DE102014210553A1

DE102014210553A1 - Verfahren zum Betreiben einer Maschine

Info

Publication number: DE102014210553A1
Application number: DE102014210553.6A
Authority: DE
Inventors: Kai Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2015-12-17
Also published as: KR20150139791A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Maschine (100) mit wenigstens zwei Komponenten (110, 120, 130, 140), die jeweils eine gekoppelte Drehbewegung (112, 122, 132 und 142) ausführen, wobei jeweils ein Drehmoment der Drehbewegung (112, 122, 132, 142) der wenigstens zwei Komponenten (110, 120, 130, 140) bestimmt wird, wobei ein mittleres Drehmoment als Mittelwert der Drehmomente der Drehbewegungen (112, 122, 132, 142) der wenigstens zwei Komponenten (110, 120, 130, 140) bestimmt wird und wobei das Drehmoment der Drehbewegung (122, 132, 142) wenigstens einer der wenigstens zwei Komponenten (110, 120, 130, 140) auf das mittlere Drehmoment eingestellt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Maschine mit wenigstens zwei Komponenten, die jeweils eine gekoppelte Drehbewegung ausführen.
Stand der Technik
Maschinen, beispielsweise Werkzeugmaschinen, wie insbesondere Drahtsägen, oder Bahnbearbeitungsmaschinen, wie insbesondere Druckmaschinen, weisen zumeist eine Vielzahl von Komponenten auf, die jeweils eine Drehbewegung um eine entsprechende Drehachse ausführen. Derartige Komponenten sind beispielsweise Walzen oder Führungsrollen in einer Bearbeitungseinrichtung der Maschine, beispielsweise in einem Druckwerk, einem Trockner, einer Präge oder einer Stanze.
Diese einzelnen Komponenten können über eine gemeinsame Antriebswelle (sog. "Königswelle") mechanisch gekoppelt sein und von einem Antrieb gemeinsam angetrieben werden. Über Längs- und Stehwellen, Getriebe und Zahnriemen kann ein von dem Antrieb bereitgestelltes Drehmoment an die einzelnen Komponenten übertragen werden. Durch die mechanische Kopplung wird ein Synchronlauf aller Komponenten der Maschine erzwungen.
Moderne Maschinen können auch wellenlos, d.h. ohne gemeinsame Antriebswelle, realisiert sein. Jede Komponente der Maschine wird dabei jeweils durch einen eigenen Antrieb angetrieben und in die entsprechende Drehbewegung versetzt. Anstelle einer Königswelle tritt dabei eine sogenannte Leitachse. Durch diese Leitachse können Drehwinkelstellungen und/oder Drehgeschwindigkeiten (als Soll-Werte für die einzelnen Antriebe) vorgegeben werden. Gemäß diesen vorgegebenen Werten werden die einzelnen Antriebe der Maschine angetrieben.
Die Leitachse kann als ein reales Bauelement (sog. "reale Leitachse") realisiert sein, beispielsweise als ein mechanisch montierter Positionsgeber, ein sogenannter Leitachsgeber. Die Leitachse kann auch kein real existierendes Bauelement sein und in einer Recheneinheit simuliert bzw. berechnet werden (sog. "virtuelle Leitachse"). Die Drehwinkelstellungen und/oder Drehgeschwindigkeiten der Leitachse werden in der Recheneinheit berechnet und an die einzelnen Komponenten (als Soll-Werte) übertragen, beispielsweise über einen Feldbus wie Sercos, Profibus, Profinet usw.
Durch ein Medium, welches im Zuge des Betriebs der Maschine die einzelnen Komponenten der Maschine durchläuft, kann eine weitere Kopplung der einzelnen Komponenten bzw. der Drehbewegungen der einzelnen Komponenten auftreten. Je nach Art des Mediums kann diese Kopplung stärker oder schwächer ausfallen. Bei einem elastischen Medium wie Papier oder Stoff (beispielsweise in Druckmaschinen), ist diese Kopplung vergleichsweise schwach. Bei einem starren Medium hingegen, wie Metall beispielsweise in Form eines Drahtes oder Bandes (beispielsweise in Drahtsägen), kann diese Kopplung vergleichsweise sehr starr sein.
Durch diese Kopplung können unterschiedliche Drehmomente auf die einzelnen Drehbewegungen der einzelnen Komponenten ausgeübt werden. Durch diese unterschiedlichen Drehmomente werden unterschiedliche Kräfte auf die einzelnen Komponenten der Maschine ausgeübt. Dies kann zu einer ungleichen Kräfteverteilung bzw. zu einer ungleichen Lastverteilung und somit zu einer erhöhten Belastung und einem erhöhten Verschleiß einzelner Komponenten der Maschine führen.
