DE2528192B2

DE2528192B2 - Vorrichtung zum Abscheiden von elementarem Silicium auf einen aus elementarem Silicium bestehenden stabförmigen Trägerkörper

Info

Publication number: DE2528192B2
Application number: DE2528192A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Chem. Dr.Rer.Nat. 8000 Muenchen Dietze; Hans 8031 Groebenzell Stut
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-06-24
Filing date: 1975-06-24
Publication date: 1978-06-01
Also published as: IT1063263B; DE2528192A1; JPS523382A; US4102298A; PL120081B1; BE840007A; DE2528192C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von elementarem Silicium auf einen aus elementarem Silicium bestehenden stabförmigen Trägerkörper,

fao der in einem zur thermischen Abscheidung des Elenients befähigten Reaktionsgas auf Abscheidungstemperatur erhitzt wird, bei der der Trägerkörper zusammen mit einer Heizstromquelle und einem fremdgesteuerten elektronischen Schalter zu einem Heizstromkreis

b5 zusammengefaßt ist, bei der außerdem ein die Erzeugung von dem Istwert des jeweils über den Trägerkörper fließenden elektrischen Stromes entsprechenden Spannungen dienender Sensor sowie ein von

diesen Spannungen als Istwerte sowie mit entsprechenden Spannungen als Sollwerte beaufschlagter Regelkreis, dessen Ausgang eine den elektronischen Schalter im Heizstromkreis schaltende Hilfsspannung zur Verfugung stellt, vorgesehen sind.

Eine solche Vorrichtung ist in der DE-OS 21 33 863 beschrieben. Sie wirkt als Phasenanschnittssteuerung, da der zur Verfügung gestellte Wechselstrom in ihr mindestens einmal pro Schwingung unterbrochen und der Trägerkörper über eine längere Zeit, als es dem bloßen Nulldurchgang entspricht, in spannungslosem Zustand verbleibt, bis durch Zünden des elektronischen Schalters während der betreffenden Schwingung der Trägerkörper erneut an Spannung gelegt wird.

Die bekannte Vorrichtung ist imstande, die Temperatur des Trägerkörpers trotz seiner fallenden Strom-Spannungscharakteristik zu stabilisieren. Da jedoch der Heizstrom zwischen den Nulldurchgängen der Heizspannung gezündet wird, treten störende Belastungen der Wechselspannungsquelle, d. h. des die erforderliche Heizenergie liefernden Netzes auf. Solche Belastungen lassen sich bekanntlich durch einen sogenannten Nullspannungsschalter unterbinden, der im Gegensatz zu einer Phasenanschnittssteuerung den elektronischen Schalter nur in den Nulldurchgängen der Heizspannung schließt. Andererseits muß jedoch auch berücksichtigt werden, daß im Interesse der Konstanthaltung der Temperatur an der Oberfläche des Trägerkörpers im Verlauf des Abscheidungsverfahrens stark unterschiedliche Ströme und Spannungen erforderlich werden. So ist im allgemeinen zu Beginn des Abscheidungsprozesses (also bei dem bereits auf Abscheidungstemperatur befindlichen Trägerkörper) verhältnismäßig wenig Strom bei einem hohen Spannungsbedarf und später viel Strom bei einem kleinen Spannungsbedarf erforderlich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine hierzu geeignete Vorrichtung anzugeben, bei der gleichzeitig die für die Stromkonstanz- und Temperaturregelung wichtigen Zeitkonstanten niedrig gehalten sind.

Erfindungsgemäß wird die eingangs definierte Vorrichtung dahingehend ausgestaltet, daß eine Wechselspannungsquelle sowohl auf einen mehrere Sekundärspulen aufweisenden Transformator geschaltet als auch als Betriebsspannungsquelle für eine an sich bekannte

Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage
verwendet ist, daß die Sekundärspulen des Transformators über fremdgesteuerte elektronische Schalter in unterschiedlicher Weise als Heizstromquelle an den Trägerkörper anlegbar sind, daß ferner der den über den Trägerkörper fließenden Strom schaltende fremdgesteuerte elektronische Schalter durch den Ausgang derSchwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage gesteuert ist, daß außerdem der Ausgang des den über den Trägerkörper fließenden Strom regelnden Regelkreises zur Steuerung der Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage dient und daß schließlich ein den über den Trägerkörper fließenden Strom überwachender Sensor zur Steuerung der den Trägerkörper an die verschiedenen Sekundärspulen des Transformators legenden fremdgesteuerten elektronischen Schalter auf einem abseits der Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage führenden Stromweg vorgesehen ist.

In der Literaturstelle »ETZ-A, Bd. 92 (1971), H. 7, S. 418-421«, ist eine Anlage zur Steuerung und Regelung kreisstromfreier Umkehrstromrichter zur Speisung von Drehfeldmaschinen beschrieben, bei der ein mehrere Primär- und Sekundärwicklungen aufweisender Transformator sekundärscilig über verschiedene thyristorgesteuerte Schaltwegc an eine Last anschaltbar ist. Dabc wird während des Betriebes der Anlage der jeweili vorliegende Schaltzustand durch Kontrolle der Impe danzänderung der Stromrichtergruppen der Anlage erfaßt und nach Maßgabe des jeweils ermittelter Ergebnisses die Stromversorgung durch entsprechende Wahl des Schaltweges bestimmt.

In der Literaturstelle »Elin-Zeitschrift, Jahrgang 22 (1970), S. 11-21«, sind Thyristorschnellregler für Wechselstromerregermaschinen mit feststehendem Gleichrichtersatz beschrieben, bei denen ebenfalls ein mehrere Primärwicklungen und Sekundärwicklungen aufweisender Transformator sekundärseitig über verschiedene thyristorgesteuerte Schaltwege an eine Last anschaltbar ist.

Aus »SCR Manual, 4. Aufl., General Electric Company, S. 276,277«, ist eine Anlage zur Schwingungspaket-Nullspannungüsteuerung bekannt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Fig. 1 bis 5 näher beschrieben. Dabei ist in Fig. 1 das Schaltbild eines als Stromquelle zur Beheizung des stabförmigen Trägerkörpers dienenden Teils, in Fig.2 und 3 je ein Beispiel für einen als Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage geeigneten weiteren Teil und in den F i g. 4 und 5 je ein zur Steuerung der in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Teile geeigneter weiterer Teil einer Vorrichtung dargestellt.

Gemäß Fig. 1 ist der als Stromversorgung dienende Teil einer Vorrichtung zum Abscheiden von elementarem Silicium auf einen aus elementarem Silicium bestehenden stabförmigen Trägerkörper im wesentlichen aus einem wechselstromgespeisten Transformator mit mehreren Sekundärwicklungen aufgebaut, die über fremdgesteuerte elektronische Schalter, insbesondere Thyristoren, an den durch zylindrischen Siliciumstab gegebenen Trägerkörper 1 mittels diesen an seinen Enden kontaktierender Elektroden in unterschiedlicher Weise anschaltbar sind. Dabei ist der Trägerkörper 1 in Reihe mit einem — denselben Strom wie der Trägerkörper 1 führenden — fremdgesteuerten elektronischen Schalter 1Oi und einem Sensor 21 für den Heizstrom geschaltet. Der Heizstrom wird über den Punkt A und über den Punkt B von den Sekundärwicklungen eines Leistungstransformators 2 an den Trägerkörper 1 sowie den Sensor 21 und den elektronischen Schalter 10 geliefert. Die Primärwicklung 3 des Transformators 2 wird von einer Wechselspannungsquelle 9, insbesondere dem öffentlichen Versorgungsnetz, gespeist. Die für die Stromversorgung des Trägerkörpers 1 vorgesehenen Sekundärwicklungen 4, 5, 6 und 7 des Leistungstransformators 2 sind einander gleich und mittels der — z. B. als Triacs ausgestalteten — fremdgesteuerten elektronischen Schalter 11 bis 20 an die Serienschaltung des Trägerkörpers 1 mit dem Sensor 21 und dem elektronischen Schalter 10 anschaltbar.

