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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen
aus einer in einem Tiegel befindlichen Schmelze unter Vakuum, wobei
eine Ziehwelle oberhalb der Schmelze vorgesehen ist, mit der der
Kristall von der Schmelzenoberfläche
aus nach oben zu in eine Schleusenkammer herausziehbar ist, sowie
mit einer Entkopplungsvorrichtung, die zwischen dem Kristall und
dem Ziehelement angeordnet ist und die Trennung des Kristalls von
dem Ziehelement gestattet, wobei am Lager der Ziehwelle ein die Oberseite
der Schleusenkammer druckdicht abschließender Balg mit Flansch vorgesehen
ist.
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Üblicherweise
wird der in der Schleusenkammer am Impfling hängende Kristall von einem besonderen
Handlingsystems durch die an der Schleusenkammer vorgesehene seitliche Öffnung gegriffen, dann
vom Impfling abgetrennt und schließlich mit Hilfe des Handlingsystems
aus der von einer Klappe verschließbaren Öffnung seitlich aus der Schleusenkammer
herausgefahren.
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Dies
bekannte Verfahren hat eine Reihe von Nachteilen, die alle aus der
besonderen Empfindlichkeit des Kristalls gegenüber Stößen und Erschütterungen
resultieren. Darüber
hinaus werden temperaturbedingte Verformungen der Schleuse oftmals
unmittelbar auf den Vorschub bzw. die Ziehwelle übertragen.
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Es
sind auch Vorrichtungen bekannt, bei denen nach dem Ziehprozess
und nach dem Belüften der
Schleusenkammer diese zusammen mit der sperrigen und schweren Ziehwelle
und mit dem Wellenantrieb am Gestell der Vorrichtung verschwenkt wird,
so dass der Kristall auf einem unter die Schleusenkammer gefahrenen
Transportwagen abgesenkt werden bzw. von diesem übernommen werden kann. Derartige
Vorrichtungen haben jedoch den ganz entscheidenden Nachteil, dass
bei der Größe einer
Ziehvorrichtung und dem Gewicht ihrer Einzelteile die für den Ziehprozess
erforderliche Stellung der einzelnen Teile zueinander im Dauerbetrieb
nicht gewährleistet werden
kann, insbesondere ist es erfah rungsgemäß kaum möglich die empfindliche und
hochpräzise Ziehwelle
mitsamt ihrem Antrieb immer wieder winkelgenau in ihre Arbeitsposition
oberhalb der Schmelze zu manövrieren.
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Eine
Kristallziehanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der
US PS 3,650,701 beschrieben. Zwischen einem Lager für die Ziehwelle und
der Schleusenkammer befindet sich ein Balg, der es ermöglicht,
die Schleusenkammer, die einstückig mit
dem Deckel des Vakuumkessels verbunden ist, gegenüber dem
Lager anzuheben, so dass anschließend das Lager zusammen mit
der Schleusenkammer seitlich gegenüber dem Vakuumkessel verschwenkt
werden kann. Um die Schleusenkammer anheben zu können, ist eine Gabel vorgesehen,
die an einer neben dem Kessel angeordneten Tragsäule vertikal verfahrbar ist
und einen Flansch an der Schleusenkammer hintergreift. Eine Trennung
von Lager und Schleusenkammer ist nicht vorgesehen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
des eingangs genannten Typs so auszubilden, dass zum einen der fertige
Kristall zusammen mit der Schleusenkammer sicher und stoßfrei in
die Entnahmeposition schwenkbar ist und zum anderen soll die Hubbewegung
der Schleusenkammer genutzt werden, um die empfindlichen Teile der
Vorrichtung vor der Schwenkbewegung von der Schleusenkammer abzukoppeln.
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Darüber hinaus
soll die Vorrichtung so ausgebildet sein, dass sie vom Operator-Flur
aus leicht zugänglich
ist und keine zusätzlichen,
aufwendigen hydraulischen oder elektromotorischen Antriebe erforderlich
sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Flansch mit dem
einen Ende eines ersten Kraftübertragungsglieds
fest verbunden ist, dessen anderes Ende am freien Ende eines ortsfesten,
jedoch schwenkbar gelagerten Hebels angelenkt ist, und dass die
mittlere Partie des Hebelarms über
ein zweites Kraftübertragungsglied
mit dem die Schleusenkammer haltenden Arm gekoppelt ist.
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Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen näher gekennzeichnet
und beschrieben.
