[发明专利]用于在高张力下卷绕细线的、具有挠性芯的线轴

说明书

技术领域

本发明涉及线轴，尤其是涉及用于在高张力下卷绕细金属线的线轴。本发明的线轴特别适合于卷绕细锯线，并且更具体是具有磨料覆层的锯线。将线轴设计成使线损坏最小，适合于重复使用，并且构成线锯机的一部分。本发明还涉及设计这种线轴的方法。

背景技术

大长度线的运输完全是以线卷形式进行的。对于细金属线，该线卷（称为“线捆”）卷绕在可以为绕线筒或者线轴的载体上。在下文中，将使用术语“线轴”，但应理解它也可以用同义词例如绕线筒或者卷筒来替代。“线轴”为圆筒形形状，具有用于在卷绕或者退绕期间接收轴或者心轴的轴向孔。可选地，在圆筒的一端或者两端处可以有轮缘或者隆脊，以便使线轴能保持更多线。这种轮缘或者隆脊在下文中被称为“凸缘”。作为替代或者作为附加地，凸缘的作用是当线轴滚动时保护线轴上的线不被损坏。

线轴的主要作用是便于线的运输并且便于在进一步加工中使用线。因为金属线特别是钢线不会伸长太多、相当重并且具有高的抗拉强度，所以用于金属线领域例如钢线行业中的线轴在设计上与纺纱或者光学纤维或任何其它行业中已知的线轴非常不同。

越来越多的线轴正被用于超出仅用于运输功能外的另一目的,即，作为机器的必要部件。虽然在过去线轴一般设计成仅通过特殊接口而安装在机器上，但是如今线轴开始在由机器执行的实际工艺中起作用。突出的实例是线锯。在线锯中，从线轴上退绕出很长长度的非常细的钢线（一般比150μm更细）并且将其进给到切割头中，在该切割头处，例如将硅锭切割成硅片以供太阳能或者半导体工业使用。钢线在大约25牛的张力下被进给到切割头的线网中。在较早的机器中，提供了措施以使切割头中的线张力与线轴断开，以使高达25牛的张力不会传递到线轴上的线捆中。这些措施增加了机器的复杂性并因此增加了成本，并且因此一直试图消除这些措施（例如，参见DE19828420）。

当使用游离磨料切割工艺时—即这样一种工艺，其中，在液体中携带磨料，该液体浇到在切割头中移动的线上—可以单向或者双向地进行切割。在单向模式中，线被从线轴上卷绕、进给穿过切割头并且收集在重型机器线轴上以便丢弃。作为重型机器线轴的一例，参见WO2011/035907，其中，也提供了措施来从线轴上切断使用过的线。WO2009/077282中描述了另一实例，其中，线轴的芯是由两个配合圆锥件所制成，其中，外部线接收部件设有径向的压缩段。这两个部件可以轴向地分开，以便释放收集在其上的使用过的线。在单向模式中，放线线轴可以是例如US D563207S或者US D441772S中所描述的金属片线轴。

替代地，可以按双向方式执行工艺。在这种情况中，从线轴上沿前向以前向长度FL拉拽新线，然后在反向长度BL上反转锯切方向。FL大于BL。因此，“双向锯切”可以称为“前后锯切”、“往复锯切”或者“朝圣模式锯切”。在反向锯切期间，被磨料污染的用过的线在距离BL上绕回到干净的线上。在该绕回期间，切割头处的张力为大约25N或者更大，而在线的生产期间线轴卷绕张力一般仅为3到5牛。这会引起几个问题，例如，使用过的线进入到新线捆的绕线之间，之后，在使用过的线从新线中弹出（“底切”）时线发生断裂。

此外，线轴在高张力和许多绕线的组合影响下显著变形。因此，金属片线轴仅能使用一次并且不得不在单次使用后丢弃。已经寻求了形式为坚固的机加工线轴或者组装线轴形式的替代方案，例如WO2011/035907或者US D399857中描述的。这些线轴可重复使用，但是比其上的线卷重，使得购买和运输非常昂贵。就此而言，WO2009/080750中所描述的线轴前进了一步，其重量轻并且可重复使用至少十次。

目前尝试用固定磨料锯切来替代麻烦、肮脏和不环保的游离磨料锯切，这进一步对所使用的线轴提出了特殊要求。在“固定磨料锯切”中，磨粒被牢固地附着到载体线上，并且仅在锯切工艺中使用冷却剂。通常，使用细金刚石颗粒（一般为10到50μm大小）作为磨粒。这种线能够更长时间地保持其切割作用，因为线不会被磨料磨损—磨料固定在线上—这与游离磨料锯切工艺相反，在游离磨料锯切工艺中，线像被锯切的物件一样也会磨损。可以通过电解方式、树脂、硬钎焊或软钎焊或者机械压痕来进行磨粒的附连。在“朝圣模式”中仅使用固定磨料锯线，其中，反向长度BL仅略小于前向长度FL。因此，相同的线长度使用多次（很容易地是游离磨料锯切的百倍）。