Drahtspannungskalibrierung in Diamantdrahtsägemaschinen Die Kalibrierung stellt sicher, dass die tatsächliche mechanische Belastung des Schneiddrahts dem im Steuerungssystem eingestellten Wert entspricht. Wird die Kalibrierung vernachlässigt, können selbst geringe Spannungsfehler zu Drahtverbiegungen, Dickenschwankungen, Oberflächenwelligkeit oder vorzeitiger Drahtermüdung führen.

Bei der hochpräzisen Bearbeitung von Siliziumkarbid (SiC), Quarz, Saphir und Hochleistungskeramik ist eine stabile Drahtspannung unerlässlich. Sie bestimmt direkt die Schnittsteifigkeit und die geometrische Konsistenz. Dieser Leitfaden erklärt, wie die Drahtspannung korrekt kalibriert und überwacht wird, um eine langfristige Prozessstabilität zu gewährleisten.

1. Warum die Kalibrierung der Drahtspannung notwendig ist

Ein Spannungsregelungssystem ist keine Komponente, die man einmal einstellt und dann vergisst. Mit der Zeit treten mechanische und elektronische Abweichungen auf.

Sensordrift

Sowohl pneumatische Systeme als auch elektronische Wägezellen erfahren nach längerem Betrieb eine Nullpunktverschiebung. Hochgeschwindigkeits-Endlossysteme und Hubkolbensysteme führen beide zu Materialermüdung an Sensoren und Verbindungsstücken.

Wenn der Sensor 25 N anzeigt, die tatsächliche Last aber 22 N beträgt, ist die Drahtsteifigkeit bereits beeinträchtigt.

Mechanische Hysterese

Reibung im Inneren:

• Armdrehgelenke des Tänzers
• Riemenscheibenlager
• Dichtungen für Pneumatikzylinder

Die Veränderungen erfolgen allmählich mit der Nutzung. Diese Effekte führen zu Diskrepanzen zwischen gemessener und tatsächlicher Spannung.

Ohne regelmäßige Kalibrierung der Drahtspannung können die angezeigten Werte um mehrere Newton von der Realität abweichen.

Fehlerverstärkung beim Schneiden

Ein geringes Spannungsdefizit verursacht beim Eintritt in das Werkstück eine anfängliche Drahtdurchbiegung. Mit zunehmender Schnitttiefe verstärkt sich dieser Durchbiegungseffekt. Die Folge kann sein:

• Austrittschipping
• Keilförmige Schnitte
• Übermäßiger TTV

Eine stabile Spannung ist die Grundlage des gesamten Schneidprozesses. (Siehe auch: Das Spannungsregelungssystem in Drahtsägemaschinen verstehen.)

2. Arten von Spannungserkennungssystemen

Bevor Sie die Drahtspannungskalibrierung durchführen, ermitteln Sie das Messprinzip Ihrer Maschine.

Indirekte pneumatische Schätzung

Die Spannung wird aus dem Luftdruck im Zylinder berechnet.

Vorteile:

• Einfach
• Kostengünstig

Einschränkungen:

• Ignoriert Reibungsverluste
• Genauigkeit typischerweise ±2 N

Wägezelle (Direktmessung)

Eine unter einer Zugrolle montierte Kraftmessdose misst die Kraft direkt mithilfe von Dehnungsmessstreifen.

Vorteile:

• Hohe Genauigkeit (±0,1 N)
• Stabil und wiederholbar
• Ideal für dünne Drähte (≤0,20 mm)

Dies ist das bevorzugte System zum Zerteilen hochwertiger Materialien.

Verschiebungsbasierte Systeme

Manche Systeme überwachen die Armposition des Tänzers anstelle der direkten Krafteinwirkung.

Diese sind zwar für die dynamische Kompensation nützlich, benötigen aber eine stabile pneumatische oder Federvorspannung. Die absolute Kraftgenauigkeit hängt von der Kalibrierqualität ab.

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3. Standardverfahren zur Kalibrierung der Drahtspannung

Die Kalibrierung der Drahtspannung sollte stets einem physikalischen Prüfverfahren folgen.

Schritt 1: Statische Nullstellung

Entfernen Sie den Diamantdraht. Stellen Sie sicher, dass sich alle Rollen frei drehen. Reinigen Sie die Rillen von Schlamm und Ablagerungen, um zusätzliche Masse zu entfernen, die die Messwerte beeinflussen könnte.

Stellen Sie die Spannungsanzeige auf Null zurück.

Schritt 2: Zertifizierte Standardgewichte anbringen

Verwenden Sie kalibrierte Gewichte, die über das Flaschenzugsystem aufgehängt werden.

Beispiel:

Wenn die Zielspannung 25 N beträgt:

T ≈ m × g

g = 9,81 m/s²

Erforderliche Masse:

m ≈ 2,55 kg

Vergleichen Sie die angezeigte Spannung mit dem theoretischen Wert.

Schritt 3: Kalibrierungsparameter anpassen

Ändern:

• Offset (Nullpunktkorrektur)
• Verstärkung (Steigungskorrektur)

Gewährleisten Sie eine lineare Konsistenz über den gesamten Arbeitsbereich (z. B. 0–50 N).

