DE3247826A1

DE3247826A1 - Verfahren und vorrichtung zum multiplen laepptrennen von kristallbloecken bei stufenloser verkuerzung des klingenhubes

Info

Publication number: DE3247826A1
Application number: DE19823247826
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing.(FH) 8261 Hirten Ermer; Clemens 8261 Burgkirchen Mühlbauer
Original assignee: Heliotronic GmbH
Current assignee: Heliotronic GmbH
Priority date: 1982-12-23
Filing date: 1982-12-23
Publication date: 1984-06-28
Also published as: US4539972A; CH661244A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement für Solar zellen aus polykristallinem Material. An den Korngrenzen sind scheibenförmige Halbleiterkörper eingekerbt oder abgerundet, damit die Ladungsträger nicht in dem Maße wie üblich rekombinieren können. Die Einkerbungen werden vorzugsweise geätzt.

Description

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HELIOTRONIC"*" V ■ ■ ■ München, den 22.11.1^82

PAT/Dr.K/we

Forschungs- und Entwicklungsgesellschaft für Solarzellen-Grundstoffe mbH

Ht 8102

Verfahren und Vorrichtung zum multiplen Läpptrennen von Kristallblöcken bei stufenloser Verkürzung des Klingenhubes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum multiplen Läpptrennen von mono- bis polykristallinen Kristallstäben oder -blöcken, bei dem ein in einem Spannrahmen gehaltenes Klingenpaket vermittels eines diesen mit einem rotierenden Antriebskurbelkopf verbindenden Pleuelgestänges eine laterale Hin- und Herbewegung in der Aufschllmmung eines Läppmittels durch das zu zertrennende Werkstück vollführt.

Gattersägen und entsprechende Sägeverfahren zum multiplen Läpptrennen von mono- bis polykristallinen Kristallstäben oder -blöcken aus Halbleitermaterial, wie beispielsweise Silicium, Germanium, Galliumarsenid, Indiumphosphid, oder oxidischem Material, wie etwa Saphir, Quarz oder Gallium-Gadolinium-Granat sind bekannt (vgl. z.B. DE-PS 20 39 699, DE-OS 27 57 132 oder DE-OS 27 22 782). Bei allen diesen Verfahren erhalten die Klingen durch den auf der verschieden starken Beanspruchung der Mitten- und Randbereiche beruhenden, ungleichmäßigen Verschleiß beim Einarbeiten in das Werkstück eine konkave Kontur, die sich mit zunehmender Bearbeitungszeit immer deutlicher ausprägt. In den Umkehrpunkten ergibt sich dadurch ein immer stärkerer Kraftstoß, der das Werkstück im Verlauf des Sägevorgangs zunehmend beansprucht und zu Ausbrüchen, im Extremfall sogar zur Zerstörung des Werkstückes führen kann. Diesem Problem versucht man bisher auf verschiedene Weise zu begegnen.

So ist es bekannt, beispielsweise auf Siliciumblöcke, die als Ausgangsmaterial für Solarzollen zu guadratischen Scheiben mit 10 cm Seitenlänge und ca. 300 bis 600 um Dicke zersägt werden, seitlich Keile, z. B. aus Silicium, aufzukleben.

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Man erhält damit eine sich mit fortschreitendem Sägevorgang verjüngende Form des Werkstückes. Da sich auf diese Weise bei konstantem Klingenhub die eigentliche Arbeitslänge der Klingen kontinuierlich verkürzt und der Umkehrpunkt stetig in Richtung Klingenmitte verlagert wird, läßt sich -der Klingenstoß nahezu vollständig vermeiden. Allerdings erfordert dieses Verfahren einen zusätzlichen Arbeitsschritt zum genauen Aufkleben der Keile, deren Herstellung überdies, da sie paßgerecht gearbeitet sein müssen, entsprechend aufwendig und kostspielig ist.

