EP0232920A2 - Internal hole saw with a plurality of blades for sawing of crystal bars as well as methods executed by that saw - Google Patents
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- EP0232920A2 EP0232920A2 EP87102096A EP87102096A EP0232920A2 EP 0232920 A2 EP0232920 A2 EP 0232920A2 EP 87102096 A EP87102096 A EP 87102096A EP 87102096 A EP87102096 A EP 87102096A EP 0232920 A2 EP0232920 A2 EP 0232920A2
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Definitions
- the invention relates to a multi-blade internal hole saw for sawing crystal rods into thin slices and to separation processes carried out by means of this saw.
- the semiconductor or oxidic material used e.g. B. silicon, germanium, gallium arsenide, indium phosphide, sapphire or gallium-gadolinium garnet often in the form of thin disks typically 0.1 to 1 mm thick, which is usually by sawing the starting material in the form of crystal rods or blocks be won. In most cases, this sawing process is carried out using internal hole saws.
- the object of the invention was to provide a multi-blade internal hole saw as well as separation processes carried out by means of this saw, by means of which a high cutting accuracy and long tool life are guaranteed at high cutting performance.
- the task is solved by a multi-blade internal hole saw, which is characterized by saw blades or saw blade groups arranged mirror-symmetrically with respect to the bearings on both sides of a common drive cylinder.
- the sawing method carried out by means of such an arrangement is characterized in that the workpieces to be sawn, the number of which corresponds to the number of saw blades or saw blade groups, are brought into the respective cutting position by a parallel or opposite translation movement before each cutting operation and by a synchronous relative movement between the respective Saw blade or the saw blade group and one workpiece each are subjected to a sawing process at the same time.
- both individual crystal rods or blocks, as well as groups combined from these, e.g. B. bundles of rods can be used.
- the multi-blade internal hole saws according to the invention are both ten of the drive cylinder used.
- saw blade groups are understood to mean arrangements in which there are several, advantageously 2 saw blades on each side of the drive cylinder, the spacing from one another of which can be smaller, the same or greater than the length of an individual workpiece to be sawn.
- this distance is expediently set at most to the nth part of the workpiece length, where n corresponds to an integer greater than or equal to 2.
- the possible minimum distance is chosen to be greater than the sum of the desired pane thickness and k the kerf thickness and is usefully around 4 mm.
- saw blade is used in the following; however, the statements also apply analogously to saw blade groups.
- the closest distance between the saw blades arranged mirror-symmetrically on both sides of the common drive cylinder depends on the manner in which the workpieces are brought into the respective cutting position. While this distance is in any case chosen to be greater than the workpiece length in the case of a parallel translation movement, it can be both smaller and larger when the workpieces are moved in the opposite direction into the cutting position. Distances below the workpiece length, however, require the use of removal devices if the discs are completely separated during each cutting process, so that their required effective range between the saw blades determines the minimum possible distance. Basically, the distances between the saw blades or saw blade groups in the multi-blade according to the invention internal hole saw can be varied within wide limits, depending on the bearing used and the position of the saw blades; Distances of 3 to 200 cm have proven effective.
- the common drive cylinder on the two sides of which the blades are arranged mirror-symmetrically with respect to the bearings, is preferably used with an inner diameter which is larger than the inner hole diameter of the saw blades and advantageously approximately corresponds to the inner diameter of the clamping system in which they are clamped.
- the advantage of a large inner diameter of the drive cylinder which preferably corresponds approximately to the inner diameter of the clamping frame, is that in cutting processes in which the crystal rods are first broken down into a plurality of interconnected disks without removal, the machinable length of the workpiece is not, as in conventional internal hole saws. is limited by the cup-like narrowing shape of the tenter frame.
- embodiments based on the conventional internal hole saws with a wide clamping frame and narrow drive cylinder are also conceivable, in which, for example, a central, narrow drive cylinder is widened in a cup-like manner on both sides to accommodate the clamping frame.
- the clamping frame and saw blades can also be arranged within the drive cylinder.
- an external bearing 3 for. B. an air, magnetic or hydrodynamic bearing mounted drive cylinder 4.
- this carries on both sides a clamping frame 5, which can be designed, for example, in the manner known from conventional hole saws and in which a saw blade 6 is clamped is.
- a clamping frame 5 can be designed, for example, in the manner known from conventional hole saws and in which a saw blade 6 is clamped is.
- the present arrangement can also be converted for more than two simultaneous cutting operations with the drive cylinder 4 unchanged.
- the inner diameters of the clamping frame 5 and the drive cylinder 4 are approximately the same size, although different inner diameters cannot be excluded.
- the actual drive unit usually an electric motor
- the power transmission advantageously a flat belt, by means of which the drive cylinder 4 and thus the saw blades 6 are set in rotation, are not shown.
