DE19723630A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ab- oder Aufwickeln eines Sägedrahtes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ab- oder Aufwickeln eines Sägedrahtes von einer Spule oder auf eine Spule, wobei die Spule rotiert und der Sägedraht über ei­ ne Umlenkrolle von der Spule oder zur Spule läuft.

Vorrichtungen der genannten Art werden in Drahtsägen, insbe­ sondere in Drahtsägen zum Abtrennen von Scheiben von Halblei­ terkristallen, eingesetzt. Solche Drahtsägen besitzen einen Sägekopf mit zwei oder mehreren Drahtführungsrollen, um die ein Sägedraht gewickelt ist. Der Sägedraht bildet zwischen be­ nachbarten Drahtführungsrollen ein Drahtgatter aus, das in Verbindung mit einer Sägesuspension als Schneidwerkzeug ge­ nutzt werden kann. Bei Verwendung eines mit gebundenem Schneidkorn belegten Sägedrahtes kann auf eine Sägesuspension verzichtet werden.

Während des Abtrennvorganges läuft der Sägedraht von einer Vorratsspule über ein System von Umlenkrollen zu den Drahtfüh­ rungsrollen und von diesen wieder über ein System von Um­ lenkrollen zu einer Aufnahmespule. Die Vorratsspule und die Aufnahmespule müssen so dimensioniert sein, daß sie einen Sä­ gedraht mit mehreren hundert Kilometern Länge aufnehmen kön­ nen. Solche enormen Drahtlängen sind insbesondere notwendig, um Kristalle mit großen Durchmessern in Scheiben zerteilen zu können. Die Spulen haben im gewickelten Zustand ein entspre­ chend hohes Gewicht. In der Regel muß der eingesetzte Säge­ draht umso länger sein, je größer der Durchmesser des zu zer­ teilenden Kristalls ist. Zur Bearbeitung von Kristallen mit besonders großen Durchmessern, beispielsweise Einkristallen aus Silicium mit Durchmessern von 200 mm und darüber, kann die Drahtsäge mit oszillierendem Drehsinn der Drahtführungsrollen betrieben werden (oszillierender Betrieb). Bei dieser Be­ triebsart wird ein Teil des von der Vorratsrolle zuvor abge­ wickelten Sägedrahts nach Umkehrung des Drehsinns der Draht­ führungsrollen wieder auf die Vorratsrolle aufgewickelt und dieser Vorgang periodisch wiederholt. Auf diese Weise kann mit dem zur Verfügung stehenden Drahtvorrat länger gearbeitet wer­ den, als dies bei einem Betrieb der Drahtsäge mit gleichblei­ bendem Drehsinn möglich wäre. Es ist von Vorteil, wenn der Spulenkörper der Vorrats- und der Aufnahmespule möglichst lang­ gestreckt ausgebildet ist und einen möglichst kleinen Durch­ messer hat. Die Trägheitsmomente, die während des Drehsinn­ wechsels auftreten, sind kleiner, als bei Spulen, die kürzer sind und größere Durchmesser haben.

Derzeit ist es üblich, die Umlenkrolle, über die der Sägedraht zur Aufnahmespule läuft, parallel zur Spulenachse nach einem vorgegebenen Programm zu bewegen. Dadurch wird gewährleistet, daß die Drahtwindungen in der Reihenfolge ihrer Entstehung entlang der Spulenachse angeordnet werden. Die Bewegung der Umlenkrolle wird beim Abwickeln von der Aufnahmespule im os­ zillierenden Betrieb in exakt umgekehrter Reihenfolge ausgeführt.

Beim Aufwickeln des Sägedrahtes auf die Vorratsspule im oszil­ lierenden Betrieb werden die entstehenden Windungen des Säge­ drahtes nach einem vorgegebenen Programm auf der Spule ver­ teilt. Dies geschieht mit Hilfe der Umlenkrolle, über die der Sägedraht läuft, bevor er auf die Vorratsspule aufgewickelt wird. Diese Umlenkrolle wird entsprechend der Programmvorgabe parallel zur Spulenachse bewegt.