Eine weitere Sekundärwicklung 8 ist mittels eines Schalters 22 an den Trägerkörper 1 nach Belieben anschaltbar und so ausgestaltet, daß sie eine im Vergleich zu der von den Wicklungen 4 bis 7 gelieferten Spannung merkliche Spannung an den Schaltpunklcn C und D zur Verfügung stellen kann. Sie wird (ggf. unterstützt von einer in dem Trägerkörper I zusätzliche Ladungsträger durch Strahlung erzeugenden Vorrichtung, /.. B. einer Infrarotlampe) zum Zwecke der Aufheizung des zunächst auf Zimmertemperatur befindlichen Trägerkörpers 1 eingesetzt und mittels des

Schalters 22 vom Trägerkörper I abgeschaltet, sobald eine Serienschaltung der vier für die Versorgung mit dem Betriebsstrom dienenden Sekundärwicklungen 4 bis 7 ausreicht, um den Trägerkörper 1 bis zu der erforderlichen Abscheidungstemperatur von ca. 1000-1300°Caufzuheizen.

Im allgemeinen reicht für Trägerkörper mit einer Länge von 6 m und dem normalen Stromnetz als Stromquelle 9 ein Leistungstransiormator 2 aus, dessen Primärseite auf eine Leistung von 600 kVA und dessen Sekundärwicklungen 4 bis 7 auf jeweils 150 V Maximalspannung und auf eine Maximalleistung von 150 kVA dimensioniert sind. Die Sekundärwicklung 8 ist an sich entbehrlich. Wenn sie vorgesehen ist, empfiehlt sich eine Bemessung auf 2 kV und 100 kVA. Für die Versorgung mit Betriebsstrom kommt man im allgemeinen mit vier Sekundärwicklungen aus. Jedoch sollen im Interesse der Vermeidung störender Oberwellen die den Betriebsstrom liefernden Sekundärwicklungen gleichdimensioniert sein, d. h. also gleiche ohmsche Widerstände, gleiche Selbstinduktionskoeffizienten, gleiche Kapazitäten und gleiche Gegeninduktivitäten zu der Primärspule 3 des Leistungstransformators 2 aufweisen.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten, der Stromversorgung der Trägerkörper 1 dienenden ersten Teil einer Vorrichtung sind fremdgesteuerte elektronische Schalter 10—20 vorgesehen, die die Aufgabe haben, den durch den Trägerkörper 1 fließenden Heizstrom zu steuern und zu regeln. Dies geschieht einerseits durch entsprechende Bemessung der Anzahl der pro Zeiteinheit an den Trägerkörper 1 gelegten Schwingungen der von den Sekundärwicklungen des Leistungstransformators 2 gelieferten Wechselspannung, andererseits aber auch über die Amplitude dieser Spannung durch entsprechende Kombination der an dem Trägerkörper 1 liegenden Sekundärwicklungen des Leistungstransformators 2. Die erste Aufgabe wird durch Anwendung einer an sich bekannten Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage, die zweite Aufgabe durch eine von dem den Trägerkörper 1 durchfließenden Heizstrom beeinflußte Kombination von elektronischen Schwellwertschaltern, die anhand von F i g. 4 und 5 noch beschrieben werden, gelöst.

Diese elektronischen Schwellwertschalter sorgen dafür, daß die bei der in Fig. 1 dargestellte Stromversorgungsanlage einer Vorrichtung vorgesehenen fremdgesteuerten elektronischen Schalter 11 bis 20 nach Maßgabe des jeweiligen Spannungs- und Strombedarfs in entsprechenden Gruppen so kombiniert werden, daß die an den Schaltungspunkten A und B zur Verfügung stehende elektrische Spannung zusammen mit der

Schwingungspaket-Nullspaniiungssteuerungsanlage den zur Aufrechterhaltung der Abscheidungstemperatur des Trägerkörpers 1 erforderlichen Strom liefert.

Soll dabei der Trägerkörper 1 in einem Betriebszusland I von der Serienschaltung sämtlicher Sekundärwicklungen des Leistungstransformators 2, also der Wicklungen .4 bis 7, beaufschlagt werden, so müssen die Schalter 11, 12,13 und 20 sowie der Schalter 10 leitend, die übrigen Schalter hingegen gesperrt sein. Der Betriebszustand I der elektronischen Schalter 11 bis 20 wird gewöhnlich während bzw. unmittelbar nach der Aufheizung des Trägerkörpers 1 auf die Abscheidungslcmperatur verwendet, du der zunächst dünne und damit bei festgehaltener Temperatur einen verhältnismäßig hohen Widersland aufweisend«; Trägerkörper zunälchst eine verhältnismäßig hohe Spannung verlangt.

Wenn nun im Verlauf des Abscheidcvcrfahrcns der Durchmesser des Trägerkörpers 1 wächst und demgemäß sein Widerstand und der Spannungsbedarf etwas abnimmt, kann auf einen neuen Betriebszustand Il der in ■) Fig. 1 dargestellten Anlage übergegangen werden, bei dem gegenüber dem Betriebszustand I eine Sekundärwicklung des Leistungstransformators 2 — am einfachsten die Sekundärwicklung 7 — von dem Trägerkörper 1 abgeschaltet ist. Dieser wird dann nur noch von den

in drei Sekundärwicklungen 4,5 und 6 mit Strom versorgt. Der Betriebszustand 11 läßt sich erreichen, indem die Schalter 11, 12, 19 und 10 in den leitenden, die übrigen Schalter hingegen in den Sperrzustand übergeführt werden.

i'i Sinkt nun im weiteren Verlauf des Abscheideverfahrens der elektrische Widerstand des Trägerkörpers 1 noch weiter, so kann die in Fig. 1 dargestellte Stromversorgungsanlage auf einen Betriebszustand III umgeschaltet werden, bei dem jeweils zwei der

->(i Sekundärwicklungen des Leistungstransformators 2, also z. B. die Wicklungen 4 und 5 einerseits und die Wicklungen 6 und 7 andererseits in Reihe geschaltet und die auf diese Weise entstandenen Gruppen von jeweils zwei Wicklungen zueinander parallel geschaltet an den

2i Trägerkörper 1 gelegt sind. Der Betriebszustand III läßt sich z. B. realisieren, indem man die fremdgesteuerten elektronischen Schalter 11,13,18,15,20 und 10 leitend, die übrigen dieser Schalter hingegen sperrend macht.

Ist nun durch die Abscheidung der Trägerkörper 1

in schließlich sehr dick geworden, so benötigt man nur wenig Spannung, aber einen großen Strom, der durch einen Betriebszustand IV gewährleistet ist, bei dem die einzelnen Sekundärwicklungen 4, 5,6 und 7 zueinander parallel geschaltet sind. Er wird realisiert, indem die

π elektronischen Schalter 14,15,16,17,18,19,20 und 10 in den leitenden, die übrigen Schalter hingegen in den sperrenden Zustand übergeführt werden.