- power transmission using V-belts or toothed belts is also conceivable.
- the workpieces 7, z. B. crystal rods or blocks of cast, multi-crystalline silicon with columnar structure. are optionally attached to the workpiece carrier 9 with an additional cutting pad 8, e.g. B. by cementing or gluing. This lies on both ends of the feed carriage 10, and can be driven by a drive 11, for. B. a stepper motor, perform translational movements to the Bring workpieces into the intended cutting kit.
- the workpiece carrier 9 can advantageously also be supported, for example, by pneumatic or hydraulic supports 12.
- the feed which causes a relative movement between the workpieces 7 and the rotating saw blades 6 during the actual sawing process, is done with the aid of the feed carriage 13 and can preferably be hydraulically by means of a feed cylinder 14, but also by means of another drive z. B. controlled by an electric motor.
- z. B. Infeed and feed by translational movement of the drive cylinder 4 with stationary workpieces 7, or arrangements with a stationary drive cylinder 4 are not excluded.
- the z. B. are provided with additional devices for removing separated panes, for example according to US-PS 444 54 94, or with filling stations that fill the kerfs between the panes in cutting processes in which the crystal rods are separated into a plurality of interconnected panes and so stabilize the connection of the washers.
- silicon blocks made of solar cell base material which typically have a cross section of 10 ⁇ 10 cm and a length of approximately 30 cm, can be sawn according to the methods described below.
- these blocks which are advantageously provided on their underside with a cutting base made of, for example, glass, ceramic or carbon, are attached to the workpiece carrier, for example clamped, glued on or cemented on.
- One of the blocks comes outside, one inside the two in this case z. B. about 35 cm apart saw blades (outer diameter z. B. about 55 cm, inner hole diameter z. B. about 18 cm) and advantageously so that both occupy an identical position relative to the saw blade acting on them .
- Such an identical relative position of the blocks to the saw blade is not absolutely necessary, but is recommended in view of an optimal cutting yield and a uniform load on the saw blades and bearings during the entire sawing process.
- both blocks are moved in the same way into the inner opening of the saw blades by a translational movement of the workpiece carrier until the intended cutting position is reached.
- An upward movement of the feed carriage 13 then leads the blocks to the, for example, diamond-coated cutting edge of the rotating saw blades, which begins to work into the respective workpiece with the formation of a kerf until the desired disk has finally formed.
- this disc is not completely separated from the rest of the block, but rather a connection ensuring a stable mounting of the disc, advantageously via the cutting base, is left.
- the feed carriage is moved back to the starting position, the workpiece carrier moves both blocks in the same direction into the next cutting position, and the next cut is made by moving the feed carriage upwards into the workpiece.
- This process is repeated until the blocks have been sawn into a plurality of interconnected disks in the desired manner, that is to say also with the exception of contaminated sections or edge regions. These are then removed, so that finally by breaking the connection, for. B. grinding, sawing, melting or dissolving, the individual disks can be obtained.
- those sawing methods in which the panes are not completely separated from the rest of the block are preferred in the context of the invention, since the often complex removal devices can be dispensed with.
- the sawing process with complete separation and removal of the panes is not excluded.
- Variants with external or internal disc removal infeed of the workpieces by opposing translation from the inside to the outside or from the outside in) or with disc removal on the inside and outside on one side (when the workpieces are delivered by means of parallel translation) can be used.
- the heat generated and the material removed are removed in the usual way by a coolant which, for example, reaches the separation point via a hose system, can drain through a system of slots and can finally be collected and, if necessary, fed back in after a reprocessing step .
- a coolant which, for example, reaches the separation point via a hose system, can drain through a system of slots and can finally be collected and, if necessary, fed back in after a reprocessing step .
- the control of the feed or infeed can also be carried out in the known manner by hand, but preferably by means of hydraulics or stepper motors.
- the multi-blade internal hole saw according to the invention and the sawing process carried out by means of this saw are particularly suitable for sawing into silicon-based solar cell base material, which is usually obtained in the form of silicon blocks with a cross section of approx. 10 ⁇ 10 cm and a length of approx. 20 to 40 cm by a casting process mostly from 350 to 500 ⁇ m thick.
- the semiconductor or oxide materials mentioned at the outset can be cut into thin slices of 0.1 to 1 mm in thickness.
- other substances in rod form e.g. Quartz or other glass or rods based on carbon can be cut into thin disks up to 30 mm thick.
