DE19745055A1 - Mehrfach-Drahtsäge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drahtsäge mit einem endlichen, schneidmittelbelegten Sägedraht mit einem Trum, dessen eines Ende schraubenlinien­ förmig auf einer Spindel aufgewickelt ist, die in axialer Richtung mit einem Vortrieb verschiebbar ist und die einen Antrieb zu ihrer Rotation auf­ weist, welcher derart mit dem Vortrieb gekoppelt ist, daß der axiale Vorschub gleich dem Anstieg der Schraubenlinie bei der Rotation ist.

Bei einer Drahtsäge erfolgt der Schnitt durch frei zwischen Rollen verlaufende Trume eines Säge­ drahtes, der mit einem Schneidmittel belegt ist, beispielsweise in Öl aufgeschwemmten Silikatkri­ stallen, deren Kanten bei Bewegung entlang einer Werkstückoberfläche Späne von ihr abnehmen. Die Druckschrift DE 35 32 717 zeigt eine Drahtsäge mit einem über zwei oder mehrere Rollen gespannten, endlos umlaufendem Sägedraht. Durch Anordnung meh­ rerer gleichartiger Sägen nebeneinander ist auch die Herstellung einer Mehrfachdrahtsäge möglich.

Weiterhin ist es aus der Druckschrift DE 32 09 164 bekannt, einen endlichen Sägedraht zu verwenden, dessen Enden schraubenlinienförmig auf zwei Spin­ deln aufgewickelt sind. Zur Verbesserung der Füh­ rung ist der Sägedraht im allgemeinen in schrauben­ linienförmige Rillen auf der Spindeloberfläche eingelegt. Der Draht wird von einer Spindel abge­ wickelt und von der anderen aufgenommen, wobei sich die Drehrichtung jeweils vor Erreichen des Drahten­ des umkehrt, so daß eine oszillatorische Bewegung erfolgt. Damit der zwischen den Spindeln gespannte Abschnitt des Sägedrahtes im Verlauf ihrer Rotation die Position gegenüber einem Werkstück beibehält, sind beide Spindeln mit einem Vortrieb vorsehen, der sie entsprechend dem Anstieg der Schraubenlinie in axialer Richtung verschiebt. Die Kopplung zwi­ schen An- und Vortrieb der Spindel kann beispiels­ weise mechanisch durch ein Gewinde erfolgen, dessen Anstieg dem der Schraubenlinie des Sägedrahtes ent­ spricht, oder durch Servomotoren mit einer Steue­ rungsvorrichtung, welche die Rotation sensorisch erfaßt und einen entsprechenden axialen Vorschub vornimmt. Ein Vorteil des schraubenlinienförmig aufgewickelten Drahtes besteht insbesondere in sei­ ner gegenüber einem endlosen Draht nahezu beliebig vergrößerbaren Länge, so daß sich Schäden durch Verschleiß räumlich verteilen und sich die Stand­ zeit damit erhöht.

Als nachteilig erweist sich bei derartigen Drahtsä­ gen, daß stets beide Spindeln gegenüber dem Werk­ stück nachzuführen sind und damit der mechanische Aufbau sehr aufwendig ist. Mehrfachsägen, die gleichzeitig eine Vielzahl paralleler Schnitte in geringem Abstand voneinander erzeugen, lassen sich auf diese Weise nicht herstellen, da die Länge der Spindeln mit Vor- und Antriebseinrichtungen den mi­ nimalen Abstand der Sägedrähte begrenzt. Bei Draht­ sägen mit endlosen Sägedrähten ist dessen Länge be­ grenzt und allenfalls durch mehrere Umlenkrollen zu vergrößern. Eine verlängerte Standzeit läßt sich somit nur unter erheblichem Aufwand erreichen.

Vor diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Entwicklung einer Mehrfachdrahtsäge zu Aufgabe ge­ stellt, die einen vereinfachten mechanischen Aufbau aufweist und bei welcher der Sägedraht auf einer Spindel aufgewickelt ist, so daß seine Länge belie­ big vergrößerbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beide Enden des Sägedrahtes auf der selben Spindel angeordnet sind, die Trume des Sägedrahtes ausgehend von mehreren Wicklungen auf der Spindel zu einer Umlenkwalze verlaufen, um die der Säge­ draht jeweils zurück zur Spindel verläuft, und der Sägedraht die Umlenkwalze senkrecht zu ihrer Achse umläuft.

