DE69717536T2

DE69717536T2 - Drahtsäge

Info

Publication number: DE69717536T2
Application number: DE69717536T
Authority: DE
Inventors: Charles Hauser
Original assignee: HCT Shaping Systems SA
Current assignee: Applied Materials Switzerland SARL
Priority date: 1996-05-23
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2017-05-17
Also published as: EP0808701B1; CH690907A5; US5913305A; EP0808701A3; EP0808701A2; JPH1080854A; DE69717536D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drahtsägevorrichtung mit einer Drahtschicht, die zwischen zumindest zwei Drahtführungszylindern aufgespannt ist und durch Rillen an Ort und Stelle gehalten wird, die in die Oberfläche der benannten Drahtführungszylinder eingeschnitten sind und den Abstand zwischen den Drähten der benannten Drahtschicht definieren, wobei die Drähte sich einer Hin- und Herbewegung folgend oder kontinuierlich bewegen können, während sie gegen ein zu sägendes Werkstück drücken, das auf einem Auflagetisch befestigt ist.
In den bekannten Vorrichtungen (siehe zum Beispiel DE 195 17 107 A1) besteht der Sägebereich aus einem Satz von parallel angeordneten Zylindern. In diese Zylinder, Drahtführungen genannt, sind Rillen eingeschnitten, die den Abstand zwischen den Drähten der Schicht bzw. die Dicke der Scheiben definieren. Das zu sägende Werkstück ist auf einem Auflagetisch befestigt, der sich senkrecht zur Drahtschicht bewegt. Die Geschwindigkeit der Bewegung definiert die Schneidgeschwindigkeit. Die Erneuerung des Drahtes sowie die Überwachung seiner Spannung erfolgen in einem Bereich, der Drahthandhabungsbereich genannt wird und sich ausserhalb des eigentlichen Sägebereichs befindet. Das den Schnitt bestimmende Mittel ist entweder ein auf dem Draht festgemachtes Schleifmittel oder aber ein in Gestalt von Schlicker mitgeführtes freies Schleifmittel. Der Draht wirkt nur als Transporteur.
Beim Schneiden feiner Scheiben aus dem zu sägenden Werkstück wird der gespannte Draht von den Drahtführungszylindern zugleich geführt und gezogen. In diese Zylinder, die allgemein mit einer Kunststoffschicht überzogen sind, sind Rillen eingraviert, deren Geometrie und Abmessungen von einer hohen Genauigkeit sein müssen. Des Weiteren hat, wenn das zu sägende Werkstück ein Einkristall ist, die Sägerichtung eine grosse Bedeutung, daher ebenfalls die Richtung des Drahtes relativ zum Einkristall selbst und folglich relativ zur Auflagetisch des zu sägenden Werkstücks. Um eine hohe Genauigkeit zu erhalten, ist allgemein eine Vorrichtung zur Einstellung des Auflagetisches relativ zu den Drähten der Schicht vorgesehen und in Gestalt einer in ihrem Drehwinkel einstellbaren Drehscheibe realisiert, die zwischen der Maschine und dem Auflagetisch angeordnet ist. Der Auflagetisch wird dann ein Drehtisch. In den meisten Fällen wird diese Drehung als Feineinstellung eingesetzt, während die hauptsächliche Ausrichtung ausserhalb der Sägevorrichtung erfolgt und die Feineinstellung einige Grade nicht übersteigt. Die Ausführung einer Drehscheibe hoher Genauigkeit sowie ohne Spiel in einer von Schleifmittel verschmutzten Umgebung bringt einige Schwierigkeiten mit sich, insbesondere was ihren Schutz betrifft. Des Weiteren verringert sich die Starrheit und daher die allgemeine Genauigkeit der Sägevorrichtung, wenn mechanische Elemente, die sich unter dem zu sägenden Werkstück befinden, übereinandergelegt werden. Der Platz, der dafür vorgesehen wird, das mechanische Drehelement einzufügen, das für die Ausrichtung des Drahts relativ zum Auflagetisch bestimmt ist, vermehrt die Höhe, das Gewicht und den allgemeinen Platzbedarf der Sägevorrichtung und damit die Schwierigkeiten ihrer Aufstellung und ihres Transports sowie ihre Herstellungskosten, wenn die grössere Zahl von Teilen in Betracht gezogen wird.
Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, diese Nachteile abzustellen, und ist deshalb dadurch gekennzeichnet, dass die Sägevorrichtung Mittel umfasst, um die Drahtschicht gegenüber dem winkelmässig feststehenden Auflagetisch winkelmässig auszurichten und der benannten Drahtschicht eine Funktion der Drehung gegenüber dem Auflagetisch und somit gegenüber dem zu sägenden Werkstück zu verleihen.
Durch diese Merkmale können die Höhe und der allgemeine Platzbedarf der Sägevorrichtung verringert werden. Der Transport und die Aufstellung der Vorrichtung sind erleichtert. Der Herstellungspreis und die Zahl der Teile können niedrig gehalten werden, während ein Komplex erhalten wird, der einfacher in der Verwendung, starrer und somit robuster ist.
Allgemein kann die Ausrichtung des Auflagetisches relativ zur Drahtschicht auf dreierlei Weise erfolgen:
1) Indem der Auflagetisch relativ zur feststehenden Drahtschicht ausgerichtet wird. Einsatz eines Drehtisches.
2) Indem die Drahtschicht relativ zum feststehenden Auflagetisch ausgerichtet wird. Einsatz einer drehbaren Drahtschicht.
3) Indem der Auflagetisch zusammen mit der Drahtschicht ausgerichtet wird, wobei die beiden getrennt einstellbar sind. Gleichzeitiger Einsatz eines Drehtisches und einer drehbaren Drahtschicht.
Der Fall (1) entspricht den bekannten Vorrichtungen. Der Fall (3) bietet keinen Vorteil, da er die Nachteile der ersten beiden Verfahren kumuliert.
Hingegen bietet für eine Ausrichtung, die allgemein keine grossen Korrekturen verlangt, der Fall (2), in dem die Ausrichtung der Drahtschicht relativ zum feststehenden Auflagetisch realisiert wird, ein neues Konzept einer drehbaren Drahtschicht, das umgesetzt werden kann, indem die Drahtschicht selbst gedreht wird, und zwar zum Beispiel durch eine axiale Translation einer der dem zu sägenden Werkstück benachbarten Drahtführungen. Diese Translation einer der benachbarten Drahtführungen bewirkt eine Drehung der Richtung der Drähte der Schicht und erlaubt es somit, diese mit dem Auflagetisch auszurichten. Die axiale Translation einer der Drahtführungen kann auf mechanische, manuelle oder elektrische Art erfolgen, zum Beispiel mit Hilfe einer Schraube, die auf die Drahtführung zentriert ist, oder hydraulisch oder pneumatisch mit einer entsprechenden Winde. Da sich der Auflagetisch einer zur drehbaren Drahtschicht senkrechten Achse folgend bewegt, kann die Einstellung der Ausrichtung der drehbaren Drahtschicht relativ zum Auflagetisch dann leicht mit Hilfe eines einfachen oder doppelten optischen oder Videosystems Systems kontrolliert werden, das in den feststehenden Teil der Sägevorrichtung integriert ist und in einer Richtung parallel zur Bewegungsachse des Auflagetisches zielt. Bevorzugt sind die beiden Objektive eines optischen Systems oder die beiden Kameras eines Videosystems in einer Richtung parallel zur Richtung der Drähte der drehbaren Drahtschicht in ihrer schlussendlichen Arbeitsstellung positioniert.
Der Einsatz eines Drehtisches erlaubt keine leichte Integration eines optischen oder Video-Kontrollsystems in den feststehenden Teil der Sägevorrichtung. Dieses System müsste in den drehbaren Teil integriert werden, was den Aufbau beträchtlich kompliziert.
Die erfindungsgemässe Sägevorrichtung erlaubt es durch ihr Konzept einer drehbaren Drahtschicht, die Drahtschicht relativ zur Auflagetisch auszurichten, indem eine Drehung der Drahtschicht erfolgt, sie erlaubt es ferner, die Zahl der erforderlichen mechanischen Teile relativ zu einem Drehtisch zu begrenzen und die Komplexität des Ganzen zu verringern, dabei aber die Starrheit der Sägevorrichtung zu erhöhen. Darüber hinaus erleichtert die permantente Integration eines optischen oder Video-Kontrollsystems die Arbeit des Betriebspersonals und reduziert dabei die Gefahr von Einstellfehlern auf ein Minimum.