Es ist daher wünschenswert, eine Möglichkeit bereitzustellen, um einen derartigen Verschleiß einzelner Komponenten einer Maschine, der durch eine ungleiche Kräfte- bzw. Lastverteilung in einer Maschine auftritt, zu verringern.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben einer Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Eine derartige Maschine weist wenigstens zwei Komponenten auf, die jeweils eine Drehbewegung um eine entsprechende Drehachse ausführen. Diese Drehbewegungen der zwei Komponenten sind dabei gekoppelt. Diese Drehbewegungen erfolgen jeweils mit einer entsprechenden Drehgeschwindigkeit und einem entsprechenden Drehmoment.
Die Maschine ist insbesondere als eine Werkzeugmaschine, wie beispielsweise eine Drahtsäge, oder als eine Bahnbearbeitungsmaschine, wie z.B. eine Druckmaschine, eine Tiefdruck-, Siebdruckmaschine oder Inline-Flexodruckmaschine ausgebildet. Die einzelnen Komponenten sind beispielsweise als Walzen, Spulen oder Rollen (z.B. Laufrollen, Umlenktrollen, Führungsrollen) ausgebildet.
Insbesondere durchläuft im Zuge des laufenden Betriebs der Maschine ein Medium die einzelnen Komponenten der Maschine. Wie eingangs erläutert, sind die einzelnen Komponenten bzw. deren Drehbewegungen durch dieses Medium miteinander gekoppelt. Durch diese Kopplung können unterschiedliche Zusatz-Drehmomente auf die einzelnen Drehbewegungen der einzelnen Komponenten ausgeübt werden. Das Drehmoment der Drehbewegungen der einzelnen Komponenten wird durch diese Zusatz-Drehmomente (unerwünscht) verändert.
Um diese unerwünschten Zusatz-Drehmomente auszugleichen, wird erfindungsgemäß das Drehmoment der Drehbewegungen wenigstens einer der Komponenten eingestellt, insbesondere geregelt. Dabei werden zunächst die (aktuellen) Drehmomente der einzelnen Drehbewegungen der Komponenten bestimmt. Aus diesen aktuellen Drehmomenten der einzelnen Drehbewegungen der Komponenten wird ein Mittelwert als ein mittleres Drehmoment bestimmt. Erfindungsgemäß wird das Drehmoment der Drehbewegung wenigstens einer der Komponenten auf dieses mittlere Drehmoment eingestellt.
Insbesondere werden die Drehmomente der Drehbewegungen aller Komponenten eingestellt. Bevorzugterweise werden die Drehmomente der Drehbewegungen aller übrigen Komponenten bis auf eine eingestellt. Bei n Komponenten werden somit insbesondere die Drehmomente der Drehbewegungen von n – 1 Komponenten eingestellt.
Diese Einstellung wird insbesondere im Zuge einer Regelung durchgeführt, insbesondere durch einen PI-Regler. Insbesondere wird somit für die einzelnen Komponenten jeweils eine entsprechende Regelung durchgeführt. Das Drehmoment der jeweiligen Komponente wird dabei als Regelgröße auf das mittlere Drehmoment als Führungsgröße geregelt.
Die Drehmomente der einzelnen Drehbewegungen werden beispielsweise mit Hilfe einer Stromstärke bestimmt. Insbesondere werden die Komponenten von einem elektrischen Antrieb in ihre jeweilige Drehbewegung versetzt. Aus einem Antriebsstrom, mit welchem dieser Antrieb bestromt wird, kann das Drehmoment der jeweiligen Drehbewegung bestimmt werden.
Vorteile der Erfindung
Durch die Erfindung wird es ermöglicht, die einzelnen Komponenten der Maschine zumindest im Wesentlichen drehmomentsynchron zu betreiben. Die Drehmomente der einzelnen Drehbewegungen werden durch die Erfindung auf einen im Wesentlichen identischen Wert eingestellt. Zusatz-Drehmomente, welche durch die Kopplung durch das Medium wirken, werden somit ausgeglichen und kompensiert. Die Erfindung eignet sich für zweckmäßige Medien wie Papier, Stoff oder Metall. Die Erfindung eignet sich besonders für ein Medium, durch welches eine vergleichsweise starre Kopplung ausgeübt wird, insbesondere ein Metalldraht oder Metallband. Durch die Erfindung können die unerwünschten Effekte, welche durch eine derartige starre Kopplung wirken, auf einfache Weise kompensiert werden.