Neben den genannten, die Arbeitslänge der Klingen bei konstantem Klingenhub verkürzenden Verfahren ist es auch bekannt, zur Vermeidung des Klingenstoßes den Klingenhub selbst zu verkürzen. Die Möglichkeit einer stufenlosen Hubverkürzung ist bisher aber nur für die wenig gebräuchlichen hydraulisch angetriebenen (vgl. DE-OS 27 5 7 132) bzw. für die in einem schwingungsfähigen Federsystem oszillierenden Sägegatter (vgl. DE-OS 2 7 39 257) beschrieben, bei denen jedoch die Einhaltung eines genau definierten Umkehrpunktes schwierig ist. Bei den konventionellen, über einen rotierenden Antriebskurbelkopf mit Pleuelgestänge angetriebenen Sägegattern, bei welchen der Umkehrpunkt stets exakt festgelegt ist, muß bisher jedoch zur Hubverkürzung umständlich die Maschine von Zeit zu Zeit angehalten und die Verbindung des Pleuelgestänges am Kurbelkopf von Hand versetzt werden. Damit verlängert sich jedoch die Dauer des Sägevorganges und der mehrmals nötige, schwierige Anfahrvorgang des Gerätes erhöht das Risiko von Beschädigungen sowohl des Werkstückes als auch der Klingen.

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Die Aufgabe der Erfindung bestand daher darin, ein Verfahren sowie Vorrichtungen zu seiner Durchführung anzugeben, das es gestattet, bei konventionell "anc/e triebenen Gattersägen während des Sägebetriebes stufenlos den Klingenhub zu verkürzen und dadurch die den bekannten Verfahren ^^nhaftenden Nachteile zu vermeiden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß zur stufenlosen Verkürzung des Klingenhubes während des Sägebetriebes die Verbindung zwischen Antriebskurbelkopf und Pleuelgestänge stufenlos auf das Zentrum des Kurbelkopfes zubewegt wird.

Gattersägen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet, daß als bewegliche Verbindung zwischen Antriebskurbelkopf und Pleuelgestänge ein stufenlos drehbarer Exzenterbolzen vorgesehen ist oder daß als bewegliche Verbindung zwischen Antriebskurbelkopf und Pleuelgestänge ein stufenlos linear verschiebbarer Kurbelbolzen vorgesehen ist

In den Figuren 1 bis 4 sind beispielhaft mögliche Ausführungsformen der Erfindung aufgezeigt. Der Klarheit halber ist dabei nur der Antriebskurbelkopf mit der jeweiligen Ausführungsform der beweglichen Verbindung zum Pleuelgestänge dargestellt, da in der Regel nur dieser Teil gegenüber dem für Gattersägen bekannten Stand der Technik zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens abgeändert zu werden braucht.

Die Figur 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Antriebskurbelkopfes, bei der die Verbindung zum Pleuelgestänge durch einen auf einem drehbaren Exzenterbolzen sitzenden Kurbelzapfen hergestellt wird. Durch Drehung dos Bolzens während des Sägebetriebes bewegt sich der Kurbelzapfen in eine vom Zentrum des Antriebskurbelkopfes im Vergleich zur Ausgangsposition weniger weit entfernte Stellung. Dies ent-

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spricht einer stetigen Verkürzung des Abstandes zwischen Kübel zapfen und Drehachse des Kurbelkopfes und bewirkt eine stufenlose Verkürzung des KIi ngenhubes während des Sägens..

Die Figur 2 zeigt als weitere mögliche Ausführungsforrn einen Antriebskurbelkopf mit linear verschiebbarem Kurbelbolzen, der sich auf einer durch dessen Zentrum oder an dessen Zentrum in bestimmtem Abstand vorbeiführenden Geraden von außen nach innen bewegt und dadurch eine stufenlose Hubverkürzung während des Sägens bewirkt.

Die Figuren 3 und 4 zeigen weitere mögliche Ausführungsformen des Antriebskurbelkopfes mit drehbarem Exzenterbolzen .

Figur 1 zeigt schematisch im Querschnitt einen Antriebskurbelkopf 1 mit einem drehbaren Exzenterbolzen 2, der in einem Kurbelzapfen 3 endet, an welchem das aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht dargestellte Pleuelgestänge zur Kraftübertragung auf dem Gatterrahmen angebracht ist. Durch Drehung des Exzenterbolzens um seine Drehachse 4 läßt sich der Abstand des Kurbelzapfens zur Drehachse 5 des Antriebskprbelkopfes verändern; dementsprechend ändert sich dann auch der Hub des über das Pleuelgestänge damit verbundenen Gatterrahmens.