Schließlich können, wie man aus F i g. 1 leicht erkennt, die Wicklungen 4, 5, 6 und 7 auch einzeln an den

■in Trägerkörper 1 gelegt werden. In diesem Falle erhält der Trägerkörper 1 die geringste Leistung und auch die geringste Spannung. Hierzu muß, um die Wicklung 4 an den Trägerkörper 1 zu legen, lediglich der Schalter 17 und der Schalter 10 leiten, während die übrigen Schalter

■n 11 — 16 und 18—20 sperren. Will man eine der anderen Sekundärwicklungen 5 — 7 einzeln anlegen, so müssen alle Schalter 11 bis 20 mit Ausnahme jeweils zweier benachbarter dieser Schalter gesperrt sein. Dieser Betriebszustand, bei dem jeweils nur eine Wicklung an

in den Trägerkörper 1 angelegt ist, wird nur selten benötigt, nämlich bei kurzen Trägerkörpern 1.

Der fremdgesteuerte elektronische Schalter 10 dient im Gegensatz zu den elektronischen Schaltern 11—20 nicht der Festlegung der Amplitude des Heizstromes,

Vi sondern zur Festlegung der Anzahl der den Trägerkörper 1 pro Sekunde passierenden Heizstromschwingungen. Demgemäß greift an diesem Schalter 10 die

Schwingungspaket- Nullspannungssteuerungsanlagc
ein.

Wi Will man auf den elektronischen Schalter 10 verzichten, so muß man seine Funktion auf die übrigen elektronischen Schalter 11—20 übertragen. Eine Möglichkeit hierzu besteht darin, daß man jedem dieser Schalter 11—20 eine eigene Schwingungspakct-Null-

ivi spannungssteuerungsanlagc fest zuordnet. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, durch eine entsprechende zusätzliche Schaltanlage dafür zu sorgen, daß bei jedem der Bctricbszuständc I, II, III und IV mindestens einer

der zur Realisierung des betreffenden Betriebs/ustands in den leitenden Zustand gebrachten elektronischen Schalter 11—20 durch eine Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage getastet wird. Bei Betriebszuständen der in F i g. 1 dargestellten Anlage, bei denen mindestens zwei Sekundärwicklungen des Transformators 2 parallel an den Trägerkörper 1 geschaltet sind, besteht ferner die Möglichkeit die Schwingungspaket-Nullspannungssteuerung nur an einem Teil der parallelgeschalteten Äste angreifen zu lassen. Das wäre z. B. bei dem Betriebszustand IV durch entsprechende Steuerung eines oder zweier der Schalter 17, 18 und 19 möglich. Dann liegt die von einer oder von zwei der Wicklungen 4—7 gelieferte Spannung unbeeinflußt von der Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage am Trägerkörper 1, während die von den übrigen Wicklungen gelieferte Spannung über die Nullspannungssteuerungsanlage getastet wird. Schließlich könnte man die Schwingungspaket-Nullspannungssteuerung auch im Primärkreis des Leistungstransformators 2 vorsehen.

Als fremdgesteuerte elektronische Schalter 10—20 kommen vor allem dreipolige Halbleiterschalter in Betracht, die durch Zufuhr einer entsprechenden Hilfsspannung in bezug auf die angelegte zu steuernde Spannung so dimensioniert sind, daß sie nur durch Anlegen einer entsprechenden Zündspannung aus dem nichtleitenden Zustand in den leitenden Zustand gebracht werden können. Hingegen erfolgt wegen der pnpn-Struktur dieser Schalter die Rückschaltung in den nichtleitenden Zustand bei Abwesenheit der Zündspannung selbsttätig mit jedem folgenden Nulldurchgang. Insbesondere sind Paare von einander gleichen drei- oder vierpoligen Halbleiterthyristoren geeignet, wobei die beiden Thyristoren zueinander antiparallel geschaltet sind. Solche Kombinationen stehen auch in monolithischer Ausführung (Triacs) zur Verfügung.

Im folgenden wird zunächst immer angenommen, daß ein elektronischer Schalter 10 vorgesehen ist. Der Schalter 10 muß dann durch entsprechende Zufuhr von Zündimpulsen bei den Nulldurchgängen der am Trägerkörper 1 liegenden Heizspannung in den leitenden Zustand gebracht werden, derart, daß nur volle Wechselstromschwingungen durchgelassen werden. Dies wird durch eine Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage geleistet, die neben der in F i g. 1 dargestellten Stromversorgungsanlage einen weiteren Bestandteil einer derartigen Vorrichtung bildet.

Eine erste günstige Ausbildungsform einer solchen Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage ist im Schaltbild in Fi g. 2, eine zweite Ausbildungsform in F i g. 3 dargestellt.

Ein wesentlicher Bestandteil der in F i g. 2 dargestellten Anlage ist eine aus vier gleichen Halbleiterdioden 23 nach Art einer Doppelweg-Gleichrichterbrücke aufgebaute Schaltung, in derem einen Diagonalzweig die Emitter-Basis-Strecke eines Transistors 25 (z. B. eines pnp-Transistors) mit parallelgeschaltetem Festwiderstand 24 liegt, während im anderen Diagonalzweig der Brücke entweder die bereits im Primärkreis des Leistungstransformators 2 in Fig. 1 vorgesehene Spannungsquelle 9 oder eine vom Heizstrom über einen Übertrager abgeleitete Hilfsspannung — insbesondere über einen Vorschaltwiderstand 23a — gelegt ist. Die Dioden 23 der Gleichrichterbrücke sind derart an Spannung gelegt, und der Parallelwiderstand 24 ist so gewählt, daß der Kollektor des Transistors 25 nur dann stromlos ist. wenn keine der vier Dioden 23 stromführend ist, also während der Nulldurchgänge der an der Gleichrichterbrücke liegenden Spannung9.

Dem Kollektor des Transistors 25 ist über einen Widerstand 25a die Basiselektrode eines zum Transistor ι 25 komplementären Transistors 26 nachgeschaltet, dessen Emitter-Basis-Strecke von einem mit dem bereits erwähnten Widerstand 25a einen Spannungsteiler bildenden Widerstand 25£> überbrückt und der, ebenso wie der Emitter des Transistors 26 (im

in Beispielsfalle eines npn-Transistors), von der die Gleichrichterbrücke der Dioden 23 speisenden Stromquelle (und zwar über eine durch einen Widerstand 25c, einer Gleichrichterdiode 25c/und einer Zenerdiode 25e gebildeten Spannungsbegrenzerschaltung) versorgt wird. Die schaltungsmäßige Zuordnung der einzelnen Elemente sowie die Bemessung ihrer Widerstandswerte ist so getroffen, daß der Transistor 26 nur dann Strom zieht, wenn der Kollektor des das Basispotential des Transistors 26 steuernden Transistors 25 stromlos ist. Es

>u treten also am Kollektor des Komplementärtransistors

26 bei jedem Nulldurchgang der die Brücke der Dioden 23 speisenden Spannung 9 und damit der hierzu synchronen den Trägerkörper 1 über den Punkt A speisenden Heizspannung Impulse auf, die durch eine

r> aus den Transistoren 27 und 28 gebildete Verstärkerkaskade an die Primärseite eines Übertragers 29 gelegt werden. Die Sekundärseite des Übertragers 29 liegt an der Zündelektrode des fremdgesteuerten elektronischen Schalters 10 oder ggf. auch — wie bereits erwähnt

in — an mindestens einem der Schalter 11 —20.

Die in Fig.2 noch vorhandenen Spannungsteilerwiderstände 26a, 266 und die Widerstände 28a, 27a dienen der Spannungsversorgung für die Transistoren

27 und 28. Darüber hinaus hat der Spannungsteilerii widerstand 26a die Aufgabe, die Verbindung zu einem einen weiteren Bestandteil der Vorrichtung bildenden Regler 30 herzustellen, der seinerseits einmal über den den Heizstrom abtastenden Sensor 21, zum anderen durch einen Sollwertgeber (Pfeil S)beaufschlagt wird.