Durch die im Wesentlichen identischen Drehmomente der einzelnen Drehbewegungen wird eine gleichmäßige Kräfte- bzw. Lastverteilung auf die einzelnen Komponenten der Maschine erreicht. Somit wird verhindert, dass es zu einer erhöhten Belastung einzelner Komponenten der Maschine kommt. Demgemäß wird verhindert, dass es durch derartige Belastungen und durch eine ungleiche Kräfte- bzw. Lastverteilung zu einem erhöhten Verschleiß einzelner Komponenten der Maschine kommt.
Durch die Erfindung werden die Lebensdauern der einzelnen Komponenten der Maschine erhöht. Eine Laufzeit der gesamten Maschine wird erhöht und Wartungsintervalle werden vergrößert. Durch die Erfindung wird die Maschine mit einer höheren (Energie-)Effizienz betrieben. Wärmeverluste der Maschine werden reduziert. Ein Energieverbrauch der Maschine wird verringert. Weiterhin wird es ermöglicht, kleinere und/oder weniger Bauelemente für die einzelnen Komponenten zu verwenden. Somit werden Kosten sowohl für die Herstellung als auch für den Betrieb der Maschine reduziert.
Die Erfindung lässt sich besonders einfach in alle Arten von Maschinen integrieren. Somit können auch herkömmliche Maschinen auf einfache Weise ohne großen Aufwand umgerüstet werden. Insbesondere ist die Erfindung in ein Steuergerät der Maschine integriert und wird von diesem ausgeführt. In herkömmlichen Maschinen wird zumeist eine Drehmomentbegrenzung einzelner Komponenten vorgenommen, um die Belastungen zu reduzieren. Durch die Erfindung ist eine derartige Drehmomentbegrenzung nicht nötig, die einzelnen Komponenten können mit vollem Drehmoment gefahren werden. Somit kann die gesamte Maschine mit höheren Beschleunigungen und Verzögerungen gefahren werden.
Durch die Erfindung wird eine automatische gleichmäßige Lastverteilung der synchron laufenden Komponenten der Maschine ermöglicht, welche durch ein Medium gekoppelt sind. Wenn dieses Medium gewechselt wird, beispielsweise wenn Drähte aus unterschiedlichen Metallen genutzt werden, sind dennoch keine zusätzlichen Anpassungen an der Maschine notwendig. Durch die erfindungsgemäße Einstellung werden automatisch die Auswirkungen durch das jeweilige Medium berücksichtigt und die entsprechenden Zusatz-Drehmomente werden automatisch ausgeglichen.
Die Maschine kann somit insbesondere als eine Turnkey-Lösung realisiert werden. Die Maschine kann in der Form, wie sie vom Hersteller geliefert wird, benutzt werden. Es sind keine aufwendigen Anpassungen der Maschine an die speziellen Bedingungen, unter welchen die Maschine im Zuge ihres regulären Betriebs betrieben wird, nötig.
Die Maschine kann eine gemeinsame Antriebswelle bzw. Königswelle aufweisen. Die Maschine wird in diesem Fall von zumindest einem gemeinsamen Antrieb angetrieben. Über die Königswelle wird ein von dem Antrieb bereitgestelltes Drehmoment an die einzelnen Komponenten übertragen, wodurch die Komponenten in ihre jeweilige Drehbewegung versetzt werden. Neben einer mechanischen Kopplung der einzelnen Komponenten durch diese Königswelle wird durch das Medium eine zusätzliche Kopplung erzeugt.
Diese zusätzliche Kopplung und die dadurch wirkenden Zusatz-Drehmomente können der mechanischen Kopplung durch die Königswelle entgegenwirken. Dies kann zu einer erheblichen Belastung und zu starken Verschleißerscheinungen der einzelnen Komponenten kommen. Durch die Erfindung können diese Belastungen ausgeglichen und kompensiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird jede der Komponenten von einem eigenen Antrieb angetrieben. Jede der Komponenten weist zu diesem Zweck einen zweckmäßigen Antrieb, beispielsweise einen Elektromotor, wie z.B. einen Servomotor, auf, der die jeweiligen Komponenten in die jeweilige Drehbewegung versetzt. Der jeweilige Antrieb der jeweiligen Komponente erzeugt das jeweilige Drehmoment der Drehbewegung der Komponente. Die Maschine ist demgemäß vorteilhafterweise als eine sogenannte wellenlose Maschine ausgebildet, d.h. ohne eine gemeinsame Antriebswelle bzw. Königswelle. Insbesondere werden die Drehmomente der einzelnen Komponenten mit Hilfe eines Antriebsstroms des jeweiligen Antriebs bestimmt.
