Einleitung: Die Genauigkeit der Spannungseinstellung bestimmt die Schnittstabilität

Beim Diamantdrahtschneiden ist die Drahtspannung nicht nur ein Parameter auf dem Bildschirm.

Sie ist die mechanische Grundlage geometrischer Genauigkeit.

Weicht der angezeigte Spannungswert von der tatsächlich auf den Draht wirkenden Last ab, arbeitet das gesamte Schneidsystem mit falschen Annahmen. Dies kann folgende Folgen haben:

• Drahtbiegung
• Verjüngte Schnitte
• Oberflächenwelligkeit
• Vorzeitige Drahtermüdung

Die Kalibrierung der Drahtspannung stellt sicher, dass das Steuerungssystem den tatsächlichen mechanischen Zustand des Drahtes widerspiegelt. Die Überwachung gewährleistet, dass dieser Zustand während des Betriebs stabil bleibt.

Bei Präzisionsanwendungen wie Siliziumkarbid, Saphir, Quarz und Hochleistungskeramiken besteht ein direkter Zusammenhang zwischen stabiler Spannung und TTV- sowie Planheitsleistung.

1. Warum die Kalibrierung der Drahtspannung notwendig ist

Ein Spannungssystem ist keine statische Komponente. Es verändert sich mit der Zeit.

1.1 Sensordrift

Wägezellen und pneumatische Regler verschieben ihren Nullpunkt aufgrund folgender Faktoren allmählich:

• Thermische Zyklen
• Mechanische Schwingungen
• Langzeit-Materialermüdung

Ohne Neukalibrierung kann der Regler 25 N anzeigen, während die tatsächliche Spannung 22 N oder 28 N beträgt.

1.2 Mechanische Hysterese

Reibung in:

• Armdrehungen der Tänzerin
• Riemenscheibenlager
• Dichtungen für Pneumatikzylinder

erzeugt eine Abweichung zwischen theoretischer und tatsächlicher Kraft. Dieser mechanische Widerstand verändert sich mit der Zeit.

1.3 Fehlerverstärkung beim Schneiden

Bereits geringfügige Spannungsfehler erhöhen die Drahtbiegung am Eintrittspunkt.

Mit zunehmender Schnitttiefe verstärkt sich diese Abweichung und kann zu Folgendem führen:

• Austrittschipping
• Oberflächenbauchform
• Drahtbruch unter Last

Die regelmäßige Kalibrierung der Drahtspannung verhindert eine kumulative geometrische Instabilität.

2. Arten von Spannungsmesssystemen

Vor der Kalibrierung ist es unerlässlich, das Messverfahren zu verstehen.

2.1 Schätzung auf Basis des pneumatischen Drucks

Einige Systeme schätzen die Spannung anhand des Luftdrucks.

Vorteile:

• Einfach
• Kostengünstig

Einschränkungen:

• Berücksichtigt nicht den Reibungsverlust
• Typische Genauigkeit ±2 N

Geeignet für unkritische Anwendungen.

2.2 Wägezelle (Direkte Kraftmessung)

Unterhalb einer Spannrolle montiert.

Vorteile:

• Direkte Kraftmessung
• Hohe Präzision (±0,1 N möglich)
• Stabile Langzeitüberwachung

Dies ist die bevorzugte Methode für präzises Schneiden.

2.3 Positionsbasierte Überwachung (Armposition des Tänzers)

Misst die Winkelbewegung des Spannarms.

Nützlich für:

• Dehnung erkennen
• Überwachung des dynamischen Verhaltens

Die absolute Genauigkeit hängt jedoch von der Systemkalibrierung ab.

3. Standardverfahren zur Kalibrierung der Drahtspannung

Die Kalibrierung muss einem physikalischen Überprüfungsprozess folgen.

Schritt 1: Statische Nullpunktprüfung

• Den Draht entfernen
• Stellen Sie sicher, dass sich der Arm des Tänzers frei bewegen kann.
• Alle Riemenscheiben reinigen
• Sensor auf Null zurücksetzen

Der Nullpunkt muss vor dem Anlegen der Last stabil sein.

Schritt 2: Zertifiziertes Standardgewicht anwenden

Verwenden Sie kalibrierte Gewichte.

Formel:

Spannung ≈ Masse × 9,81

Für eine Zielspannung von 25 N sollte ein Gewicht von ca. 2,55 kg verwendet werden.

Das Gewicht wird entlang der Seilzugbahn aufgehängt, um die tatsächliche Lastrichtung zu simulieren.