Die Drehung des Exzenterbolzens läßt sich auf die folgende Art und Weise erreichen: im Zentrum des Kurbelkopfes sind zwei parallel zur Drehachse verschiebbare Schaltklauen 6 und 7 konzentrisch ineinander angeordnet. Beide Schaltklauen sind mit je einem Schrägzahnrad 8 bzw. 9 versehen, welches in entsprechende schräge Innenverzahnungen 10 bzw. 11 der unteren bzw. oberen Kurbelkopfhalfte 12 bzw. 13 eingepaßt ist. Verschiebt man die beiden Schaltklauen nach oben oder unten, so werden sie aufgrund der Bewegung der Schrägzahnräder in der schrägen Innenverzahnung in eine Drehbewegung

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versetzt. Diese überträgt sich schließlich über die an beiden Schaltklauen befindlichen Geradzahnräder 14 bzw. 15 auf das den Exzenterbolzen umgebende Geradzahnrad 16, und versetzt somit den Exzenterbolzen in eine Drehbewegung. Zweckmäßig werden die' Parameter wie beispielsweise Translation der Schaltklauen, Schrägung der Schrägzahnräder, Exzentrizität des Exzenterbolzens und dergleichen so abgestimmt ist, daß eine Verkürzung des Hubes um ca. 0,5 % bis 10 % der maximales Klingenhubes erreicht wird.

Die für die Bewegung der Schaltklauen geeigneten Antriebsorgane, wie z.B. Elektromotoren, werden günstig steuerbar ausgelegt. Dann läßt sich nämlich die Drehgeschwindigkeit des Exzenterbolzens so einrichten, daß je nach zu zerschneidendem Werkstück und Schnittgeschwindigkeit die Position des Kurbelzapfens zu Beginn des Sägevorganges einen möglichst großen, am Ende jedoch einen möglichst kleinen Klingenhub bewirkt. Da nach Abschluß des Sägevorganges das Klingenpaket gewöhnlich ausgewechselt wird, können in dieser Zeit die Schaltklauen leicht wieder in die Ausgangsposition zurückgeführt werden. Als günstig hat es sich auch erwiesen, die beiden Schaltklauen gegeneinander zu verspannen und auf diese Weise eine spielfreie Bewegung des Exzenterbolzens sicherzustellen.

Figur 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Antriebskurbelkopf, be:i dem die Verbindung zum aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten Pleuelgestänge durch einen linear verschiebbaren Kurbelbolzen erfolgt. Entsprechende Konstruktionselemente sind in Figur 2 wie in Figur 1 beziffert. Dor Antriebskurbelkopf 1 besteht aus den beiden miteinander verbundenen, beispielsweise verschraubten, Teilen 17 und 18. Im Zontrum dos Kurbelkopfes sind zwei parallel zur Drehachse verschiebbare Schaltklauen 6 und 7 konzentrisch ineinander angeordnet. Beide Schalt-

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klauen sind mit je einem Schrägzahnrad 8 bzw. 9 versehen, welches jeweils in entsprechende schräge Innenverzahnungen 10 bzw. 11 des oberen bzw. unteren Teils 17 bzw. 18 des Kurbelkopfes eingepaßt ist. Durch gemeinsames Verschieben nach oben oder unten werden die Schaltklauen zwangsläufig in eine Drehbewegung versetzt. Über die beiden Geradzahnräder 14 bzw. 15 bewirkt diese eine translatorische Bewegung der in Kontakt mit den Geradzahnrädern befindlichen Zahnstange 19, verändert dadurch die Position des mit der Zahnstange fest verbundenen Kurbelbolzens 3 relativ zur Drehachse 5 des Antriebskurbelkopfes und somit auch den Klingenhub.