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Abstract
Es werden eine Mehrblattinnenlochsäge für das Zersägen von Kristallstäben oder -blöcken, insbesondere Solarzellengrundmaterial auf Siliciumbasis, in dünne Scheiben sowie vermittels dieser Säge durchgeführte Sägeverfahren angegeben. Erfindungsgemäss verfügt die Säge über bezüglich der Lager spiegelsymmetrisch zu beiden Seiten eines gemeinsamen Antriebszylinders angeordnete Sägeblätter. Beim Sägevorgang wird von jedem der Sägeblätter synchron jeweils ein Werkstück zersägt.A multi-blade inner hole saw for sawing crystal rods or blocks, in particular silicon-based solar cell base material, into thin slices and sawing processes carried out by means of this saw are specified. According to the invention, the saw has saw blades arranged in mirror symmetry on both sides of a common drive cylinder. During the sawing process, a workpiece is sawn synchronously from each of the saw blades.
Description
Die Erfindung betrifft eine Mehrblattinnenlochsäge für das Zersägen von Kristallstäben in dünne Scheiben sowie vermittels dieser Säge durchgeführte Trennverfahren.The invention relates to a multi-blade internal hole saw for sawing crystal rods into thin slices and to separation processes carried out by means of this saw.
Für die Herstellung von elektronischen Bauelementen oder Solarzellen wird das eingesetzte Halbleiter- oder oxidische Material, z. B. Silizium, Germanium, Galliumarsenid, Indiumphosphid, Saphir oder Gallium-Gadolinium-Granat häufig in Form von dünnen Scheiben von typisch 0,1 bis 1 mm Dicke benötigt, welche in der Regel durch Zersägen des in Form von Kristallstäben oder -blöcken vorliegendem Ausgangsmaterials gewonnen werden. In den meisten Fällen wird dieser Sägevorgang mit Hilfe von Innenlochsägen durchgeführt.For the production of electronic components or solar cells, the semiconductor or oxidic material used, e.g. B. silicon, germanium, gallium arsenide, indium phosphide, sapphire or gallium-gadolinium garnet often in the form of thin disks typically 0.1 to 1 mm thick, which is usually by sawing the starting material in the form of crystal rods or blocks be won. In most cases, this sawing process is carried out using internal hole saws.
Bei den bekannten Innenlochsägen wird das Sägeblatt am Außenrand in einen Spannrahmen eingespannt. Dieser wird durch den sich becherartig aufweitenden Spannrahmenträger gehalten, der an einem Ende eines meist mittels Kugel-, Luft- oder hydrodynamischen Lagers gelagerten, über ein Antriebsaggregat in Drehung versetzten Antriebszylinders angebracht ist. Diese einseitige, kopflastige Anordnung bedingt eine ungleichmäßige Beanspruchung der Ltkger, die die Verschleißfestigkeit und Standzeit herabsetzt sowie eine geringfügige Neigung des Sägeblattes die ungünstige Auswirkungen auf den Schnittverlauf und die Schnittgenauigkeit hat. Dieser Effekt ist um so ausgeprägter, je kopflastiger die Anordnung ist, so daß naturgemäß Innenlochsägen mit mehreren Sägeblättern, z. B. gemäß DE-OS 32 16 200, stärker betroffen sind als solche mit nur einem Sägeblatt. Die höhere Schnittleistung wird bei Mehrblattanordnungen daher stets auf Kosten der Schnittpräzision und der Standzeit erzielt, was angesichts ständig steigender Genauigkeitsanforderungen unbefriedigend ist.In the known internal hole saws, the saw blade is clamped in a clamping frame on the outer edge. This is held by the cup-like widening tensioning frame support, which is attached to one end of a drive cylinder, which is usually mounted by means of ball, air or hydrodynamic bearings and is set in rotation by a drive unit. This one-sided, top-heavy arrangement requires an uneven load on the Ltkger, which reduces the wear resistance and service life and a slight inclination of the saw blade has the unfavorable effects on the cutting process and the cutting accuracy. This effect is all the more pronounced, the more top-heavy the arrangement, so that naturally hole saws with several saw blades, e.g. B. according to DE-OS 32 16 200, are more affected than those with only one saw blade. The higher average power is at M Therefore ehrblattanordnungen always achieved at the expense of cutting precision and service life, which is unsatisfactory in view of ever increasing accuracy requirements.
Die Aufgabe der Erfindung lag darin, eine Mehrblattinnenlochsäge sowie vermittels dieser Säge durchgeführte Trennverfahren anzugeben, durch die bei hohen Schnittleistungen eine hohe Schnittgenauigkeit und lange Standzeiten gewährleistet sind.The object of the invention was to provide a multi-blade internal hole saw as well as separation processes carried out by means of this saw, by means of which a high cutting accuracy and long tool life are guaranteed at high cutting performance.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Mehrblattinnenlochsäge, die gekennzeichnet ist durch bezüglich der Lager spiegelsymmetrisch zu beiden Seiten eines gemeinsamen Antriebszylinders angeordnete Sägeblätter oder Sägeblattgruppen.The task is solved by a multi-blade internal hole saw, which is characterized by saw blades or saw blade groups arranged mirror-symmetrically with respect to the bearings on both sides of a common drive cylinder.