4Ii Eine Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist, veist die Serienschaltung einer Zenerdiode 31 und eines Festwiderstandes 31 a auf, die an die den Heizstrom liefernde Netzspannungsquelle 9 gelegt und von einem Parallel-3 kondensator 33a überbrückt sind. Diese Serienschaltung ist so bemessen, daß es bei jeder Halbwelle der von der Spannungsquelle 9 gelieferten Wechselspannung zu einem Durchbruch der Zenerdiode 31 kommt. Über die Gleichrichterdiode 32 und den die Zenerdiode 31

ίο überbrückenden Kondensator 33 wird eine konstante Gleichspannung gewonnen. Die an der Zenerdiode 31 auftretenden Impulse sind Rechteckimpulse, deren Flanken mit den Nulldurchgängen der an dem Trägerkörper 1 liegenden Heizspannung synchron sind.

Über die Differenzierglieder 35,35a und die Kondensatoren 36a, 37a gelangen abwechselnd kurze Steuerimpulse an die Basis- und Emitterelektroden der zueinander komplementären (im übrigen aber gleichdimensionierten) Transistoren 36 und 37, die diese

mi verstärken und an den Übertrager 29 und damit an die Zündelektrode des elektronischen Schalters 10 abgeben. Der Kondensator 36a und die Basis-Kollektor-Strecke des Transistors 36 sowie der Spannungsteilerwiderstand 35a der Differenzierschaltung 35, 35a sind von der

b^r> Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors 34 überbrückt, der vom gleichen Typ wie der Transistor 36 (also komplementär zum Transistor 37) ist. Über die Basis dieses Transistors 34 wird das Verhalten der Schwin-

gungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage geregelt, wobei der Regler 30, der diese Funktion ausübt, seinerseits von dem mit dem Heizstrom beaufschlagten Sensor 21 und durch einen Sollwertgeber (Pfeil S) gesteuert ist.

Der Regler 30 bildet einen weiteren Bestandteil der beschriebenen Vorrichtung. Er ist vorteilhaft in der aus F i g. 4 oder F i g. 5 ersichtlichen Weise aufgebaut. Daneben gibt es eine Reihe von weiteren Möglichkeiten. Man kann z. B. eine Anordnung aus zwei gleichen, jedoch antiparallelgeschalteten Lumineszenzdioden vorsehen, die optisch auf einen gemeinsamen Phototransistor einwirken, der dann eine dem Effektivwert des über den Sensor 21 abgetasteten Heizstromes proportionale Gleichspannung erzeugt, die ihrerseits als Istwert für die Regelung verwendet wird. Eine weitere Möglichkeit bildet die Steuerung über ein sogenanntes Halleffekt-Wattmeter. Die von solchen Vorrichtungen gelieferte, dem Quadrat der effektiven Stromstärke J_crr proportionale Spannung wird dann als Istwert für eine selbsttätige Regelung des Heizstromes über die Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage gemäß F i g. 2 oder gemäß F i g. 3 verwendet.

Eine auf anderer Grundlage beruhende Möglichkeit soll anhand der F i g. 4 und 5 beschrieben werden. Der durch die Beziehung

definierte Effektivwert des Heizstromes J(t) läßt sich, wie im folgenden gezeigt wird, auch auf andere Weise als soeben angedeutet wur<le, als Regelgröße heranziehen. Zunächst ist man nämlich berechtigt, fur ftt) die Beziehung

J = Λ sin (2.7)! /)

'²(f)df

zu setzen, wobei J₀ die Amplitude, π die Ludolphsche Kreiszahl und η die Frequenz der von der Wechselspannungsquelle 9 gelieferten Spannung und damit des Heizstromes J(t) ist, da beide mit genügender Genauigkeit sinusförmig verlaufen. Für die Zeit Twird die Dauer von einer Sekunde angenommen.

Die Nullspannungsschalter gemäß Fig.2 und 3, also die verwendete Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlagen, bewirken allerdings, daß von den insgesamt η (ζ. B. 50) Schwingungen der von der Heizspannungsquelle 9 bzw. 2 gelieferten Spannung nur /π fms η) Schwingungen einen Heizstrom im Trägerkörper 1 erzeugen, während dieser für die Dauer von (n-m) Schwingungen innerhalb der Zeitspanne T stromlos ist. Demzufolge sind für die Zeitspanne T, also pro Sekunde, teils der durch (2) definierte Wert für J(t), teils jedoch f(t)=O zu setzen. Da der Wert des unbestimmten Integrals

sin² 2.-7/1 ■ t ■ dt = J^₇J (2.-rn · t - cos (2-,η · t) · sin (2τη · t))

ist, folgt, da das Integral für J-_vff zwischen den Grenze ι = 0 und ( = -^ zu nehmen ist, aus (I) und (2)

J iff

⁼ Λ)

(Dabei ist die Amplitude /„ als Konstante betrachtet worden.) Da die Frequenz η eine fest vorgegebene Größe ist, ist für die Regelung einmal die Überwachung der Amplitude J₀ und außerdem die Kontrolle der Zahl /77 der pro Zeitspanne 7^ also pro Sekunde, an den Trägerkörper 1 gelangenden Schwingungen der Heizspannung erforderlich. Mit Hilfe dieser beiden Größen wird dann eine dem Effektivwert J_cn des Heizstromes ](t) analoge, insbesondere proportionale Gleichspannung ν abgeleitet. Diese Gleichspannung ν wird dann mit der von einem Sollwertgeber erzeugten Gleichspannung Vo in einer Regelstrecke verglichen und die erhaltene Regelabweichung, also die erhaltene Differenzspannung zum Steuern der verwendeten, insbesondere gemäß F i g. 2 oder 3 aufgebauten Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage verwendet.

Eine nach diesem Prinzip arbeitende Teilanhge der Vorrichtung ist vorteilhaft gemäß Fig.4 konstruiert. Der zur Überwachung des dem Trägerkörper 1 zugeführten Heizstromes J(t) dienende Sensor 21 arbeitet auf eine zur Ableitung einer der Amplitude /„ proportionalen Größe als auch auf eine zur Ermittlung von /77 und η geeignete Vorrichtung, mit deren Hilfe dann eine zu J_cii proportionale elektrische Gleichspannung gemäß (3) bestimmt wird. Dies ist dann die bereits eingeführte Spannung v, die exakt genommen eine zeitlich veränderliche Größe ist.

Der Sensor 21 ist zweckmäßig als verlustarmer elektrischer Übertrager ausgestaltet, auf dessen Primärwicklung die den Trägerkörper 1 durchfließenden Ströme geschaltet sind. Seine Sekundärwicklung 21a arbeitet auf eine Zweiweg-Gleichrichterschaltung, insbesondere Gleichrichterbrücke 38. Diese bildet mit einem weiteren Gleichrichter 39, insbesondere einer Halbleiterdiode, einem Ladekondensator 40 und einem diesem parallelgeschalteten Festwiderstand 41 einen Spitzenwertgleichrichter, derart, daß an dem Ausgangswiderstand 41 eine der Amplitude /„ des auf der Primärseite des Sensors 21 fließenden Heizstromes ](t) proportionale Spannung u~]₀ erscheint. Diese wird an den einen Eingang eines Multiplikators 42, insbesondere eines hybriden Multiplikators, gegeben.

Die an der Gleichrichterbrücke 38 auftretende gleichgerichtete Wechselspannung ist aber nicht nur ein Maß für Jo, sondern auch ein Maß für die Anzahl m der von der Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage gem. F i g. 2 oder F i g. 3 durchgelassenen Schwingungen. Aus diesem Grunde wird die von der Gleichrichterbrücke 38 gelieferte Spannung auch in diesem Sinne ausgewertet. Dies geschieht, indem die pro Sekunde anfallenden Einzelimpulse dieser pulsierenden Spannung mittels eines Impulszählers gezählt werden. Dieser ist so ausgestaltet, daß er die auf diese Weise ermittelte Zahl m in digitaler Form an einen Mikroprozeßrechner 44 weitergibt.

