässt den Draht in axialer Richtung der Walze frei auf der Walze ausrichten und bewirkt damit eine Verringerung des Fluchtungswinkel α des Sägedrahtes, mit der der Sägedraht auf die Führungsrille der Umlenkrolle trifft.
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Besonders bevorzugt wird für das erstmalige Umwickeln von einer mehrlagig gewickelten handelsüblichen Lieferantenspule auf die erfindungsgemäße Drahtspule die Verlegeeinheit gemäß 3 verwendet. Die Verlegeeinheit nach 3 weist das Problem des Fluchtungswinkels α nicht auf. Durch die parallel zur Rotationsachse der Sendespule 2 (beim erstmaligen Umwickeln) verfahrbaren, auf einer Aufnahmeplatte 8 befestigten Umlenkrolle 5, deren Rotationsachse senkrecht zu der Rotationsachse der Sendespule 2 steht, ist die freie Drahtlänge zwischen Drahtspule und Umlenkrolle stets minimal.
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Die Drahtverlegung wird so gewählt, dass sie beim erstmaligen Auffüllen der Empfängerspule 1 zunächst an einer Stirnseite beginnt und mit einem definierten Drahtabstand (Pitch) den Draht mit jeder Windung zur gegenüberliegenden Stirnseite hin positioniert. Die einzelnen Sägedrahtwindungen auf der Spule weisen keine gegenseitige Berührung auf.
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Bevorzugt erfolgt die einlagige Wicklung des mit fest gebundenem Schneidkorn belegten Sägedrahtes auf der Empfängerspule mit einem Drahtabstand, der dem zweifachen Wert des Drahtdurchmessers entspricht.
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Wenn die Empfängerspule einlagig aufgefüllt (gewickelt) ist, wird der Draht an der handelsüblichen Lieferantenspule (Sendespule) getrennt und diese aus der Drahtsäge entnommen. Anstelle der handelsüblichen Lieferantenspule wird eine hinsichtlich der Länge und des Durchmessers der erfindungsgemäßen Empfängerspule gleiche Drahtspule eingebaut, die nun als Empfängerspule dient. Die zuvor erfindungsgemäß einlagig gewickelte Empfängerspule dient nun als Sendespule. Der mit gebundenem Schneidkorn belegte Sägedraht wird mit mindestens einer Schraube an der Empfängerspule befestigt.
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Die auf der Oberfläche des Sägedrahtes fest gebundenen Abrasive, wie beispielsweise Diamantsplitter, bewirken eine hohe Reibung zwischen Sägedraht
7 und den Umlenkrollen
3a,
3b und
5. Die hohe Reibung zwischen Sägedraht
7 und Drahtführungsrollen
6 und die Tatsache, dass die einzelnen Rillen in den Drahtführungsrollen
6 zueinander fest stehen und nicht einzeln gelagert sind, bewirken, dass die hohe Zugspannung in dem Sägegatter verbleibt. Innerhalb der letzten Windung des Sägegatters sinkt die Drahtspannung zwischen Drahtführungsrolle
6 und der Sendespule
2 bzw. der Empfängerspule
1, wenn beim Abwickeln bzw. beim Aufwickeln die Spannung auf einen vorgegebenen Wert reduziert wird. Dadurch kann eine geringere Zugspannung zwischen den Umlenkrollen
3a,
3b und
5 und der Sendespule
2 bzw. Empfängerspule
1 und eine höhere Zugspannung im Drahtgatter
4 realisiert werden. Ein entsprechendes Verfahren zur Reduzierung der Zugspannung des Sägedrahtes vor dem Aufwickeln auf die Empfängerspule für eine Drahtsäge im oszillierenden Betrieb ist in
DE 198 28 420 A1 offenbart.