Das vermittels einer solchen Anordnung durchgeführte Sägeverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die zu zersägenden Werstücke, deren Anzahl der Zahl der Sägeblätter oder Sägeblattgruppen entspricht, vor jedem Schnittvorgang durch eine gleich- oder gegenläufige Translationsbewegung in die jeweilige Schnittposition gebracht und durch eine synchrone Relativbewegung zwischen jeweils dem-Sägeblatt bzw. der Sägeblattgruppe und jeweils einem Werkstück gleichzeitig einem Sägevorgang unterworfen werden.The sawing method carried out by means of such an arrangement is characterized in that the workpieces to be sawn, the number of which corresponds to the number of saw blades or saw blade groups, are brought into the respective cutting position by a parallel or opposite translation movement before each cutting operation and by a synchronous relative movement between the respective Saw blade or the saw blade group and one workpiece each are subjected to a sawing process at the same time.
Als Werkstücke können dabei sowohl einzelne Kristallstäbe oder -blöcke, als auch aus diesen zusammengefaßte Gruppen, z. B. Stabbündel, eingesetzt werden.As workpieces, both individual crystal rods or blocks, as well as groups combined from these, e.g. B. bundles of rods can be used.
In den meisten Fällen werden die erfindungsgemäßen Mehrblattinnenlochsägen mit je einem Sägeblatt zu beiden Seiten des Antriebszylinders eingesetzt. Eine Steigerung der Sägeleistung kann jedoch durch den Einsatz von Sägeblattgruppen erreicht werden. Unter Sägeblattgruppen sind dabei Anordnungen zu verstehen, bei denen auf jeweils einer Seite des Antriebszylinders mehrere, vorteilhaft 2 Sägeblätter vorliegen, deren Abstand voneinander kleiner, gleich oder größer sein kann als die Länge eines einzelnen zu zersägenden Werksttukkes. Zweckmäßig wird dieser Abstand im Falle von n Sägeblättern höchstens auf den n-ten Teil der Werkstücklänge eingestellt, wobei n einer ganzen Zahl größer oder gleich 2 entspricht. Der mögliche Minimalabstand wird größer als die Summe aus der jeweils gewünschten Scheibendicke und kder Schnittfugendicke gewählt und liegt sinnvollerweise bei etwa 4 mm. Im folgenden wird aus Gründen der Vereinfachung nur noch der Ausdruck "Sägeblatt" verwendet; die Aussagen gelten jedoch sinngemäß auch für Sägeblattgruppen.In most cases, the multi-blade internal hole saws according to the invention, with one saw blade each, are both ten of the drive cylinder used. However, an increase in saw performance can be achieved by using saw blade groups. Saw blade groups are understood to mean arrangements in which there are several, advantageously 2 saw blades on each side of the drive cylinder, the spacing from one another of which can be smaller, the same or greater than the length of an individual workpiece to be sawn. In the case of n saw blades, this distance is expediently set at most to the nth part of the workpiece length, where n corresponds to an integer greater than or equal to 2. The possible minimum distance is chosen to be greater than the sum of the desired pane thickness and k the kerf thickness and is usefully around 4 mm. For the sake of simplicity, only the expression "saw blade" is used in the following; however, the statements also apply analogously to saw blade groups.
Der engste Abstand zwischen den spiegelsymmetrisch zu beiden Seiten des gemeinsamen Antriebszylinders angeordneten Sägeblättern richtet sich danach, auf welche Weise die Werkstücke in die jeweilige Schnittposition gebracht werden. Während bei einer gleichläufigen Translationsbewegung dieser Abstand auf jeden Fall größer als die Werkstücklänge gewählt wird, kann er bei einer gegenläufigen Translationsbewegung der Werkstücke in die Schnittposition sowohl kleiner als auch größer sein. Abstände unterhalb der Werkstücklänge erfordern jedoch dann, wenn die Scheiben bei jedem Schnittvorgang vollständig abgetrennt werden, den Einsatz von Entnahmevorrichtungen, so daß deren erforderlicher Wirkungsbereich zwischen den Sägeblättern den minimal möglichen Abstand bestimmt. Grundsätzlich können die Abstände zwischen den Sägeblättern oder Sägeblattgruppen bei der erfindungsgemäßen Mehrblattinnenlochsäge, in Abhängigkeit vom jeweils eingesetzten Lager und der Position der Sägeblätter in weiten Grenzen variiert werden; bewährt haben sich Abstände von 3 bis 200 cm.The closest distance between the saw blades arranged mirror-symmetrically on both sides of the common drive cylinder depends on the manner in which the workpieces are brought into the respective cutting position. While this distance is in any case chosen to be greater than the workpiece length in the case of a parallel translation movement, it can be both smaller and larger when the workpieces are moved in the opposite direction into the cutting position. Distances below the workpiece length, however, require the use of removal devices if the discs are completely separated during each cutting process, so that their required effective range between the saw blades determines the minimum possible distance. Basically, the distances between the saw blades or saw blade groups in the multi-blade according to the invention internal hole saw can be varied within wide limits, depending on the bearing used and the position of the saw blades; Distances of 3 to 200 cm have proven effective.