Die einzelnen Antriebe werden insbesondere mit Hilfe einer Leitachse angesteuert. Insbesondere werden von der Leitachse eine Drehwinkelstellung und/oder eine Drehgeschwindigkeit bereitgestellt, welche weiter insbesondere als Soll-Werte an die einzelnen Antriebe übertragen werden. Die Ansteuerung der Antriebe erfolgt somit gekoppelt. Die Leitachse kann dabei als ein reales Bauelement (sog. "reale Leitachse") realisiert sein, beispielsweise als ein Leitachsgeber, oder in einer Recheneinheit simuliert bzw. berechnet werden (sog. "virtuelle Leitachse"), insbesondere als eine Soll-Wert-Funktion.
Wie auch im Falle einer Königswelle wird auch in diesem Fall durch das Medium eine zusätzliche Kopplung erzeugt, wodurch Zusatz-Drehmomente auf die Komponenten wirken. Diese Zusatz-Drehmomente können den von den Antrieben erzeugten Drehmomenten entgegenwirken, was zu Belastungen und Verschleiß der Komponenten führt. Durch die Erfindung können diese Belastungen ausgeglichen und kompensiert werden.
Durch die Leitachse bzw. durch die Königswelle können die Drehbewegungen der einzelnen Komponenten zwar Drehwinkelsynchron und/oder Drehgeschwindigkeitssynchron zu der Leitachse bzw. Königswelle ausgeführt werden, jedoch sind diese Drehbewegungen nicht drehmomentsynchron. Durch die Erfindung wird ein drehmomentsynchroner Betrieb der einzelnen Komponenten der Maschine ermöglicht.
Im Zuge der Einstellung bzw. Regelung der Drehmomente der Drehbewegungen der einzelnen Komponenten werden die Antriebe der jeweiligen Komponenten entsprechend angesteuert, um das jeweilige Drehmoment einzustellen bzw. zu regeln. Die Einstellung bzw. Regelung kann auf einfache, aufwandsarme Weise in ein Steuergerät der Maschine oder in Steuergeräte der einzelnen Antriebe integriert werden. Durch die Erfindung werden Belastungen der einzelnen Antriebe verringert und deren Lebensdauer wird erhöht.
Weiterhin wird die Effizienz erhöht, mit welcher die Antriebe die Komponenten in Drehbewegung versetzen. Somit wird es ermöglicht, kleinere Antriebe zu verwenden. Insbesondere wird es ermöglicht, mehrere, preisgünstige, kleine Antriebe zum Betrieb der Maschine zu verwenden anstelle eines kostenintensiven, großen Antrieb. Weiterhin wird es ermöglicht, kleine und preisgünstige Regler für den Betrieb der Maschine zu verwenden.
Vorzugsweise wird im Zuge der Einstellung der Drehmomente der Drehbewegungen der Komponenten jeweils die Drehgeschwindigkeit der Drehbewegungen der Komponenten verändert bzw. eingestellt. Insbesondere wird das Drehmoment der jeweiligen Komponente als Regelgröße durch Verändern der Drehgeschwindigkeit als Stellgröße auf das mittlere Drehmoment als Führungsgröße geregelt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung werden eine Drehwinkelstellung und/oder eine Drehgeschwindigkeit einer Drehbewegung einer ersten der Komponenten als Sollwerte vorgegeben, insbesondere durch die Leitachse oder die Königswelle. Diese erste Komponente wird somit drehwinkelsynchron bzw. drehgeschwindigkeitssynchron zu der Leitachse bzw. Königswelle betrieben. Die übrigen der Komponenten werden hingegen insbesondere ausschließlich drehgeschwindigkeitssynchron zu der Leitachse bzw. Königswelle oder zu der ersten Komponente betrieben. Bevorzugt wird daher ausschließlich eine Drehgeschwindigkeit einer Drehbewegung der übrigen der Komponenten als Sollwert vorgegeben, insbesondere durch die Leitachse oder die Königswelle.
Im Zuge der Einstellung der Drehmomente der Drehbewegungen der Komponenten wird weiter bevorzugt jeweils die Drehgeschwindigkeit der Drehbewegungen dieser übrigen Komponenten verändert. Insbesondere wird das Drehmoment der Drehbewegung der ersten Komponente in diesem Fall nicht eingestellt, sondern nur die Drehmomente der übrigen Komponenten. In einer Maschine mit n Komponenten werden bevorzugt nur die Drehmomente der Drehbewegungen von n – 1 Komponenten eingestellt. Insbesondere werden n – 1 Regelungen durchgeführt. In diesen n – 1 Regelungen ist das jeweilige Drehmoment die Regelgröße, die jeweilige Drehgeschwindigkeit die Stellgröße und das mittlere Drehmoment die Führungsgröße.