Ein weiterer Sensor 45, insbesondere wiederum ein Übertrager, dient der Kontrolle der Frequenz η der den Heizstrom J(t) erzeugenden und außerdem auch die Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage beaufschlagenden und von der Stromquelle 9 gelieferten Spannung. Der zu diesem Zweck entweder unmittelbar

an die Stromquelle 9 oder an eine mit dieser synchron arbeitenden Spannungsquelle gelegte Sensor 45 ist über eine weitere Gleichrichterbrücke 45a auf einen zweiten Impulszähler 46 geschaltet, der die zur Ermittlung von Jeff gemäß Formel (3) benötigte Frequenz η in digitaler Form an einen zweiten Eingang des bereits erwähnten Mikroprozeßrechners 44 weitergibt.

Der Mikroprozeßrechner 44 ist derart konstruiert bzw. programmiert, daß er aus den von den beiden Impulszählern 43 und 46 gelieferten Digitalwerten für m und η eine zu der Größe (m/2n)' -'proportionale Zahl Z in Form einer elektrischen Spannung liefert. Diese elektrische Spannung wird an den zweiten Eingang des bereits erwähnten Multiplikators 42 gelegt, an dessen Ausgang eine dem Effektivwert J_cii des Heizstroms J(t) proportionale Gleichspannung ν erscheint. Diese wird über einen Festwiderstand 47 an den Eingang eines Regelverstärkers 30 gegeben, dessen Ausgang auf die Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage gemäß F i g. 2 an den Spannungsteilerwiderstand 26a oder auf die Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage gemäß F i g. 3 an den Transistor 34 gelegt ist.

Der Widerstand 47 dient zugleich als Summationspunkt für die Zuführung des Sollwertes v, der Gleichspannung ν im Sinne einer Differenzbildung, derart, daß die am Ausgang des Regelverstärkers 30 erscheinende Steuerspannung für die verwendete

Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage
den Betriebszustand derselben, also die Zahl m, nicht ändert sobald v= v_s ist. Als Sollwertgeber dient eine Gleichspannungsquelle 48a, die auf ein Potentiometer 48 arbeitet, dessen Abgriff über einen Vorschaltwiderstand 49 an den Summationspunkt 47 der Regelschaltung gem. Fig.4 im Sinne einer Differenzbildung mit der am Ausgang des Multiplikators 42 erscheinenden Gleichspannung ν gelegt ist. Die von dem Sollwertgeber gelieferte Spannung v_s ist im Sinne einer Differenzbildung der von dem Multiplikator 42 gelieferten Spannung vüberlagert.

Die Einstellung des Potentiometers 48 und damit der Spannung v_s wird zweckmäßig von der tatsächlichen Oberflächentemperatur des Trägerkörpers 1 gesteuert. Hierzu kann man den Trägerkörper 1 mittels eines (nicht dargestellten) optoelektrischen Pyrometers, z. B. einer Infrarot-Photodiode, überwachen. Der von dieser gelieferte Strom dient dann zur Beaufschlagung eines (nicht dargestellten) Stellgliedes, welches den Abgriff des Potentiometers 48 nach Maßgabe der Stärke dieses Stromes derart verschiebt, daß beim Absinken d^r Oberflächentemperatur des Trägerkörpers 1 sich der Sollwert Ks vergrößert und beim Ansteigen dieser Temperatur abnimmt, während bei konstant bleibender Oberflächentemperatur die Einstellung des Potentiometers 48 ebenfalls unverändert bleibt. Beispielsweise läßt sich das erreichen, indem man den von dem optoelektrischen Pyrometer gelieferten elektrischen Strom zum Steuern eines (nicht dargestellten) Servomotors, insbesondere Schrittschaltmotors, derart verwendet, daß der Motor nur bei einer Änderung des von dem Pyrometer gelieferten Stroms anspringt und außerdem die Drehrichtung des Rotors dieses Motors durch das Vorzeichen der betreffenden Änderung festgelegt ist.

Der Mikroprozeßrechner44 bzw. der Impulszähler 43 stellen die Anzahl m der pro Sekunde von der

Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage
durchgelassenen Schwingungen des Heizstroms J(t)fesl. m kann praktisch jeden ganzzahligen Wert zwischen Null und η annehmen. Reicht nun für eine an den

Trägerkörper 1 angelegte Kombination von Sekundär wicklungen des Leistungstransformators 2 die durch di Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage, also durch Variation der Größe m gegebene Regelmög lichkeit für den Heizstrom ](t) zur Konstanthaltung de Oberflächentemperatur des Trägerkörpers 1 nicht meh aus, so muß eine andere Amplitude /„ des Heizstrom durch eine entsprechende Änderung der Kombinatior der den Heizstrom liefernden Sekundärwicklungen de Transformators 2 erzeugt werden, so daß wiederun Spielraum für die Regelung nach m zur Verfügung steht Man wird also zweckmäßig einen durch zwei Werti /JJi und /JJ2 begrenzten Bereich für m vorgeben, innerhalt dessen m sich verschieben darf, ohne daß eine Änderung bezüglich der die Heizspannung an den Trägerkörper liefernden Kombination von Sekundärwicklungen de« Leistungstransformators 2 erforderlich ist. Dabei gilt di< Relation

0 ^

!g in :S nh g η.

Falls m die untere Schranke /JJi unterschreitet, dann wird durch entsprechende Änderung der Einstellung der elektronischen Schalter It — 20 eine solche Kombina tion von Sekundärwicklungen an den Trägerkörper 1 gelegt, daß der Spannungsabfall an diesem sich verkleinert. Falls m hingegen die obere Grenze nv überschreitet, so wird in entsprechender Weise für eine Vergrößerung des Spannungsabfalls am Trägerkörper 1 gesorgt.

Hierzu ist der Mikroprozeßrechner 44 mit einer Vorrichtung ausgerüstet, welche auch die Differenz der Zahlen η und m überwacht und beim Überschreiten bzw Unterschreiten eines durch (4) gegebenen Maximums bzw. Minimums ein zum entsprechenden Umschalten der fremdgesteuerten elektronischen Schalter 11 bis 20 dienendes Steuergerät aktiviert. Ein zweckmäßiges Ausführungsbeispiel dieses Steuergerätes 50 ist in F i g. 5 dargestellt. Es hat die Aufgabe, die in F i g. 1 dargestellte Stromversorgungsanlage der Vorrichtung auf die verschiedenen Betriebszustände I —IV zu schalten, deren Realisierung aus der folgenden Tabelle ersichtlich ist.

Betriebs	Elektronischer Schalter	12	13	14	15	16	17	18	19	20	If
zustand	11	X	X	—	_	-	-	-	-	X	4(7
I	X	X	-	-	-	-	-	-	X	-	3 ty
Il	X	-	X	-	X	-	-	X	-	X	2 ty
III	X	_	__	X	X	X	X	X	X	X	Il
IV	_

Ein »X« in der Tabelle bedeutet, daß der betreffende elektronische Schalter leitend ist. Die Betriebszustände 1 — IV der Anlage gemäß F i g. 1 werden in der Regel in der in der Tabelle angegebenen Reihenfolge benötigt. Dies bedeutet, daß zunächst der Betriebszustand vorliegt. Erfahrungsgemäß wird dabei das zur Aufrecht erhaltung der Oberflächentemperatur des Trägerkör pers 1 erforderlich ni absinken und schließlich die Grenze mi unterschreiten. Dadurch wird die Umschal tung auf den Betriebszustand Il ausgelöst. Man wird dabei zweckmäßig die Grenzen /J)i und m₂ so in bezug auf die Bemessung der Anlage gemäß Fig. I wählen, daß beim Umschalten von Betriebszustand I auf den Betriebszustand Il der zur Aufrechlerhaltung der

Oberflächentemperatur bei der neuen Einstellung erforderliche Wert von m etwa bei m=ni2 liegt. Ähnliches gilt beim Umschalten von II auf III und von III auf IV.

