CH624333A5

CH624333A5 -

Info

Publication number: CH624333A5
Application number: CH151578A
Authority: CH
Inventors: Frederick Schmid
Original assignee: Crystal Syst
Priority date: 1977-02-11
Filing date: 1978-02-10
Publication date: 1981-07-31
Also published as: JPS53148082A; DE2805745C2; US4092972A; JPS6153175B2; DE2805745A1

Description

Die Erfindung betrifft ein längliches, mit abtragenden Partikeln versehenes Trennglied für eine Vorrichtung zum Trennen von Blöcken zu Platten, ein Verfahren zu dessen Herstellung und Mittel zur Ausführung des Verfahrens. Zum Trennen von Blöcken aus Materialien wie Quarz, Silizium, Saphir oder Galliumarsenid in dünne Plättchen wurden bisher hauptsächlich zwei Trennverfahren angewandt. Beim ersten, dem sogenannten Zweikörperabrieb-Trennen haften Schleifpartikeln an einem Trennglied (z.B. Diamant-Partikeln, welche in einer Trennscheibe oder einem Draht eingebettet sind), ähnlich wie beim herkömmlichen Schleifpapier; dabei werden das Werkstück und die Schleifpartikeln während der Bearbeitung abgetragen bzw. abgenutzt, wogegen der Verschleiss des Trenngliedes selbst gering ist oder überhaupt fehlt. Beim zweiten Trennverfahren, das als Dreikörperabrieb bekannt ist, werden freie Schleifpartikeln in der Regel als Bestandteil eines Öl-Schleifpartikel-Breis zwischen ein Blatt und das Werkstück eingeführt, wobei sowohl das Blatt als auch das Werkstück abgetragen werden.

Beide Verfahren haben sowohl Vor- als auch Nachteile. Ein typisches, zum Zweikörperabrieb-Trennen von hartem Material verwendetes Trennglied weist einen Draht mit einem hochfesten Kern auf, der von einem elektrolytischen Kupfermantel bedeckt und rundherum mit Diamant-Schleifpartikeln versehen ist. Solche Drähte besitzen eine Trenngeschwindigkeit, welche um eine Grössenordnung höher ist als beim Drei-körperabrieb-Trennen und erzeugen einen Einschnitt (Menge des entfernten Materials), welcher etwas schmaler ist. Die Trenngeschwindigkeit ist jedoch sehr stark vom Trenndruck abhängig, die Drähte sind recht teuer, die totale Menge des vorhandenen Schleifmittels ist relativ klein, und die Schleifpartikeln können herausgerissen oder stumpf werden. Wie beim Dreikörperabrieb-Trennen müssen die Trennglieder oft mitten in einem Trennvorgang ausgewechselt werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Trennglied zur Verwendung bei diesen Verfahren zu schaffen, so dass die Trenngeschwindigkeit erhöht werden kann, die Wahrscheinlichkeit eines Brechens des Trenngliedes sowie die Abnützung kleiner wird, weniger Trennglied-Spannung und

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weniger Schleifmittel benötigt werden, und ein schmalerer Einschnitt entsteht, als bei früher bekannten Vorrichtungen.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Trennglied über seine Länge einen Abschnitt aus Metall zur Aufnahme derPartikeln aufweist, dessen Härte kleiner ist als die Härte der Partikeln und der an einem Kern mit grösserer Zugfestigkeit angeordnet ist, und dass der mit Partikeln versehene Bereich dieses Abschnitts eine Arbeitsfläche bildet, die sich über die Länge des Trenngliedes und über weniger als etwa die Hälfte von dessen Gesamtoberfläche erstreckt, wobei die Dicke des Abschnitts nicht weniger als die Hälfte der Nennkorngrösse der Partikeln beträgt und die seitlichen Partien des Trenngliedes frei von Partikeln sind.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit erfindungsgemässen Trenngliedern beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Ansicht einer Trennvorrichtung;

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Teils der Vorrichtung aus Fig. 1;

Fig. 3 und 4 Schnittansichten von Trenngliedern, welche in der Vorrichtung nach Fig. 1 Verwendung finden, und

Fig. 5, 6 und 7 verschiedene Ansichten einer Vorrichtung zum Einbringen der Partikeln.

In den Fig. 1 und 2 ist in vereinfachter Form eine Vorrichtung 10 zum Trennen eines Blockes 12 in dünne Plättchen dargestellt. Die dargestellte Vorrichtung ist von herkömmlicher Bauart des Typs, welcher von Varian Associates unter der Bezeichnung «Model 686 Wafering Machine» verkauft und vorwiegend zum Herstellen von Plättchen und Würfeln aus Halbleiter- und anderen brüchigen Materialien, wie Silizium, Germanium und Quaiz, verwendet wird. Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, weist die Vorrichtung ein Blattpaket 13 mit mehreren parallelen Blättern 14 auf, welche durch Distanzstücke 16 getrennt und zwischen zwei Halteblöcken 18, 20 eingespannt sind. Das Blattpaket 13 ist in einer Haltevorrichtung (nicht dargestellt) befestigt und der ganze Rahmen wird mittels eines Motors, der eine Exzenterscheibe antreibt sowie mittels einer Verbindungsstange hin- und herbewegt (typischerweise mit 50 bis 200 Hüben von etwa 20 cm pro Minute). Die Konstruktion des Blattpaketes, der Haltevorrichtung, des Antriebsmotors und der zugehörigen Vorrichtungen ist in den US-Patentschriften 3 079 908 und 3 263 669, auf welche hier verwiesen wird, im Detail beschrieben.