Bei der vorgeschlagenen Drahtsäge wirkt an Stelle zweier Spindeln, von denen wechselseitig jeweils eine den Draht aufnimmt, eine einzelne Spindel mit einer Umlenkwalze zusammen, um die der Sägedraht jeweils zurück zur Spindel verläuft. Entsprechend ist die Spindel sowohl Vorratsrolle als auch Auf­ nahmerolle für den Sägedraht, dessen beide Enden auf der Spindel angeordnet sind. Zur Umlenkwalze verlaufen, ausgehend von unterschiedlichen Draht­ wicklungen auf der Spindel mehrere, bevorzugt äqui­ distante Trume des Sägedrahtes. Somit ist in einem Arbeitsgang die Zerlegung eines Körpers in mehrere Scheiben möglich.

Der Antrieb der Spindel ist auf bekannte Weise der­ art mit einem Vortrieb gekoppelt, daß der axiale Vorschub gleich dem Anstieg der Schraubenlinie bei der Rotation ist. Entsprechend bleiben die Punkte, an denen ein Trum des Sägedrahtes die Oberfläche der Spindel verläßt bzw. sie nach dem zylindrischen Umlauf um die Umlenkwalze erneut berührt, stets ortsfest. Eine Nachführung der Umlenkwalze ist folglich nicht erforderlich. Auch ein Antrieb der Umlenkwalze erübrigt sich in der Regel, da sie vom reibschlüssig über ihre Oberfläche geführten Säge­ draht in Rotation versetzt wird. Vorzugsweise sind die Achsen von Spindel und Umlenkwalze zueinander parallel.

Die erfindungsgemäße Drahtsäge weist einen erheb­ lich vereinfachten Aufbau auf, da die Umlenkwalze ortsfest ist und somit keine Notwendigkeit der Nachführung besteht. Ein Antrieb der Umlenkwalze ist gleichfalls nicht erforderlich, verringert je­ doch auf den Sägedraht wirkende Zugbelastungen, wenn die Drehrichtung der Spindel bei Erreichen seines Endes umgekehrt wird. Um die Spannung des Sägedrahtes zur Optimierung des Schnittes zu beein­ flussen, sind eine Bremsvorrichtung der Umlenkwalze oder die Verstellbarkeit ihres Abstandes von der Spindel denkbar. Bei veränderlichem Abstand ist die Kraftbeaufschlagung von Spindel oder Umlenkwalze senkrecht zu ihrer Achse durch Federn oder Gewichte möglich. Durch eine hinreichend geringe Steigung der Schraubenlinie läßt sich der minimale Drahtab­ stand beliebig klein wählen, um ein Werkstück in eine Vielzahl schmaler Scheiben zu zerteilen, wie es etwa bei Siliziumkristallen in der Chipproduk­ tion notwendig ist. Die Zahl der Wicklungen auf der Spindel, die sich außenseitig an das randseitige Drahttrum zwischen Spindel und Umlenkwalze an­ schließt, läßt sich so groß wählen, daß sich die Lebensdauer des Sägedrahtes erheblich vergrößert. Zweckmäßig sind beispielsweise 50 oder 100 zusätz­ liche Wicklungen auf der Spindel. Zudem verlängert sich auf diese Weise der Zeitraum zwischen zwei Än­ derungen des Drehsinns von Spindel und Umlenkwalze, so daß sich die mechanischen Belastungen verringern und die im Mittel erforderliche Antriebsleistung abnimmt.

Um die Möglichkeit einer kontinuierlichen Änderung der Steigung der Schraubenlinie zu eröffnen, sind Umlenkwalzen und/oder Spindeln mit glatten Oberflä­ chen denkbar. Bevorzugt sind jedoch Nuten oder Ril­ len in ihren Oberflächen, die den Sägedraht aufneh­ men und in axialer Richtung von Walze bzw. Spindel führen. Im Fall der Umlenkwalze ist denkbar, an Stelle eines einstückigen Bauteils mehrere koaxiale Räder vorzusehen, die den Sägedraht jeweils in ei­ ner oder mehreren Rillen entlang ihres Umfangs auf­ nehmen.

