DE102011050189A1

DE102011050189A1 - Stabilisierungsvorrichtung für eine Trennscheibe

Info

Publication number: DE102011050189A1
Application number: DE102011050189A
Authority: DE
Inventors: Roger Knetsch
Original assignee: Herbert Arnold & Co KG GmbH
Current assignee: Herbert Arnold & Co KG GmbH
Priority date: 2011-05-06
Filing date: 2011-05-06
Publication date: 2012-11-08
Also published as: CN103501943B; CN103501943A; WO2012152620A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stabilisierungsvorrichtung (10) für eine Trennscheibe einer Trennvorrichtung (1) und ein Verfahren zum Trennen von Werkstoffen. Die Stabilisierungsvorrichtung (10) weist ein Auslenkmittel (101) und ein Führungsmittel (102) auf und ist um eine Drehachse (103) drehbar gelagert. Die Stabilisierungsvorrichtung (10) wird bei einer Kopplung der Betätigungsvorrichtung mit dem Auslenkmittel (101) um die Drehachse (103) in eine Position gedreht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stabilisierungsvorrichtung für eine Trennscheibe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Trennen von Werkstoffen, insbesondere von kurzspanenden Werkstoffen, wie beispielsweise von Werkstoffen für die Halbleiterindustrie.
In der Halbleiterindustrie können beispielsweise multikristalline oder monokristalline Siliziumwerkstoffe eingesetzt werden. Multikristalline Siliziumwerkstoffe werden in einem Tiegelschmelzverfahren hergestellt. Bei der Herstellung entstehen große Blöcke, die mit einem Trennverfahren zu einzelnen Säulen zerteilt werden. Monokristalline Siliziumwerkstoffe werden häufig durch das Tiegelziehverfahren nach Czochralski hergestellt (vgl. Zeitschrift für physikalische Chemie. 92, 1918, S. 219–221). Dabei wird polykristallines Silizium in Quarztiegeln eingeschmolzen und ein dünner Impfkristall in die Schmelze eingetaucht und langsam unter Rotation herausgezogen. Durch Hinzufügen von Dotierstoffen und gezielter Temperatureinstellung ist eine Modifikation der physikalischen Halbleitereigenschaften möglich. Mittels des Tiegelziehverfahrens kann ein durch Ziehen aus der Schmelze erzeugter Ingot mit einem Außendurchmesser von bis zu 300mm und einer Länge von maximal 3m erzeugt werden. Aus den Ingots werden in einem Trennprozess ebenfalls Säulen hergestellt.
Der Trennvorgang zur Säulenherstellung erfolgt in beiden zuvor beschriebenen Verfahren mit den gleichen Trennvorrichtungen. Die Trennvorrichtungen können diamantbesetzte Scheiben, diamantbesetzte Bänder, diamantbesetzte Drähte oder Drähte aufweisen, die mit einem flüssigen Schleifmittel benetzt sind. Da die verwendeten Werkstoffe sehr teuer sind, sollen mit den zuvor genannten Trennvorrichtungen dünne und genaue Schnitte ermöglicht werden.
Aus der EP 0 016 688 B1 ist eine Trennvorrichtung mit einer Trennscheibe bekannt. Die Trennvorrichtung weist eine Stabilisierungsvorrichtung auf, die ein Führungsmittel zum Führen der Trennscheibe aufweist. Das Führungsmittel weist Flansche auf, die die Trennscheibe von beiden Seiten teilweise umgreifen. Dem Führungsmittel wird ein Fluid zugeführt, um mittels des Fluids die Trennscheibe zwischen den Flanschen zu Stabilisieren. Das Führungsmittel ist über einen Hebel und ein mit dem Hebel verbundenes Seil mit einer ortsfesten Schiene verbunden. Mittels des Hebels und des Seils wird erreicht, dass die Flansche des Führungsmittels je nach Eindringtiefe der Trennscheibe in den zu bearbeitenden Werkstoff automatisch in einer konstanten Höhe über dem zu trennenden Werkstoff gehalten werden.
Nachteilig an dieser Ausführungsform ist, dass die Auslenkung des Hebels und damit des Führungsmittels unabhängig von der Geometrie des zu trennenden Werkstoffs ist. Somit ist der Einsatzbereich der Stabilisierungsvorrichtung bzw. der Trennvorrichtung begrenzt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Stabilisierungsvorrichtung bzw. eine Trennvorrichtung vorzusehen, die wenigstens den oben genannten Nachteil nicht aufweist.
Die Aufgabe wird durch die Stabilisierungsvorrichtung nach Patentanspruch 1 und das Verfahren zum Trennen von Werkstoffen nach Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß weist die Stabilisierungsvorrichtung ein Auslenkmittel zum Auslenken der Stabilisierungsvorrichtung und ein Führungsmittel zum Führen der Trennscheibe auf. Ferner weist die Stabilisierungsvorrichtung eine Betätigungsvorrichtung auf, die mit dem Auslenkmittel koppelbar ist. Das Auslenkmittel kann derart ausgebildet sein, dass dieses von einem Stabilisierungskörper abnehmbar ist oder mit diesem einteilig ausgebildet ist. Die Stabilisierungsvorrichtung ist um eine Drehachse drehbar, die zwischen dem Führungsmittel und dem Auslenkmittel vorgesehen sein kann.
Bei der Betätigungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Linearantrieb, insbesondere einen Piezoaktor handeln. Dabei dreht sich die Stabilisierungsvorrichtung um die Drehachse, wenn die Betätigungsvorrichtung mit dem Auslenkmittel gekoppelt wird. Das Ausbilden der Betätigungsvorrichtung als Linearantrieb bietet den Vorteil, dass kleine Auslenkungen der Betätigungsvorrichtung und damit der Stabilisierungsvorrichtung möglich sind. Somit kann die ausgelenkte Position der Stabilisierungsvorrichtung genauer eingestellt werden. Natürlich ist die Ausbildung der Betätigungsvorrichtung nicht auf den Linearantrieb beschränkt.