Prinzipiell ist es auch möglich, die Schrägzahnräder 8 bzw. sowie die Innenverzahnung 10 bzw. 11 als Geradverzahnung auszuführen. Die Rotations- bzw. Translationsbewegung wird dann über eine Schrägverzahnung der Zahnstange 19 und der Zahnräder 14 und 15 erreicht. Auch eine Schragverzahnung aller Getriebeglieder ist grundsätzlich denkbar, wobei jedoch die Zahnräder 9 bzw. 8 sowie 14 bzw. 15 entgegengesetzt schräg verzahnt auszuführen sind. Derartige Ausführungsformen lassen sich sinngemäß auch auf die in Figur 1 dargestellte Anordnung übertragen.

Zweckmäßig werden die Schaltklauen gegeneinander verspannt, um eine spielfreie Bewegung der Zahnstange und damit einen genau festgelegten Umkehrpunkt zu gewährleisten. Die Auf- oder Abwärtsbewegung der Schaltklauen wird vorteilhaft über Gewindespindeln oder Zahnstangen bewirkt, die zweckmäßig über steuerbare Elektromotoren angetrieben sind, obwohl grundsätzlich auch andere Antriebe, beispielsweise hydraulisch, mechanisch oder pneumatisch, möglich sind. Dies gilt auch für die in Figur 1 beschriebene Anordnung.

In der in Figur 3 schema tisch dargestellten Anordnung wird, ähnlich wie beim Antriebskurbolkopf in Figur 1, die stufenlose Hubverkürzung wahrend du.'.; Sagebetriebes durch Drehung

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eines Exzenterbolzens bewirkt, die den Abstand eines Kurbelbolzens, an dem das nicht dargestellte Pleuelgestänge befestigt ist, zur Drehachse des An triebr.kurbelkopf es verändert. Diese Drehbewegung wird jedoch nicht durch eine Vertikalbewegung parallel zur Drehachse dos Antriebskurbelkopfes zweier in seinem Zentrum angeordneter Schaltklauen, sondern nach einem anderen Prinzip erreicht. Daher werden sämtliche Teile des in Figur 3 dargestellten Antriebskurbelkopfes neu beziffert, obwohl einige auch Bestandteile der Kurbelköpfe gemäß Figur 1 oder Figur 2 sind.

Der Antriebskurbelkopf 20 besteht aus der Kurbelkopfbasis 21 und dem Kurbelkopfoberteil 22, das mit einer Öffnung für den Kurbelzapfen 23 und den Exzenterbolzen 24 versehen ist. Im Zentrum des Kurbelkopfschaftes 25 sitzt eine parallel zur Drehachse 26 des Antriebskurbelkopfes verschiebbare Schubstange 2 7, die seitlich an ihrem oberen Ende ein Paar parallel einander gegenüberliegender, senkrecht zur Vorschubrichtung der Schubstange 27 verschiebbarer Querschubstangen 28 und 29 trägt. Der Deutlichkeit halber ist die Querschubstange 29 nur durch Strichelung angedeutet. Beide Querschubstangen sind an einem Ende abgeschrägt und gleiten mit den Schrägflächen an den entsprechend abgeschrägten Stirnflächen der Keile 30 und 31 (nur gestrichelt). Beide Keile werden durch Gegenhalter gegenüber den Querschubstangen vorgespannt; aus Gründen der Übersichtlichkeit ist jedoch nur der Keil 30 gegenüber Querschubstange 28 vorspannende Gegenhalter 32 dargestellt. Die Winkel, unter denen die Keile bzw. die Enden der Querschubstangen abgeschrägt sind, sind so gewählt, daß sie sich jeweils zu 180° ergänzen. Beide Querschubstangen besitzen an ihren anderen Enden einen geradverzahnten Bereich 33, mit dem sie einander gegenüber an dem als geradverzahntes Zahnrad 34 ausgebildeten Teil des Exzenterbolzens anliegen.

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Wird nun die Schubstange 2 7 von unten nach oben verschoben, so wird die Querschubstange 29 durch die Gleitbewegung ihres schrägen Endes entlang des Keiles 31 in eine Bewegung in Richtung Exzenterbolzen versetzt. Diese Querbewegung überträgt sich über die Geradverzahnung auf den durch die Lager 35, z.B. Kugel-, Gleit- oder Nadellager, gehaltenen Exzenterbolzen und bewirkt dessen Drehung. Gleichzeitig verschiebt diese Drehbewegung die Querschubstange 28 gegen den Keil 30, auf dessen Schrägfläche sie mit ihrem abgeschrägten Ende nach oben gleitet. Durch die Vorspannung der beiden Querschubstangen und Keile gegeneinander wird erreicht, daß die Drehung des Exzenterbolzens spielfrei erfolgen kann.