Eine alternative oder weiter verbesserte Führung des Sägedrahtes läßt sich durch Führungsrollen er­ reichen, über die der Sägedraht zwischen Spindel und Umlenkwalze verläuft. Ein Trum des Sägedrahtes kann dabei über eine oder mehrere Führungsrollen verlaufen, die gegebenenfalls zur Änderung seiner Spannung verstellbar sind. Analog der Umlenkwalze ist denkbar, an Stelle mehrerer koaxialer Führungs­ rollen eine durchgehende Walze mit zylindrisch um­ laufenden Rillen auf ihrer Oberfläche zu verwenden, die jeweils ein Trum des Sägedrahtes aufnehmen. Zweckmäßig erfolgt die Zerteilung eines Werkstücks durch die optimal geführten Abschnitte des Säge­ drahtes im Bereich der Führungsrollen, d. h. mit minimalem Spiel.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Erfin­ dung mit einer Werkstückauflage versehen, die eine Führung des Werkstücks während seiner Zerteilung gestattet. Um dabei einen automatischen Vorschub sicherzustellen, ist die Auflage zweckmäßig zu den Trumen des Sägedrahtes hin geneigt, so daß die Nachführung durch das Eigengewicht des Werkstücks erfolgt. Als Alternative ist eine Antriebsvorrich­ tung geeignet, welche die Werkstücke, gegebenen­ falls mit der Auflage zusammen, auf den Sägedraht zu bewegt.

Als Schneidmittel werden im Stande der Technik i. a. Silikatkristalle verwendet, die als Suspension in einem Ölgemisch aufgeschwemmt sind. Nachteilig ist in diesem Fall die kostenaufwendige Entsorgung nach Gebrauch. Daher wird vorgeschlagen, Körner des Schneidmittels in den Sägedraht einzupressen. Ge­ eignete Materialien sind insbesondere kristalline Substanzen, beispielsweise Diamanten, kubisches Bornitrid oder Siliziumcarbid. An Stelle von Öl als Benetzungs- und Kühlungsmittel bietet sich Wasser an, so daß Entsorgungsprobleme vermieden werden.

Weiterhin ist es für ein optimales Sägeergebnis entscheidend, daß die Körner des Schneidmittels voneinander beabstandet sind. Nur durch einzelne Körner ist eine punktuelle Kraftübertragung vom Draht auf das Werkstück möglich, die zur Abtrennung von Spänen aus dem bearbeiteten Material führt. Ferner bieten die Zwischenräume der Körner Platz für den Abrieb der Werkstückoberfläche. Zerbricht ein Korn infolge der Belastung, so ist dies für das Sägeergebnis im allgemeinen nicht nachteilig, da die scharfkantigen Bruchstücke weiterhin einen ef­ fektiven Abtrag der Werkstückoberfläche sicherstel­ len. Als vorteilhaft hat sich eine Besetzungsdichte von maximal 20 Körnern je cm Drahtlänge erwiesen. Dieser Wert ist wesentlich geringer als die im Stande der Technik übliche Besetzungsdichte, die durch galvanischen Niederschlag der Partikel in ei­ nem elektrischen Feld erfolgt. Schließlich ist für einen optimalen Schnitt auch die Geschwindigkeit des Drahtes von Bedeutung, da das Werkstück bei zu niedriger Geschwindigkeit lediglich geläppt wird, während eine zu hohe Geschwindigkeit zur Zerstörung des Sägedrahtes führt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er­ findung lassen sich dem nachfolgenden Beschrei­ bungsteil entnehmen, in dem anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel näher erläutert wird. Die Zeichnung zeigt im prinzipienhafter Darstellung

Fig. 1 Ansicht einer erfindungsgemäßen Drahtsäge,

Fig. 2 Seitansicht in Richtung der Spindelachse.

Die in Fig. 1 dargestellte Drahtsäge besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einem Sägedraht (1), der in Form einer Schraubenlinie (2) auf eine Spindel (3) aufgewickelt und ausgehend von mehreren Wicklungen im mittleren Bereich der Spindel (3) zy­ lindrisch um eine Umlenkwalze (4) geführt ist. Durch die derart erzeugten schneidenden Trume (5) des Sägedrahtes (1) läßt sich ein Werkstück (6) in mehrere Scheiben entsprechend der Zahl der Trume (5) zwischen Spindel (3) und Umlenkwalze (4) zerle­ gen. Führungsrollen (7) verhindern dabei ein seit­ liches Ausweichen des Sägedrahtes (1), so daß eine präzise Schnittführung gewährleistet ist.