Der gemeinsame Antriebszylinder, zu dessen beiden Seiten die Blätter spiegelsymmetrisch bezüglich der Lager angeordnet sind, wird bevorzugt mit einem Innendurchmesser eingesetzt, der größer ist als der Innenlochdurchmesser der Sägeblätter und vorteilhaft annähernd dem Innendurchmesser des Spannsystems entspricht, in das sie eingespannt sind. Diese Forderungen lassen sich günstig mit Hilfe von mittels Magnet-, Luft- oder hydrodynamischen Lagern außengelagerten Antriebszylindern erfüllen. Die Außenlagerung von rotierenden Systemen mittels solcher Lager ist grundsätzlich bekannt und wird in vielen anderen Bereichen, z.B. bei Zentrifugen, eingesetzt: Auch für die Kraftübertragung von dem eigentlichen Antriebsaggregat z.B. einem Elektromotor, auf diesen Antriebszylinder sind dem Fachmann verschiedene Möglichkeiten, z. B. mittels Riemen, bekannt und bedürfen hier daher keiner weiteren Erläuterung.The common drive cylinder, on the two sides of which the blades are arranged mirror-symmetrically with respect to the bearings, is preferably used with an inner diameter which is larger than the inner hole diameter of the saw blades and advantageously approximately corresponds to the inner diameter of the clamping system in which they are clamped. These requirements can be met inexpensively with the aid of drive cylinders mounted externally by means of magnetic, air or hydrodynamic bearings. The external storage of rotating systems using such bearings is generally known and is used in many other areas, e.g. B. used in centrifuges: Also for the power transmission from the actual drive unit, for example an electric motor, to this drive cylinder, various options are available to the person skilled in the art, eg. B. by means of straps, known and therefore do not require further explanation here.
Der Vorteil eines großen, vorzugsweise annähernd dem Innendurchmessers des Spannrahmens entsprechenden Innendurchmessers des Antriebszylinders liegt darin, daß bei Schnittverfahren, bei denen die Kristallstäbe zunächst ohne Entnahme in eine Vielzahl miteinander verbundener Scheiben zerlegt werden, die bearbeitbare Länge des Werkstückes nicht, wie bei herkömmlichen Innenlochsägen, durch die becherartig sich verengende Form des Spannrahmenträgers beschränkt wird. Grundsätzlich sind aber auch an die herkömmlichen Innenlochsägen mit weitem Spannrahmen und engem Antriebszylinder angelehnte Ausführungsformen denkbar, bei'denen beispielsweise ein zentraler enger Antriebszylinder zu beiden Seiten becherartig zur Aufnahme des Spannrahmens aufgeweitet ist. Grundsätzlich können die Spannrahmen und Sägeblätter auch innerhalb des Antriebszylinders angeordnet sein.The advantage of a large inner diameter of the drive cylinder, which preferably corresponds approximately to the inner diameter of the clamping frame, is that in cutting processes in which the crystal rods are first broken down into a plurality of interconnected disks without removal, the machinable length of the workpiece is not, as in conventional internal hole saws. is limited by the cup-like narrowing shape of the tenter frame. Basically, however, embodiments based on the conventional internal hole saws with a wide clamping frame and narrow drive cylinder are also conceivable, in which, for example, a central, narrow drive cylinder is widened in a cup-like manner on both sides to accommodate the clamping frame. In principle, the clamping frame and saw blades can also be arranged within the drive cylinder.
Anhand der Fig. 1 werden beispielhaft und selbstverständlich nicht im Sinne einer Beschränkung eine mögliche Aus- führunasform einer erfindungsgemäßen Mehrblattinnenlochsäge sowie mit ihr durchführbare Sägeverfahren erläutert.1, by way of example and of course not in the sense of a restriction, a possible explained for a multi-blade internal hole saw according to the invention and the sawing method that can be carried out with it.