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In einer MW-Drahtsäge gemäß dem Stand der Technik erfolgt der Antrieb der Säge durch die Drahtführungsrollen 6, die jeweils um ihre Längsachse, die parallel zu den Rotationsachsen der Sendespule 2 bzw. Empfängerspule 1 verläuft, rotieren. Die Sendespule 2 bzw. Empfängerspule 1 werden ebenfalls angetrieben und rotieren mit einer variierbaren Geschwindigkeit um ihre Längsachsen, so dass definierte Zugspannungen zwischen der Sendespule 2 bzw. Empfängerspule 1 und den Umlenkrollen 3a, 3b und 5 anliegen, die sich von der Zugspannung im Drahtgatter 4 unterscheiden kann.
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Die erfindungsgemäße Sendespule 2 bzw. Empfängerspule 1 werden beim Betrieb der MW-Drahtsäge gemäß dem Stand der Technik Drehmoment-gesteuert.
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Die Zugspannung im Drahtgatter wird gemäß
DE 198 28 420 A1 durch die Differenz der Drehmomente von Sendespule
2 und Drahtführungsrolle
6 eingestellt. Wird das Drehmoment der aktuell aufwickelnden Spule (Empfängerspule
1) reduziert, verringert sich die Zugspannung des auf die Empfängerspule
1 auflaufenden Sägedrahtes
7, wobei die Zugspannung im Drahtgatter
4 erhalten bleibt. Wechselt die Empfängerspule
1 ihre Funktion und wird zur Sendespule
2, wird wieder mit hohem Drehmoment gefahren, so dass der Sägedraht
7 mit hoher Zugspannung auf das Drahtgatter
4 geführt wird. Die Differenz der Drehmomente zwischen Drahtgatter
4 und Empfängerspule
1 ist für Zugspannung im Drahtgatter
4 unerheblich und bestimmt lediglich die Zugspannung des auf die Empfängerspule
1 auflaufenden Sägedrahtes
7.
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Die bei Verwendung der erfindungsgemäßen Drahtspulen gegenüber dem Drahtgatter 4 verringerte Zugspannung auf der Sendespule 2 bzw. der Empfängerspule 1 minimiert die auf die Spulen wirkenden Zugkräfte. Dies ermöglicht die Verwendung von weicheren Materialien als Spulenmaterial, ohne die Formstabilität der Spule zu beeinflussen.
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Bevorzugt erfolgt die Wicklung der Sendespule 2 bzw. Empfängerspule 1 mit einer Zugspannung von 1 bis 5 Newton.
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Die Mantelfläche der erfindungsgemäßen Spule wird aus einem weichen Werkstoff gebildet. Bevorzugt wird als Werkstoff Polyurethan eingesetzt. Ebenfalls bevorzugte Materialien sind Elastomere wie Kautschuk /Kohlenstoffmischungen, Silicone oder PVC. Auch Aluminium ist bevorzugt.
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Der innere Kern der Spule wird bevorzugt aus Stahl oder Edelstahl gefertigt.
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Bevorzugt ist die Mantelfläche der erfindungsgemäßen Spule glatt. Ebenfalls bevorzugt ist eine Mantelfläche, die eine profilierte Einkerbung, die fortlaufend wendelartig um die Mantelfläche läuft (Gewinde-Struktur), aufweist und bei der der Sägedraht entlang bzw. in der Einkerbung um die Mantelfläche gewickelt ist bzw. gewickelt wird.
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Im Drahtgatter 4 wird bei Verwendung der erfindungsgemäßen Spulen bevorzugt eine Zugspannung von 10 bis 30 Newton eingestellt. Besonders bevorzugt wird im Drahtgatter 4 eine Zugspannung von 25 bis 30 Newton eingestellt.
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Während des Sägevorganges wird erfindungsgemäß der mit fest gebundenen Schneidkörnern belegte Sägedraht 7 auf der Empfängerspule 1 ebenfalls wieder einlagig aufgewickelt. Um den Sägedraht 7 mit einem definierten Abstand einlagig auf der Empfängerspule 1 aufwickeln zu können, muss er mit einem definierten Abstand (Pitch) in axialer Richtung entlang der Empfängerspule 1, beginnend an einer der beiden Stirnseiten, verlegt werden. Hierzu wird die verfahrbare Umlenkrolle 3a, die den Sägedraht direkt auf die Empfängerspule 1 leitet, mit jeder Umdrehung der Empfängerspule 1 parallel zu der Rotationsachse der Empfängerspule 1 um einen bestimmten Weg gleichmäßig in Wickelrichtung verfahren, so dass die verfahrbare Umlenkrolle 3a stets mit der Einlaufposition des Sägedrahtes auf der Empfängerspule fluchtet und der Fluchtungswinkel α minimal ist.