Vorteilhafterweise werden die Drehgeschwindigkeiten der Drehbewegungen der übrigen Komponenten jeweils durch eine Leitgeschwindigkeit und ein Übersetzungsverhältnis vorgegeben. Im Zuge der Einstellung der Drehmomente der Drehbewegungen der Komponenten wird vorteilhafterweise jeweils das Übersetzungsverhältnis der übrigen der Komponenten verändert. Wie oben erläutert werden dabei insbesondere n – 1 Regelungen durchgeführt, wobei das jeweilige Drehmoment die Regelgröße ist, das jeweilige Übersetzungsverhältnis die Stellgröße und das mittlere Drehmoment die Führungsgröße.
Die Leitgeschwindigkeit ist dabei insbesondere die Drehgeschwindigkeit der Drehbewegung der Leitachse bzw. der Königswelle. Durch das Übersetzungsverhältnis zwischen Drehbewegung der Leitachse bzw. Königswelle und der entsprechenden Komponente wird die Leitgeschwindigkeit auf die jeweilige Drehgeschwindigkeit der Komponente skaliert. Insbesondere wird durch das jeweilige Übersetzungsverhältnis im Zuge des regulären Betriebs der Maschine die gewünschte Drehgeschwindigkeit der Drehbewegungen der jeweiligen Komponente eingestellt. Durch Verändern des jeweiligen Übersetzungsverhältnisses im Zuge der Einstellung der Drehmomente der Drehbewegungen wird das jeweilige Drehmoment auf das mittlere Drehmoment eingestellt bzw. geregelt.
Im Falle einer Königswelle kann das jeweilige Übersetzungsverhältnis insbesondere durch einen verstellbaren Riemen, beispielsweise einen Zahnriemen, oder ein Getriebe zwischen Königswelle und der jeweilige Komponente eingestellt werden. Im Falle einer Leitachse kann das jeweilige Übersetzungsverhältnis insbesondere als ein Parameter in der Steuerung des jeweiligen Antriebs eingestellt werden. In letzterem Fall ist das Übersetzungsverhältnis insbesondere ein sogenannter Getriebefeinabgleich. Je nach eingestelltem Übersetzungsverhältnis bzw. Getriebefeinabgleich wird der jeweilige Antrieb derart angesteuert, dass die jeweilige Komponente ihre Drehbewegung mit der entsprechenden Drehgeschwindigkeit ausführt.
Im Falle einer Leitachse kann das Verändern des Übersetzungsverhältnisses bzw. des Getriebefeinabgleichs und somit die Einstellung der Drehmomente besonders einfach und effizient durchgeführt werden. Die entsprechenden Regelungen mit den Übersetzungsverhältnissen bzw. Getriebefeinabgleichen als Stellgröße können auf einfache Weise in die reguläre Steuerung der einzelnen Antriebe integriert werden. Dabei kommt es insbesondere zu keinen Reibungsverlusten oder Verschleißerscheinungen, wie es bei einem verstellbaren Riemen oder einem Getriebe der Fall sein kann.
Vorteilhafterweise wird durch die Maschine ein Läppen, insbesondere ein Trennläppen, eines Werkstücks (insbesondere eines sprödharten Werkstücks) durchgeführt. Dabei sind die Komponenten insbesondere als Führungsrollen ausgebildet, die jeweils von einem eigenen Antrieb angetrieben werden. Über diese Führungsrollen wird ein Metalldraht als Medium geführt. Der Metalldraht kann dabei als ein endloser oder ein endlicher Metalldraht ausgebildet sein. In letzterem Fall wird der Metalldraht von einer Abwickelspule abgewickelt, über die Führungsrollen geführt und auf einer Aufwickelspule wieder aufgewickelt. Der Metalldraht wird mehrere Male bzw. in mehreren Windungen über die einzelnen Führungsrollen geführt. Der Metalldraht kann kontinuierlich mit konstanter Bewegungsrichtung geführt werden oder im Zuge einer oszillierenden Bewegung hin und her bewegt werden.
Bevorzugt wird durch die Maschine ein Drahtsägen durchgeführt. Weiter bevorzugt werden durch dieses Drahtsägen Halbleiter-Wafer bzw. Halbleiter-Scheiben, insbesondere Silizium-Wafer, hergestellt. Für diese Herstellung der Halbleiter-Wafer wird insbesondere monokristallines Silizium, Siliziumcarbid, Galliumarsenid oder Indiumphosphid als Halbleiter verwendet. Insbesondere werden diese Halbleiter-Wafer durch das Drahtsägen von einem sogenannten Ingot (Halbleiterblock) abgetrennt.
