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Trennmaschine
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Die Erfindung betrifft eine Trennmaschine, an deren Maschinenrahmen
ein Trenngatter mit mehreren parallel zueinander angeordneten Trennwerkzeugen und
einem Werkstückträger-für wenigstens ein zu zertrennendes Werkstück gehalten sind,
wobei das Trenngatter und das Werkstück bzw. die Werkstücke relativ zueinander sowohl
in Schneidrichtung des Trenngatters als auch quer dazu in Vorschubrichtung des Schnitts
beweglich angeordnet sind und zumindest für die Relativbewegung in Schneidrichtung
des Trenngatters ein Kraftantrieb vorgesehen ist.
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Bei herkömmlichen Gattersägemaschinen wird das Sägegatter hin-und
herbewegt, während der Werkstückträger die Vorschubbewegung ausführt und das Werkstück
dem- Sägegatter zuführt. Die Schnittgeschwindigkeit hängt im wesentlichen von der
Geschwindigkeit ab, mit der'das Sägegatter hin- und herbewegt wird. Um saubere
Schnitte
zu erzielen, müssen die Sägeblätter des Sägegatters in einen stabilen und damit
relativ schweren Rahmen eingespannt sein, wodurch die Schnittgeschwindigkeit und
damit die Leistung der Gattersägemaschine nur mit relativ großem konstruktiven Aufwand
gesteigert werden kann. Die Schnittgeschwindigkeit des Sägegatters ist relativ niedrig,
da das Sägegatter mit jedem Sägehub aus dem Stillstand heraus beschleunigt und zum
Stillstand gebremst werden muß.
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Insbesondere in der Halbleitertechnik müssen kristalline und kristallähnliche
Materialblöcke in exakt bemessene Scheiben zertrenntwerden. Exakte Schnitte lassen
sich mit Innenlochsägen erzielen, bei welchen der Materialblock vom diamantbesetzten
Innenrand einer rotierenden Ringscheibe gesägt wird.
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Da die Sägeringscheiben in relativ stabile Rahmen unter'hohen radialen
Kräften eingespannt sein müssen, können sie nicht zu Gattern zusammengefaßt werden.
Der Materialblock kann somit nicht gleichzeitig sondern nur schrittweise in eine
Vielzahl Scheiben zersägt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Trennmaschine anzugeben, bei welcher
sich das Werkstück und das Trennwerkzeug gleichförmig relativ zueinander bewegen
und hierbei das Trennwerkzeug ein oder mehrere Werkstücke gleichzeitig in eine Vielzahl
Scheiben zertrennen kann.
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Ausgehend von der eingangs näher erläuterten Trennmaschine wird diese
Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Werkstückträger um eine Drehachse
senkrecht sowohl zur Schneidrichtung des Trenngatters als auch zur Vorschubrichtung
des Schnitts drehbar am Maschinenrahmen gelagert ist und das Werkstück bzw. die
Werkstücke mit radialem Abstand von der Drehachse trägt und daß der Kraftantrieb
den Werkstückträger zur Durchführung des Trennschnitts um die Drehachse dreht. Bei
dieser Trennmaschine wird die Schnittgeschwindigkeit des Trenngatters durch die
Umfang
geschwindigkeit der mit gleichförmiger Drehzahl und gleichbleibendem
Drehsinn mit dem Werkstückträger umlaufenden Werkstücke bestimmt, während das Trenngatter
stillsteht bzw. gegebenenfalls lediglich Vorschubbewegungen ausführt. Das Trenngatter
kann, da es keine bzw. lediglich langsame Bewegungen ausführen muß, trotz stabiler
Konstruktion relativ einfach aufgebaut sein. Die Schnittgeschwindigkeit, d. h. die
Geschwindigkeit, mit welcher die Werkstücke an den Trennwerkzeugen des Trenngatters
vorbeibewegt werden, kann weitgehend frei gewählt werden. Die Schnittgenauigkeit
der Trennmaschine erreicht die in der Halbleiterindustrie beim Zerteilen von kristallinen
und kristallähnlichen Materialblöcken zu Scheiben geforderte Schnittgenauigkeit
und ist insbesondere einsetzbar zum Zerteilen von Siliciumkristallen für die Anwendung
bei Solarzellen.