Die Stabilisierungsvorrichtung wird vorzugsweise in einer Trennvorrichtung zum Trennen von Werkstoffen eingesetzt, insbesondere von kurzspanenden Werkstoffen, die beispielsweise in der Halbleiterindustrie verwendet werden. Die Trennvorrichtung weist die Trennscheibe auf und wird wenigstens teilweise durch das Führungsmittel der Stabilisierungsvorrichtung geführt.
Vorteilhafterweise kann abhängig von der Ausbildung des Auslenkmittels die Position der ausgelenkten Stabilisierungsvorrichtung eingestellt werden, da die Auslenkung der Stabilisierungsvorrichtung abhängig von der Kontur des Auslenkmittels ist. So kann das Auslenkmittel wenigstens einen ersten Auslenkabschnitt aufweisen, dessen zu der Betätigungsvorrichtung zugewandte Fläche derart ausgebildet ist, dass sich deren Verlauf von einer angrenzenden Fläche eines Stabilisierungskörpers der Stabilisierungsvorrichtung unterscheidet. So kann die zu der Betätigungsvorrichtung weisende Fläche des Auslenkabschnitts von der Fläche des Stabilisierungskörpers vorstehen bzw. schräg zu dieser verlaufen. Natürlich sind auch andere Verläufe der Fläche des Auslenkabschnitts denkbar. So ist es beispielsweise auch denkbar, dass die Fläche des Auslenkabschnitts einen runden Verlauf aufweist.
Bei einem Vorsehen von mehr als einem Auslenkabschnitt auf dem Auslenkmittel kann die der Betätigungsvorrichtung zugewandte Fläche eines zweiten Auslenkabschnitts derart ausgebildet sein, dass sie einen parallelen Verlauf zu der Fläche des Stabilisierungskörpers aufweist, wobei die Fläche des zweiten Auslenkabschnitts zu der Fläche des Stabilisierungskörpers versetzt vorgesehen ist. Alternativ kann die Fläche des zweiten Auslenkabschnitts derart ausgebildet sein, dass sie bezüglich der Fläche der Stabilisierungsvorrichtung schräg verläuft. D.h., dass die Fläche des zweiten Auslenkabschnitts derart ausgebildet ist, dass sich der Winkel, der sich zwischen der Fläche des zweiten Auslenkabschnitts und der Fläche des Stabilisierungskörpers ausbildet gleich und/ oder unterschiedlich zu dem Winkel ist, der sich zwischen der Fläche des ersten Auslenkabschnitts und der Fläche des Stabilisierungskörpers ausbildet. Vorzugsweise kann der Winkel bei benachbarten Auslenkabschnitten unterschiedlich sein. Der wenigstens eine Auslenkabschnitt kann derart ausgebildet sein, dass er sich von dem Stabilisierungskörper zu der Betätigungsvorrichtung erstreckt. Das Auslenkmittel kann als Kurvenscheibe ausgebildet sein.
Als Auslenkung der Stabilisierungsvorrichtung wird im Sinne der Erfindung die Drehung der Stabilisierungsvorrichtung aus einer Grundstellung um die Drehachse verstanden, wenn die Betätigungsvorrichtung mit dem Auslenkmittel gekoppelt wird. Bei der Grundstellung der Stabilisierungsvorrichtung handelt es sich um die Stellung der Stabilisierungsvorrichtung, bei der die Betätigungsvorrichtung nicht mit dem Auslenkmittel gekoppelt ist.
Durch eine genaue Einstellung der ausgelenkten Position der Stabilisierungsvorrichtung über die Auslenkabschnitte des Auslenkmittels kann auch die Position des Führungsmittels genau eingestellt werden. Dies ist insofern relevant, da dem Führungsmittel die Funktion der Führung und/ oder Kühlung der Trennscheibe beim Trennvorgang zukommt. Dabei neigt die Trennscheibe zu einer stärkeren Auslenkung und damit zu einem ungenaueren Trennvorgang, je weiter weg sich der Führungsmittel von dem Trennbereich zwischen Trennscheibe und dem zu trennenden Werkstoff befindet. Ferner besteht bei einer zu weiten Auslenkung des Führungsmittels die Gefahr, dass die Trennscheibe nicht ausreichend gekühlt und daher beschädigt wird. Andererseits darf das Führungsmittel auch nicht zu nahe an dem zu trennenden Werkstoff vorgesehen sein, da dann die Gefahr besteht, dass beispielsweise die Flansche des Führungsmittels gegen den zu trennenden Werkstoff stoßen. In einem solchen Fall kann die Trennscheibe nicht tiefer in den zu trennenden Werkstoff eindringen bzw. eine Führung der Trennscheibe ist nicht mehr gewährleistet.
Durch die erfindungsgemäße Stabilisierungsvorrichtung kann abhängig von der Geometrie des zu trennenden Werkstoffs das passende Auslenkmittel an dem Stabilisierungskörper angebracht werden, damit sich die Stabilisierungsvorrichtung während des Trennvorgangs in der optimal ausgelenkten Position befindet. Dadurch lassen sich die zuvor genannten Nachteile aus dem Stand der Technik vermeiden. Somit besteht ein Vorteil der Erfindung also darin, dass bereits vor einem Trennvorgang das für den zu trennenden Werkstoff am besten geeignete Auslenkmittel ausgewählt und an den Stabilisierungskörper angebracht werden kann. Im Ergebnis wird durch eine einfach aufgebaute Trennvorrichtung sichergestellt, dass der Trennvorgang mit einer hohen Genauigkeit ablaufen kann, da keine Gefahr besteht, dass die Stabilisierungsvorrichtung, insbesondere das Führungsmittel, einen störenden Einfluss auf den Trennvorgang hat.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können Einstellmittel vorgesehen sein, die das Führungsmittel längs der Drehachse der Stabilisierungsvorrichtung verstellen können. Dadurch kann eine Schneidkantenposition der Trennscheibe gezielt verändert werden. Falls die Führungsmittel als ein Fluidführungsmittel ausgebildet sind, kann durch eine Veränderung des Durchflusses durch das Führungsmittel gezielt Einfluss auf das Laufverhalten der Trennscheibe genommen werden.