Ein derartiges Drahtsägen ist insbesondere ein Trennläppen gemäß obiger Beschreibung. Die Maschine ist zu diesem Zweck insbesondere wie oben beschrieben als eine Maschine zum Läppen, insbesondere zum Trennläppen, ausgebildet. Weiter insbesondere ist die Maschine als eine sogenannte Drahtsäge bzw. als eine sogenannte Ingotsäge ausgebildet.
Durch den Metalldraht wird eine vergleichsweise starre Kopplung auf die Führungsrollen, also auf die Komponenten der Maschine ausgeübt. Diese Kopplung sowie die Führung des Ingots über den Metalldraht üben hohe Belastungen und eine ungleichmäßige Kräfte- bzw. Lastverteilung auf die Führungsrollen aus. Die Erfindung bietet sich daher besonders für derartige Maschinen an.
Bevorzugt wird die Maschine in der Photovoltaikindustrie verwendet. Weiter bevorzugt wird die Maschine dabei zur Herstellung von Solarzellen bzw. Solarmodulen verwendet. Zu diesem Zweck ist die Maschine insbesondere als eine Drahtsäge bzw. Ingotsäge nach obiger Beschreibung ausgebildet. Dabei wird durch die Maschine ein Drahtsägen zur Herstellung von Halbleiter-Wafern durchgeführt. Diese Halbleiter-Wafer werden zur Herstellung von Solarzellen bzw. Solarmodule in der Photovoltaikindustrie verwendet.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät einer Drahtsäge oder einer Druckmaschine, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung der Erfindung in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten ermöglicht, insbesondere wenn eine ausführende Recheneinheit noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
1 zeigt schematisch eine Maschine zur Herstellung von Halbleiter-Wafern, die dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Blockdiagramm.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist eine Maschine zur Herstellung von Halbleiter-Wafern schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet. Die Maschine 100 ist in diesem Beispiel als eine Drahtsäge bzw. als eine Ingotsäge ausgebildet.
Die Drahtsäge 100 weist vier Führungsrollen 110, 120, 130 und 140 als Komponenten auf, die jeweils eine Drehbewegung 112, 122, 132 bzw. 142 um eine Drehachse ausführen. Jede Führungsrollen 110, 120, 130 und 140 wird durch einen eigenen Elektromotor 111, 121, 131 bzw. 141 als Antrieb angetrieben.
Die Drahtsäge 100 weist ein Steuergerät 160 auf. Dieses Steuergerät 160 ist über einen Feldbus 161, beispielsweise Sercos, mit den Elektromotoren 111, 121, 131 und 141 vernetzt. Über diesen Feldbus 161 steuert das Steuergerät 160 die Elektromotoren 111, 121, 131 bzw. 141 zweckmäßig an, um die Führungsrollen 110, 120, 130 bzw. 140 in ihre jeweiligen Drehbewegungen 112, 122, 132 bzw. 142 zu versetzen.
Die Drahtsäge 100 ist wellenlos, d.h. ohne eine gemeinsame Antriebswelle ausgebildet. In dem Steuergerät 160 wird eine Leitachse simuliert. Dabei werden in dem Steuergerät 160 eine Drehwinkelstellung und eine Drehgeschwindigkeit einer (virtuellen) Drehbewegung dieser (virtuellen) Leitachse berechnet.
Über den Feldbus 161 steuert das Steuergerät 160 die Führungsrolle 110 als erste Komponente bzw. deren Elektromotor 111 drehwinkelsynchron zu dieser Leitachse an. Die übrigen Komponenten, also die Führungsrollen 120, 130 und 140, bzw. deren Elektromotoren 121, 131 bzw. 141 werden von dem Steuergerät 160 über den Feldbus 161 drehgeschwindigkeitssynchron zu der Leitachse angesteuert. Die Führungsrollen 110, 120, 130 bzw. 140 werden somit in ihre jeweilige Drehbewegung 112, 122, 132 bzw. 142 versetzt.
Durch diese Drehbewegungen 112, 122, 132 bzw. 142 wird ein Metalldraht 150 von einer Abwickelrolle 151 abgewickelt, in mehreren Windungen über die Führungsrollen 110, 120, 130 und 140 geführt und auf einer Aufwickelrolle 152 wieder aufgewickelt.