Auf einer Seite des Blattpaketes 13 ist ein Zufuhrsystem 22 vertikal über dem Block 12, der getrennt werden soll, angebracht, mittels dem während des Trennens Schleifmittelbrei (beim herkömmlichen Dreikörper-Trennen) oder Kühlflüssigkeit (gemäss der vorliegenden Erfindung) über die Blätter und den Block gegeben wird. Das Zufuhrsystem 22 weist, wie dargestellt, einen bewegbaren Arm 24 auf, der mittels eines Luftmotors 26 über das Blattpaket 13 nach vorn und zurück bewegt wird, und zwar senkrecht zur Hin- und Herbewegung der Blätter. Eine Pumpe (nicht dargestellt) liefert den Schleifmittelbrei oder die Kühlflüssigkeit durch einen Schlauch 28 an einen Zufuhrkopf 30 am Ende des Armes 24, von wo das Gut in der gewünschten Menge über die hin- und herbewegten Blätter tropft.

Der Block 12 ist auf einen Befestigungsklotz 32 zementiert, wobei typischerweise Anco brand Improved De Khotinsky-Zement oder Eastman 910 brand-Zement verwendet wird, welcher von Eastman chemical Products, Inc. in Kingsport, Tennessee verkauft wird. Der Befestigungsblock 32 ist seinerseits von einer vertikal bewegbaren Unterlage 34 abgestützt. An der Unterlage 34 ist ein pneumatisches Nachschubsystem (nicht dargestellt) angebracht zum Nachschieben des Blockes 12 nach oben in die sich hin- und herbewegenden Blätter, und zwar mit eii^cr gewünschten Kraft, welche einstellbar ist.

Gemäss der vorliegenden Erfindung sind die bei der

Trennvorrichtung 10 verwendeten Trennglieder entweder rechteckförmige Blätter 14 mit einem Querschnitt, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, oder aber Trenndrähte 14' mit dem in Fig. 4 gezeigten Querschnitt.

Die in Fig. 3 dargestellten Blätter 14 weisen jedes ein auf dem Markt erhältliches, gehärtetes Stahlblatt auf, typisch erweise 0,475 oder 1,27 cm hoch und 0,005 bis 0,038 cm dick und aus 1095 Stahl, welcher auf ca. 55 Rc gehärtet wurde. Die untere Kante des Blattes ist so behandelt, dass sie einen weicheren Abschnitt 52 (etwa 35 Rc) zur Aufnahme der Schleifteilchen aufweist, der sich über die ganze Länge und Dicke des Blattes erstreckt und eine Tiefe von etwa 400 Mikron aufweist. Der Rest des Blattes 14, d.h. der übrige Teil aus gehärtetem Stahl, bildet einen Kern 54 hoher Zugfestigkeit. Der Abschnitt 52, worin die Schleifteilchen gehalten sind, wird entweder von einem Überzug aus weichem Material am unteren Rand des Blattes 14 gebildet, oder er ist ein Teil des ursprünglichen im Handel erhältlichen Blattes, welcher durch Wärmebehandlung weich gemacht wurde. In beiden Fällen sind die Schleifpartikeln 57 teilweise in das nach untengerichtete Segment 60 des Teils 52 eingebettet, jedoch nicht in die Seiten des Blattes, so dass die Gesamtdicke des Blattes nicht zunimmt.

Der Trenndraht 14' in Fig. 4 weist einen zentralen Kern 61 hoher Zugfestigkeit auf, der mit einer weicheren äusseren Schicht 62 überzogen ist, typischerweise mit Kupfer oder Nickel der Dicke 0,00127 bis 0,00254 cm. Die Gesamtdicke der Schicht hängt von der Grösse der Schleifpartikeln 57 ab, welche darin eingebettet sind und sollte nicht weniger als etwa die Hälfte der Nennkorngrösse dieser Partikeln betragen. Wenn z.B. 45 Mikron-Partikeln verwendet werden, sollte folglich die Dicke der Schicht nicht weniger als etwa 0,00254 cm sein. Vorzugsweise ist die Gesamtdicke etwa % der Partikelgrösse, so dass '/4 der voll eingebetteten Partikel entblösst bleibt. Der Durchmesser des Kernes, welcher vorzugsweise aus rostfreiem oder hoch zugfestem Stahl besteht, liegt üblicherweise im Bereich von 0,005 bis 0,038 cm. Wie beim Blatt 14 sind die Partikeln 57 in die nach untengerichtete Fläche 63 eingebettet und nicht in die Seiten des Blattes.