In der letzten Spalte W der Tabelle sind die Werte für die jeweils an den Trägerkörper 1 gelegten Spannungen angegeben, wobei die Einheit L/die von der jeweils einer der Sekundärwicklungen 4—7 gelieferte Spannung ist.

Mit Rücksicht auf die Bedingung (4) erkennt man ferner, daß die von dem Mikroprozeßrechner 44 gelieferten Werte bei allen Betriebszuständen der elektronischen Schalter 11—20 denselben Maximalwert (ni2/2n)' und denselben Minimalwert (m\l2n) 'erhalten können. Das Auftreten dieser Extremwerte der von dem Mikroprozeßrechner 44 an den Multiplikator 42 gelieferten Daten ist mit der Betätigung eines das als Schwellwertschalter wirksame Steuergerät 50 steuernden und mit dem Mikroprozeßrechner 44 gekoppelten Signals verbunden.

Da der Übergang zwischen den Betriebszuständen I —IV in der aus der Tabelle ersichtlichen Reihenfolge bzw. in der umgekehrten Reihenfolge im allgemeinen schrittweise erfolgt, braucht man im allgemeinen nur ein Vorwärtssignal und nur ein Rückwärtssignal. Liegt beispielsweise der Betriebszustand Il der Schalter 11—20 vor, so wird beim Absinken der Größe m unter die Grenze n?i ein Vorwärtssignal erzeugt, durch welches das Steuergerät 50 veranlaßt wird, die Anlage gemäß Fig. 1 auf den Betriebszustand IN umzuschalten. Wächst hingegen m über mi hinaus, so wird ein durch den Mikroprozeßrechner 44 ausgelöstes Rückwärtssignal, der der nächst höheren Spannung i/'entsprechende Betriebszustand I eingeschaltet.

Die Wirkungsweise des Steuergerätes 50 wird anhand der F i g. 5 beschrieben, welche eine einfache Realisierungsmöglichkeit darstellt. Diese läßt das Wesentliche leichter als eine moderne aufgrund logischer Verknüpfungen arbeitende Version eines solchen Schwellwertschalters erkennen. Bei einer modernen Ausführungsform wird man bevorzugt auf Schieberegister zurückgreifen.

Die Zündelektroden der elektronischen Schalter 11 bis 20 bei der in F i g. 1 dargestellten Stromversorgungsanlage sind in Fig. 5 mit Zw-Zm bezeichnet. Sie sind mit je einer elektrischen Leitung mit je einer der betreffenden Zündelektrode zugeordneten Kontaktstelle Kw, K\2, K[i ... /C21) verbunden, so daß sich diese Kontaktstellen in einer fest definierten geometrischen Anordnung, insbesondere auf einer aus isolierendem Material bestehenden Kontaktleiste 51 befinden, die beispielsweise ortsfest gehaltert ist.

Auf einem gegen die Kontaktstellen Kw-Km verschiebbaren isolierenden Träger befinden sich die zur Erzeugung der Betriebszustände I, II, 111 und IV erforderlichen leitenden Verbindungen, die als System 52, System 53, System 54 und System 55_bezeichnel sind. Dabei dient das System 52 zur Realisierung des Betriebszustandes I, das System 53 zur Realisierung des Betriebszustandes II, das System 54 zur Realisierung des Betriebszustandes III und das System 55 der Realisierung des Betriebszustandes IV.

Jedes dieser Systeme 52 bis 55 besteht aus einem leitenden Stamm 5, von dem leitende Zweige zu den jeweils mit den Kontaktstellen Kw-Km nach den Erfordernissen des jeweils einzustellenden Betricbszustandcs zeitweilig in gleichzeitig leitenden Kontakt zu bringenden Anschlußstellen ;/u - a.>n führen.

Demzufolge weist das zur Realisierung des Betriebszustandes I erforderliche System 52 eine mit der Kontaktstelle Kw in Kontakt zu bringende Anschlußstelle a_ti, eine mit der Kontaktstelle K|₂ in Kontakt zu bringende Anschlußstelle au, eine mit der Kontaktstelle K1 j in Kontakt zu bringende Anschlußstelle a* j und eine mit der Kontaktstelle Km in Kontakt zu bringende Anschlußstelle am auf. Analog hierzu hat das zur Realisierung des Betriebszustandes Il dienende System

in 53 die von einem gemeinsamen Stamm Sausgehenden Anschlußstellen au, au und aw, die zur Betätigung gleichzeitig mit den Kontaktstellen Kw, K\2 und K\* auf der Kontaktleiste 51 zu verbinden sind. Um den Betriebszustand III zu verwirklichen, hat das dann auf

1". die Zündelektroden der elektronischen Schalter 11 —20 zu schaltende System 54 die von dem leitenden Stamm S des Systems ausgehenden Anschlußstellen au. au, an, aw und am, die den Stamm des Systems dann mit den Kontaktstellen Kw, Ku, K15, Kw und K20 verbinden. Die

:ii der Einschaltung des Betriebszustandes IV dienende Anordnung 55 hat die wiederum von einem gemeinsamen Stamm 5 ausgehenden Anschlußstellen au, ais, a^, 3i7, aiB, am und a₂u. Sie stellen während des Betriebszustandes IV die Verbindung zu den Kontaktstellen

y> Ku-Km her. Die Anordnung der Anschlußstellen ACn- K20 auf der Kontaktleiste 5_i entspricht in geometrischer Beziehung exakt der Anordnung der Anschlußstellen au, 3i2... «20 der auf einem gemeinsamen isolierenden Träger angeordneten Systeme 52. bis

»1 55, so daß durch einfache Verschiebung des isolierenden Trägers von dem einen Betriebszustand auf den folgenden Betriebszustand umgeschaltet werden kann.

Mittels eines Schrittmotors 56 lassen sich nun (z. B. durch eine entsprechende Bewegung des gemeinsamen

t"> Trägers der Leitersysteme 52—55) die Leitersysteme 52—55 nacheinander auf die Zündelektrodcn Zu -Zm schalten, wobei in der dem Betriebszustand I zugeordneten Stellung des Motors 56 eine leitende Verbindung zwischen einer die Zündspannung führenden und den Leitersystemen 52—55 gemeinsamen Anschlußstelle H nur zu den Zündelektroden Zw, Zu, Zu und Z» gegeben ist. In der dem Betriebszustand Il zugeordneten Stellung des Motors 56 besteht eine Verbindung zwischen der Anschlußstelle Hund den Zündelektroden Zn, Zi2 und

•n Zii). In der dem Betriebszustand III zugeordneten Motorstellung ist eine Verbindung zwischen der Anschlußstelle Wund den Zündelektroden Zu, Zu, Zi5, Zig und Z20 gegeben, während man bei der dem Betriebszustand IV entsprechenden Stellung des Mo-

■ϊΐι tors 56 lediglich eine Verbindung zwischen der gemeinsamen Anschlußstelle H und den Zündelektroden Zm — Z20 hat.