Nachteilig an diesem Ab- und Aufwickel-Verfahren ist, daß der Sägedraht durch die Bewegung der Umlenkrolle lateral ausge­ lenkt wird, da die übrigen Rollen des Umlenkrollen-Systems der Bewegung der Umlenkrolle nicht folgen. Die Sägedrahtauslenkung bewirkt einen beschleunigten Verschleiß der davon betroffenen Umlenkrollen. Sie ist im Fall der Verwendung von Spulen mit langgestrecktem Spulenkörper besonders ausgeprägt. Darüber hinaus ist bei diesem Verfahren eine aufwendige Regelung der Spulendrehzahl notwendig, um zu erreichen, daß der Sägedraht gleichbleibend vorgespannt ist. Wenn die Umlenkrolle parallel zur Spulenachse bewegt wird, ändert sich laufend die Drahtlänge zwischen dieser Umlenkrolle und der nicht mitbeweg­ ten folgenden Umlenkrolle, und damit auch die Vorspannung des Sägedrahtes. Ein weiterer Nachteil im Zusammenhang mit dem Ab- oder Aufwickeln von Sägedraht von oder auf eine Spule ist dar­ in zu sehen, daß die damit verbundene Spulen-Montage und -De­ montage bisher weitgehend von Hand erfolgt und wegen des hohen Gewichts gewickelt er Spulen aufwendig ist.

Die Aufgabe bestand daher darin, die genannten Nachteile zu vermeiden und das Ab- oder Aufwickeln eines Sägedrahtes von oder auf eine Spule zu vereinfachen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Ab- oder Auf­ wickeln eines Sägedrahtes von einer Spule oder auf eine Spule, wobei die Spule rotiert und der Sägedraht über eine Umlenkrol­ le von der Spule oder zur Spule läuft und dabei eine bestimmte axiale Position auf der Spule einnimmt, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spule während des Ab- oder Aufwickelns des Säge­ drahtes entlang ihrer Drehachse so bewegt wird, daß der Säge­ draht im Bereich zwischen der Spule und der Umlenkrolle senk­ recht zur Drehachse der Spule ausgerichtet bleibt.

Es ist tatsächlich vorteilhafter, während des Ab- oder Aufwickelns der Spule statt der Umlenkrolle die wesentlich schwerere Spule entlang deren Drehachse zu bewegen. Das Verfahren ver­ meidet, daß der Sägedraht lateral ausgelenkt und dadurch eine erhöhte Abnutzung von Umlenkrollen in Kauf genommen werden muß. Die Regelung der Spulendrehzahl zur Aufrechterhaltung der Vorspannung des Sägedrahtes ist wesentlich vereinfacht, da ei­ ne die Drahtlänge beeinflussende Bewegung der Umlenkrolle entfällt.

Gegenstand der Erfindung ist darüber hinaus eine Vorrichtung zum Ab- oder Aufwickeln eines Sägedrahtes von einer oder auf eine rotierenden Spule, mit einer Umlenkrolle, über die der Sägedraht von der Spule oder zur Spule läuft, wobei er eine bestimmte axiale Position auf der Spule einnimmt, die gekenn­ zeichnet ist durch

• a) ein Spannsystem mit zwei Spannelementen, zwischen denen die Spule zentriert sind eingespannt wird;
• b) ein Schlittensystem, das die Spule während des Ab- oder Aufwickelns des Sagedrahtes entlang ihrer Drehachse bewegt; c) einen Rechner, der die Bewegung des Schlittensystems steuert.

Die Vorrichtung gewährleistet eine einfache Durchführung des Verfahrens und der damit verknüpften Spulen-Montage und Spu­ len-Demontage, insbesondere unter Berücksichtigung des Ge­ wichts der Spulen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläu­ tert. Es sind nur Merkmale dargestellt, die zum Verständnis der Erfindung beitragen. Fig. 1 ist eine schematische Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer er­ findungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 2 zeigt die Vorrichtung ge­ mäß Fig. 1 mit einer bevorzugt ausgeführten Spule. In Fig. 3 ist eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 dargestellt, mit einer Ab­ tasteinrichtung, die beim Abwickeln von Sägedraht eingesetzt werden sollte.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Die Spule 1 ist zwi­ schen zwei Spannelementen 2 und 3 eines Spannsystems 4 zen­ triert und eingespannt. Das Spannsystem ist vorzugsweise pneu­ matisch, hydraulisch, magnetisch oder elektrisch zu betätigen. Um die Spule ist ein Sägedraht 5 gewickelt, der durch Rotation der Spule ab- oder aufgewickelt wird. Der Sägedraht läuft da­ bei über eine ortsfest an einen Maschinenrahmen 6 montierte Umlenkrolle 7. Die Drehbewegung der Spule wird durch einen Mo­ tor 8 ermöglicht, der auf einem Schlittensystem 9 sitzt. Das Schlittensystem verfügt über einen Spindelantrieb 10, so daß die Spule entlang ihrer Drehachse verschiebbar ist. Bei einer Bewegung des Schlittensystems wird ein damit verbundener Schwenkarm 11 mitverschoben. Der Schwenkarm weist ein abgewin­ keltes Endstück auf, das das Spannelement 2 des Spannsystems 4 trägt. Er kann um eine Achse geschwenkt werden, die parallel zur Drehachse der Spule verläuft. Die Bewegungen der Spule, des Schlittensystems und des Schwenkarms werden vorzugsweise von einem Rechner 12 gesteuert.