Das Blatt 14 wird vorzugsweise so hergestellt, dass zunächst das Gefüge des im Handel erhältlichen harten Stahlblattes durch leichtes Erwärmen weich gemacht wird, wie dies in der Metallurgie bekannt ist. Als Verfahren zum Erwärmen des Stahls entlang des unteren Randes des Blattes zur Erzielung eines weichen Randteils 52 sind Widerstandserwärmung, Induktionserwärmung und Erwärmung durch Elektronenstrahl zu erwähnen. Wenn der Randteil 52 des Blattes 14 so behandelt wurde, ist das anfangliche Ergebnis eine harte, äus-serste Randzone 56 mit einer Tiefe von etwa 50 bis 75 Mikron, welche über einer weicheren Zone 58 mit einer Tiefe von etwa 400 Mikron liegt. Ein typisches Profil des wärmebehandelten Blattes weist folgende Härten bei den angegebenen Tiefen auf:

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Die äussere, gehärtete Zone 56 wird weggeschliffen (vorzugsweise bis zu einer Tiefe von 100 Mikron, um sicherzustellen, dass alles entfernt wurde) unter Zurücklassung der darun-

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ter befindlichen weicheren Zone, die über die gewünschte Tiefe von 400 Mikron eine Härte von nicht mehr als 40 bis 45 Rc aufweist und in der Nähe der äusseren Fläche 60 eine Härte von weniger als ca. 35 Rc hat; die äussere Fläche 60 der stehengebliebenen weicheren Zone 58 wird dann vorzugsweise zu einem halbkreisförmigen Querschnitt geschliffen, so dass keine scharfen Kanten abgenutzt werden können, wenn das Blatt verwendet wird.

Der aus einem Überzug bestehende Abschnitt 52, worin die Schleifteilchen eingebettet sind oder die Schicht 62 werden durch elektrolytische oder stromlose Ablagerung von weichem Material, wie z.B. Kupfer oder Nickel, auf den harten Stahlkern 54 des Blattes 14 oder den Kern 61 des Drahtes 14' gebildet. Beim Blatt 14 wird das weiche Material zu einer Dicke von 0,0025 bis 0,005 cm auf der unteren Kante des im Handel erhältlichen Blattes und auf dessen äusseren Seiten des Blattes entlang einer Höhe von etwa 0,16 cm abgelagert. Überzogene rechteckförmige Blätter mögen etwas weniger günstig sein als solche Blätter, bei denen die weiche Zone mittels Wärmebehandlung gebildet wurde, dà das Überziehen die Gesamtdicke des Blattes vergrössert (und deshalb die Einschnittdicke anwachsen lässt) und weil eine gewisse Mindesttiefe des Überzugs erforderlich ist, wenn der untere Rand des Blattes auf den üblicherweise gewünschten halbkreisförmigen Querschnitt geschliffen werden soll. Diese Probleme sind weniger ausschlaggebend bei Drähten 61, welche entweder rundherum überzogen oder aber vorzugsweise bereits mit Nickel oder Kupfer überzogen gekauft werden.

Beim Trennen von Materialien wie Silizium ist das Her-ausreissen von Schleifpartikeln àus dem Blatt die wichtigere Ursache für die Blattabnutzung als das Stumpfwerden der Schleifteilchen. Beim Herstellen solcher Trennglieder ist es oft wünschenswert, diese zu überziehen, nachdem die Partikeln an ihrem Platz eingebettet worden sind. Ein Draht 14' zum Trennen von Silizium wird z.B. zunächst mit Kupfer oder Nickel überzogen oder so gekauft, wobei die Schicht eine Dicke von etwa einem Viertel der Nennkorngrösse aufweist. Nachdem die Schleifpartikel an ihrem Platz eingebettet worden sind, wird der Draht dann noch einmal überzogen, bis die totale Dicke etwa % der Partikelgrösse erreicht hat. Wenn der zweite Überzug unter Verwendung von stromlosem Nickel durchgeführt wurde, kann das Material mit einer Temperatur von 200 bis 750°C wärmebehandelt werden, um es zu verdichten und zu härten, wodurch die Schleifteilchen sogar noch fester an ihrem Platz gehalten werden.

Die vorbereiteten Blätter 14 oder Drähte 14' werden dann bei richtiger Blattspannung im Blattpaket 13 befestigt, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Die Schleifpartikeln werden danach in die Blätter oder Drähte eingebracht, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, wobei dies vorzugsweise mittels einer Vorrichtung 100, gezeigt in den Fig. 5 bis 7, geschieht.

Die Schleifpartikeln selbst sollten von unregelmässiger Form sein und eine grosse Anzahl scharfer Kanten haben.

Eine Rautenform hat sich als besonders günstig herausgestellt. Falls die Partikeln zu flach sind, könnten sie auf ihrer Fläche liegen und nicht in die Blätter eingebettet werden. In ähnlicher Weise können blockige Schleifteilchen, wie z.B. B4C die Neigung haben, zwischen dem Blatt und dem Werkstück oder dem Einbringelement zu rollen, statt sich in die weiche Blattoberfläche einzugraben. Zum Trennen von sehr hartem Material wie Saphir hat sich als geeignetstes SchleifmaterialDiamant herausgestellt, sei es natürlicher oder seien es künstliche Produkte, wie sie von General Electric Co. oder E.I. duPont hergestellt werden. Zum Trennen von weicheren Materialien wie Silizium können andere Schleifmittel wie A1203, Al203-Zr02-Eutektikum, kubisches Bornitrid und SiC verwendet werden. Das im besonderen Fall zu verwendende Schleifmaterial und die Grösse der Schleifpartikeln hängt, wie den Fachleuten bekannt, vom Material ab, das getrennt werden soll, von der gewünschten Trenngeschwindigkeit, der gewünschten Ebenheit der Trennstelle und der gewünschten Einschnittbreite. Harte Werkstücke erfordern natürlich die Verwendung von härterem Schleifmaterial. Für ebene Trennstellen und dünnere Einschnitte sollten kleinere Schleifpartikeln verwendet werden. Zum Herstellen von dünnen Plättchen aus Saphir-Blöcken haben sich 30,45 und 60 Mikron Diamant-Schleifpartikeln als am günstigsten herausgestellt.