Der Einsatz des Konzepts einer drehbaren Drahtschicht erlaubt es daher, eine leistungsfähige Sägevorrichtung zu realisieren, die eine erhöhte Produktivität und eine durch die erhöhte Starrheit gesteigerte mittlere Genauigkeit besitzt und es gestattet, die Ausrichtung des Auflagetisches durch eine Drehung der drehbaren Drahtschicht leicht einzustellen.
Weitere Vorteile werden aus den Merkmalen, die in den Unteransprüchen ausgedrückt sind, sowie aus der Beschreibung ersichtlich, die hiernach die Erfindung eingehender mit Hilfe von Zeichnungen darlegt, die schematisch und beispielhaft verschiedene Ausführungsformen vorstellen.
Fig. 1a ist eine perspektische Ansicht einer ersten Ausführungsform.
Fig. 1b veranschaulicht eine bekannte Vorrichtung perspektivisch.
Fig. 2a bzw. Fig. 2b sind Ansichten der Drahtschicht und des zu sägenden Werkstücks der Fig. 1a bzw. der Fig. 1b.
Fig. 3 stellt einen detaillierten Schnitt durch einen Drahtführungszylinder der Fig. 1a dar.
Fig. 4 ist eine perspektische Ansicht einer zweiten Ausführungsform.
Fig. 5 ist eine perspektische Ansicht einer dritten Ausführungsform.
Auf Fig. 1a Bezug nehmend, wird ein zu sägendes Werkstück 1 gegen eine Drahtschicht 2 gedrückt, die von den Drahtführungszylindern 4, 5 getragen wird. Der Auflagetisch 3, auf dem das zu sägende Werkstück 1 befestigt ist, bewegt sich in der Richtung 6. Der Drahtführungszylinder 4 ist feststehend, während der Drahtführungszylinder 5 sich axial verschieben kann und dadurch der drehbaren Drahtschicht 2 eine winkelmässige Drehung relativ zu dem zu sägenden Werkstück 1 vermittelt.
Fig. 1b veranschaulicht perspektivisch das Prinzip des bekannten drehbaren Auflagetisches, der derzeit als Mittel zur Ausrichtung eingesetzt wird. Das zu sägende Werkstück 1 wird gegen die Drahtschicht 2 gedrückt, die von den feststehenden Drahtführungszylindern 4 getragen wird. Eine Drehscheibe 7 ist zwischen den Auflagetisch 3 und das zu sägende Werkstück 1 eingeschoben. Der Auflagetisch 3, auf dem die Drehscheibe 7 und das zu sägende Werkstück 1 befestigt sind, bewegt sich in der Richtung 6. Das zu sägende Werkstück 1 kann sich dank der Drehscheibe 7 um einen Winkel um seine Achse drehen.
Fig. 2a stellt, schematisch von oben gesehen, eine Möglichkeit dar, das Prinzip der vorliegenden Erfindung zu realisieren. Die drehbare Drahtschicht 2 kann durch Verschiebung der einstellbaren Drahtführung 5 relativ zur feststehenden Drahtführung 4 winkelmässig um einen Winkel eingestellt werden. Das zu sägende Werkstück 1 ist feststehend.
Fig. 2b stellt, schematisch von oben gesehen, das bis heute eingesetzte bekannte Prinzip vor. Das zu sägende Werkstück 1, das auf den drehbaren Auflagetisch montiert ist, kann sich relativ zur feststehenden Drahtschicht 2, die durch die feststehenden Drahtführungen 4 gehalten wird, um einen Winkel drehen.
Der Längsschnitt der Fig. 3 zeigt ein Beispiel für einen Mechanismus, der die Axialverschiebung eines der Drahtführungszylinder 5 zur Einstellung der drehbaren Drahtschicht ermöglicht. Der Drahtführungszylinder 5 ist in Lagern 9 um die feststehende Achse 8 drehbar montiert. Das ortsfeste Lager 10 besteht aus einem Gewindeflansch 11, der am (nicht veranschaulichten) Rahmen der Sägevorrichtung befestigt ist und mit einem mit Gewinde versehenen Abschnitt der ortsfesten Achse 8 zusammenwirkt, aus einer Stellmutter 12 und einem viereckigen Endstück 13, das eine Einstellung der Lage der Achse 8 und somit der Drahtführung 5 ermöglicht. Andererseits wird die ortsfeste Achse 8 in dem mit dem Rahmen fest verbundenen Flansch 21 gehalten, kann aber axial in diesem Flansch gleiten. Das viereckige Endstück 13 kann zur winkelmässigen Einstellung der Drahtschicht durch irgendwelche Mittel 22, zum Beispiel von Hand mit einem Schlüssel, elektrisch mit einem Elektromotor oder auch durch pneumatische oder hydraulische Mittel gedreht werden. Nach der Einstellung wird die Stellmutter 12 so gegen den Gewindeflansch 11 angezogen, dass die Achse 8 in ihrer eingestellten axialen Lage blockiert wird.