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Vorzugsweise entspricht der mit jeder Umdrehung der Empfängerspule 1 parallel zur Rotationsachse der Empfängerspule 1 zurückgelegte Weg der verfahrbaren Umlenkrolle 3a dem zweifachen Wert des Durchmessers des Sägedrahtes 7.
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Beim Transport des Sägedrahtes von der parallel zur jeweiligen Rotationsachse der Drahtspulen (Sende- bzw. Empfängerspule) verfahrbaren Position der Umlenkrolle 3a zu einer nächsten stationären Umlenkrolle 3b, die den Sägedraht 7 zum Drahtgatter 4 umlenkt, darf ein Minimalwinkel (Fluchtungswinkel α) zwischen der Drahtrichtung und den Rillenebenen beider Umlenkrollen nicht überschritten werden, um den Umlenkrollenverschleiß und das Risiko des Sägedrahtrisses zu minimieren.
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Bevorzugt liegt der Wert für den Fluchtungswinkel α im Bereich von 0–2°. Besonders bevorzugt ist der Fluchtungswinkel α ≤ 1°.
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Wenn die Verlegeeinheit das Ende der Spule (die andere Stirnseite) erreicht, wechselt die Drahtspule automatisch ihre Funktion, d.h. aus der Empfängerspule 1 wird die Sendespule 2 und umgekehrt. Die entsprechenden Positionen werden in der Steuersoftware der Drahtsäge eingestellt.
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Vorzugsweise liegen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Rotationsachsen der Sende- und der Empfängerspule sowie der verfahrbaren Umlenkrolle 3a parallel zueinander (2). In dieser Ausführungsform wird durch eine zweite verfahrbare Umlenkrolle 5, deren Rotationsachse um 90° gegenüber der Rotationsachse der Umlenkrolle 3a gekippt ist und die zusammen mit der Umlenkrolle 3a auf einer Führungsplatte 8 befestigt ist, der Sägedraht 7 zur nächsten stationären Umlenkrolle 3b geleitet. Die Verfahrbarkeit der Umlenkrollen 3a und 5 wird dabei durch die parallel zu der jeweiligen Rotationsachse der Drahtrollen verfahrbaren Führungsplatte 8, auf denen die Umlenkrollen 3a und 5 befestigt sind, gewährleistet.
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In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen die Rotationsachsen der Sendespule 2 und der Empfängerspule 1 sowie der verfahrbaren Umlenkrolle 5 senkrecht zueinander (3). Die Verfahrbarkeit der Umlenkrolle 5 wird dabei durch die parallel zu der jeweiligen Rotationsachse der Drahtrollen verfahrbaren Führungsplatte 8, auf denen die Umlenkrollen 5 befestigt ist, gewährleistet. Mit der Verlegeeinheit gemäß 3 variiert der Fluchtungswinkel α zwischen der Rillenebene der Umlenkrolle 5 und dem von der Sendespule 2 kommende bzw. zu der Empfängerspule 1 laufende Sägedraht 7 nicht und ist somit fest auf einen minimalen Wert einstellbar. Der Sägedraht 7 wird direkt von der Umlenkrolle 5 zur nächsten stationären Umlenkrolle 3b geleitet.
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Bevorzugt liegt in der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Fluchtungswinkel α im Bereich von 0 bis 2°. Besonders bevorzugt ist der Fluchtungswinkel α ≤ 1°.