Durch die Drahtsäge 100 wird ein Trennläppen bzw. ein Drahtsägen eines Silizium-Ingots 170 durchgeführt. Nach der DIN 8589 ist das Läppen definiert als Spanen mit losem, in einer Paste oder Flüssigkeit verteiltem Korn, dem Läppgemisch, das auf einem meist formübertragenden Gegenstück (Läppwerkzeug) bei möglichst ungeordneten Schneidbahnen der einzelnen Körner geführt wird. Als Trennläppen wird ein Abtrennen von Werkstückteilen eines Werkstücks (in diesem Fall der Silizium-Ingot 170) bezeichnet.
In der Drahtsäge 100 wird der Metalldraht 150 als Läppwerkzeug über eine Düse 180 mit einem Läppgemisch 181 (auch als Slurry bezeichnet) in Verbindung gebracht. Als Läppgemisch wird insbesondere eine Suspension aus ungebundenen Körner (insbesondere Siliziumcarbid) und einem geeigneten Trägermedium (insbesondere Glykol oder Öl) verwendet. Das Läppgemisch 181 bleibt an der Oberfläche des Metalldrahts 150 haften. Mit dem Metalldraht 150 werden die Körner durch einen Sägespalt des Silizium-Ingots 170 transportiert, wobei Partikel aus dem Silizium-Ingot 170 abgetragen werden.
Der Silizium-Ingot 170 wird durch die Drahtsäge 100 bzw. über den Metalldraht 150 geführt. Dabei werden Silizium-Wafer 171 von dem Silizium-Ingot 170 abgetrennt. Insbesondere wird die Drahtsäge 100 in der Photovoltaikindustrie verwendet. Dabei werden die Silizium-Wafer 171 werden zur Herstellung von Solarzellen bzw. Solarmodule verwendet.
Durch den Metalldraht 150 sind die Führungsrollen 110, 120, 130 und 140 mechanisch miteinander gekoppelt. Durch diese Kopplung und durch das Trennläppen werden hohe Belastungen auf den Metalldraht 150 ausgeübt. Somit werden auch hohe Belastungen auf die Führungsrollen 110, 120, 130 und 140 ausgeübt und es kommt zu einer ungleichmäßigen Kräfte- bzw. Lastverteilung auf die Führungsrollen 110, 120, 130 und 140:
Um diese Belastungen und diese ungleichmäßige Kräfte- bzw. Lastverteilung zu kompensieren und um zu verhindern, dass es zu einem erhöhten Verschleiß der Führungsrollen 110, 120, 130 und 140 kommt, wird eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt.
Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 160 dazu eingerichtet, diese bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, welche in 2 schematisch als ein Blockdiagramm 200 dargestellt ist.
In Schritt 210 betreibt das Steuergerät 160 die erste Führungsrolle 110 drehwinkel- und/oder drehgeschwindigkeitssynchron zu der Leitachse und die übrigen Führungsrollen 120, 130 und 140 drehgeschwindigkeitssynchron zu der Leitachse. Zu diesem Zweck steuert das Steuergerät 160 die Antriebe 111, 121, 131 bzw. 141 entsprechend an.
Die jeweilige Drehgeschwindigkeit ω_i der Drehbewegungen 122, 132 und 142 der übrigen Führungsrollen 120, 130 und 140 wird durch das Steuergerät 160 jeweils wie folgt eingestellt: ω_i = ω_leit·fa_i ω_leit ist die Leitgeschwindigkeit, also die Drehgeschwindigkeit der (virtuellen) Drehbewegung der (virtuellen) Drehachse. fa_i ist der sogenannte Getriebefeinabgleich.
Die Leitgeschwindigkeit ω_leit ist durch die Leitachse fest vorgegeben. Durch Verändern des jeweiligen Getriebefeinabgleichs fa_i des Elektromotors 121, 131 bzw. 141 der jeweiligen Führungsrolle 120, 130 bzw. 140 stellt das Steuergerät 160 die jeweilige Drehgeschwindigkeit ω_i der jeweiligen Drehbewegung 122, 132 bzw. 142 ein.
In Schritt 220 wird durch das Steuergerät 160 jeweils das aktuelle Drehmoment der Drehbewegungen 112, 122, 132 und 142 der Führungsrollen 110, 120, 130 und 140 bestimmt. Zu diesem Zweck wertet das Steuergerät 160 beispielsweise jeweils einen Antriebsstrom durch den jeweiligen Antrieb 111, 121, 131 bzw. 141 aus.
In Schritt 230 wird durch das Steuergerät 160 ein mittleres Drehmoment als arithmetischer Mittelwert von diesen vier aktuellen Drehmomenten der Drehbewegungen 112, 122, 132 und 142 bestimmt.