Das Führungsmittel kann als Fluidführungsmittel ausgebildet sein und zwei Flansche aufweisen, die einen Teil der Trennscheibe derart umschließen, dass sich zwischen den Flanschen und der Trennscheibe jeweils ein Raum ausbildet. Die Flansche des Führungsmittels umgreifen die Trennscheibe an sich gegenüberliegenden Seiten der Trennscheibe. Über wenigstens eine Zuführleitung wird ein Fluid, insbesondere Wasser, über das Führungsmittel und den Flansch in den Raum zwischen dem Flansch und der Trennscheibe derart zugeführt, dass sich ein Fluidfilm zwischen dem Flansch und der Trennscheibe ausbildet.
Infolge des ausgebildeten Fluidfilms kann ein Führen und Kühlen der Trennscheibe während des Trennvorgangs auf einfache Weise erfolgen. Die einzelnen Flansche der Führungsmittel können mit unterschiedlichen Drücken und damit unterschiedlichen Strömungen beaufschlagt werden. Die Steuerung der unterschiedlichen Drücke kann abhängig von der Auslenkung der Trennscheibe und/ oder anderer Werte erfolgen. Die Führungsmittel können an einem Trägermittel angeordnet sein, das mit dem Stabilisierungskörper verbunden sein kann. Im Ergebnis wird eine einfach aufgebaute Stabilisierungsvorrichtung vorgesehen, bei der ein Führen und Kühlen der Trennscheibe auf einfache Weise sichergestellt ist.
Die Betätigungsvorrichtung kann in einer Ausführung ortsfest angeordnet sein und einen Betätigungskörper und eine Rolle aufweisen, die mit dem Betätigungskörper verbunden ist. Natürlich sind auch andere Ausbildungen der Betätigungsvorrichtung, in denen beispielsweise keine Rolle verwendet wird, denkbar. Eine Auslenkung der Stabilisierungsvorrichtung erfolgt durch eine Kopplung der Rolle der Betätigungsvorrichtung, mit einem Auslenkabschnitt des Auslenkmittels. Dabei hängt die Auslenkung der Stabilisierungsvorrichtung von der Ausbildung der zur Betätigungsvorrichtung zugewandten Fläche des Auslenkabschnitts ab, mit der die Rolle in Kontakt ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann die der Betätigungsvorrichtung zugewandte Fläche des Auslenkabschnitts des Auslenkmittels gleich ausgebildet sein wie die der Betätigungsvorrichtung zugewandte Fläche des Stabilisierungskörpers. D.h., dass die Fläche des Auslenkabschnitts weder versetzt zu der Fläche des Stabilisierungskörpers ist noch zu dieser schräg verläuft oder einen anderen von der Fläche des Stabilisierungskörpers unterschiedlichen Verlauf aufweist. In diesem Fall erfolgt die Auslenkung durch eine Bewegung der Betätigungsvorrichtung, insbesondere eine Linearbewegung. Die Bewegung kann dabei in eine Richtung zu der Stabilisierungsvorrichtung gerichtet sein, die quer zu einer Stabilisierungsvorrichtungslängsachse ist. Dabei kann die Betätigungsvorrichtung derart ausgebildet sein, dass diese bereits vor einer Betätigung bzw. Bewegung mit dem Auslenkmittel gekoppelt ist oder die Betätigungsvorrichtung erst einen Zwischenraum zwischen der Betätigungsvorrichtung und dem Auslenkmittel überwinden muss, um eine Kopplung mit dem Auslenkmittel zu erzielen. In beiden Fällen wird durch die Betätigungsvorrichtung eine Kraft auf das Auslenkmittel ausgeübt, die eine Drehung bzw. Auslenkung der Stabilisierungsvorrichtung bewirkt. Die Auslenkung der Stabilisierungsvorrichtung ist umso größer je weiter sich die Bewegung der Betätigungsvorrichtung erstreckt.
In der Trennvorrichtung mit der zuvor genannten Betätigungsvorrichtung kann eine Messeinrichtung zum Messen der Werkstoffgeometrie und/ oder der Auslenkung der Trennscheibe vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Messeinrichtung die Position der Führungsmittel längs der Drehachse der Stabilisierungsvorrichtung und/ oder den Durchfluss von Fluid durch das Fluidführungsmittel ermitteln. Natürlich können mit der Messeinrichtung auch weitere Werte gemessen werden, die als Basis für eine Steuerung der Auslenkung der Stabilisierungsvorrichtung und/ oder ein Verstellen der Führungsmittel längs der Drehachse der Stabilisierungsvorrichtung dienen können. Ferner kann in der Trennvorrichtung eine Steuervorrichtung vorgesehen sein, die mit der Messeinrichtung und der Betätigungsvorrichtung verbunden ist.
Die Steuervorrichtung kann abhängig von den in der Messeinrichtung gemessenen Werten die Bewegung der Betätigungsvorrichtung und damit die Auslenkung der Stabilisierungsvorrichtung steuern. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die Stabilisierungsvorrichtung bereits vor dem Trennvorgang in eine bezüglich des zu trennenden Werkstoffs optimale Position auszulenken. Des Weiteren kann während des Trennvorgangs die Werkstoffkontur abgetastet werden und die Auslenkung der Stabilisierungsvorrichtung bzw. deren ausgelenkte Position entsprechend der Werkstoffkontur angepasst werden. Auch kann eine Auslenkung der Stabilisierungsvorrichtung unabhängig von der Eindringtiefe der Trennscheibe erreicht werden. Im Ergebnis verbessert sich die Bestimmung der optimalen Position der Stabilisierungsvorrichtung bzw. Auslenkung der Stabilisierungsvorrichtung bei dem Trennvorgang.