Schritt 3: Vergleichen und Anpassen

Aufzeichnen:

• Der Controller zeigte einen Wert an
• Theoretischer Wert

Anpassen:

• Offset (Nullpunktkorrektur)
• Steigung (Verstärkungskorrektur)

Überprüfen Sie die lineare Konsistenz über den gesamten Betriebsbereich (z. B. 10–50 N).

4. Dynamische Spannungsüberwachung während des Schneidvorgangs

Die statische Kalibrierung ist nur die halbe Miete.

Echtzeitüberwachung schützt vor Ausfällen.

4.1 Zulässiger Schwankungsbereich

Normale Betriebsschwankungen:

±5% des Sollwerts

Beispiel:

Bei einem Sollwert von 30 N → akzeptabler Bereich 28,5–31,5 N.

4.2 Diagnose von Fluktuationsmustern

Unterschiedliche Schwankungsmuster deuten auf unterschiedliche Probleme hin.

Langsame Drift:

→ Pneumatische Leckage oder Reglerinstabilität

Periodische Schwingung:

→ Rollenexzentrizität oder mechanisches Ungleichgewicht

Plötzlicher Abfall:

→ Teilweiser Litzenbruch oder Drahtdehnung

Die Spannungsüberwachung sollte Alarmschwellenwerte auslösen, um katastrophale Brüche zu verhindern.

4.3 Vorwarnindikatoren für einen Ausbruch

Wenn ein Draht zu ermüden beginnt:

• Spannungsspitzen werden unregelmäßig
• Die Standardabweichung nimmt zu
• Vor dem Ausfall treten geringfügige Schwankungen auf.

Die Überwachung der Varianz ist sinnvoller als die Überwachung des Durchschnittswerts.

5. Häufige Kalibrierungsfehler

Vernachlässigung des thermischen Gleichgewichts

Die Kalibrierung sollte nach dem Aufwärmen der Maschine durchgeführt werden.

Eine Kaltkalibrierung spiegelt möglicherweise nicht die tatsächlichen Betriebsbedingungen wider.

Mischen von Drahtdurchmessern ohne erneute Überprüfung

Unterschiedliche Drahtdurchmesser sitzen unterschiedlich in den Riemenscheibennuten.

Dadurch ändern sich die effektive Hebelgeometrie und die Sensormesswerte.

Bei Änderung des Drahtdurchmessers ist eine Neukalibrierung erforderlich.

Überfilterung von Sensordaten

Übermäßige digitale Filterung glättet zwar das Rauschen, verringert aber die Reaktionsgeschwindigkeit.

Eine langsame Reaktion erhöht das Risiko eines Drahtbruchs unter plötzlicher Belastung.

6. Empfohlenes Kalibrierintervall

Für Präzisionsanwendungen:

Alle 200 Betriebsstunden.

Für Anwendungen in der Schwerindustrie:

Alle 300–500 Stunden.

Die Kalibrierungsfrequenz sollte erhöht werden, wenn:

• Die Drahtbruchrate steigt
• Die Oberflächenstabilität nimmt ab
• Die Spannungsmesswerte schwanken ungewöhnlich stark.

Technische Schlussfolgerung

Die Kalibrierung der Drahtspannung ist die Grundlage für die Kontrolle der mechanischen Steifigkeit bei Diamantdrahtsägemaschinen.

Eine genaue Lastmessung gewährleistet:

• Reduzierte Drahtbiegung
• Stabile geometrische Genauigkeit
• Niedrigere Bruchrate
• Verbesserte Oberflächenkonsistenz

Bei Präzisionsschnitten ist die Spannungsüberwachung unerlässlich.

Es ist Teil des Strukturkontrollsystems.

FAQ

Frage 1: Wird bei der Kalibrierung die Zentrifugalkraft berücksichtigt?

Eine statische Kalibrierung ist nicht ausreichend. Die dynamische Überwachung während der Niedriggeschwindigkeitsprüfung verifiziert jedoch das Systemverhalten vor dem Betrieb mit voller Drehzahl.

Frage 2: Woran erkenne ich, ob die Kalibrierung ein Problem mit einem Drahtbogen behoben hat?

Führen Sie einen Probeschnitt durch und messen Sie die Planheit. Eine geringere Wölbung oder Verjüngung deutet auf eine verbesserte Steifigkeitskontrolle hin.

Frage 3: Kann die Spannung erhöht werden, um die Durchbiegung zu verringern?

Höhere Spannung erhöht zwar die Steifigkeit, verringert aber auch die Sicherheitsmarge. Stabilität ist wichtiger als maximale Spannung.