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Die Trennwerkzeuge des Trenngatters sind bevorzugt als tangential
zur Umlaufbahn des Werkstücks bzw. der Werkstücke gespannte Bänder oder Drähte ausgebildet,
deren Schneidkanten gezähnt sind oder ein Schleifmittel gebunden tragen oder denen
ein Schleifmittel lose zuführbar ist. Bänder sind aufgrund ihres größeren Materialquerschnitts
und damit ihrer höheren Standzeit gegenüber Drähten bevorzugt. Als Schleifmittel
eignet sich Diamantstaub oder flüssiges Schleifmittel.
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Der Werkstückträger hat. in einer bevorzugten Ausführungsform im wesentlichen
Zylinderform und weist in Umfangsrichtung seines Mantels verteilt mehrere Aufnahmen
für Werkstücke auf.
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Die Aufnahmen müssen so gestaltet sein, daß sie den beider Drehung
des Werkstückträgers auftretenden Zentrifugalkräften widerstehen. Geeignet sind
zum Umfang des Werkzeugträgers offene Schwalbenschwanznuten, welche sich in Richtung
der Drehachse erstrecken. Die Zentrifugalkräfte werden von den Hinterschneidungen
der Schwalbenschwanz nuten aufgenommen.
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Um Unwuchten zu vermeiden haben die Aufnahmen zweckmäßigerweise in
Umfangsrichtung gleichen Abstand voneinander.
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Die Vorschubbewegung für den im Verlauf des Trennvorgangs in das Werkstück
eindringenden Schnitt kann sowohl vom Trenngatter als auch vom Werkstückträger ausgeführt
werden. Bei dem Trennvorgang arbeiten sich nicht nur die Trennwerkzeuge in das Werkstück
ein sondern auch das Werkstück, wenn auch in geringerem Maße in die Trennwerkzeuge.
Insbesondere bei langgestreckten Trennwerkzeugen hat es sich deshalb als günstig
erwiesen, wenn der Werkstückträger oder das Trenngatter in Schneidrichtung des Trenngatters
verschiebbar ist-, da auf diese Weise die Trennwerkzeuge gleichmäßiger abgenutzt
werden können.
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Von Vorteil sind auch Ausführungsformen, bei welchen der Werkstückträger
oder das Trenngatter in Richtung der Drehachse des Werkstückträgers verschoben werden
können, um die Werkstücke auch dann vollständig in Scheiben zerteilen zu können,
wenn sie breiter sein sollten als das Trenngatter.
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Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn der Maschinenrahmen zwei
im Abstand voneinander angeordnete, vertikale Führungssäulen aufweist, zwischen
denen sich eine den Lagerteil des Werkstückträgers oder das Trenngatter tragende,
an den Führungssäulen verschiebbar geführte Traverse erstreckt. Insbesondere bei
Verwendung eines losen, beispielsweise flüssigen Schleifmittels ist das Trenngatter
bevorzugt oberhalb des Werkstückträgers angeordnet, da dann das Schleifmittel besser
in den Schnittspalt einfließen kann.
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Die Zufuhr eines losen Schleifmittels kann darüberhinaus auch dadurch
verbessert werden, daß das Trenngatter um eine zur Drehachse des Werkstückträgers
parallele Achse schwenkbar am Maschinenrahmen oder an einem tangential zur Schnittrichtung
verschiebbaren bzw. periodisch hin- und hergehenden und am Maschinenrahmen befestigten
schritten gelagert ist. In dieser Ausgestaltung kann der Anstellwinkel des Trenngatters
verändert werden, wodurch zwischen dem Grund des- in
das Werkstück
bereits eingearbeiteten Schnitts ein Keil entsteht, in den das Schleifmittel aufgrund
der Drehbewegung des Werkstückträgers eingetragen wird.
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Um das Werkstück trotz der auf das Werkstück einwirkenden Zentrifugalkräfte
vollständig durchtrennen zu können, sind die Aufnahmen des Werkstückträgers vorzugsweise-zur
Befestigung von über den Umfang des Werkstückträgers vorstehenden Zwischenträgerplatten
ausgebildet, deren Dicke in radialer Richtung zumindest so groß gewählt ist, daß
ein Segment des Umfangskreises des Werkstückträgers vollständig in eine achsnormale
Querschnittsfläche mit der Breite des Werkstücks einschreibbar ist. Das Werkstück
ist auf der Zwischenträgerplatte aufgeklebt oder aufgekittet. Die Zwischenträgerplatte
wird beim Durchtrennen des Werkstücks zwar angeschnitten, jedoch nicht ebenfalls
durchtrennt. Sie besteht beispielsweise aus Glas, von der die einzelnen-Scheiben
anschließend abgesprengt oder abgebrochen werden können.
