DE1024772B - Verfahren zum Betreiben stromstarker Glimmentladungen in Entladungsgefaessen, insbesondere zur Behandlung von in das Entladungsgefaess eingebrachten Koerpern - Google Patents

Description

Glimmentladungen können bekanntlich zur Behandlung von Körpern Anwendung finden, die in das Entladungsgefäß gebracht sind. Gewisse Behandlungen der Oberfläche von Körpern, etwa die Nitrierung eines Eisenkörpers, gelingen auf diese Weise wesentlieh schneller und wirksamer als mittels sonst üblicher Methoden. Ferner kann eine Glimmentladung Anwendung finden, wenn es sich darum handelt, Körper bei niedrigem Druck auf hohe Temperatur zu bringen. In diesem Fall dient die Entladung zur Heizung. Endlich können Glimmentladungen auch zur Durchführung chemischer Prozesse im Entladungsgefäß nutzbar gemacht werden.

Nutzbarmachung der Glimmentladung zu technischen Zwecken und insbesondere im Rahmen einer Fertigung führt naturgemäß zu relativ großen Entladungsgefäßen, damit auch Körper großer Abmessungen und gegebenenfalls eine Mehrzahl von Körpern gleichzeitig behandelt werden kann. Entsprechend sind dann auch relativ starke Ströme für die Entladung nötig. Ferner ist es für manche Arten von Behandlung von Vorteil, im Gebiet des anomalen Kathodenfalles zu arbeiten, der eine relativ hohe Spannung am Gefäß erfordert. Der Anwendung starker Ströme und hoher Spannungen ist jedoch dadurch eine Grenze gesetzt, daß die Glimmentladung dann leicht in einen Lichtbogen umschlägt. Dieser Umschlag ist nicht nur deswegen unerwünscht, weil er mit einer beträchtlichen Erhöhung des Stromes und daher mit einer Überlastung der elektrischen Anlage verbunden ist. Vielmehr übt der Lichtbogen darüber hinaus stark schädigende Wirkungen im Entladungsgefäß aus. Er führt zu Verbrennungen an dem zu behandelnden Körper und kann unter Umständen bei sehr starkem Strom auch das Entladungsgefäß oder seine Elektroden beschädigen.

Man hat aus diesen Gründen bisher versucht, den Umschlag der Entladung in einen Lichtbogen überhaupt zu verhindern, und zwar insbesondere durch geeignete Ausbildung des Entladungsgefäßes und seiner Elektroden. Solche Maßnahmen haben aber nur innerhalb verhältnismäßig kleiner Bereiche des Stromes und der Spannung Erfolg, so daß der Betrieb einer Glimmentladung bisher nicht befriedigend möglich war, wenn die Ströme 50 Ampere wesentlich überschritten.

Die Erfindung sucht den vom Umschlag in einen Lichtbogen herrührenden Gefahren auf einem grundsätzlich anderen Weg zu begegnen. Gemäß der Erfindung wird die beim Umschlag der Entladung in einen Lichtbogen auftretende Änderung bestimmter physikalischer Größen, z. B. der Spannung, der Stromstärke, der magnetischen Feldstärke oder der Temperatur, zur Auslösung eines Schaltorgans be-

Glimmentladungen in Entladungsgefäßen, insbesondere zur Behandlung von in das Entladungsgefäß

eingebrachten Körpern

Anmelder:

Dortmund-Hörder Hüttenunion

Aktiengesellschaft, Dortmund, Rheinische Str. 173

Dr. phil. Dr.-Ing. Fritz Härders,

Bürenbruch, Post Ergste über Schwerte/Ruhr,

Dr.-Ing. Helmut Knüppel, Dortmund-Löttringhausen, und Dipl.-Phys. Karl Brotzmann, Dortmund,

sind als Erfinder genannt worden

nutzt, das die Spannung am Entladungsgefäß so steuert, daß der Lichtbogen gelöscht und die Glimmentladung nach der Entionisation der Durchschlagstrecke oder nach einer gewissen Teilentionisation selbsttätig wieder gezündet wird. Dadurch ist es möglich, die Glimmentladung in einem Bereich des Stromes und der Spannung zu betreiben, in welchem die Wahrscheinlichkeit eines Umschlages der Glimmentladung in einen Lichtbogen keineswegs klein ist. Denn die Erfindung nimmt dem Lichtbogen seine schädliche Wirkung dadurch, daß für nahezu sofortige Löschung beim Umsehlag mit darauffolgender Neuzündung der Glimmentladung gesorgt wird. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß ein nur für sehr kurze Zeit brennender Lichtbogen keine schädlichen Wirkungen hat. Im Gegensatz zu Maßnahmen, die darauf gerichtet sind, einen Umschlag der Glimmentladung in eine Bogenentladung überhaupt zu vermeiden, läßt die Erfindung bewußt die Möglichkeit eines Umschlages in einen Lichtbogen zu, macht aber den Lichtbogen durch Begrenzung seiner Brenndauer unschädlich.

Es ist bekannt, die Lichtbogenentladung in einem Quecksilberdampfgleichrichter dadurch zu löschen, daß man einen Kondensator zwischen die Hauptelektroden oder zwischen die Kathode und eine Hilfselektrode legt. Bei Quecksilberdampfgleichrichtern ist die Bogenentladung die erwünschte und einzig

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mögliche Entladungsform. Umschläge von einer erwünschten in eine unerwünschte Entladungsform treten nicht auf. Daher ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe nicht gestellt. Es findet sich bei Quecksilberdampfgleichrichtern mit Löschung durch Kondensatoren auch nichts, was der Ausnutzung der bei einem Umschlag eintretenden Änderung des Stromes oder einer anderen Größe zur Auslösung eines Schaltorgans zwecks Löschung der unerwünschten Entladungsform und Wiederherstellung der erwünschten Entladungsform beim Verfahren nach der Erfindung entspricht.