Die zum Schalten der elektronischen Schalter 11—20 dienende Zündspannung G wird zweckmäßig zwischen

η die gemeinsame Anschlußstelle H der Leitersysteme 52 und 55 und dem aus F i g. 1 ersichtlichen Anschlußpunkt B gelegt, so daß die Zündspannung C gleichzeitig an einer stromführenden Anschlußelektrode aller elektronischer Schalter 11—20 liegt. Ersichtlich können somit

Wi durch entsprechende Einstellungen des Schrittmotors 56 sukzessive die vier Betriebszustände I —IV der in F i g. 1 dargestellten Anlage eingeschaltet werden.

Da die gewöhnlich durch Thyristoren, insbesondere Triacs, gegebenen elektronischen Schalter 10—20, bei

h'> jedem Nulldurchgang des zu schaltenden Stromes selbsttätig wieder nichtleitend werden, muß eine entsprechend gepolte Zündspannung G während jedes Niilldurchgangs zur Verfügung stehen. Dies läßt sich

J7

ζ. B. erreichen, wenn man den Ausgang einer Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage, z. B. einer Anlage gem. Fig.2 oder 3, zwischen dem Anschlußpunkt B und der gemeinsamen Anschlußstelle H der Leitersysteme 52.-55 legt. Da aber dann eine ■> Schwingungspaket-Nullspannungssteuerung an jedem der eingeschalteten elektronischen Schalter 11—20 wirksam ist, kann für diesen Fall auf den elektronischen Schalter 10 verzichtet werden.

Verwendet man als Zündspannung hingegen eine entsprechend dimensionierte Gleichspannung G, dann empfiehlt sich die Anwendung des gemeinsamen elektronischen Schalters 10 auf jeden Fall. Dasselbe gilt, wenn man mit den Nulldurchgängen der Netzwechselspannung 9 synchrone Zündimpulse durch Zweiweg-Gleichrichtung dieser Wechselspannung und Zuführung der gleichgerichteten Wechselspannung zu einem von einer Zenerdiode überbrückten Ladekondensator erzeugt, und diese Zündimpulse als Zündspannung G verwendet.

Die von dem Mikroprozeßrechner 44 erzeugten Vorwärtssignale und Rückwärtssignale dienen zur Steuerung des Schrittmotors 56. Zweckmäßig bestehen diese Signale, die beim Auswandern des Wertes von m aus den zwischen m\ und mi definierten Grenzen ausgegeben werden, aus Rechteckimpulsen, wobei sich die Vorwärtssignale und die Rückwärtssignale lediglich durch das Vorzeichen der sie darstellenden Impulse unterscheiden. Durch das jeweils vorliegende Vorzeichen wird dann die Drehrichtung des Schrittmotors 56 bestimmt.

Für den Fall der obenerwähnten optoelektronischen Ableitung des Istwertes für den Effektivwert des über den Trägerkörper 1 fließenden Heizstromes wird man zweckmäßig den optoelektronischen Empfänger auf einen Verstärker und ein Glättungsfilter schalten, so daß eine dem Effektivwert des Heizstromes proportionale Gleichspannung ventsteht, die in gleicher Weise wie die vom Multiplikator 42 der in F i g. 4 gelieferte Gleichspannung vverwendet wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Vorrichtung zum Abscheiden von elementarem Silicium auf einen aus elementarem Silicium -, bestehenden stabförmigen Trägerkörper, der in einem zur thermischen Abscheidung des Elements befähigten Reaktionsgas auf Abscheidungstemperatur erhitzt wird, bei der der Trägerkörper zusammen mit einer Heizstromquelle und einem fremdgesteu- in erten elektronischen Schalter zu einem Heizstromkreis zusammengefaßt ist, bei der außerdem ein die Erzeugung von dem Istwert des jeweils über den Trägerkörper fließenden elektrischen Stromes entsprechenden Spannungen steuernder Sensor sowie π ein von diesen Spannungen als Istwerte sowie mit entsprechenden Spannungen als Sollwerte beaufschlagter Regelkreis, dessen Ausgang eine den elektronischen Schalter im Heizstromkreis schaltende Hilfsspannung zur Verfugung stellt, vorgesehen _> <i sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wechselspannungsquelle (9) sowohl auf einen mehrere Sekundärspulen (4, 5, 6, 7) aufweisenden Transformator (2) geschaltet als auch als Betriebsspannungsquelle für eine an sich bekannte Schwin- 2>

gungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage
(F i g. 2, F i g. 3) verwendet ist, daß die Sekundärspulen (4, 5, 6, 7) des Transformators (2) über fremdgesteuerte elektronische Schalter (11... 20) in unterschiedlicher Weise als Heizstromquelle an den jo Trägerkörper (1) anlegbar sind, daß ferner der den über den Trägerkörper (1) fließenden Strom schaltende fremdgesteuerte elektronische Schalter (10; 11... 20) durch den Ausgang der Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage gesteuert ist, daß außerdem der Ausgang des den über den Trägerkörper (1) fließenden Strom regelnden Regelkreises (30) zur Steuerung der Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage dient und daß schließlich ein den über den Trägerkörper (1) Fließenden Strom überwachender Sensor (21) zur Steuerung der den Trägerkörper (1) an die verschiedenen Sekundärspulen (4, 5, 6, 7) des Transformators (2) legenden fremdgesteuerten elektronischen Schalter (11 ... 20) auf einem abseits der Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage führenden Steuerweg vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage nur an einen einzigen, den zum >o Trägerkörper (1) fließenden Gesamtstrom führenden elektronischen Schalter (10) angeschaltet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage auf mindestens einen der den einzelnen Sekundärspulen (4—7) des Transformators (2) individuell zugeordneten elektronischen Schalter (11... 20) anschaltbar bzw. fest angeschaltet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, eo dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (2) mindestens vier einander gleiche Sekundärspulen (4—7) aufweist, daß ferner diese Sekundärspulen (4—7) über je einen zwischengeschalteten elektronischen Schalter (11 bzw. 12 bzw. 13) in Serie liegen und daß diese Serie von Sekundärspulen (4—7) über einen weiteren elektronischen Schalter (20) an einen Schaltungspunkt (A) gelegt ist, daß dabei dieser Schaltungspunkt (A) des den gesamten über den Trägerkörper (1) fließenden Strom führenden Heizstromkreises zugleich als Verzweigungspunkt ausgebildet ist, von dem je eine über je einen elektronischen Schalter (17 bzw. 18 bzw. 19 bzw. 20) führende Verbindung zu je einer der vorgesehenen Sekundärspulen (4—7) des Transformators (2) gegeben ist, daß außerdem diese Verbindungen zueinander parallel geschaltet sind und daß schließlich ein zweiter den gesamten über den Trägerkörper (1) fließenden Strom führender Schaltungspunkt (B) an dem dem Schaltungspunkt (A) abgewandten Ende der Serie von Sekundärspulen (4—7) an diese Serie angelegt ist und daß schließlich von dem Schaltungspunkt (B) je eine über je einen elektronischen Schalter (14 bzw. 15 bzw. 16) führende Leitung an die dem SchaUungspunkt fßj zugewandten Enden der Sekundärspulen (5 bzw. 6 bzw. 7) abseits der Serienschaltung der insgesamt vorgesehenen Sekun därspulen (5,4,6, 7) vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor (21) ein verlustarmer Übertrager vorgesehen ist, dessen Primärwicklung mit dem Trägerkörper (1) in Serie liegt und dessen Sekundärwicklung zur Steuerung der Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlagen (F i g. 2, F i g. 3) und/oder zur Steuerung der den Trägerkörper (1) an die verschiedenen Sekundärspulen (4, 5, 6, 7) des Transformators (2) auf einem abseits der Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage führenden Stromweg dient.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung des als Übertrager ausgebildeten Sensors (21) auf eine Kombination gleichbemessener und nach Art einer Zweiweg-Gleichrichterschaltung bezüglich ihrer pn-Übergänge geschalteter Haibleiter-Leuchtdioden (Lumineszenzdioden, Laserdioden) arbeitet, daß die Rekombinationsstrahlung der Halbleiterleuchtdioden auf einen gemeinsamen optoelektronischen Empfänger, insbesondere eine Halbleiter-Photodioda oder einen Phototransistor, gerichtet ist und daß die über den optoelektronischen Empfänger erhaltene Gleichspannung (v) als Istwert für die Regelung des über den Trägerkörper (1) fließenden Stromes mit der Schwingungspaket-NuHspannungssteuerungsanlage und/oder den die verschiedenen Sekundärspulen des Transformators (2) an den Trägerkörper (1) schaltenden fremdgesteuerten elektronischen Schaltern (11—20) als Stellglied verwendet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der optoelektronische Empfänger mit einem nachgeschalteten Verstärker und Glättungsfilter versehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (21) mit seiner Sekundärwicklung auf eine Zweiweg-Gleichrichterschaltung (38) mit nachgeschaltetem Spitzenwert-Gleichrichter (39,40,41) geschaltet ist, daß die von dem Spitzenwert-Gleichrichter (39, 40, 41) gelieferte elektrische Spannung an einen Multiplikator (42), der gleichzeitig von einer von der Anzahl m der pro see von der Schwingungspaket-Nullspannungssteuerungsanlage an den Trägerkörper durchgelassenen Schwingungen der den Strom im Trägerkörper (1) erzeugenden elektrischen Spannung abhängenden sowie durch die Frequenz η