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Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert
werden. Es zeigt Fig. 1 eine schematische, perspektivische Darstellung einer ersten
Ausführungsform einer Trennmaschine; Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer
Einzelheit der Trennmaschine nach Fig. 1; Fig. 3 eine schematische, perspektivische
Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Trennmaschine und Fig. 4a bis d
schematische Darstellungen weiterer Ausführungsformen von Trennmaschinen.
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Fig. 1 zeigt eine Trennmaschine, mit deren Hilfe am Umfang eines zylindrischen
Werkstückträgers 1 mit gleichen Winkelabständen voneinander angeordnete Werkstücke
3 in eine Vielzahl Scheiben 5 zerteilt werden können, wie dies in Fig. 2 näher dargestellt
ist. Bei den Werkstücken 3 kann es sich um
kristalline oder kristallähnliche
Blöcke aus Glas, Silicium usw. handeln, die in Scheiben 5 geschnitten in der Halbleiterindustrie,
insbesondere bei der Solarzellenherstellung, Verwendung finden. Der Werkstückträger
1 ist an einer Traverse 7 um eine Achse 9 drehbar gelagert und wird von einem nicht
näher dargestellten Motor in Richtung eines Pfeils 11 gleichförmig und ohne Richtungsumkehr
gedreht. Die Traverse 7 ist an zwei im Abstand voneinander von einer Maschinenbasis
13 vertikal aufragenden Führungssäulen 15 in Richtung eines Doppelpfeils 17 verschiebbar
geführt. An einem die oberen Enden der Führungssäulen 15 verbindenden Querträger
19 ist ein Trenngatter 21 gehalten, welches eine Vielzahl in einen U-förmigen Rahmen
23 in Längsrichtung eingespannte Trennbänder 25 aufweist. Die Trennbänder 25 sind
an ihren dem Werkstückträger 1 zugekehrten Kanten gezahnt oder tragen gebundenen
Diamantstaub. Ebensogut kann, was nicht näher dargestellt ist, Schleifmittel in
loser, insbesondere flüssiger Form zugeführt werden. Die Drehachse 9 erstreckt sich
senkrecht-zur Vorschubrichtung 17 und senkrecht zu der durch die Längsrichtung der
Trennbänder 25 gegebenen Schneidrichtung des Trenngatters 21. Die Schneidgeschwindigkeit
wird im wesentlichen durch die Umfangsgeschwindigkeit der Werkstücke 3 bestimmt.
Für den Antrieb der Vorschubbewegung ist ein zwischen der Maschinenbasis 13 und
der Traverse 7 angreifender Antrieb 27, beispielsweise ein Hydraulikzylinder, vorgesehen.
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Zur Aufnahme der Werkstücke 3 sind im Mantel des im wesentlichen zylinderförmigen
Werkstückträgers 1 Schwalbenschwanznuten 29 vorgesehen, die sich in Richtung der
Drehachse 9 erstrecken.
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Die Schwalbenschwanznuten 29 hintergreifen in die Nuten einschiebbare
Keilstücke 31 (Fig. 2),an denen jeweils über eine Zwischenträgerplatte 33 das in
Scheiben 5 zu zerteilende Werkstück 3 angeklebt oder angekittet ist. Die Zwischenträgerplatten
33 stehen über den Umfang des Werkstückträgers 1 vor; ihre Dicke ist so gewählt,
daß die auf ihr angebrachten Werkstücke 3 vollständig durchtrennt werden können,
ohne daß der Trenn-
schnitt in den Werkstückträger 1 eingreift.