Zwischen dem Rahmenblock 1 und dem Rahmenoberbau 2 befindet sich ein mit Hilfe eines Außenlagers 3, z. B. eines Luft-, Magnet- oder hydrodynamischen Lagers gelagerter Antriebszylinder 4. Spiegelsymmetrisch zum Lager trägt dieser an beiden Seiten je einen Spannrahmen 5, der beispielsweise in der von herkömmlichen Innenlochsägen bekannten Art und Weise gestaltet sein kann und in den je ein Sägeblatt 6 eingespannt ist. Durch den Einsatz entsprechender Mehrblattspannrahmen kann, bei unverändertem Antriebszylinder 4, die vorliegende Anordnung auch für mehr als zwei gleichzeitige Schnittvorgänge umgerüstet werden. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind die Innendurchmesser des Spannrahmens 5 und des Antriebszylinders 4 annähernd gleich groß, wenngleich auch unterschiedliche Innendurchmesser grundsätzlich nicht ausgeschlossen sind.Between the
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist das eigentliche Antriebsaggregat, üblicherweise ein Elektromotor, sowie die Kraftübertragung, vorteilhaft ein Flachriemen, durch welche der Antriebszylinder 4 und damit die Sägeblätter 6 in Drehung versetzt werden,nicht dargestellt. Grundsätzlich ist z.B. auch die Kraftübertragung mittels Keil- oder Zahnriemen denkbar.For reasons of clarity, the actual drive unit, usually an electric motor, and the power transmission, advantageously a flat belt, by means of which the drive cylinder 4 and thus the
Die Werkstücke 7, z. B. Kristallstäbe oder -blöcke aus gegossenem, multi-kristallinem Silicium mit Kolumnarstruktur. sind gegebenenfalls mit einer zusätzlichen Schneidunterlage 8 auf dem Werkstückträger 9 befestigt, z. B. durch Aufkitten oder Aufkleben. Dieser liegt an beiden Enden auf den Zustellschlitten 10 auf, und kann mittels eines Antriebes 11, z. B. eines Schrittmotors, Translationsbewegungen ausführen, um die Werkstücke in die vorgesehene Schnittpcsition zu brinqen. Vorteilhaft kann der Werkstückträger 9 noch durch beispielsweise pneumatisch oder hydraulische Stützen 12 unterstützt werden.The
Die Ausführungsform mit einem die Zustellschlitten 10 verbrückenden Werkstücksträger 9, der durch die Innenlochöffnung beider Sägeblätter 6 und den Antriebszylinder 4 geführt ist und an beiden Enden aufliegt, ist im Rahmen der Erfindung, insbesondere mit zusätzlichen Stützen 12, bevorzugt, da sie während des Sägevorganges ein besonders günstiges Schwingungsverhalten gewährleistet. Selbstverständlich sind jedoch auch Anordnungen mit zwei getrennten, einseitig aufliegenden und mit jeweils dem freien Ende den Sägeblättern zugewandten Werkstückträgern, die eine gegenläufige Translationsbewegung der Werkstücke vollführen, denkbar.The embodiment with a
Der Vorschub, der während des eigentlichen Sägevorganges eine Relativbewegung zwischen den Werkstücken 7 und den rotierenden Sägeblättern 6 bewirkt, geschieht mit Hilfe des Vorschubschlittens 13 und kann vorzugsweise hydraulisch mittels eines Vorschubzylinders 14, aber auch mittels eines anderen Antriebs z. B. mittels Elektromotor gesteuert werden.The feed, which causes a relative movement between the
Selbstverständlich sind durch die beispielhaft vorgestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Säge Variationen der Kinematik, z. B. Zustellung und Vorschub durch Translationsbewegung des Antriebszylinders 4 bei ruhenden Werkstücken 7, oder Anordnungen mit stehendem Antriebszylinder 4 nicht ausgeschlossen. Daneben sind Ausführungsformen denkbar, die z. B. mit zusätzlichen Einrichtungen zur Entnahme abgetrennter Scheiben, beispielsweise gemäß US-PS 444 54 94, versehen sind oder mit Füllstationen, die bei Schnittverfahren, bei denen die Kristallstäbe in eine Vielzahl miteinander verbundener Scheiben zertrennt werden, die Schnittfugen zwischen den Scheiben füllen und so die Verbindung der Scheiben stabilisieren.Of course, variations of the kinematics, z. B. Infeed and feed by translational movement of the drive cylinder 4 with