In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform sind die Drahtführungszylinder 4 auf einer Platte 13 befestigt. Die Platte 13 kann sich dank eines Scharniers 14 um eine Achse 15 drehen, die senkrecht zur Drahtschicht 2 ist. Ein Schraubenmechanismus 16 erlaubt die Einstellung des Winkels durch Drehung der Platte 13 relativ zum Rahmen 17 der Sägevorrichtung, die den feststehenden Auflagetisch 3 mit dem zu sägenden Werkstück 1 umfasst. Eine optische oder Videoeinrichtung erlaubt die Einstellung des Winkels .
Diese Vorrichtung umfasst bevorzugt zwei optische Sucher 18 oder zwei Videokameras, die auf den Rahmen 17 montiert sind und sich parallel zur Drahtschicht 2 bewegen können. Somit kann durch Beobachtung eines vorbestimmten Drahtes der Drahtschicht 2 die winkelmässige Ausrichtung dieser Drahtschicht relativ zum feststehenden Auflagetisch 3 genau eingestellt werden, indem die von den beiden optischen Suchern 18 bzw. den beiden Videokameras eingenommene Lage bekannt ist.
Die in Fig. 5 veranschaulichte Ausführungsform umfasst feststehende Drahtführungszylinder 4 sowie einen winkelmässig feststehenden Auflagetisch 3, der sich jedoch in einer senkrechten Richtung 6 bewegen kann, um das zu sägende Werkstück 1 gegen die Drahtschicht 2 zu drücken. Diese Ausführungsform umfasst einen Mechanismus 24, der dafür bestimmt ist, alle oder einen Teil der Drähte der Drahtschicht 2 auf der Oberfläche von zumindest einem der Drahtführungszylinder 4 zu verschieben, indem die Drähte in andere, auf der Oberfläche der Zylinder vorgesehene Rillen versetzt werden. Zu diesem Zweck kann dieser Mechanismus 24 einen Kamm 25 beinhalten, der mit den Drähten in Berührung treten und sie dank einer Antriebskurbel 26 seitlich auf der Drahtführung versetzen kann. Dieser Kamm 25 kann somit gleichzeitig einen Teil oder die Ganzheit der Drähte versetzen. Er kann auch durch ein Organ wie einen Haken ersetzt werden, der dazu bestimmt ist, die Drähte auf der Oberfläche eines der Drahtführungszylinder Draht um Draht oder in Gruppen von Drähten zu verschieben.
Der Sägedraht, der die Drahtschicht 2 zwischen den Drahtführungszylindern 4 bildet, besteht aus Federstahl mit einem Durchmesser zwischen 0,1 und 0,2 mm, um Blöcke aus harten oder exotischen Materialien (wie Silicium, keramische Materialien, Verbindungen von Elementen der Gruppen III und V, Gadolinium-Gallium-Granate, Saphire usw.) in Scheiben von etwa 0,1 bis 5 mm Dicke zu zersägen. Das Schleifmittel ist ein handelsübliches Erzeugnis und kann Diamant, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid usw. in auf dem Draht fixierter oder schlickerartig freier Form sein.
Das Konzept der in die Sägevorrichtung integrierten, drehbaren Drahtschicht gestattet es, einen Komplex zu realisieren, der einfacher zu benutzen und starrer, daher robuster ist, und somit durch die Vereinfachung der Arbeitsgänge der Einstellung ein Maximum an Leistung und Produktivität oder Flexibilität zu erlangen, ohne dass dies der Qualität der erzeugten Stücke abträglich wäre.
Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen keinerlei begrenzenden Charakter haben und in dem Rahmen, wie er durch Anspruch 1 definiert wird, alle wünschenswerten Modifikationen erfahren können. Insbesondere kann die Realisierung einer drehbaren Drahtschicht durch andere Arten von Mechanismen in Betracht gezogen werden, die durch ihre Funktion die Drehung der Drahtschicht relativ zum feststehenden Auflagetisch erfüllen. Die optische oder Videovorrichtung, die unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben wurde, könnte auch in die in den Fig. 1a und 5 veranschaulichten Ausführungsformen integriert werden. Die winkelmässige Verschiebung der Platte 13 oder des Kammes 25 könnte durch jedwede mechanische, elektrische, pneumatische oder hydraulische Mittel bewerkstelligt werden.

