DE2929119C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Ab­ schalten von tiegelfreien Zonenschmelzanlagen beim Auf­ treten von Überschlägen im Bereich der Induktionsheiz­ spulen mit den Merkmalen:

• a) die Induktionsheizspule ist mit den Ausgangsklemmen eines Hf-Generators verbunden;
• b) an die Induktionsheizspule ist der Eingang der Schal­ tungsanordnung gekoppelt;
• c) die Schaltungsanordnung weist eingangsseitig einen eine geglättete Gleichspannung erzeugenden Gleich­ richter auf;
• d) die Schaltungsanordnung hat ausgangsseitig eine Abschalt­ stufe;
• e) der Ausgang der Abschaltstufe ist mit dem Hf-Generator verbunden.

Beim tiegelfreien Zonenschmelzen wird ein Siliciumstab in einem evakuierten oder mit Schutzgas gefüllten Rezipienten senkrecht gehaltet und induktiv mittels einer Spule beheizt. Die so erzeugte Schmelzzone wird langsam in einer Richtung durch den Stab geführt. Beim Zonenschmelzen von dicken Stäben werden erhebliche Hochfrequenzleistungen umgesetzt. Durch Stoßionisation kommt es daher gelegentlich zu Über­ schlägen im Bereich der Induktionsheizspule, die erhebliche Beschädigungen an Spule und anderen Anlageteilen verursa­ chen können. Zur Vermeidung solcher Beschädigungen muß der Hf-Generator möglichst rasch abgeschaltet werden.

In der deutschen Offenlegungsschrift 22 04 441 ist eine Schaltungsanordnung zum induktiven Beheizen von Halbleiter­ material in Vakuum und Gasziehanlagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben. Bei dieser Schaltungsanordnung umgibt eine Induktionsheizspule, die mit einer parallel ge­ schalteten Kapazität einen Hf-Schwingkreis bildet, einen Siliciumstab. An den Hf-Schwingkreis ist eine Schaltungsan­ ordnung gekoppelt, die aus einem kapazitiven Spannungstei­ ler mit Gleichrichter, einem Differenzierglied, einer Tran­ sistorlogik mit einer bistabilen Kippstufe und einer Schaltstufe besteht und als automatische elektronische Sicherung wirkt. Die Schaltungsanordnung ist mit der Steu­ ereinrichtung des Hochfrequenzgenerators und des Ziehmecha­ nismus verbunden, so daß beim Eintreten eines Spannungszu­ sammenbruchs die Vorrichtung automatisch abgeschaltet wird.

Aus der deutschen Auslegeschrift 26 37 939 ist eine ähn­ liche, auf plötzliche Amplitudenänderungen der an die Induktionsheizspule gelieferten Wechselspannung anspre­ chende Sensorschaltung bekannt. Diese Sensorschaltung be­ steht aus einem kapazitiven Spannungsteiler, einem Gleich­ richter, einem Differenzierglied, einer Vergleichsstufe und einer die Abschaltung des Hf-Generators bewirkende Aus­ schaltstufe.

Bei Schwankungen in der Stromversorgung dieser Sensorschal­ tungen bzw. bei Netzeinbrüchen kann es jedoch zu Störungen, wie beispielsweise Fehlabschaltungen kommen.

Der vorlie­ genden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde hier Abhilfe zu schaffen und die Schnellabschaltung so vorzusehen, daß nur beim Auftreten von Überschlägen im Bereich der Induktions­ heizspule und nicht beim Auftreten von sonstigen Störungen eine elektronische Sicherung ausgelöst wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

• f) an die beiden Ausgangsklemmen des Gleichrichters ist eine Diode und ein Kondensator in Reihe geschaltet;
• g) die Diode ist so gepolt, daß bei Anliegen einer Spannung an den Ausgangsklemmen der Kondensator aufgeladen wird;
• h) eine Leuchtdiode ist der Diode antiparallel geschaltet;
• i) die Leuchtdiode ist über einen Fototransistor optisch mit dem Eingang der Abschaltstufe gekoppelt;
• j) der Kondensator (C 1) ist so bemessen, daß beim Auftreten eines Überschlages durch Entladen des Kondensators (C 1) ein Stromfluß durch die Leuchtdiode (D 3) bewirkt wird und die Leuchtdiode (D 3) Licht emittiert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Der in der Figur nicht dargestellte HF-Generator ist über die Klemmen 1 und 2 an die Schmelzspule 13 ange­ schlossen. Das an den Punkten 3 und 4 abgegriffene stationäre HF-Signal wird beispielsweise mittels eines Transformators 15 verkleinert und mittels der Diode D ₁ gleichgerichtet und lädt den Kondensator C ₁ über die Diode D ₂ und den zu ihr parallel geschalteten Wider­ stand R ₁ auf die Spitzenspannung auf. Dem Glättungs­ kondensator C ₂ des Gleichrichterkreises ist das Poten­ tiometer R ₂ parallel geschaltet, zwischen dessen festen Kontakt 7 und beweglichen Abgriff 8 der HF-Istwert für Regelungszwecke abgenommen werden kann.