Um die Breite des Einschnitts so klein als möglich zu halten, sollten die Schleifteilchen nicht über die Aussenkanten des Blattes oder Drahtes hinausragen (ausgenommen natürlich, soweit dies für das Spiel des Blattes nötig ist) und dadurch seine tatsächliche Gesamtbreite vergrössern. Folglich werden, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, die Schleifpartikeln nicht in die gesamte nach untengerichtete, halbkreisförmige Fläche des Blattes 14 und des Drahtes 14' angebracht. Vielmehr sind die den Seiten des Blattes 14 naheliegenden Teile der Oberfläche 60 frei von Schleifpartikeln und entsprechend auch die gleichen Stellen der halbkreisförmigen unteren Fläche 63 des Drahtes 14'. Jedenfalls ist der Bereich des Blattes oder Drahtes, in den Partikeln eingebracht werden, in der Regel symmetrisch zu einer vertikalen Ebene und erstreckt sich über einen nach untengerichteten Bogen von weniger als 180°. Das genaue Ausmass des Bogens hängtnatürlich von der Grösse der Schleifpartikeln ab. Kleine Partikeln können bis näher an die Seiten des Blattes oder Drahtes eingebracht werden, ohne seine Gesamtbreite zu vergrössern, als dies bei grossen möglich ist.

Die Vorrichtung 100 zum Einbringen der Schleifteilchen in das Blatt weist einen Rahmen 102 auf, der mittels eines Haltestabes 104 an der Vorrichtung 100 angebracht ist. Der Rahmen trägt zwei Paare horizontaler, untereinander paralleler Rollen, wobei auf jeder Seite des Werkstückes 12 ein Paar angeordnet ist, und jede Rolle um ihre Achse drehbar befestigt ist. Jedes Paar weist eine harte Rolle aus einem Elastomer (vorzugsweise Nylon) und eine starre Rolle (vorzugsweise aus Stahl) auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind oben harte Stützrollen 68 aus einem Elastomer angebracht und berühren die Oberteile der B lätter 14 und unterhalb der Blätter 14 Einbringrollen 70 aus Stahl.

Der Rahmen 102 weist einen (bezüglich der Vorrichtung 10) fixen Teil 72 auf, an welchem der Haltestab 104 und die Stützrollen 68 befestigt sind, sowie einen vertikal bewegbaren Teil 74, der die Einbringrolle 70 trägt. Der bewegbare Teil 74 besitzt vier vertikale Stäbe 76, von welchen jeder durch eine Bohrung 78 in einem vertikalen Bein des fixen Teils 72 nach unten verläuft, ferner je einen Rollentragblock 82, der mittels Befestigungsschrauben 83 am unteren Ende jedes Stabes 76 angebracht ist, ein Paar Querträger 84, von welchen jeder die oberen Enden eines mit derselben Stützrolle 68 verbundenen Stabpaares 76 verbindet, sowie zwei pneumatische Zylinder 86, wobei jeder Zylinder jeweils an einer Grundplatte 88 des fixen Teils 72 und die Kolbenstange 90 davon je am entsprechenden Querträger 84 befestigt ist. Die Einbringrollen 70 sind um ihre Achse drehbar in einem der Blockpaare 82 befestigt. Pneumatische Steuerleitungen 92, 94 verbinden die Zylinder 86 mit einem pneumatischen Steuergerät 96. Es ist klar, dass das Anlegen von Flüssigkeitsdruck auf die Leitungen 94 die Zylinder 86 veranlasst, die Querträger 84 nach oben zu drük-ken, wodurch die Einbringrollen 70 nach oben gegen die Blätter 14 und in Richtung der Stützrollen 68 gezogen werden. Die Einbringrollen 70 können von den Blättern 14 und den Stützrollen 68 wes nach unten bewegt werden, indem die Leitungen 34 belüftet werden und auf die Leitungen 92 Flüssigkeitsdruck angelegt wird.

Jede Einbringrolle 70 weist mehrere, in Achsrichtung unterteilte, sich über den Umfang erstreckende Rillen 112 in

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ihrer Aussenfläche 114 auf, wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Je eine im wesentlichen halbkreisförmige Wanne 106 ist koaxial bezüglich der entsprechenden Rolle 70 an den Blöcken 82 angebracht, so dass die untere Hälfte der Rolle innerhalb der Wanne liegt, wobei die Aussenfläche 114 der Rolle von der Innenfläche 108 der Wanne einen Abstand von etwa 0,165 cm hat. Die Gesamtlänge der Wannen 106 ist etwas grösser als die der Rollen 70 (Fig. 6), und die Wanne ist an ihren Enden geschlossen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in Fig. 5 die Rillen in den Rollen 70 (und in den Rollen 68, wie später erklärt wird) nicht dargestellt.