Vermittels der in Fig. 1 dargestellten Mehrblattinnenlochsäge lassen-sich beispielsweise Siliciumblöcke aus Solarzellengrundmaterial, die typisch einen Querschnitt von 10 x 10 cm und eine Länge von ca. 30 cm aufweisen, gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren zersägen. Zunächst werden diese Blöcke, die vorteilhaft auf ihrer Unterseite mit einer Schneidunterlage aus beispielsweise Glas, Keramik oder Kohlenstoff versehen sind, auf dem Werkstückträger befestigt, beispielsweise eingespannt, aufgeklebt oder aufgekittet. Dabei kommt einer der Blöcke außerhalb, einer innerhalb der beiden in diesem Fall z. B. etwa 35 cm voneinander entfernten Sägeblätter (Außendurchmesser z. B. ca. 55 cm, Innenlochdurchmesser z. B. ca. 18 cm) zu liegen und zwar vorteilhaft so, daß beide relativ zu dem jeweils auf sie einwirkenden Sägeblatt eine identische Position einnehmen. Eine solche identische Relativposition der Blöcke zum Sägeblatt ist zwar nicht zwingend erforderlich, empfiehlt sich aber schon im Hinblick auf eine optimale Schnittausbeute und eine während des gesamten Sägevorganges gleichmäßige Belastung der Sägeblätter und Lager.1, for example, silicon blocks made of solar cell base material, which typically have a cross section of 10 × 10 cm and a length of approximately 30 cm, can be sawn according to the methods described below. First of all, these blocks, which are advantageously provided on their underside with a cutting base made of, for example, glass, ceramic or carbon, are attached to the workpiece carrier, for example clamped, glued on or cemented on. One of the blocks comes outside, one inside the two in this case z. B. about 35 cm apart saw blades (outer diameter z. B. about 55 cm, inner hole diameter z. B. about 18 cm) and advantageously so that both occupy an identical position relative to the saw blade acting on them . Such an identical relative position of the blocks to the saw blade is not absolutely necessary, but is recommended in view of an optimal cutting yield and a uniform load on the saw blades and bearings during the entire sawing process.
Danach werden beide Blöcke durch eine Translationsbewegung des Werkstückträgers gleichläufig in die Innenöffnung der Sägeblätter eingefahren, bis die vorgesehene Schnittposition erreicht ist. Eine Aufwärtsbewegung des Vorschubschlittens 13 führt dann die Blöcke an die beispielsweise diamantbesetzte Schneidkante der rotierenden Sägeblätter, die sich unter Ausbildung einer Schnittfuge immer weiter in das jeweilige Werkstück einzuarbeiten beginnt, bis sich schließlich die gewünschte Scheibe gebildet hat. Bei Sägen, wie der der Fig. 1 entsprechenden, bei denen keine Scheibenentnahme vorgesehen ist, wird diese Scheibe nicht vollständig vom Restblock abgetrennt, sondern eine eine stabile Halterung der Scheibe gewährleistende Verbindung, vorteilhaft über die Schneidunterlage, belassen. Dann wird der Vorschubschlitten in die Ausgangsposition zurückgefahren, der Werkstückträger bewegt beide Blöcke gleichläufig in die nächste Schnittposition, und der nächste Schnitt wird durch eine Aufwärtsbewegung des Vorschubschlittens in das WerkstücK gelegt. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die Blöcke in der gewünschten Weise, d. h. gegebenenfalls auch unter Aussparung von verunreinigten Teilstücken oder Randbereichen in eine Vielzahl miteinander verbundener Scheiben zersägt sind. Diese werden dann entnommen, so daß schließlich durch Auftrennen der Verbindung, z. B. Abschleifen, Absägen, Aufschmelzen oder Auflösen, die einzelnen Scheiben gewonnen werden können.Then both blocks are moved in the same way into the inner opening of the saw blades by a translational movement of the workpiece carrier until the intended cutting position is reached. An upward movement of the
Denkbar ist auch eine Variante dieses Sägeverfahrens, bei der die Ausgangsposition beider Blöcke an der Außenseite der Sägeblätter liegt und ihre Translationsbewegung gegenläufig ins Innere des Antriebszylinders führt. Diese Verfahrensweise erfordert jedoch einen beträchtlichen Abstand der Sägeblätter voneinander, um beide Blöcke aufzunehmen. Es kann daher zur Verringerung des Raumbedarfes nötig sein, die Werkstücke zunächst nur zur Hälfte aufzusägen, sie dann in die Ausgangsposition zurückzufahren, um 180 ° zu drehen, und schließlich vom anderen Ende her den Sägevorgang weiter zuführen. Eine Verringerung des Raumbedarfes kann auch dadurch erreicht werden, daß das Werkstück in mehreren Etappen zersägt und der zersägte Teilabschnitt jeweils entnommen wird.A variant of this sawing method is also conceivable, in which the starting position of both blocks is on the outside of the saw blades and their translational movement leads in opposite directions into the interior of the drive cylinder. However, this procedure requires a considerable distance between the saw blades to accommodate both blocks. It may therefore be necessary to reduce the space requirement by first sawing the workpieces in half, then moving them back to the starting position, turning them 180 °, and finally continuing the sawing process from the other end. A reduction in the space requirement can also be achieved by sawing the workpiece in several stages and removing the sawn-off section in each case.