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Die
Erfindung läßt die verschiedensten
Ausführungsmöglichkeiten
zu; eine davon ist in den anhängenden
Zeichnungen schematisch dargestellt und zwar zeigen:
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1 den
Aufbau einer Vorrichtung in perspektiver Ansicht, wobei nur ihre
wesentlichen Teile, und diese auch stark schematisiert, dargestellt
sind,
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2 die
Vorrichtung zum Schwenken und Heben der Schleusenkammer im Teilschnitt
und in der Seitenansicht und
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3 die
Vorrichtung zum Anheben des zwischen der Schleusenkammer und der
Ziehvorrichtung angeordneten druckdichten Balgen.
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Wie 1 rein
schematisch zeigt, besteht die Ziehvorrichtung aus einem vierbeinigen
Grundgestell 6 auf das ein dreibeiniges Obergestell 2 aufgesetzt
ist, der auf dem Grundgestell ruhenden Vakuumkammer 3 mit
dem in dieser befindlichen Tiegel und Heizung, dem von unten her
in die Vakuumkammer hineinragenden Tiegeltragbolzen 4,
der Schleusenkammer 5 mit Kammerdeckel 26, der
von oben her in die Schleusenkammer 5 eintauchenden Ziehwelle 22 mit
der Antriebsspindel 27 sowie den Schwenkarm 28 mit
Schwenklager 36 für
die Schleusenkammer 5.
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Der
Kristall 8 befindet sich nach abgeschlossenem Ziehvorgang
in der Schleusenkammer 5 und hängt dort am Impflinghalter 12 (2).
Nach dem Ziehvorgang wird die vom Motor 38 über die
Antriebsspindel 27 angetriebene Ziehwelle 22 mit
Drehbewegungen angehoben und hält
in einem bestimmten Drehwinkel an. Anschließend wird die Vorrichtung bzw.
die Schleusenkammer 5 geflutet.
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Durch
Anheben der Schleusenkammer 5 bzw. des oberen Deckels 15 mit
Hilfe der Schwenk- und Hubwelle 33 setzt sich der Impflinghalter 12 mit angehängtem Kristall 8 auf
einer Sperre oder einer Entkopplungsvorrichtung 7 am oberen
Deckel 15 ab. Durch kontinuierlichen weiteren Schleusenhub
löst sich
der Impflinghalter 12 von der Ziehwelle 22, wobei
ein pilzförmiges
Kopfteil von einem Kuppelring der Sperre oder Entkopplungsvorrichtung 7 abhebt bzw.
freikommt.
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Danach
wird die Schleusenkammer 5 mit Kristall 8 und
dem Impflingshalter 12 um einen Winkel von ca. 90° (Pfeilrichtung
A gemäß 1)
um die Welle 33 am Schwenkarm 34, 34' hängend geschwenkt
bis die Schleusenkammer 5 vom Operator-Flur 30 aus
gut zugänglich
ist.
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Um
genügend
Freiraum zwischen Kristall 8 und Operator-Flur 30 zu
bekommen, wird die komplette Schleusenkammer 5 nochmals
um ca. 30 mm angehoben.
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Anschließend wird
ein fahrbarer Hubwagen 31 unter die Schleuse 5 gefahren
und ein Korb 32 nach oben gefahren, bis der Kristall 8 aufsitzt
bzw. die Schleusenkammer 5 gegenüber dem Kristall 8 abgesenkt
ist. Danach wird die Schleusenkammer 5 geöffnet und
der Kristall 8 abgeschnitten.
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Am
Hubwagen 31 wird der Kristall 8 abgesenkt und
anschließend
weggefahren.
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Nach
dem Anheben und Schließen
der Schleusenkammer 5 wird diese wieder in die Ziehposition
zurückgeschwenkt
und nach dem umgekehrten restlichen Spielablauf ist die Vorrichtung
wieder startbereit.
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Das
Heben und Senken der Schleusenkammer 5 erfolgt mit Hilfe
des Motors 38, der mit der Antriebsspindel 27 zusammenwirkt
und diese während des
Ziehvorgangs dreht. Die Ziehwelle 22 ist in einem Wellenkopf 37 gelagert,
der seinerseits am Führungsbalken 39 gehalten
und geführt
wird. Der Wellenkopf 37 weist eine Ziehmutter 47 auf,
die auf der Antriebsspindel 27 läuft und den Wellenkopf 37 mit Ziehwelle 22 je
nach Drehrichtung auf- und abbewegt. Der Führungsbalken 39 ist
ortsfest von einem der Beine 40 des Obergestells 2 gehalten,
wobei das Bein 40 die Schwenk- und Hubwelle 33 hält, die
ihrerseits über
die Hülse 41 und
dem an dieser befestigten Schleusenkammerhalter 34, 34' mit der Schleusenkammer 5 verbunden
ist. Parallel der Hülse 41 ist eine
Spindel 42 am Bein 40 gelagert, die über eine Riemen-
bzw. Zahnscheibe 43 und einen Zahnriemen 45 mit
der Antriebsspindel 27 in Wirkverbindung steht. Die Zahnscheibe 45 ist über eine
elektromagnetisch betätigbare
Kupplung 46 mit der Antriebsspindel 27 verbindbar.