Ferner kann die Steuervorrichtung das Einstellmittel und damit die Position des Führungsmittels längs der Drehachse der Stabilisierungsvorrichtung steuern. Des Weiteren kann der Fluiddurchfluss durch das Fluidführungsmittel und damit das Laufverhalten der Trennscheibe gesteuert werden.
Natürlich sind auch Ausführungsformen vorstellbar, in denen die Betätigungsvorrichtung beispielsweise eine Linearbewegung durchführt und in denen das Auslenkmittel einen Auslenkabschnitt aufweist, dessen zu der Betätigungsvorrichtung zugewandte Fläche unterschiedlich zu der zur Betätigungsvorrichtung zugewandten Fläche des Stabilisierungskörpers ausgebildet ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Stabilisierungsvorrichtung mit einer Rückstelleinrichtung, insbesondere einer Feder, gekoppelt sein. Durch die Kopplung wird auf einfache Weise sichergestellt, dass die durch die Betätigungsvorrichtung ausgelenkte Stabilisierungsvorrichtung wieder in ihren Ausgangszustand zurückgedreht werden kann. Die Kopplung der Rückstelleinrichtung mit der Stabilisierungsvorrichtung kann an dem von dem Führungsmittel abgewandten Ende der Stabilisierungsvorrichtung erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführung kann neben dem auf der Stabilisierungsvorrichtung angebrachten Führungsmittel wenigstens ein weiteres, insbesondere zwei, Führungsvorrichtungen zum Führen der Trennscheibe vorgesehen sein. Die Führungsvorrichtung ist jeweils ortsfest an der Trennvorrichtung ausgebildet. Für den Fall, dass zwei Führungsvorrichtungen vorgesehen sind, können diese derart auf der Trennscheibe vorgesehen sein, dass sich zwischen den beiden Führungsvorrichtungen ein Winkel zwischen 70–160° ausbildet. Genauer gesagt bildet sich der Winkel zwischen den Führungsvorrichtungsmittelpunkten der einzelnen Führungsvorrichtungen bezogen auf den Trennscheibenmittelpunkt aus. Dabei kann eine Führungsvorrichtung in einem Bereich der Trennscheibe vorgesehen sein, die von einer Abdeckung nicht bedeckt wird und die andere Führungsvorrichtung kann in einem Bereich der Trennscheibe angeordnet sein, die von einer Abdeckung nicht bedeckt ist.
Insbesondere kann eine Führungsvorrichtung derart angeordnet sein, dass der Führungsvorrichtungsmittelpunkt von der Führungsvorrichtung, die im abgedeckten Bereich der Trennscheibe vorgesehen ist, auf einer Mittelachse der Trennscheibe angeordnet ist. Die Mittelachse verläuft in die gleiche Richtung wie die Trennscheibe bei einem Einführen in den zu trennenden Werkstoff. Die andere Führungsvorrichtung und das Führungsmittel der Stabilisierungsvorrichtung können bezogen auf die Mittelachse auf sich gegenüberliegenden Bereichen der Trennscheibe vorgesehen sein. Im Ergebnis verbessert sich durch das Vorsehen von Führungsvorrichtungen das Führen der Trennscheibe und eine Auslenkung der Trennscheibe beim Trennvorgang wird vermieden.
Der Abstand zwischen dem Führungsmittel, insbesondere dem Flansch des Führungsmittels, zur Trennscheibe kann in einem Bereich zwischen 0,01mm bis 0,1mm liegen. Der Durchmesser der Trennscheibe kann ein Wert im Bereich zwischen 500mm bis 800mm aufweisen. Die Dicke der Trennscheibe in einer Richtung senkrecht zu der Eindringrichtung der Trennscheibe in den zu trennenden Werkstoff kann einen Wert zwischen 1mm bis 2mm aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführung können wenigstens zwei Trennscheiben zum Trennen des Werkstoffs in der Trennvorrichtung eingesetzt werden. Die Trennvorrichtung kann eine einzige Stabilisierungsvorrichtung aufweisen, die zwei Führungsmittel zum Führen der beiden Trennscheiben aufweist. Die einzelnen Führungsmittel können an dem gleichen Trägermittel angeordnet sein, das mit dem Stabilisierungskörper der Stabilisierungsvorrichtung verbunden ist. Über eine Kopplung der Betätigungsvorrichtung mit dem Auslenkmittel wird die Stabilisierungsvorrichtung und damit die beiden Führungsmittel analog zu der oben beschriebenen Auslenkung ausgelenkt. Durch das Vorsehen der beiden Führungsmittel an dem gleichen Trägermittel kann erreicht werden, dass die Drehung der beiden Führungsmittel durch einen einzigen Stabilisierungskörper erreicht wird. D.h. es nicht notwendig für jedes Führungsmittel einen separaten Stabilisierungskörper vorzusehen. Dadurch wird der Aufbau der Trennvorrichtung vereinfacht.
Ferner können in der Ausführung mit zwei Trennscheiben auch wenigstens zwei, insbesondere vier, ortsfest angeordnete Führungsvorrichtungen zum Führen der beiden Trennscheiben angeordnet sein. Dabei können zwei Führungsvorrichtungen zum Führen der beiden Trennscheiben jeweils an dem gleichen Haltemittel vorgesehen sein.
Im Übrigen unterscheidet sich der Aufbau der Trennvorrichtung mit zwei Trennscheiben nicht vom Aufbau der Trennscheibe mit einer einzigen Trennscheibe.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen und deren Rückbeziehung.