Die Kreisbahn des Außenumfangs des Werkstückträgers 1 ist in Fig. 2 durch einen
Pfeil 35 angedeutet. Der Umfangskreis verläuft vollständig radial innerhalb der
Außenfläche der Zwischenträgerplatte 33. Die Scheiben 5 können nach dem vollständigen
Durchtrennen des Werkstücks 3 von der Zwischenträgerplatte 33 abgebrochen oder abgesprengt
werden.-Um auch Werkstücke 3 zertrennen zu können, deren Breite in Richtung der
Drehachse 9 größer ist als die Breite des Trenngatters 21, ist der Rahmen 23 in
Richtung der Drehachse 9 verschiebbar an der Quertraverse 19 geführt.
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Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform, bei welcher ein um eine
Drehachse 37 drehbar an einem Lagerbock 39 gelagerter Werkstückträger 41 an seinem
im wesentlichen zylindrischen Mantel Werkstücke 43 trägt. An zwei vertikal von einer
Maschinenbasis 45 aufragenden Führungssäulen 47 ist eine Traverse 49 in Richtung
eines Doppelpfeils 51 verschiebbar geführt. An der Traverse 49 ist ein U-förmiger
Rahmen 53 eines Trenngatters 55 gehalten, in welchen eine Vielzahl zueinander paralleler
Trennbänder 57 eingespannt sind. Die Traverse 49 kann mittels eines Antriebs 59,
beispielsweise eines Hydraulikzylinders gegen den Werkstückträger 41 verschoben
werden. Im Gegensatz zur Ausführungsform nach Fig. 1 wird die Vorschubbewegung nicht
durch den rotierenden Werkstückträger 41, sondern von dem an der Traverse 49 gehaltenen
Trenngatter 55 aus geführt. Die Wirkungsweise der Trennmaschine nach Fig. 3 entspricht-
im übrigen der Trennmaschine nach Fig. 1, so daß zur weiteren Erläuterung auf die
Beschreibung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 verwiesen wird.
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Um Werkstücke 43 mit größerer Breite als der Breite des Trenngatters
55 zertrennen zu können, ist entweder das
Trenngatter 55 oder der
Lagerbock 39 in Richtung der Drehachse 37 verschiebbar geführt. Die Drehachse 37
erstreckt sich wiederum senkrecht zur Vorschubrichtung der Traverse 49 und senkrecht
zur Schneidrichtung der Trennblätter 57.
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Die Fig. 4a und 4c zeigen weitere Ausgestaltungen der Trennmaschine
nach Fig. 3. In Fig. 4a ist das die Vorschubbewegung in Richtung des Pfeils 51 ausführende
Trenngatter 5 zusätzlich in Richtung eines Doppelpfeils 61 in Längsrichtung der
Trennbäncter 57 in nicht näher dargestellter Weise verschiebbar an der Traverse
49 angebracht. Durch die Verschiebung in Richtung des Pfeils 61 kann eine gleichmäßigere
Abnutzung der Trennbänder 57 erreicht werden.
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In Fig. 4c ist der Rahmen 53 des Trenngatters 55 um eine zur Drehachse
37 des Werkstückträgers 41 parallele Achse schwenkbar an der Traverse 49 gelagert.
Die Spur der Schwenkachse ist in Fig.4c bei 63 dargestellt. Der Rahmen 53 kann insbesondere
mittels eines Antriebs periodisch hin- und hergeschwenkt werden, wodurch sich einerseits
eine bessere Abnutzung der Trennblätter 57 erreichen läßt und andererseits bei losen
und insbesondere bei flüssigen Schleifmitteln das Schleifmittel aufgrund des Keils
besser in den Schnittspalt eingeführt werden kann.
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Die Fig. 4b und d zeigen alternative Ausführungsformen der Trennmaschine
nach Fig. 1. Ähnlich der Ausführungsform nach Fig. 4a ist das Trenngatter 21 in
Richtung eines Doppelpfeils 65 zur besseren Ausnutzung der Trennblätter 25 in deren
Längsrichtung verschiebbar bzw. periodisch hin- und hergehend an dem hier nicht
näher dargestellten Querträger 19 geführt.
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Ähnlich der Ausführungsform der Fig. 4c ist bei der Verbesserung der
Trennmaschine nach Fig. 4d der Rahmen 23 des Trenngatters 21 ebenfalls um eine zur
Drehachse 9 parallele
Schwenkachse (Spur 67) schwenkbar an dem
Querträger 19 angebracht.
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L e e r s e i t e