Wird nun über
die Kupplung 46 eine drehfeste Verbindung zum Riementrieb 43, 44, 45 hergestellt,
dann dreht sich die Spindel 42 synchron mit der Antriebsspindel 27 und
die Hülse 41 wird
entsprechend dem Drehsinn der beiden Spindeln 27 und 42 auf-
oder abbewegt.
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Während der
Aufwärtsbewegung
der Hülse 41 mit
der von dieser gehaltenen Schleusenkammer 5 wird ein am
Schleusenkammerhalter 34' befestigter Drahtzug 49 in
einem ortsfest verlegten Führungsrohr
oder Schlauch 50 nach oben verschoben, wobei sich dessen
Schubbewegung auf einen Hebel 51 überträgt, der seinerseits eine entsprechende Schwenkbewegung
in Uhrzeigersinn vollzieht. Am Hebel 51 ist außerdem das
Ende eines zweiten Drahtzuges 52 angelenkt, der gleichzeitig
mit der Bewegung des ersten Drahtzuges 49 eine Zugbewegung
in Pfeilrichtung B vollzieht, dabei jedoch einen gegenüber der
Hubbewegung des Schleusenkammerhalters 34' größeren Weg zurücklegt.
Diese Bewegung des Drahtzugs 52 in Pfeilrichtung B trägt dafür Sorge,
daß die
Entkopplungsvorrichtung 7 bzw. der druckfeste Balgen 53 von
der oberen Platte 15 der Schleusenkammer 5 abheben
und sich damit von dieser trennen. Der Balgen 53 bildet
während
der Kristall-Ziehphase
den oberen Abschluß des
Vakuumraumes, d.h. er begrenzt die Schleusenkammer 5 nach
oben zu. Die Ziehwelle 22, die durch den Balgen 53 hin durchgeführt ist,
bleibt so unbeeinflußt
von unerwünschten
Bewegungen (z.B. in Folge von Wärmespannungen)
des unteren Teils der gesamten Vorrichtung, da der Balgen 53 auftretende
Bewegungen der Schleusenkammer auffängt. Der untere Rand des Balgens 53 ist
mit einer Hülse 54 fest
verbunden, die die eigentliche Entkopplungsvorrichtung 7 umschließt, wobei
die Hülse 54 mit
ihrem unteren Kragen dichtend auf der Platte 15 aufliegt,
die Teil der Schleusenkammer 5 ist.
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- 2
- Obergestell
- 3
- Vakuumkammer
- 4
- Tiegeltragbolzen
- 5
- Ziehkammer,
Schleusenkammer
- 6
- Grundgestell
- 7
- Entkopplungsvorrichtung
- 8
- Kristall
- 12
- Halter,
Kristallhalter
- 15
- Platte
- 22
- Ziehelement,
Ziehwelle
- 24,
24'
- Halter
- 26
- Vakuumkammerdeckel
- 27
- Antriebsspindel
- 28
- Schwenkarm
- 30
- Operator-Flur
- 31
- Hubwagen
- 32
- Korb
- 33
- Welle,
Schwenklager
- 34,
34'
- Schleusenkammerhalter
- 35,
35'
- Welle,
Bolzen
- 36
- Hub-
und Schwenklager
- 37
- Wellenkopf
- 38
- Motor
- 39
- Führungsbalken
- 40
- Bein
des Obergestells
- 41
- Hülse
- 42
- Spindel
- 43
- Zahnscheibe
- 44
- Zahnriemen
- 45
- Zahnscheibe
- 46
- Kupplung
- 47
- Ziehmutter
- 48
- Spindelmutter
- 49
- Drahtzug
- 50
- Führungsrohr,
Hülle
- 51
- Hebel
- 52
- Drahtzug
- 53
- Balg
- 54
- Hülse
- 55
- Ziehwellenlager
- 56
- Flansch
- 57
- Führungsrohr,
Schlauch
- 58
- Druckstück, Lappen
- 59
- Knebel
- 60
- Druckfeder