In Schritt 240 stellt das Steuergerät 160 die Drehmomente der Drehbewegungen 122, 132 und 142 ein. Dazu führt das Steuergerät 160 für jede der Drehbewegungen 122, 132 und 142 jeweils eine Regelung 241, 242 bzw. 243 durch. Im Zuge dieser Regelungen 241, 242 bzw. 243 regelt das Steuergerät 160 jeweils das aktuelle Drehmoment der jeweiligen Drehbewegung 122, 132 bzw. 142 als Regelgröße auf das in Schritt 230 bestimmte mittlere Drehmoment. Dabei verändert das Steuergerät 160 den jeweiligen Getriebefeinabgleich der Ansteuerung des jeweiligen Elektromotors 121, 131 bzw. 141 als Stellgröße der jeweiligen Regelung.
Durch diese Regelung wird gewährleistet, dass die Drehbewegungen 112, 122, 132 und 142 drehmomentsynchron sind. Somit werden die Belastungen und die ungleichmäßige Kräfte- bzw. Lastverteilung der Führungsrollen 110, 120, 130 und 140 kompensiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 8589 [0056]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Maschine (100) mit wenigstens zwei Komponenten (110, 120, 130, 140), die jeweils eine gekoppelte Drehbewegung (112, 122, 132 und 142) ausführen, – wobei jeweils ein Drehmoment der Drehbewegung (112, 122, 132, 142) der wenigstens zwei Komponenten (110, 120, 130, 140) bestimmt wird (220), – wobei ein mittleres Drehmoment als Mittelwert der Drehmomente der Drehbewegungen (112, 122, 132, 142) der wenigstens zwei Komponenten (110, 120, 130, 140) bestimmt wird (230) und – wobei das Drehmoment der Drehbewegung (122, 132, 142) wenigstens einer der wenigstens zwei Komponenten (110, 120, 130, 140) auf das mittlere Drehmoment eingestellt wird (240).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Zuge der Einstellung des Drehmoments der Drehbewegung (122, 132, 142) der wenigstens einen der wenigstens zwei Komponenten (110, 120, 130, 140) eine Drehgeschwindigkeit der Drehbewegung (122, 132, 142) der wenigstens einen der wenigstens zwei Komponenten (110, 120, 130, 140) verändert wird (240).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei – eine Drehwinkelstellung und/oder eine Drehgeschwindigkeit einer Drehbewegung (112) einer ersten (110) der wenigstens zwei Komponenten vorgegeben werden, – jeweils eine Drehgeschwindigkeit einer Drehbewegung (122, 132, 142) der übrigen (120, 130, 140) der wenigstens zwei Komponenten vorgegeben wird, – wobei im Zuge der Einstellung des Drehmoments der Drehbewegung (122, 132, 142) der wenigstens einen der wenigstens zwei Komponenten (110, 120, 130, 140) jeweils die Drehgeschwindigkeit der Drehbewegungen (122, 132, 142) der wenigstens einen der wenigstens zwei Komponenten verändert wird (241, 242, 243).
Verfahren nach Anspruch 3, wobei – die Drehgeschwindigkeiten der Drehbewegungen (122, 132, 142) der übrigen (120, 130, 140) der wenigstens zwei Komponenten durch eine Leitgeschwindigkeit und ein jeweiliges Übersetzungsverhältnis vorgegeben werden und wobei – im Zuge der Einstellung des Drehmoments der Drehbewegung (122, 132, 142) der wenigstens einen der wenigstens zwei Komponenten (110, 120, 130, 140) das Übersetzungsverhältnis der wenigstens einen der wenigstens zwei Komponenten verändert wird (241, 242, 243).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jede der wenigstens zwei Komponenten (110, 120, 130, 140) jeweils einen eigenen Antrieb (111, 121, 131, 141) umfasst, der die jeweilige der wenigstens zwei Komponenten (110, 120, 130, 140) in die jeweilige Drehbewegung (112, 122, 132, 142) versetzt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei durch die Maschine (100) ein Läppen, insbesondere ein Trennläppen, eines Werkstücks (170) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei durch die Maschine (100) ein Drahtsägen zur Herstellung von Halbleiter-Wafern (171) durchgeführt wird.
Steuergerät (160), das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Maschine (100) mit wenigstens zwei Komponenten (110, 120, 130, 140), die jeweils eine Drehbewegung (112, 122, 132 und 142) ausführen, mit einem Steuergerät (160) nach Anspruch 8.
Computerprogramm, das ein Steuergerät (160) veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn es auf dem Steuergerät (160) ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 10.