Hierzu zeigen:
1: eine schematische Ansicht einer Trennvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, bei der sich die Trennscheibe in der Grundstellung befindet,
2: eine schematische Ansicht der Trennvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, bei der sich die Trennscheibe in einer Eindringstellung befindet,
3: eine perspektivische Ansicht der Trennvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform,
4: eine schematische Ansicht der Trennvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, bei der sich die Trennscheibe in einer Grundstellung befindet,
5: eine perspektivische Ansicht der Trennvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
Die in 1 gezeigte Trennvorrichtung 1 weist eine Trennscheibe 60, eine Stabilisierungsvorrichtung 10 und einen Grundkörper 80 auf. Der Grundkörper 80 ist mit der Trennscheibe 60 gekoppelt und entlang einer Schiene 82 in eine Richtung verschiebbar, die zu einem zu trennenden Werkstoff 70 oder von diesem weg weist. An dem Grundkörper 80 ist ein Vorsprung 81 vorgesehen, an dem eine Feder 40 angebracht. Die Feder 40 ist an seinem dem Vorsprung 81 entfernten Ende mit der der Stabilisierungsvorrichtung 10 gekoppelt.
Die Trennscheibe 60 wird teilweise durch eine Abdeckung 83 bedeckt. Dabei wird der in Richtung zum zu trennenden Werkstoff 70 ragende Teil der Trennscheibe 60 durch die Abdeckung 83 nicht bedeckt. Die Trennscheibe 60 befindet sich in einer Grundstellung, d.h. in einer Stellung, in der diese nicht in den zu trennenden Werkstoff 70 eingedrungen ist. Die Trennscheibe 60 wird durch ein an der Stabilisierungsvorrichtung 10 vorgesehenes Führungsmittel 102 und zwei weitere Führungsvorrichtungen 30, 31 geführt.
Die Führungsvorrichtungen 30, 31 sind ortsfest angeordnet. Die erste Führungsvorrichtung 30 ist über ein Haltemittel 84 mit dem Grundkörper 80 verbunden. Das Führungsmittel 102 und die Führungsvorrichtungen 30, 31 sind gleich aufgebaut und weisen jeweils zwei in 3 gezeigte Flansche 131, 132 auf, die an sich gegenüberliegenden Seiten der Trennscheibe 60 vorgesehen sind. Zwischen den Flanschen und der Trennscheibe 60 bildet sich ein Zwischenraum aus, in das ein Fluid, insbesondere Wasser, zum Führen und Kühlen der Trennscheibe 60 gelangt. Die erste Führungsvorrichtung 30 ist in einem Bereich der Trennscheibe 60 vorgesehen, der durch die Abdeckung 83 nicht bedeckt ist. Die zweite Führungsvorrichtung 31 ist in einem Bereich der Trennscheibe 60 vorgesehen, die durch die Abdeckung 83 bedeckt ist. Die zweite Führungsvorrichtung 31 ist derart auf der Trennscheibe 60 vorgesehen, dass ein Führungsvorrichtungsmittelpunkt auf einer Mittelachse M der Trennscheibe 60 liegt, die parallel zur Schiene 82 verläuft. Die erste Führungsvorrichtung 30 und das auf der Stabilisierungsvorrichtung 10 vorgesehene Führungsmittel 102 sind bezogen auf die Mittelachse M auf sich gegenüberliegenden Seiten der Trennscheibe 60 angeordnet.
Die Stabilisierungsvorrichtung 10 ist über die Abdeckung 83 mit der Trennscheibe 60 gekoppelt und um die Drehachse 103 bezüglich der Trennscheibe 60 drehbar angeordnet. Die Stabilisierungsvorrichtung 10 weist einen Stabilisierungskörper 100, das Führungsmittel 102, eine Betätigungsvorrichtung 20 und das Auslenkmittel 101 auf.
Sowohl das Führungsmittel 102 als auch das Auslenkmittel 101 sind mit dem Stabilisierungskörper 100 verbunden. Die Stabilisierungsvorrichtung 10 ist an ihrem von dem Führungsmittel 102 abgewandten Ende mit der Feder 40 gekoppelt.
Das Auslenkmittel 101 weist zwei unterschiedlich ausgebildete Auslenkabschnitte 111, 112 auf. Die der Betätigungsvorrichtung 20 zugewandte Fläche des zweiten Auslenkabschnitts 112 weist einen parallelen Verlauf zu der zur Betätigungsvorrichtung 20 weisenden Fläche 110 des Stabilisierungskörpers 100 auf. Die der Betätigungsvorrichtung 20 zugewandte Fläche des ersten Auslenkabschnitts 111 weist einen schrägen Verlauf bezüglich der zur Betätigungsvorrichtung weisenden Fläche 110 des Stabilisierungskörpers 100 auf und erstreckt sich in Richtung zur Betätigungsvorrichtung 20. Da die Fläche des ersten Auslenkabschnitts 111 die Fläche 110 des Stabilisierungskörpers 100 mit der Fläche des zweiten Auslenkabschnitts 112 verbindet, ist die Fläche des zweiten Auslenkabschnitts 112 zu der Fläche des Stabilisierungskörpers 100 versetzt angeordnet.
Die Betätigungsvorrichtung 20 weist einen Betätigungskörper 22 und eine Rolle 21 auf, die mit dem Betätigungskörper 22 verbunden ist. Die Rolle 21 steht mit der zum Betätigungsvorrichtung 20 weisenden Fläche 110 des Stabilisierungskörpers 100 in Kontakt. Die Betätigungsvorrichtung 20 ist in der Trennvorrichtung 1 ortsfest angeordnet.
2 zeigt die Trennvorrichtung nach der ersten Ausführungsform, wobei sich die Trennscheibe 60 in einer Eindringstellung befindet. D.h., dass die Trennscheibe 60 in Richtung des zu trennenden Werkstoffs 70 entlang der Schiene 82 bewegt wurde und wenigstens teilweise in den zu trennenden Werkstoff 70 eingedrungen ist.