Um zu vermeiden, daß sich die Trume (5) des Säge­ drahtes (1) während der Rotation der Spindel (3) durch den Antrieb (8) in Richtung der Spindelachse verschieben, ist die Spindel (3) mit einem Vorschub versehen, der sie in axialer Richtung um den Betrag des Anstiegs der Schraubenlinie (2) verschiebt, so daß die Kontaktpunkte (9) zwischen Trumen (5) und Spindel (3) ortsfest sind. Eine technisch einfache Möglichkeit der Realisierung besteht darin, daß der Antrieb (8) über eine Gewindestange (10) erfolgt, deren Gewindesteigung und -drehsinn der Schrauben­ linie (2) entsprechen und die durch Eingriff in ein ortsfestes Gegengewinde (11) axial verschoben wird. Auf diese Weise erfährt die Spindel (3) bei Drehung durch den Antrieb (8) einen axialen Versatz, der die Kontaktpunkte (9) und damit die schneidenden Trume (5) ebenso wie die rücklaufenden Trume (12) ortsfest hält.

Der Betrieb der Säge erfolgt derart, daß die Spin­ del (3) rotiert, bis ein Ende (13, 14) des Säge­ drahtes erreicht ist, und der Drehsinn daraufhin bis zum Erreichen des entgegengesetzten Endes (13, 14) umgekehrt wird, etwa durch einen Kontaktschal­ ter. Da somit nahezu der gesamte Sägedraht (1) zum Schnitt genutzt wird, vergrößert sich seine Lebens­ dauer mit zunehmender Länge infolge der Verteilung von Schäden durch Verschleiß. Bevorzugt ist daher eine hinreichende Anzahl von Wicklungen zwischen den äußeren Trumen (5, 12) des Sägedrahtes und sei­ nen Enden (13, 14) auf der Spindel (3).

In Fig. 2 ist die Führung des Sägedrahtes (1) über Spindel (3), Umlenkwalze (4) und Führungsrolle (7) in einer Seitansicht dargestellt, wobei insbeson­ dere das schneidende Trum (5) und das rücklaufende Trum (12) des Sägedrahtes gut sichtbar sind. Das Werkstück (6) liegt auf einer gegen die Horizontale geneigten Auflage (15) auf, so daß es sich unter dem Einfluß der Schwerkraft selbsttätig in Richtung auf das Trum (5) des Sägedrahtes (1) zubewegt und auf diese Weise zerteilt wird.

Im Ergebnis entsteht eine Drahtsäge, mit der sich eine Vielzahl paralleler Schnitte bei einfachem me­ chanischem Aufbau und langer Lebensdauer des Säge­ drahtes herstellen lassen.

Claims (9)

1. Drahtsäge mit einem endlichen, schneidmittelbe­ legten Sägedraht mit einem Trum, dessen eines Ende schraubenlinienförmig auf einer Spindel aufgewic­ kelt ist, die in axialer Richtung mit einem Vor­ trieb verschiebbar ist und die einen Antrieb zu ih­ rer Rotation aufweist, welcher derart mit dem Vor­ trieb gekoppelt ist, daß der axiale Vorschub gleich dem Anstieg der Schraubenlinie bei der Rotation ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - beide Enden (13, 14) des Sägedrahtes (1) auf der selben Spindel (3) angeordnet sind,
• - die Trume (5, 12) des Sägedrahtes (1) ausgehend von mehreren Wicklungen auf der Spindel (3) zu ei­ ner Umlenkwalze (4) verlaufen, um die der Sägedraht (1) jeweils zurück zur Spindel (3) verläuft,
• - und der Sägedraht (1) die Umlenkwalze (4) senk­ recht zu ihrer Achse umläuft.

2. Drahtsäge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Umlenkwalze (4) und/oder die Spindel (3) mit Nuten versehen sind, die den Sägedraht (1) aufnehmen.

3. Drahtsäge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sägedraht zwischen Spindel (3) und Umlenkwalze (4) über Führungsrollen (7) verläuft.

4. Drahtsäge nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, gekennzeichnet durch eine Auflage (15) für Werkstücke (6), die eine Neigung zu den Trumen (5) des Sägedrahtes (1) aufweist oder mit einem Antrieb versehen ist, mit dem die Werkstücke (6) bewegbar sind.

5. Drahtsäge nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidmittel in den Sägedraht (1) eingepreßte Körner sind.

6. Drahtsäge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Körner aus Diamant, kubischem Borni­ trid oder Siliziumcarbid bestehen.

7. Drahtsäge nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Körner voneinander beabstan­ det sind.

8. Drahtsäge nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kornzahl maximal 20 je Zentimeter Drahtlänge beträgt.

9. Drahtsäge nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Sägedrahtes (1) mit Wasser benetzt ist.