Die in Achsrichtung unterteilten, sich über den Umfang erstreckenden Rillen 112 an den Aussenflächen der Rollen 70 stehen senkrecht zur Rollenachse und sind entsprechend dem Abstand zwischen benachbarten, im Blattpaket 13' befestigten Blättern 14 oder 14' unterteilt. Wie am deutlichsten aus Fig. 7A hervorgeht, hat jede Rille 112 einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt, bestehend aus einer gewölbten Basis 117 und zwei parallelen ebenen Seitenwänden 118. Der Radius der Basis 116 entspricht demjenigen des weichen Teils der Blätter, der zur Aufnahme von Schleifteilchen dient (Teil 52 der Blätter 14 bzw. Teil 62 der Blätter 14'), zuzüglich der Nennkorngrösse der Schleifpartikeln. Die Rillen, deren Basis einen Radius von 0,0056 cm aufweisen, werden demnach zum Einbringen von 60 Mikron-Schleifteilchen in ein Blatt 14, 14' mit einer Dicke von 0,01 cm verwendet.

Damit der Bereich an der Unterseite der Blätter oder Drähte, in welchen Schleifpartikeln eingebettet werden, kontrolliert werden kann, ist die Gesamtbreite der Rillen, d.h. der Abstand zwischen den Seitenflächen 118 nur wenig grösser als diejenige der Blätter 14 oder Drähte 14' allein (und weniger als zweimal die Summe des Radius des Schleifpartikeln aufnehmenden Bereiches und der Nennkorngrösse der Schleifpartikeln). Wenn die Blätter in den Rillen liegen, stellen die Seitenflächen 118 demnach sicher, dass nur in den gewünschten, nach untengerichteten Bereich der Blätter oder Drähte Schleifpartikeln eingebettet werden; in die Seiten der Blätter dagegen, wo sie nach aussen vorspringen und die Gesamtdik-ke des Blattes vergrössern würden, werden keine Partikeln eingebettet. Die Tiefe der Rillen entspricht etwa dem Radius der halbkreisförmigen unteren Fläche 60,63 des Partikeln aufnehmenden T eils des B lattes.

Bei der Verwendung von Drähten 14' zum Trennen ist es von Vorteil, wenn auch die Stützrollen 68 mehrere, in Achsrichtung unterteilte, sich über den Umfang erstreckende Rillen 116 aufweisen, wobei diese so angeordnet sind, dass sie den oberen Teil der Drähte 14' oder Blätter 14 aufnehmen können. Wie am deutlichsten aus Fig. 7A hervorgeht, weisen die Rillen 116 einen V-förmigen Querschnitt auf und verhindern deshalb sowohl eine vertikale als auch eine horizontale Verschiebung der Drähte oder Blätter.

Die Stützrollen 68 auf beiden Seiten und nahe am Werkstück 12 reduzieren zusammen wesentlich das Abwandern des Blattes während des Trennvorganges. Bei der Verwendung von rechteckförmigen Blättern 14 statt Drähten 14', können die Rillen 116 rechteckig statt V-förmig ausgebildet sein (oder aber halbkreisförmig, was bei Drähten erwünscht sein kann); rechteckförmige Blätter sollten ein relativ kleines Höhe zu Breite-Verhältnis haben, damit kein Abdrehen des Blattes erfolgt. F ails die Abwanderung der B lätter kein ernsthaftes P ro-blem darstellt, können die Rillen 116 weggelassen werden.

Es leuchtet ein, dass die Stützrollen 68 die Blätter fest gegen die entsprechenden Einbringrollen 70 drücken. Die Elastizität der einen Rolle jedes Rollenpaares (im Ausführungsbeispiel der Stützrolle) nimmt allfallige Dimensionsschwankungen der Blätter, Drähte oder Schleifpartikeln auf. Wenn die Einbringrolle aus Elastomermaterial besteht, reicht die elastomere Form veränderung aus, so dass auf die Rillen 112 verzichtet werden kann.

Um die Schleifpartikeln 57 in die Blätter 14 oder Drähte 14' einzubringen, werden die Wannen 106 mit einer Schleifpaste oder einem dicken Brei gefüllt, bestehend aus einer Mischung aus Schleifpartikeln und einer Trägersubstanz, welche eine Flüssigkeit, Paste oder dickes öl sein kann. Als geeignete Diamant-Schleifpaste hat sich Grade 45 Diamond-Die Compound (erhältlich bei Hyprez Division of Engis Corporation, Morton Grove, III.) aufgelöst in Hyprez Hyprelube Lubricant (erhältlich bei derselben Firma) erwiesen. Die Einbringvorrichtung 100 ist, wie in Fig. 5 gezeigt, so eingestellt, dass die Stützrollen 68 eben auf den Blättern 14, 14' aufliegen und die Blätter bei gerillten Stützrollen in den entsprechenden Rillen 116 liegen. Die pneumatischen Zylinder 86 werden dann über die Leitungen 94 mit Druck beaufschlagt, wobei der Druck so eingestellt wird, dass die Einbringrollen 70 mit der gewünschten Kraft nach oben gegen den Unterteil der Blätter 14, 14' gezogen werden. Die Unterseite der Blätter 14,14' passen sich in die entsprechenden Rillen 102 beider Einbringrollen 70 ein. Der Oberteil der Blätter stösst dabei gegen die Stützrollen 68, weshalb sich die Blätter nicht ausbiegen.