Die Rolle 21 der Betätigungsvorrichtung 20 steht mit der Fläche des ersten Auslenkabschnitts 111 des Auslenkmittels 101 in Kontakt. Aufgrund des Verlaufs der Fläche des ersten Auslenkabschnitts 111 und der ortsfesten Anordnung der Betätigungsvorrichtung 20 wirkt eine Kraft auf das Auslenkmittel 101 und damit auf die Stabilisierungsvorrichtung 10. Die Kraft bewirkt eine Drehung der Stabilisierungsvorrichtung 10 um die Drehachse 103. Die Stabilisierungsvorrichtung 10 wird derart gedreht, dass das Führungsmittel 102 während des Trennvorgangs bzw. des Eindringens der Trennscheibe 60 in den Werkstoff 70 nicht mit dem Werkstoff 70 in Kontakt kommt.
3 zeigt eine detaillierte perspektivische Darstellung der in den 1 und 2 schematisch dargestellten Trennvorrichtung. Die in 3 dargestellte Trennvorrichtung zeigt im Vergleich zu den 1 und 2 insbesondere eine detaillierte Darstellung der Stabilisierungsvorrichtung 10. Im Folgenden wird daher nur die Stabilisierungsvorrichtung 10 näher beschrieben.
Das Führungsmittel 102 der Stabilisierungsvorrichtung 10 weist zwei Flansche 131, 132 auf, die die Trennscheibe 60 teilweise umgreifen. Die Flansche 131, 132 sind an sich gegenüberliegenden Seiten der Trennscheibe 60 vorgesehen. Des Weiteren weist das Führungsmittel 102 zwei Zuführleitungen 140 zur Zufuhr von Fluid in das Führungsmittel 102 auf. Das Fluid strömt dabei aus einer nicht gezeigten Bohrung im jeweiligen Flansch 131, 132 in einen Zwischenraum zwischen dem Flansch 131, 132 und der Trennscheibe 60. Das Führungsmittel 102 ist auf einem Trägermittel 130 angeordnet, das mit dem Stabilisierungskörper 100 verbunden ist. Auch die erste und in der 3 nicht gezeigte zweite Führungsvorrichtung 30, 31 weisen jeweils Zuführleitungen 140 zur Zufuhr von Fluid in den jeweiligen Zwischenraum zwischen dem Flansch und der Trennscheibe auf.
Das Auslenkmittel 101 ist an dem Stabilisierungskörper 100 lösbar befestigt. Das Auslenkmittel 101 weist insgesamt drei verschiedene miteinander verbundene Auslenkabschnitte 111, 112, 113 auf. Dabei erstreckt sich der erste Auslenkabschnitt 111 von der der Betätigungsvorrichtung 20 zugewandten Fläche 110 des Stabilisierungskörpers 100 in eine Richtung zu der Betätigungsvorrichtung 20. Der zweite Auslenkabschnitt 112 erstreckt sich von dem ersten Auslenkabschnitt 111 in eine Richtung weg von der Fläche 110 des Stabilisierungskörpers 100. Der dritte Auslenkabschnitt 113 erstreckt sich von dem zweiten Auslenkabschnitt 112 ebenfalls in eine Richtung weg von der Fläche 110 der des Stabilisierungskörpers 100. Die einzelnen Auslenkabschnitte 111, 112, 113 unterscheiden sich voneinander in ihrem Winkel, die sie mit der Fläche 110 des Stabilisierungskörpers 100 einschließen. So weist der Winkel zwischen der zur Betätigungsvorrichtung weisenden Fläche des ersten Auslenkabschnitts 111 und der Fläche 110 des Stabilisierungskörpers 100 den größten Wert der drei Winkel auf. Der Winkel zwischen dem dritten Auslenkabschnitt 113 und der Fläche 110 des Stabilisierungskörpers 100 weist den kleinsten Wert der drei Winkel auf. Der Winkel zwischen der Fläche des zweiten Auslenkabschnitts 112 und der Fläche 110 des Stabilisierungskörpers 100 weist einen Wert zwischen den zuvor genannten Winkeln auf. Beispielsweise beträgt der Winkel zwischen der Fläche des ersten Auslenkabschnitts 111 und der Fläche 110 126°, derjenige zwischen der Fläche des zweiten Auslenkabschnitts 112 und der Fläche 110 110° und derjenige zwischen der Fläche des dritten Auslenkabschnitts 113 und der Fläche 110 89°.
Die Rolle 21 der Betätigungsvorrichtung 20 ist in der in 3 dargestellten Anordnung mit der zur Betätigungsvorrichtung 20 weisenden Fläche 110 des Stabilisierungskörpers 100 in Kontakt.
Im Folgenden wird die Auslenkung der in den 1 bis 3 gezeigten Stabilisierungsvorrichtung 10 beschrieben. Zum Durchführen des Trennvorgangs wird der Grundkörper 80 entlang der Schiene 82 in Richtung zum zu trennenden Werkstoff 70 abgesenkt, wodurch auch die mit dem Grundkörper 80 verbundene Trennscheibe 60 abgesenkt wird. Da die Stabilisierungsvorrichtung 10 mit der Trennscheibe 60 verbunden ist, wird diese ebenfalls abgesenkt. Die Betätigungsvorrichtung 20 ist ortsfest angeordnet und wird nicht bewegt bzw. abgesenkt.
Vor einem Absenken der Stabilisierungsvorrichtung 10 steht die Rolle 21 der Betätigungsvorrichtung 20 mit der zur Betätigungsvorrichtung 20 weisenden Fläche 110 des Stabilisierungskörpers 100 in Kontakt. Bei einem Absenken der Stabilisierungsvorrichtung 10 und damit des Stabilisierungskörpers 100 kommt die Rolle zuerst mit der Fläche des ersten Auslenkabschnitts 111 in Kontakt. Da die Fläche des ersten Auslenkabschnitts 111 von der Fläche 110 des Stabilisierungskörpers 100 in Richtung zur Betätigungsvorrichtung 20 schräg verläuft und sich die Betätigungsvorrichtung 20 nicht bewegen bzw. nachgeben kann, wird auf das Auslenkmittel 101 eine Kraft ausgeübt. Die Kraft bewirkt eine Drehung der Stabilisierungsvorrichtung 10 um die Drehachse 103. Bei einem weiteren Absenken der Stabilisierungsvorrichtung 10 gelangt die Rolle 21 in Kontakt mit den Flächen der weiteren Auslenkabschnitte 112, 113, deren Ausbildung den Grad der Auslenkung der Stabilisierungsvorrichtung 10 bestimmt.