Tritt ein Überschlag im Bereich der Induktionsheiz­ spule 13 auf, so bricht die HF-Spannung zusammen und am Punkt 5 wird damit die Spannung niedriger als am Punkt 6. Aufgrund dieser Spannungsdifferenz fließt durch die antiparallel zur Diode D ₂ geschaltete Leucht­ diode D ₃ bis der Kondensator C ₁ entladen ist ein Strom.

Die Leuchtdiode D ₃ ist optisch mit einem Fototransistor T ₁ verbunden. Leuchtdiode D ₃ und Fototransistor T ₁ können beispielsweise als Optokoppler ausgebildet sein. Beim Aufleuchten der Fotodiode D ₃ infolge Stromdurch­ flusses steuert der Fototransistor T ₁, dessen Emitter mit der Basis eines zweiten Transistors T ₂ verbunden ist, den Transistor T ₂ aus, so daß das im Kollektor­ kreis von T ₂ geschaltete Relais 14 den HF-Generator abschaltet. Mit 11 und 12 ist die Leitung vom Relais 14 zum in der Figur nicht dargestellten HF-Generator be­ zeichnet. An den Punkten 10 und 9 liegt die Versor­ gungsspannung für den Transistor T ₂ an. Die das Relais 14 überbrückende Diode D ₄ dient dem Schutz des Tran­ sistors T ₂ vor induzierten Spannungen.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist da­ rin zu sehen, daß der eigentliche aus den Dioden D ₁, D ₂ und D ₃, den Widerständen R ₁ und R ₂ und den Konden­ satoren C ₁ und C ₂ bestehende Sensor von keiner anderen als der HF-Spannung der Induktionsheizspule gespeist wird. Dadurch entfallen Störeffekte, wie sie sonst gelegentlich durch Netzeinbrüche, Netzschwankungen etc. verursacht werden. Die erfindungsgemäße Vorrich­ tung ist daher betriebssicherer als die zum Abschalten des HF-Generators bekannten Differenzierschaltungen.

Die Realisierung der in der Figur dargestellten Vor­ richtung kann unter folgender Bemessung für die Wider­ stände und Kondensatoren erfolgen:

R ₁ = 100 kOhm, R ₂ = 1 kOhm, C ₁ = 100 µF, C ₂ = 10 nF.

Besonders vorteilhaft ist bei der vorliegenden Erfin­ dung die Abnahme der HF-Spannung direkt an der Induk­ tionsheizspule. Zum einen ist hier die Empfindlichkeit der Überschlagssicherung am größten und zum anderen wird durch den an den Punkten 8 und 7 abgenommenen HF-Istwert auch die während des Zonenschmelzvorgangs notwendige Regelung des Streck-Stauch-Mechanismusses der Zonenschmelzapparatur und der Leistungsregelung des HF-Generators auf einfache Weise und bei größter Empfindlichkeit ermöglicht.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zum Abschalten von tiegelfreien Zonen­ schmelzanlagen beim Auftreten von Überschlägen im Bereich der Induktionsheizspule (13) mit den Merkmalen:

• a) die Induktionsheizspule (13) ist mit den Ausgangsklemmen eines Hf-Generators verbunden;
• b) an die Induktionsheizspule (13) ist der Eingang der Schal­ tungsanordnung gekoppelt;
• c) die Schaltunganordnung weist eingangsseitig einen eine geglättete Gleichspannung erzeugenden Gleichrichter auf;
• d) die Schaltungsanordnung hat ausgangsseitig eine Abschalt­ stufe;
• e) der Ausgang der Abschaltstufe ist mit dem Hf-Generator ver­ bunden

gekennzeichnet durch die Merkmale:

• f) an die beiden Ausgangsklemmen des Gleichrichters ist eine Diode (D 2) und ein Kondensator (C 1) in Reihe geschaltet;
• g) die Diode (D 2) ist so gepolt, daß beim Anliegen einer Spannung an den Ausgangsklemmen des Gleichrichters der Kon­ densator (C 1) aufgeladen wird;
• h) eine Leuchtdiode (D 3) ist der Diode (D 2) antiparallel ge­ schaltet;
• i) die Leuchtdiode (D 3) ist über einen Phototransistor (T 1) optisch mit dem Eingang der Abschaltstufe gekoppelt; und
• j) der Kondensator (C 1) ist so bemessen, daß beim Auftreten eines Überschlages durch Entladen des Kondensators (C 1) ein Stromfluß durch die Leuchtdiode (D 3) bewirkt wird und die Leuchtdiode (D 3) Licht emittiert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein hochohmiger Wider­ stand (R 1) parallel zur Diode (D 2) geschaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdiode (D 3) und der Fototransistor (T 1) als Opto­ koppler ausgebildet sind.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die beiden Ausgangsklemmen des Gleichrichters ein Poten­ tiometer (R 2) mit seinen festen Abgriffen angeschlossen ist und der variable Abgriff des Potentiometers (R 2) zu­ sammen mit einem seiner festen Abgriffe an eine Regelein­ richtung der Zonenschmelzanlage angeschlossen ist.