Claims

1. Drahtsägevorrichtung mit einer Drahtschicht (2), die zwischen mindestens zwei Drahtführungszylindern (4) gespannt und durch Rillen an Ort und Stelle gehalten wird, die in die Oberfläche der benannten Drahtführungszylinder (4) eingeschnitten sind und den Abstand zwischen den Drähten der benannten Drahtschicht (2) definieren, wobei die Drähte befähigt sind, sich hin- und hergehend oder kontinuierlich zu bewegen, während sie gegen ein zu sägendes Werkstück (1) drücken, das auf einen Auflagetisch (3) montiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel umfasst, um die Drahtschicht (2) gegenüber dem winkelmässig feststehenden Auflagetisch (3) winkelmässig auszurichten und der benannten Drahtschicht (2) eine Funktion der Drehung gegenüber dem Auflagetisch (3) und somit gegenüber dem zu sägenden Werkstück (1) zu verleihen.

2. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die benannten Mittel durch einen Mechanismus realisiert werden, der dazu bestimmt ist, eine Drehung der Gesamtheit der auf einer Platte (13) befestigten Drahtführungen (4) zu bewirken, und dadurch, dass die benannte Platte (13) um eine zur Drahtschicht (2) senkrechte Achse (15) bezüglich des Auflagetisches (3) drehbar montiert ist.

3. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die benannten Mittel durch einen Mechanismus realisiert werden, der dazu bestimmt ist, eine Axialverschiebung zumindest eines einstellbaren Drahtführungszylinders (5) zu bewirken.

4. Vorrichtung gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der benannte Mechanismus, der dazu bestimmt ist, eine axiale Verschiebung zu bewirken, eine feststehende Achse (8) umfasst, auf die der Drahtführungszylinder (5) um diese Achse drehbar montiert ist, wobei die feststehende Achse (8) an ihren beiden Enden durch feststehende Lager (10, 21) gehalten wird und zumindest eines der feststehenden Lager (10) einen feststehenden Flansch mit Gewinde (11) umfasst, der dazu bestimmt ist, mit einem Gewindeabschnitt der feststehenden Achse (8) zusammenzuwirken, deren eines Ende (13) so gestaltet ist, dass es mit einem Betätigungs- und Regelorgan (22) zusammenwirken kann, wobei eine Stellmutter (12) dafür vorgesehen ist, mit dem feststehenden Gewindeflansch (11) so zusammenzuwirken, dass nach der Ausrichtung der Drahtschicht (2) die feststehende Achse (8) blockiert wird.

5. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die benannten Mittel durch einen Mechanismus in Gestalt eines Kammes realisiert werden, der so eingerichtet ist, dass er eine Versetzung der ganzen oder eines Teiles der Drahtschicht (2) auf der Oberfläche zumindest eines feststehenden Drahtführungszylinders (4) bewirkt.

6. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die benannten Mittel durch einen Mechanismus realisiert werden, der dazu bestimmt ist zu bewirken, dass auf der Oberfläche zumindest eines feststehenden Drahtführungszylinders (4) die Drähte der Drahtschicht (2) einer nach dem anderen bzw. als eine Drahtgruppe verschoben werden.

7. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die benannten Mittel manuell, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigt werden.

8. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest ein optisches Organ umfasst, das auf einen feststehenden Abschnitt der Vorrichtung montiert und dazu bestimmt ist, die winkelmässige Ausrichtung der Drahtschicht (2) bezüglich des Auflagetisches (3) zu überwachen.

9. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest eine Videokamera umfasst, die auf einen feststehenden Abschnitt der Vorrichtung montiert und dazu bestimmt ist, die winkelmässige Ausrichtung der Drahtschicht (2) bezüglich des Auflagetisches (3) zu überwachen.