Die Haltevorrichtung der Blätter (nicht dargestellt) wird dann bezüglich der Rollen hin- und herbewegt, wobei die Rollen und die Blätter immer mit einer Kraft gegeneinanderge-drückt werden, welche ausreicht, die Schleifteilchen in die weichen Randpartien 56, 62 der Blätter einzubringen (d.h.: teilweise darin einzubetten). Die zum Einbringen derPartikeln in die Blätter verwendete Kraft ist vorzugsweise 2- bis lOmal so gross, wie die später zum Trennen verwendete Kraft. Wenn die Schleifpartikeln aus Diamant sind und die fertigen Blätter dazu verwendet werden, Saphir mit einer Kraft von etwa 113 Pond pro Blatt zu trennen, hegt die beim Einbringen der Schleifpartikeln aufgewendete Kraft in der Grössenord-nung von 226 bis 1130 Pond. Welche Kraft genau erforderlich ist, kann experimentell bestimmt werden und hängt vom verwendeten Schleifmittel und den verwendeten Blättern ab. Vorzugsweise wird eine Kraft angewandt, welche ausreicht, die Schleifteilchen 57 etwa halb in den weichen äusseren Bereich der Blätter einzubetten. Im Falle von Blatt 14' ist die Tiefe, bis zu welcher die Teilchen 57. eingebettet werden können, durch die Dicke des weichen äusseren Teils 62 begrenzt.

Die Schleifpartikeln können in jeder gewünschten Konzentration (Partikel pro Flächeneinheit) in die Blätter 14 eingebettet werden. Um eine höhere Partikelkonzentration zu erzielen, wird die Konzentration der Schleifpartikeln in der Schleifpaste oder dem Brei in Wanne 74 erhöht, und die Hal-tevorrichtung wird öfters bezüglich der Rollen 34 hin- und herbewegt.

Wie bereits oben festgehalten wurde, werden nur in diejenigen Teile der Blätter Schleifpartikeln eingebettet, welche später wirklich zum Trennen des Werkstückes verwendet werden. An den Seiten und den Oberteilen der Blätter werden also keine Partikeln eingebettet. Dies hat nicht nur einen sparsamen Verbrauch von teuren Schleifpartikeln zur Folge, sondern reduziert auch die Breite des Einschnittes und damit das beim Trennen verbrauchte Material, da an den Seiten der Blätter keine Schleifpartikeln vorhanden sind. Diese beiden Eigenschaften sind ausschlaggebend fur ein kommerziell günstiges Verfahren.

Im Normalfall werden die Blätter 14 oder 14' mittels der Haltevorrichtung und der Einbringvorrichtung 100, welche in der Trennvorrichtung 10 angebracht ist, mit Schleifteilchen versehen, wie vorstehend erläutert. Andererseits kann das Blattpaket 13 auch in eine separate Vorrichtung eingespannt werden zum Einbringen der Schleifpartikeln und erst danach in die Vorrichtung 10.

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Ungeachtet der Art und Weise, wie die Blätter mit Schleifpartikeln versehen werden, geht der Trennvorgang des Werkstückes 12 aus herkömmliche Art vorsieh, mit der Ausnahme, dass eine Kühlflüssigkeit, wie Wasser oder Äthylenglykol, welche frei von Schleifteilchen ist, statt eines Schleifbreies aus dem Zufuhrsystem 22 der Vorrichtung auf die Blätter getropft wird. Während des Trennvorganges werden die Einbringrollen 70 (durch Druckbeaufschlagung der Zylinder 86 über die Leitungen 92) in einen kleinen Abstand zu den Blättern 14, 14' gebracht. Die nach obengerichtete Kraft des Werkstückes 12 hält die Blätter 14,14' in den Rillen 116 der Stützrollen 68, wodurch die axiale Lage der Blätter bezüglich des Werkstük-kes unverändert bleibt und das Auswandern der Blätter wesentlich reduziert wird.

Während des Trennens eines Blockes zeigt hauptsächlich die Abnahme der Trenngeschwindigkeit an, dass die Schleifteilchen 57 in den Blättern 14 oder 14' abgenutzt sind. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Blätter, welche selbst nur wenig abgenutzt wurden, da keine Relativbewegung zwischen ihnen und den Schleifpartikeln stattfindet, neu mit Schleifpartikeln zu versehen, ohne dazu die Blätter aus dem Blattpaket 18 entfernen zu müssen. In vielen Fällen ist es auch möglich, die Blätter während des Schleifvorganges mit neuen, scharfen Schleifpartikeln zu versehen.

Das erneute Einbringen von Schleifpartikeln kann auf zwei Arten erfolgen. Falls die ursprüngliche Konzentration der Schleifpartikeln auf den Blättern nicht allzu gross war, können einfach neue Schleifpartikeln in die Blätter eingebettet werden. Falls die anfangliche Konzentration hoch war und falls aus anderen Gründen die abgenutzten Schleifpartikeln entfernt werden sollen, können die alten Partikeln zunächst von den Blättern abgestreift und die Blätter danach wieder mit neuen scharfen Schleifteilchen versehen werden.