Allgemein sind solche Sägeverfahren, bei denen zunächst die Scheiben nicht vollständig vom Restblock abgetrennt werden (sog. Kammschnitt) im Rahmen der Erfindung bevorzugt, da auf die oft aufwendigen Entnahmevorrichtungen verzichtet werden kann. Selbstverständlich sind jedoch die Sägeverfahren mit vollständiger Abtrennung und Entnahme der Scheiben nicht ausgeschlossen. Dabei können Varianten mit außen- bzw. innenliegender Scheibenentnahme (Zustellung der Werkstücke durch gegenläufige Translation von innen nach außen bzw. von außen nach innen) oder mit einseitig innen-, einseitig außenliegender Scheibenentnahme (bei Zustellung der Werkstücke durch gleichläufige Translation) eingesetzt werden.In general, those sawing methods in which the panes are not completely separated from the rest of the block (so-called comb cut) are preferred in the context of the invention, since the often complex removal devices can be dispensed with. Of course, the sawing process with complete separation and removal of the panes is not excluded. Variants with external or internal disc removal (infeed of the workpieces by opposing translation from the inside to the outside or from the outside in) or with disc removal on the inside and outside on one side (when the workpieces are delivered by means of parallel translation) can be used.
wahrend des Sägevorganges wird in der üblichen Weise die entstehende Wärme sowie das anfallende abgetragene Material durch ein Kuhlmittel abgeführt, welches beispielsweise über ein Schlauchsystem an die Trennstelle gelangt, durch ein System von Schlitzen abfließen kann und schließlich aufgefangen und gegebenenfalls nach einem Wiederaufarbeitungsschritt wieder eingespeist werden kann. Auch die Steuerung des Vorschubs bzw.der Zustellung kann in der bekannten Weise von Hand vorzugsweise aber mittels Hydraulik bzw. Schrittmotor erfolgen.During the sawing process, the heat generated and the material removed are removed in the usual way by a coolant which, for example, reaches the separation point via a hose system, can drain through a system of slots and can finally be collected and, if necessary, fed back in after a reprocessing step . The control of the feed or infeed can also be carried out in the known manner by hand, but preferably by means of hydraulics or stepper motors.
Die erfindungsgemäße Mehrblattinnenlochsäge und die vermittels dieser Säge durchgeführten Sägeverfahren eignen sich insbesondere zum Zersägen von Solarzellengrundmaterial auf Siliciumbasis, welches meist in Form von Siliciumblöcken mit ca. 10 x 10 cm Querschnitt und ca. 20 bis 40 cm Länge durch einen Gießprozeß erhalten wird, in Scheiben von meist 350 bis 500 um Dicke. Gleichermaßen lassen sich jedoch die eingangs erwähnten Halbleiter- oder oxidischen Materialien in dünne Scheiben von 0,1 bis 1 mm Dicke zersäqen. Weiterhin können auch andere in Stabform vorliegende Stoffe, z.B. Quarz- oder anderes Glas oder Stäbe auf Kohlenstoffbasis in dünne Scheiben von bis zu 30 mm Dicke zertrennt werden.The multi-blade internal hole saw according to the invention and the sawing process carried out by means of this saw are particularly suitable for sawing into silicon-based solar cell base material, which is usually obtained in the form of silicon blocks with a cross section of approx. 10 × 10 cm and a length of approx. 20 to 40 cm by a casting process mostly from 350 to 500 µm thick. Equally, however, the semiconductor or oxide materials mentioned at the outset can be cut into thin slices of 0.1 to 1 mm in thickness. Furthermore, other substances in rod form, e.g. Quartz or other glass or rods based on carbon can be cut into thin disks up to 30 mm thick.
Aufgrund des spiegelsymmetrischen Aufbaues wirken beim Sägen gleichmäßige Belastungen auf Sägeblätter und Lager ein. Daraus ergibt sich eine gegenüber herkömmlichen Mehrblattinnenlochsägen höhere Schnittgenauigkeit, verbesserte Laufeigenschaften, gleichmäßigere Sägeblattbeanspruchung und längere Standzeiten. Daneben ist die Reparaturfreundlichkeit größer, da bei Defekten an einem der Sägeblätter nur jeweils dieses eine ausgewechselt werden muß.Due to the mirror-symmetrical structure, even loads act on saw blades and bearings during sawing. This results in higher cutting accuracy, improved running properties, more uniform saw blade stress and longer tool life compared to conventional multi-blade internal hole saws. In addition, the ease of repair is greater, since in the event of defects on one of the saw blades, only this one needs to be replaced.
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