Zur Demontage der Spule wird das Schlittensystem in eine Au­ ßenposition verschoben. Danach wird das Spannelement 2 mit Hilfe des Spannsystems 4 zurückgezogen, wobei sich das vom Spannelement gehaltene Spulenende löst und auf eine unterhalb der Spule angeordnete Ablagefläche 13 eines gegebenenfalls verfahrbaren Tisches fällt. Daraufhin wird der Schwenkarm 11 aus einer Spulenhalte-Position um etwa 90° in eine Spulenfrei­ gabe-Position geschwenkt, und das Schlittensystem 9 aus der Außenposition zurückverschoben. Die Ablagefläche des Tisches ist vorzugsweise so gestaltet, daß das aufliegende Spulenende beim Verschieben der Spule zurückgehalten wird. Das noch vom Spannelement 3 gehaltene Spulenende wird durch die Verschie­ bung des Schlittensystems vom Spannelement 3 heruntergezogen und fällt auf den bereitstehenden Tisch.

Die Montage einer Spule erfolgt in entsprechend umgekehrter Reihenfolge der Demontage, wobei gegebenenfalls Manipulatoren eingesetzt werden können (nicht dargestellt), die das Einset­ zen der Spulenenden in die Spannelemente erleichtern.

Beim Ab- oder Aufwickeln des vorgespannten Sägedrahts von der oder auf die Spule werden hohe Kräfte wirksam, die zur Dreh­ achse der Spule hin gerichtet sind, den Innendurchmesser der Spule verkürzen und ihre axiale Länge vergrößern. Eine Zen­ trierung der Spule wird dadurch erschwert. Gemäß einer beson­ ders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Spule verwendet, die sich einfach zentrieren läßt (Fig. 2). In der Spule sind elastisch verformbare Ringe 14 angeordnet, die die Drehachse der Spule umschließen. Die Ringe werden von einen Druckstempel 15 axial gestaucht, wobei sie derart verformt werden, daß bei den vom Sägedraht ausgehenden Kräften eine ex­ akte Zentrierung der Spule erhalten bleibt.

Während des Ab- oder Aufwickelns soll der Sägedraht im Bereich zwischen der Spule und der Umlenkrolle senkrecht zur Drehachse der Spule ausgerichtet bleiben. Die Spule wird dabei mit Hilfe des Schlittensystems entlang ihrer Drehachse bewegt. Durch diese Bewegung verändert sich die axiale Position, die der von oder zur Spule laufende Sägedraht auf der Spule einnimmt.

Beim Aufwickeln des Sägedrahtes auf eine Spule, die als Auf­ nahmespule verwendet wird, werden die Drahtwindungen zweckmä­ ßigerweise nebeneinander und in Lagen übereinander auf der Spule angeordnet. Dies erfordert eine periodisch die Richtung wechselnde, axiale Spulenbewegung. Es ist bevorzugt, daß die Aufnahmespule beim Aufwickeln von Sägedraht in Abhängigkeit eines im Rechner gespeicherten Programmes entlang ihrer Dreh­ achse hin und her bewegt wird. Beim Abwickeln von Sägedraht von der Aufnahmespüle wird die Spule spiegelbildlich zur Bewe­ gung beim Aufwickeln bewegt. Der Bewegungsablauf der Spule beim Aufwickeln kann im Rechner gespeichert und zur Steuerung der Spulenbewegung beim Abwickeln verwendet werden.

Beim Abwickeln einer als Vorratsspule verwendeten Spule ist nicht immer genau bekannt, wie sich die axiale Position des von der Spule laufenden Sägedrahtes ändern wird. Die axiale Bewegung, die der Sägedraht beim Abwickeln ausführt, ergibt sich aus der Anordnung des Sägedrahtes auf der Vorratsspule. Es wird daher vorgeschlagen, eine Abtasteinrichtung vorzuse­ hen, die eine Bewegung des Sägedrahtes relativ zur Drehachse der Spule registriert und eine axiale Gegenbewegung der Vor­ ratsspule veranlaßt.