Falls es nur nötig ist, zusätzliche neue Schleifpartikeln hinzuzufügen, kann auf verschiedene Arten vorgegangen werden. Vorzugsweise wird die Einbringvorrichtung 100 dauernd auf der Trennvorrichtung belassen, wodurch das erneute Einbringen von Schleifpartikeln einfach dadurch geschieht, dass die Einbringrollen 70 und die ihnen entsprechenden Wannen 106 nach oben in die Einbringstellung bewegt werden, wobei die Blätter 14,14' mit der gewünschten Kraft in die Rillen der Einbringrollen gedrückt werden. Auf diese Weise können die • Blätter mit neuen Schleifpartikeln versehen werden, ohne dass das Werkstück oder das Blattpaket aus der Trennvorrichtung entfernt wird. In der Regel wird das Werkstück beim Neueinbringen von Schleifpartikeln von den Blättern weggezogen, indem die Werkstückunterlage 34 gesenkt wird. Wenn die aus dem Werkstück hergestellten Plättchen relativ dick sind und an die Glätte der Schnittflächen keine grossen Anforderungen gestellt werden, kann das Neueinbringen während des Trennvorganges erfolgen.

Andererseits kann das Blattpaket 13 aus der Trennvorrichtung 10 entfernt und in einer anderen Trennvorrichtung oder einem ähnlichen Gerät, das die Blätter unter Spannung hält, angebracht werden. Die Blätter 14 oder 14' können dann neu mit Schleifpartikeln versehen werden, indem eine Einbringvorrichtung 100 verwendet und das Blattpaket bezüglich der Einbringvorrichtung hin- und herbewegt wird, wobei die Blätter 14, 14' und die Rollen 70 mit der gewünschten Kraft gegeneinander gepresst werden.

Ein drittes Verfahren, um die Blätter während des Trennvorganges mit neuen Schleifpartikeln zu versehen, besteht darin, einen feinen Nebel von Schleifteilchen in Öl in die Trennfläche zwischen den Blättern 14, 14' und dem Werkstück 12 zu sprühen. In der Folge werden durch die Trennkraft zwischen dem Werkstück und den Blättern neue Partikeln in die weichen Schleifpartikeln bindenden Teile 56, 62 der Blätter eingebettet. Es hat sich herausgestellt, dass dazu ein Nebel aus Öl mit Diamantpartikeln geeignet ist, der aus einer Mischung von S-1313 Oil Soluble Slurry Diamond Compound grades 35 and 40, welches bei Hyprez Division of Engis Corporation erhältlich ist, und zusätzlichem öl besteht, das beigemischt wird, um die gewünschte Suspension zu erhalten. Diese dritte Methode führt in der Regel zu einer kleineren Konzentration von in den Blättern eingebetteten Partikeln, als bei der Verwendung der Vorrichtung 100, und wird deshalb nur verwendet, wenn keine grosse Trenngeschwindigkeit erforderlich ist.

Falls die abgenutzten Schleifpartikeln vor dem Einbringen neuer Partikeln von den Blättern entfernt, d.h. abgestreift werden sollen, ist es in der Regel empfehlenswert, zunächst das Werkstück 12»und die Blätter 14,14' zu trennen, sei es, indem das Blattpaket aus der Trennvorrichtung 10 weggenommen wird, oder indem vorzugsweise die Unterlage 34 von den Blättern weg abgesenkt wird.

Das Abstreifen wird dann mittels eines Dreikörperabrieb-Verfahrens durchgeführt. Dabei werden runde oder blockför-mige Schleifteilchen, wie z.B. B4C zwischen die Blätter 14, 14' und ein Blind-Werkstück, vorzugsweise einën Graphitblock, gesprüht oder gespühlt. Die Blätter und der Block werden dann gegeneinander hin- und herbewegt, währenddem sie mit einer Kraft zusammengepresst werden, die der Kraft beim Wiedereinbringen von Partikeln entspricht. Mit der Hin- und Herbewegung der Blätter rollen die Schleifteilchen zwischen den Blättern und dem Block und streifen dabei die alten Schleifteilchen ab. In bestimmten Fällen kann das Abstreifen erfolgen, ohne dass die Blätter und das Werkstück 12 getrennt werden müssen, indem einfach blockformige Partikeln über die Blätter gesprüht oder gespühlt werden, während der Trennvorgang weitergeht. Nachdem das Abstreifen durch eines dieser Verfahren erfolgt ist, können scharfe neue Partikeln in die Blätter eingebracht werden, wie oben beschrieben.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand einer Trennvorrichtung mit hin- und herbewegten Drähten oder anderen Trennblättem beschrieben wurde, soll daraufhingewiesen werden, dass sie auch bei anderen Typen von Blättern und Trennvorrichtungen einsetzbar ist. Beispielsweise können auch kontinuierliche Bandsägeblätter, wie sie von Dia-Chro-me Inc. of Glendale, California, verkauft werden, oder Langdraht-B lätter, wie sie bei Laser Technology, Inc..erhältlich sind, so behandelt werden, dass eine relativ weiche Oberfläche zur Aufnahme der Schleifpartikeln entsteht, in welche dann Schleifpartikeln eingebracht werden können, wie dies vorgängig beschrieben wurde.

Die kontinuierlichen Bandsäge-Blätter können vorzugsweise in einer Bandsäge-Vorrichtung, wie z.B. dem Zepher Modell, erhältlich bei Do-All Company in Des Piaines, Illinois, verwendet werden; die Langdraht-Sägeblätter können bei einer grossen Anzahl von Drahtsägen, wie sie bei Laser Technology, Inc. erhältlich sind, verwendet werden, von welchen «Guillotine» model 2008 die grösste ist.