Nach der statischen Kalibrierung ist die Spannungsstabilität bei niedriger Drehzahl zu überprüfen, um sicherzustellen, dass der Lagerwiderstand keine dynamische Abweichung verursacht.

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4. Dynamische Überwachung während der Produktion

Kalibrierung ist statisch. Schneiden ist dynamisch.

Eine effektive Überwachung verhindert Kabelausfälle, bevor sie überhaupt auftreten.

Spannungsstabilitätsfenster

Während des Betriebs sollte die Spannungsschwankung innerhalb folgender Grenzen bleiben:

±5% des Sollwerts

Periodische sinusförmige Schwingungen deuten oft auf Folgendes hin:

• Exzentrizität des Hauptantriebsrades
• Unwucht der Führungsrolle

Diese Probleme sollten vor der Neukalibrierung behoben werden.

Hohe und niedrige Alarmschwellenwerte

Das Steuerungssystem muss Folgendes umfassen:

• Schutz der oberen Grenze
• Untere Grenzwertschutz

Wenn die Spannung schlagartig um mehr als 10 N abfällt, muss zum Schutz des Werkstücks sofort ein Not-Aus ausgelöst werden.

(Siehe auch: Diamantdrahtsäge-Vorschubsystem und Steuerungslogik (für die Wechselwirkung der Lasten.)

Vorwarnindikatoren

Vor einem Kabelbruch zeigen Systeme häufig folgende Anzeichen:

• Unregelmäßige Spannungsspitzen
• Erhöhte Fluktuationsvarianz
• Kurzzeitige Einbrüche mit anschließender Erholung

Die Überwachung der Standardabweichung der Spannungsmesswerte hilft, Ermüdungsdehnung oder Strangbrüche frühzeitig zu erkennen.

5. Häufige Kalibrierungsfehler

Vermeiden Sie diese häufigen Fehler bei der Drahtspannungskalibrierung:

Vernachlässigung des thermischen Gleichgewichts

Die Kalibrierung sollte durchgeführt werden, nachdem die Maschine ihre Betriebstemperatur erreicht hat. Sowohl Sensoren als auch Kabel dehnen sich bei Wärme aus.

Eine Kaltkalibrierung kann zu ungenauen Ergebnissen führen.

Unterschiede im Drahtdurchmesser werden übersehen

Unterschiedliche Drahtdurchmesser sitzen unterschiedlich in den Riemenscheibennuten. Schon geringfügige Änderungen des effektiven Radius verändern die Drehmomentarmlänge und beeinflussen somit die Messgenauigkeit.

Bei einem Wechsel der Drahtgröße wird eine Neukalibrierung empfohlen.

Übermäßige Glättung der Sensordaten

Hochfrequente Vibrationen während des Schneidvorgangs sind normal. Übermäßige digitale Filterung verringert die Reaktionsfähigkeit der Steuerung und kann kritische Alarmauslösungen verzögern.

Technische Schlussfolgerung

Die Kalibrierung der Drahtspannung ist für die Aufrechterhaltung der Prozessstabilität bei Diamantdrahtsägemaschinen unerlässlich. Sie gewährleistet, dass das Steuerungssystem den tatsächlichen mechanischen Zustand des Schneiddrahts widerspiegelt.

Für hochwertige Werkstoffe wie SiC, Saphir und Quarz:

• Die Kalibrierungsintervalle sollten 200 Betriebsstunden nicht überschreiten.
• Die Stabilität der Betriebsspannung sollte innerhalb von ±5% bleiben.
• Eine Überwachung im geschlossenen Regelkreis wird dringend empfohlen.

Bei korrekter Spannungskalibrierung bleibt die Drahtsteifigkeit stabil, die Durchbiegung wird minimiert und die Oberflächenebenheit verbessert. Eine vernachlässigte Kalibrierung erhöht die Ermüdungsbeanspruchung und verkürzt die Lebensdauer des Drahtes.

Für eine langfristige Zuverlässigkeit muss die Kalibrierung der Drahtspannung Teil des routinemäßigen Wartungsprogramms sein. (Siehe auch: Fehlerbehebung und routinemäßige Wartung von Drahtsägemaschinen.)

FAQ

1. Wird bei der statischen Kalibrierung die Trägheit der Riemenscheibe berücksichtigt?

Nein. Die statische Kalibrierung dient der Überprüfung der Kraftgenauigkeit. Die dynamische Überprüfung bei niedriger Drehzahl hilft bei der Beurteilung der Lagerwiderstandseffekte.

2. Was passiert, wenn die Spannungsmesswerte während der Kalibrierung übermäßig schwanken?

Prüfen Sie zunächst die Kabelschirmung und Erdung, um elektromagnetische Störungen auszuschließen. Wenn die Hardware stabil ist, passen Sie die Konstanten des digitalen Filters vorsichtig an, ohne die Reaktionszeit zu beeinträchtigen.

3. Wie kann ich bestätigen, dass die Kalibrierung die Schnittgenauigkeit verbessert hat?

Ein standardisierter Testblock wird unter Verwendung identischer Parameter zugeschnitten. Verbessert sich die Oberflächenebenheit und verringert sich die Wölbung, war die Kalibrierung erfolgreich.