dieser Spannung gemäß (inl2n)^vl proportionalen Spannung beaufschlagt ist gelegt ist, daß außerdem der Ausgang des Multiplikators (42) als Istwertgeber an einen Regel verstärker (30) geschähet ist, dessen Ausgang auf die Schwingungspakßt-Nullspannungssteuerungsanlage arbeitet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das die Zweiweg-Gleichrichterschaltung (38) außerdem unmittelbar an einen Impulszähler (43) und dieser an einen Mikroprozeßrechner (44) gelegt ist, daß außerdem die den Transformator (2) beaufschlagende Wechselspannungsquelle (9) über einen Sensor (45) auf eine Gleichrichterbrücke (4SaJ und diese an einen Impulszähler (46) gelegt ist, daß ferner die von diesem Impulszähler (46) ermittelte Anzahl η der Schwingungen der von der Wechselspannungsquelle (9) gelieferten Spannung ebenfalls zur Beaufschlagung des Mikroprozeßrechners (44) vorgesehen ist und daß der Mikroprozeßrechner (44) derart ausgebildet ist, daß er aus den von den beiden Impulszählern an ihn abgegebenen Informationen eine an den Multiplikator (42) weiterzugebende und dem Istwert von (m/2n)' -' proportionale elektrische Spannung erzeugt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplikator (42) derart ausgestaltet ist, daß er aus den vom Spitzenwert-Gleichrichter (39, 40, 41), andererseits vom Mikroprozeßrechner (44) gelieferten und einerseits dem Istwert der Amplitude J₀ des über den Trägerkörper (1) fließenden Stromes, andererseits dem Istwert von (m/2n)^[ -'proportionalen und durch ihn zu multiplizierenden Faktoren eine dem Effektivwert J_err des über den Trägerkörper (1) fließenden Stromes proportionale Gleichspannung abzugeben vertiaj. daß der diese Gleichspannung (v) liefernde Ausgang des Multiplikators (42) mit dem von einem Sollwertgeber gelieferten Sollwert (v_o) dieser Gleichspannung gemeinsam an den Eingang des Regelverstärkers (30) gelegt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber aus einer Gleichspannungsquelle (4Sa) und einem Potentiometer (48) besteht, dessen den Sollwert (v_o)bestimmender Abgriff an den Eingang des Regelverstärkers (30) zusammen mit von dem Multiplikator (42) gelieferten Spannung (v) im Sinne einer Differenzbildung gelegt ist, daß außerdem die Einstellung des Sollwertgebers durch die Oberflächentemperatur des Trägerkörpers (1) gesteuert ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die der Stromversorgung des Trägerkörpers (1) dienenden Sekundärspulen (4, 5, 6, 7) des Transformators (2) derart mit fremdgesteuerten elektronischen Schaltern (11—20) an den Trägerkörper angeschaltet sind, daß diese sowohl einzeln als auch in Serie als auch parallel zueinander mit dem Trägerkörper (1) kombinierbar sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Sekundärspulen (4—7) und zwischen diesen und dem Trägerkörper (1) durch die elektronischen Schalter (11—20) zu schließende bzw. zu öffnende leitende Verbindungen derart vorgesehen sind, daß das eine Ende einer ersten Sekundärspule (4) unmittelbar und das eine Ende jeder der weiteren Sekundärspulen (5, 6, 7) über je einen elektronischen Schalter (14 bzw. 15 bzw. 16) über einen Schaltungspunkt ^fl^mit dem einen Ende des Trägerkörpers (1) leitend verbunden sind, daß zwischen dem anderen Ende der ersten Sekundärspule (4) und dem am Schaltungspunkt (B) "ι liegenden Ende einer zweiten Sekundärspule (5), dem anderen Ende der zweiten Sekundärspule (5) und dem an (B) liegenden Ende einer dritten Sekundärspule (6) sowie dem anderen Ende der dritten Sekundärspule (6) und dem an (B) liegenden

in Ende einer vierten Sekundärspule (7) je eine über je einen weiteren elektronischen Schalter (11 bzw. 12 bzw. 13) schaltbare leitende Verbindung vorgesehen ist, daß ferner das andere Ende der vierten Sekundärspule (7) ebenfalls über einen elektroni-"> sehen Schalter (20) an einen mit dem anderen Ende des Trägerkörpers (1) verbundenen Schaltungspunkt ^gelegt ist, daß außerdem der Schaltungspunkt (B) über je einen elektronischen Schalter (14,15,16) mit dem einen Ende der zweiten Sekundärspule (5)

.'ti sowie dem einen Ende der dritten Sekundärspule (6) sowie dem einen Ende der vierten Sekundärspule (7) verbunden ist, während die anderen Enden der einzelnen Sekundärspulen individuell durch je einen elektronischen Schalter (17, 18, 19, 20) an den Schaltungspunkt f/t^direkt angelegt sind (F i g. 1).
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8—13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektroden (Zw ... Z20) der mit den Sekundärspulen des Transformators (2) verbundenen elektronischen

in Schalter (11 ... 2O)⁺ über den den Istwert von (m/2n)* - ermittelnden Mikroprozeßrechner gesteuerter Weise von einer gemeinsamen Zündspannungsquelle (G) beaufschlagbar sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch J5 gekennzeichnet, daß der Mikroprozeßrechner (44)

mit einer Überwachung der Differenz der Istwerte von m und η ausgerüstet und beim Überschreiten eines Maximums (n — m{) und beim Unterschreiten eines Minimums (n-m2) dieser Differenz die Umschaltung von einer gegebenen am Trägerkörper (1) liegenden Kombination von Sekundärspulen (4—7) auf jeweils eine andere Kombination dieser Sekundärspuien bewirkt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Kombinationen von gleichzeitig an Zündspannung zu legender der die Sekundärspulen des Transformators (2) an den Trägerkörper (1) anschaltender fremdgesteuerter elektronischer Schalter (11 — 20) fest vorgegeben >o sind, daß die Auswahl der einzelnen Kombinationen entweder auf mechanische Weise (F i g. 5) oder auf elektronische Weise erfolgt.