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3 Blätter Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Längliches, mit abtragenden Partikeln (57) versehenes Trennglied ( 14; 14') für eine Vorrichtung zum Trennen von Blöcken zu Platten, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennglied über seine Länge einen Abschnitt (52; 62) aus Metall zur Aufnahme der Partikeln aufweist, dessen Härte kleiner ist als die Härte der Partikeln und der an einem Kern mit grösserer Zugfestigkeit angeordnet ist, und dass der mit Partikeln versehene Bereich (60; 63) dieses Abschnitts eine Arbeitsfläche bildet, die sich über die Länge des Trenngliedes und über weniger als die Hälfte von dessen Gesamtoberfläche erstreckt, wobei die Dicke des Abschnitts nicht weniger als die Hälfte der Nennkorngrösse der Partikeln beträgt und die seitlichen Partien des Trenngliedes frei von Partikeln sind.
2. Trennglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (52; 62) zur Aufnahme der Partikeln aus Stahl besteht, der durch Wärmebehandlung eine Festigkeit aufweist, die kleiner ist als diejenige des restlichen Trenngliedes.
3. Trennglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (62) zur Aufnahme derPartikeln eine erste auf dem Kern liegende Schicht aus Material mit einer kleineren Härte als der Kern aufweist, sowie eine zweite Schicht aus Material mit einer kleineren Härte als der Kern, welche auf der ersten Schicht abgelagert ist.
4. Trennglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Partikeln versehene Bereich (60; 63) ein bogenförmiges Querschnittsprofil aufweist, wobei sich der Bogen über weniger als 180° erstreckt und einen Radius hat, der kleiner als der halbe Gesamtdurchmesser des Trenngliedes ist.
5. Verfahren zur Herstellung des Trenngliedes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ganz oder teilweise mit dem Abschnitt zur Aufnahme der Partikeln versehene Kern unter Spannung an einem Einbringelement anliegend angeordnet wird, wobei der mit Partikeln zu versehene Bereich dieses Abschnitts gegen das Einbringelement gerichtet ist und daran dicht anliegt, dass die Partikeln zu einem Teil in den Abschnitt eingebettet werden, indem dieser unter der Druckbeaufschlagung bezüglich dieses Elementes bewegt wird, derart, dass der mit Partikeln zu versehende Bereich gegen das Element gedrückt wird und abtragende Partikeln zwischen diesen Bereich und das Element eingeführt werden, und derart, dass die seitlichen Partien von Partikeln frei bleiben.
6. Verfahren nach Anspruch 5 zur Herstellung eines Trenngliedes, das im wesentlichen ein rechteckiges Quer-schnittsprofil aufweist und die Seitenflächen zueinander im wesentlichen parallel und mindestens zum Teil vom Kern gebildet sind, wobei die Arbeitsfläche des Partikeln aufnehmenden Abschnitts von einem Randteil des Trenngliedes gebildet wird und im wesentlichen senkrecht zu den Seitenflächen steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikeln aufnehmende Abschnitt dadurch gebildet wird, dass der Randteil des Blattes wärmebehandelt wird, um eine geringere Härte als der. restliche Teil des Blattes zu erhalten.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbringen der Partikeln eine Metallschicht abgelagert wird, wobei die so abgelagerte Schicht einen Teil der Gesamtdicke des Abschnitts zur Aufnahme derPartikeln ausmacht und die Partikeln an ihren Plätzen eingebettet im Blatt hält.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Randteil eines Stahlblattes mit rechteckigem Profilquerschnitt wärmebehandelt wird, wodurch der Partikeln aufnehmende Abschnitt und eine darüberliegende Schicht entstehen, und dass danach die Schicht entfernt wird.
9. Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Einbringrolle (70), die um eine Achse, welche im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Trenngliedes steht, drehbar ist und eine ringförmige Rille (112) aufweist mit einer Breite, die wenig grösser ist als die Dicke des Partikeln aufnehmenden Abschnitts, wobei dieser Abschnitt mit Partikeln versehbar ist, indem er in der Rille angeordnet ist und die Partikeln in denjenigen Bereich des Abschnitts eingebettet werden, welcher dem Boden der Rille zugekehrt ist.
10. Mittel nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Stützrolle (68), deren Achse parallel zur Achse der Einbringrolle (70) angeordnet ist und deren Peripherie derjenigen der Einbringrolle benachbart ist, wobei die Stützrolle an den Aus-senseiten mit der benachbarten Einbringrolle verbunden ist.
11. Mittel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

dass die Stützrolle (68) elastomeres Material aufweist.
12. Mittel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

dass die Stützrolle und die Einbringrolle mehrere, in Achsrichtung unterteilte, ringförmige Rillen (112, 116) aufweisen, wobei die Rillen der beiden Rollen aufeinander ausgerichtet sind.
13. Mittel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rille (112) einen gewölbten Boden, der sich über einen Bogenwinkel von weniger als 180° erstreckt und zwei zur Achse der Rolle im wesentlichen senkrechte Seitenflächen aufweist und dass die Breite der Rille kleiner ist als die Summe aus der Breite des Partikeln aufnehmenden Abschnitts und der doppelten Nennkorngrösse der darin eingebetteten Partikeln.