Nach einem Trennvorgang wird der Grundkörper 80 in eine zu der vorher genannten Richtung entgegengesetzte Richtung gefahren. Aufgrund der Kopplung der Stabilisierungsvorrichtung 10 mit der Feder 40 wird die Stabilisierungsvorrichtung 10 wieder in ihre in 1 gezeigte Grundstellung gedreht.
In 4 wird eine Trennvorrichtung nach einer zweiten Ausführung gezeigt, bei der sich die Trennscheibe 60 in einer Grundstellung befindet. Die in 4 gezeigte Trennvorrichtung entspricht im Wesentlichen der in den 1 bis 3 gezeigten Trennvorrichtung. Daher wird im Folgenden nur auf Unterschiede zwischen den beiden Trennvorrichtungen eingegangen. Dabei bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen Bauteile.
In der in 4 gezeigten Trennvorrichtung 1 ist eine Messeinrichtung 50 vorgesehen, die über ein Verbindungsmittel 52 mit der Abdeckung 83 verbunden ist. Ferner weist die Trennvorrichtung 1 eine Steuervorrichtung 51 auf, die mit der Messeinrichtung 50 und einer Betätigungsvorrichtung 20‘ verbunden ist.
Die Stabilisierungsvorrichtung 10 weist ein Auslenkmittel 101‘ auf. Das Auslenkmittel 101‘ ist mit einem Auslenkabschnitt 111‘ versehen, dessen Fläche gleich ausgebildet ist wie die zur Betätigungsvorrichtung 20‘ weisende Fläche 110 des Stabilisierungskörpers 100 und zu der Fläche 110 der Stabilisierungsvorrichtung 10 nicht versetzt ausgebildet ist.
Die Betätigungsvorrichtung 20‘ weist eine Rolle 21 auf, die die Fläche 110 des Stabilisierungskörpers 100 kontaktiert. Die Betätigungsvorrichtung 20‘ ist im Gegensatz zu der in den 1 bis 3 gezeigten Betätigungsvorrichtung nicht ortsfest angeordnet, sondern beweglich ausgebildet. Genauer gesagt kann die Betätigungsvorrichtung 20‘, insbesondere die Rolle 21, nach einer Ansteuerung durch die Steuervorrichtung 51 eine Bewegung in Richtung zur Stabilisierungsvorrichtung 10 durchführen. Die Bewegung der Stabilisierungsvorrichtung 10 erfolgt dabei quer zu einer Stabilisierungsvorrichtungslängsachse S. Die Stabilisierungsvorrichtungslängsachse S erstreckt sich durch die Drehachse 103 und verläuft im unausgelenkten Zustand der Stabilisierungsvorrichtung 10 parallel zur Mittelachse M der Trennscheibe 60.
Im Folgenden wird die Auslenkung der Stabilisierungsvorrichtung 10 in der in 4 gezeigten Ausführungsform erläutert. Die Werkstoffgeometrie wird vor dem Beginn des Trennvorgangs bzw. der Bewegung der Trennscheibe mittels der Messeinrichtung 50 abgemessen. Die Messeinrichtung 50 übermittelt die ermittelten Werte an die Steuervorrichtung 51. Diese betätigt abhängig von dem gemessenen Wert die Betätigungsvorrichtung 20‘. Infolge der Betätigung der Betätigungsvorrichtung 20‘ bewegt sich die Rolle 21 in Richtung zur Stabilisierungsvorrichtung 10 und übt damit eine Kraft auf das Auslenkmittel 101 der Stabilisierungsvorrichtung 10 aus, die eine Drehung der Stabilisierungsvorrichtung 10 bewirkt. Dabei ist die Auslenkung der Stabilisierungsvorrichtung 10 umso größer je weiter die Rolle 21 bewegt wird.
Erst wenn die Stabilisierungsvorrichtung 10 ausgelenkt ist, wird der Grundkörper 80 und damit die Trennscheibe 60 über die Schiene 82 abgesenkt. Die Steuervorrichtung überwacht über die Messeinrichtung 50 die Werkstoffgeometrie während des Trennvorgangs und kann bei entsprechender Ausbildung des Werkstoffs eine Anpassung der Auslenkung der Stabilisierungsvorrichtung 10 bewirken. Ferner überwacht die Steuervorrichtung 51 über die Messeinrichtung 50 die Auslenkung der Trennscheibe 60 in einer Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Trennscheibe 60 entlang der Schiene 82 und kann durch eine Druckanpassung bzw. eine Druckänderung im Führungsmittel die Auslenkung der Trennscheibe 60 anpassen.
5 zeigt eine Trennvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von den beiden vorherigen Ausführungsformen u.a. darin, dass in der dritten Ausführungsform zwei Trennscheiben 60, 60‘ zum Zerschneiden des Werkstoffs vorgesehen sind. Die weiteren Bauteile der Trennvorrichtung sind, sofern nachstehend nichts gegenteiliges genannt wird, gleich aufgebaut wie die Bauteile der beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen.