Das Prinzip einer vertikal beweglichen Schubstange, die an ihrem oberen Ende zwei einander gegenüberliegende, parallele Querschubstangen trägt, ist auch in der in Figur 4 dargestellten Anordnung verwirklicht. Der Übersichtlichkeit halber ist hier nur eine Querschubstange dargestellt; entsprechende Teile sind wie in Figur 3 beziffert.

Die Drehung des Exzenterbolzens 24 wird in diesem Fall durch eine Schrägverzahnung 36 der Querschubstange 28 sowie der nicht dargestellten zweiten Querschubstange erreicht, die in den als ebenfalls schrägverzahntes Zahnrad 37 ausgebildeten Teil des F.xzenterbolzens greift. Eine Aufwärtsbewegung der Schubstange 27, und damit der Querschubstangen mit ihrer Schrägverzahnung, die über hydraulische, pneumatische, mechanische oder ,elektrische Antriebseinrichtungen zu erreichen ist, bewirkt eine Drehbewegung des Zahnrades 37. Damit dreht sich auch der Exzenterbolzen 24 und ändert stufenlos den Abstand des Kurbelbolzens zur Drehachse des Antriebskurbelkopfes. D,ie Querschubstange 28 kann durch den Schiebekeil 38, den Abstützkeil 39 und das Gegenlager 40 gegenüber dem Zahnrad 3 7 vorgespannt werden. Günstig werden zu diesem Zweck die einander berührenden Flächen des Schiebe- und des

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Abstützkeils abgeschrägt. Auch die nicht dargestellte zweite Querschubstange wird durch ein nicht dargestelltes, identisch aufgebautes System aus Schiebekeil, Abstützkeil und Gegenlager gegenüber dem Zahnrad 3 7 vorgespannt. Damit kann eine spielfreie Drehung des Exzenterbolzens und entsprechend eine stufenlose Verkürzung des Klingenhubes des Sägegatters sichergestellt werden.

Die hier beispielhaft vorgestellten möglichen Ausgestaltungen der Erfindung dienen selbstverständlich nur der Erläuterung, nicht aber der Beschränkung des Erfindungsgedankens. Sie ermöglichen auf einfache Weise, bei Gattersägen während des Sägevorganges stufenlos den Klingenhub zu verkürzen. Durch eine solche Hubverkürzung während des Sagens, die in der Regel 0,5% bis 10%, bevorzugt 4% bis 8% des maximalen Klingenhubes betragen kann, wird eine deutliche Verbesserung der Scheibenqualität bei gegenüber den herkömmlichen Verfahren- vermindertem Zeitaufwand erreicht.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum multiplen Läpptrennen von mono- bis polykristallinen Kristallstäben oder -blöcken, bei dem ein in einem Spannrahmen gehaltenes Klingenpnket vermittels eines diesen mit einem rotierenden Antriebskurbelkopf verbindenden PluucLgestänges eine laterale Hin- und Herbewegung in der Aufschlämmung eines Läppmittels durch das zu zertrennende Werkstück vollführt, dadurch gekennzeichnet, daß zur kontinuierlichen Verkürzung des Hubes während des Sägebetriebes die Verbindung zwischen Antriebskurbelkopf und Pleuelgestänge stufenlos auf das Zentrum des Kurbelkopfes zubewegt wird.

2. Gattersäge zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als bewegliche Verbindung zwischen Antriebskurbelkopf und Pleuelgestänge ein auf einem stufenlos drehbaren Exzenterbolzen sitzender .Kurbelbolzen vorgesehen ist.

3. Gattersäge zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als bewegliche Verbindung zwischen Antriebskurbelkopf und Pleue.lgestänge ein stufenlos linear verschiebbarer Kurbelbolzen vorgesehen ist.

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