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Der vom Drahtgatter 4 auslaufende Sägedraht 7 wird über eine oder mehrere stationäre Umlenkrollen 3b gemäß 3 zur verfahrbaren Umlenkrolle 5, die auf einer Aufnahmeplatte 8 befestigt ist, gelenkt. Über die verfahrbare Umlenkrolle 5, welche parallel zur Rotationsachse der Empfängerspule 1 geführt wird und deren Rotationsachse senkrecht zur Rotationsachse der Empfängerspule 1 steht, wird der auslaufende Draht 7 auf der rotierenden Empfängerspule 1 mit einer Vorrichtung gemäß 3 einlagig gewickelt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine gemeinsame Verlegevorrichtung für die Sendespule 2 und Empfängerspule 1 verwendet. Die beiden verfahrbaren Umlenkrollen 5, welche die Verlegeposition des Sägedrahtes 7 auf der Sendespule 2 und der Empfängerspule 1 bestimmen, werden von einem gemeinsamen Antrieb bedient. Zu diesem Zweck sind die Lager der beiden Umlenkrollen auf einer gemeinsamen Aufnahmeplatte 8 montiert. Die Position dieser Aufnahmeplatte relativ zu der Sendespule 2 und der Empfängerspule 1 wird von dem Verlegeantrieb parallel zur Rotationsachse der Sende- und Empfängerspule bewegt.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden getrennte Verlegevorrichtungen für Sendespule 1 und Empfängerspule 2 verwendet.
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Die Sendespule 2 bzw. die Empfängerspule 1 werden in dieser Ausführungsform mit einer jeweils eigenen Verlegeeinheit bedient. Die Rotationsachsen beider Drahtspulen sind parallel ausgerichtet und stehen jeweils senkrecht zu den Rotationsachsen der verfahrbaren Umlenkrollen 5. Bei der Funktion Sendespule wird die optimale Verlegeposition sensorisch ermittelt, so dass der die Sendespule verlassende Sägedraht stets mit minimalem Fluchtungswinkel α1 in die Führungsrille der nächsten Umlenkrolle eintritt. Bei der Funktion Empfängerspule wird die Verlegeposition derart vorgegeben, dass der Sägedraht 7 einlagig auf die Empfängerspule 1 gewickelt wird.
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Durch den Gebrauch des Sägedrahtes 7 entstehen Torsions- und Biegespannungen, die dazu führen, dass der Sägedraht 7 nicht mehr exakt gerade auf die Empfängerspule 1 gewickelt werden kann. Deshalb wird der Drahtabstand beim einlagigen Wickeln so gewählt, dass trotz der durch den Gebrauch des Sägedrahtes 7 entstehenden Spannungen ein Überlagern oder Berühren von Drahtabschnitten auf der Empfängerspule 1 ausgeschlossen wird.
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Bevorzugt wird der Sägedraht 7 auf der Empfängerspule 1 einlagig mit einem Drahtabstand aufgewickelt, der dem 1,5-fachen Wert des Drahtdurchmessers entspricht. Ebenfalls bevorzugt wird der Sägedraht einlagig mit einem Drahtabstand aufgewickelt, der dem 2,5-fachen Wert des Drahtdurchmessers entspricht. Besonders bevorzugt wird der Sägedraht einlagig mit einem Drahtabstand aufgewickelt, der dem doppelten Wert des Drahtdurchmessers entspricht.
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Die erfindungsgemäß einlagig gewickelten Drahtspulen können auch bei einer oszillierenden Betriebsweise der MW-Drahtsäge angewendet werden. Bei einem oszillierenden Betrieb der MW-Drahtsäge tauschen die Sendespule 2 und die Empfängerspule 1 in Abhängigkeit der Prozessparameter abwechselnd ihre Funktion.
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Die erfindungsgemäß einlagig gewickelten Drahtspulen ermöglichen auch die mehrfache Verwendung der Drahtspulen und führen zu einem verringerten Verschleiß des mit fest gebundenen Abrasiven belegten Sägedrahtes. Diese Vorteile erhöhen die Wirtschaftlichkeit von MW-Drahtsägen.