Die Trennscheiben 60, 60‘ sind koaxial zueinander angeordnet und weisen den gleichen Durchmesser auf. Die Führung der beiden Trennscheiben 60, 60‘ erfolgt jeweils durch ein Führungsmittel 102, 102‘, das auf einer Stabilisierungsvorrichtung 10 vorgesehen ist. Die Führungsmittel 102, 102‘ sind analog dem in 3 gezeigten Führungsmittel aufgebaut und an einem einzigen Trägermittel 130 angeordnet. Das Trägermittel 130 ist mit dem Stabilisierungskörper 100 der Stabilisierungsvorrichtung 10 verbunden. Die Stabilisierungsvorrichtung 10 weist analog zu den in den 1 bis 4 gezeigten Stabilisierungsvorrichtungen ein in 5 nicht gezeigtes Auslenkmittel auf, das mit einer in 5 nicht gezeigten Betätigungsvorrichtung gekoppelt sein kann. Im Ergebnis wird durch das Vorsehen der beiden Führungsmittel 102, 102‘ auf einem einzigen Trägermittel 130 erreicht, dass nur ein einziger Stabilisierungskörper 100 zur Auslenkung der beiden Führungsmittel 102, 102‘ benötigt wird.
Die Trennscheiben 60, 60‘ werden neben dem Führungsmittel 102, 102‘ zusätzlich durch mehrere Führungsvorrichtungen 30, 30‘, 31, 31‘ geführt. Genauer gesagt sind jeweils zwei Führungsvorrichtungen 30, 31, 30‘, 31‘ pro Trennscheibe 60, 60‘ vorgesehen. Dabei sind die die Führungsvorrichtungen 30, 31, 30‘, 31‘ an sich jeweils gleichen Stellen der beiden Trennscheiben 60, 60‘ vorgesehen. Dies wird durch ein Anordnen der ersten Führungsvorrichtungen 30, 30‘ an einem gemeinsamen ersten Haltemittel 84 und der zweiten Führungsvorrichtungen 31, 31‘ an einem gemeinsamen zweiten Haltemittel 84‘ erreicht.
Das Werkstück wird entlang seiner Längsachse zwischen die beiden Trennscheiben 60, 60‘ eingeführt. D.h., dass die Längsachse des Werkstücks senkrecht zu der Richtung der Trennscheibe 60, 60‘ steht, entlang der die Trennscheibe 60, 60‘ abgesenkt wird.
Bezugszeichenliste

1: Trennvorrichtung
10: Stabilisierungsvorrichtung
20, 20‘: Betätigungsvorrichtung
21: Rolle
22: Betätigungskörper
30, 31, 30‘,31‘: Führungsvorrichtung
40: Feder
50: Messeinrichtung
51: Steuervorrichtung
52: Verbindungsmittel
60: Trennscheibe
70: Werkstoff
80: Grundkörper
81: Vorsprung
82: Schiene
83: Abdeckung
84, 84‘: Haltemittel
100: Stabilisierungskörper
101, 101‘: Auslenkmittel
102, 102‘: Führungsmittel
103: Drehachse
110: Fläche des Stabilisierungskörpers
111, 111‘ 112, 113: Auslenkabschnitt
130: Trägermittel
131, 132: Flansch
140: Zuführleitung
M: Mittelachse
S: Stabilisierungsvorrichtungslängsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0016688 B1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Zeitschrift für physikalische Chemie. 92, 1918, S. 219–221 [0002]

Claims

Stabilisierungsvorrichtung (10) für wenigstens eine Trennscheibe (60) mit wenigstens einem Führungsmittel (102), insbesondere einem Fluidführungsmittel, zum Führen der Trennscheibe (60), wobei die Stabilisierungsvorrichtung (10) um eine Drehachse (103) drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsvorrichtung (10) ein Auslenkmittel (101), insbesondere ein vom Stabilisierungskörper (100) trennbares Auslenkmittel (101), zum Auslenken der Stabilisierungsvorrichtung (10) und eine mit dem Auslenkmittel (101) koppelbare Betätigungsvorrichtung (20, 20‘) aufweist.
Stabilisierungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (103) zwischen dem Führungsmittel (102) und dem Auslenkmittel (101) vorgesehen ist.
Stabilisierungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Verlauf einer Fläche eines Auslenkabschnitts (111) des Auslenkmittels (101) von einem Verlauf einer der Fläche des Auslenkabschnitts (111) angrenzenden Fläche (110) von dem Stabilisierungskörper (100) der Stabilisierungsvorrichtung (10) unterscheidet.
Stabilisierungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (20, 20‘) ortsfest vorgesehen ist oder eine Bewegung, insbesondere eine Linearbewegung in einer Richtung durchführt, die quer zu einer Stabilisierungsvorrichtungslängsachse (S) ist.
Trennvorrichtung mit wenigstens einer Trennscheibe (60) und einer Stabilisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Trennvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine einzige, insbesondere zwei, ortsfest angeordnete Führungsvorrichtung (30, 31) zum Führen der Trennscheibe (60) vorgesehen ist.
Trennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsvorrichtung (10) mit einer Rückstelleinrichtung, insbesondere einer Feder (40), gekoppelt ist.
Trennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung (1) eine Messeinrichtung (50) und eine Steuervorrichtung (51) aufweist, die mit der Messeinrichtung (50) und der Betätigungsvorrichtung (20, 20‘) verbunden ist.
Verfahren zum Trennen von Werkstoffen, insbesondere von kurzspanenden Werkstoffen, wobei eine Betätigungsvorrichtung mit einem Auslenkmittel (101) einer Stabilisierungsvorrichtung (10), die wenigstens ein Führungsmittel zum Führen wenigstens einer Trennscheibe enthält, gekoppelt wird und infolge der Kopplung eine Drehung der Stabilisierungsvorrichtung (10) bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Position der Stabilisierungsvorrichtung (10) abhängig von der Werkstoffgeometrie und/ oder von der Auslenkung der Trennscheibe (60), insbesondere vor und/ oder während des Trennvorgangs, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 10, wobei abhängig von der Auslenkung der Trennscheibe der Druck in dem Führungsmittel (102) gesteuert wird.