In Fig. 3 ist eine bevorzugte Abtasteinrichtung 16 darge­ stellt. Sie umfaßt einen Abtaster 17, der axiale Bewegungen des Sägedrahtes 5 registriert und mit einem Positionsgeber 18 verbunden ist. Der Positionsgeber übermittelt bei einer fest­ gestellten Änderung der axialen Position des Sägedrahtes 5 ein Signal an den Rechner 12. Der Rechner steuert mit Hilfe des Signals die axiale Bewegung der Spule 1 so, daß der Sägedraht senkrecht zur Drehachse der Spule ausgerichtet bleibt. Der dargestellte Abtaster 17 wird durch die axiale Bewegung des Sägedrahtes 5 selbst ausgelenkt. Die Schwenkbewegung des Abtasters kann durch eine Arretierung 19, die mit dem Rechner 12 verbunden ist, automatisch blockiert werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Umlenkrolle 7 mit dem Abtaster 17 gekoppelt und vollzieht bei einer Auslenk­ bewegung des Abtasters eine der axialen Bewegung des Sägedrah­ tes entsprechende Schwenkbewegung. Eine erhöhte Beanspruchung der Umlenkrolle und ihre vorzeitige Abnutzung wird dadurch vermieden.

Der Abtaster wird beim Aufwickeln von Sägedraht auf die Vor­ ratsspule automatisch blockiert und wirkt nur als Sägedraht­ führung. Die Vorratsspule wird nach einem bestimmten im Rech­ ner gespeicherten Programm axial bewegt. Der Sägedraht bleibt dabei im Bereich zwischen der Spule und der Umlenkrolle senk­ recht zur Drehachse der Vorratsspule ausgerichtet.

Claims (9)

1. Verfahren zum Ab- oder Aufwickeln eines Sägedrahtes von ei­ ner Spule oder auf eine Spule, wobei die Spule rotiert und der Sägedraht über eine Umlenkrolle von der Spule oder zur Spule läuft und dabei eine bestimmte axiale Position auf der Spule einnimmt, dadurch -gekennzeichnet, daß die Spule während des Ab- oder Aufwickelns des Sägedrahtes entlang ihrer Drehachse so bewegt wird, daß der Sägedraht im Bereich zwischen der Spu­ le und der Umlenkrolle senkrecht zur Drehachse der Spule aus­ gerichtet bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abwickeln eine Änderung der axialen Position des von der Spule laufenden Sägedrahtes mit Hilfe einer Abtasteinrichtung regi­ striert wird, und die Spule in Abhängigkeit der registrierten Änderung entlang ihrer Drehachse bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule beim Ab- oder Aufwickeln in Abhängigkeit eines in einem Rechner gespeicherten Programmes entlang ihrer Drehachse be­ wegt wird.

4. Vorrichtung zum Ab- oder Aufwickeln eines Sägedrahtes von einer oder auf eine rotierenden Spule, mit einer Umlenkrolle, über die der Sägedraht von der Spule oder zur Spule läuft, wo­ bei er eine bestimmte axiale Position auf der Spule einnimmt, gekennzeichnet durch

• a) ein Spannsystem mit zwei Spannelementen, zwischen denen die Spule zentriert und eingespannt wird;
• b) ein Schlittensystem, das die Spule während des Ab- oder Aufwickelns des Sägedrahtes entlang ihrer Drehachse bewegt;
• c) einen Rechner, der die Bewegung des Schlittensystems steuert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Ab­ tasteinrichtung zum Erkennen einer Änderung der axialen Posi­ tion des beim Abwickeln von der Spule laufenden Sägedrahtes, mit einem Abtaster, der durch eine axiale Bewegung des Säge­ drahtes ausgelenkt wird, und mit einem Positionsgeber verbun­ den ist, der ein der registrierten Auslenkung entsprechendes Signal an den Rechner übermittelt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkrolle an den Abtaster gekoppelt ist und bei einer Auslenkbewegung des Abtasters eine der axialen Bewegung des Sägedrahtes entsprechende Schwenkbewegung vollzieht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Spannsystem pneumatisch, hydraulisch, magnetisch oder elektrisch betätigbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeich­ net durch einen Schwenkarm, der vom Schlittensystem mitbewegt wird und mit einem der Spannelemente verbunden ist, und von einer Spulenhalte-Position in eine Spulenfreigabe-Position ge­ schwenkt werden kann.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, gekennzeich­ net durch elastisch verformbare Ringe, die im Inneren der Spu­ le angeordnet sind und die Drehachse der Spule umschließen, und durch einen Druckstempel, durch den die Ringe axial ge­ staucht werden.