Die Aufgabe, einen durch Umschlag einer Glimmentladung entstandenen Lichtbogen zu löschen und die Glimmentladung wiederherzustellen, liegt der Erfindung einer älteren Anmeldung des Erfinders zugrunde. Dort wird diese Aufgabe indessen nicht durch Auslösung eines Schaltorgans, sondern durch einen mit den Hauptekktroden ständig galvanisch verbundenen Kondensator gelöst, der seinerseits über einen Widerstand an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist.

Zweckmäßige Ausführungsformen des Verfahrens nach der Erfindung sollen als Beispiele nachstehend kurz beschrieben werden.

Eine Gleichspannungsanlage zum Betreiben von stromstarken Glimmentladungen sei mit einem gittergesteuerten Gleichrichter ausgerüstet, bei dem die Regelung von Strom und Spannung durch Veränderung des Zündeinsatzpunktes geschieht. Dann kann zur Löschung der Bogenentladung und Wiederherstellung der Glimmentladung durch geeignete, an sich bekannte Schaltelemente, die mit dem Umschlag in die Bogenentladung auftretende Änderung einer physikalischen Größe, vorzugsweise der Brennspannung, dazu benutzt werden, über die Gitter des Gleichrichters für eine bestimmte Zeit, vorzugsweise 10~² Sekunden, den Stromdiurchgang zu unterdrücken.

Dabei ist es durchaus von Vorteil und im Sinne der Erfindung, wenn der durch den Lichtbogenumschlag ausgelöste Schaltimpuls nicht unmittelbar, sondern verzögert weitergegeben wird, damit der Lichtbogen noch für eine kurze Zeit brennen kann, um auf diese Weise die Ursache des Durchschlages, etwa eine Verunreinigung, zu beseitigen.

Bei einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform wird an das mit Gleichstrom betriebene Entladungsgefäß über einen Schalter parallel zur Entladungsstrecke ein Kondensator gelegt. Vorteilhaft werden als Schalter gitter- oder zündstiftgesteuerte Entladungsgefäße benutzt. Im Betriebszustand ist der Schalter geöffnet. Die eine Seite des Kondensators liegt auf Anodenpotential, während die andere Seite auf ein gegenüber der Anode positives Potential gelegt wird. Die beim Umschlagen der Glimmentladung in einen Lichtbogen am Behandlungsgefäß auftretende Spannungsänderung wird nun dazu benutzt, mittels des Schalters den Kondensator mit der Seite, die gegenüber der Anode positives Potential besitzt, auf Kathodenpotential zu legen. Die Spannung am Behandlungsgefäß sinkt dadurch für kurze Zeit auf einen Wert, der tiefer liegt als der für die Aufrechterhaltung des Lichtbogens nötige Spannungswert. Der Lichtbogen dadurch wird gelöscht. Der Kondensator und die Widerstände oder Drosseln in der Schaltung werden so dimensioniert, daß die Zündspannung der Glimmentladung erst wieder erreicht wird, wenn die Entionisation der Durchbruchstrecke genügend weit fortgeschritten ist. Das ist im allgemeinen nach ungefähr 10~⁴ Sekunden der Fall. Natürlich kann die Entladung auch durch Zündimpulse wieder gezündet werden, die ausgelöst werden, wenn die Spannung am Behandlungsgefäß mindestens so hoch liegt wie die Brennspannung der Glimmentladung. Auch hier kann der Impuls für die Auslösung des Schalters verzögert werden, so daß der Lichtbogen noch für kurze Zeit brennt.

An weiteren Beispielen sei die Möglichkeit genannt, als Schalter, der durch eine beim LTmschlag der Glimmentladung sich ändernde physikalische Größe gesteuert wird, eine Schaltfunkenstrecke nach Marx zu verwenden, bei der eine Lichtbogenstrecke mit Preßluft ausgeblasen wird, und endlich die Möglichkeit, für kurze Zeit parallel zum Behandlungsgefäß einen Kurzschluß aufrechtzuerhalten, der ebenfalls die Brennspannung am Behandlungsgefäß für kurze Zeit so weit absinken läßt, daß der Lichtbogen erlischt.

Claims (4)

PaTENTANSPBÜCHE;

1. Verfahren zum Betreiben stromstarker Glimmentladungen in Entladungsgefäßen, insbesondere zur Behandlung von in das Entladungsgefäß eingebrachten Körpern, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Umschlag der Glimmentladung in einen Lichtbogen auftretende Änderung bestimmter physikalischer Größen, z. B. der Spannung, der Stromstärke, der magnetischen Feldstärke oder der Temperatur, zur Auslösung eines Schaltorgans benutzt wird, das die Spannung am Behandlungsgefäß so steuert, daß der Lichtbogen gelöscht und die Glimmentladung nach der Entionisation der Durchschlagstrecke oder nach einer gewissen Teilentionisation selbsttätig wieder gezündet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die beim Umschlag in den Lichtbogen sich ändernde Brennspannung dazu benutzt wird, das Gitterpotential eines gittergesteuerten Gleichrichters so zu steuern, daß die Gleichspannungsversorgung nach dem Umschlag für kurze Zeit unterbrochen wird oder einen unterhalb der Brennspannung des Behandlungsgefäßes liegenden Spannungswert liefert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beim L^mschlag in den Lichtbogen sich ändernde Brennspannung dazu benutzt wird, über ein Schaltelement einen parallel zum Behandlungsgefäß liegenden Kondensator nach dem L^Tmschlag für kurze Zeit an die Entladungsstrecke anzulegen, so daß die Spannung am Behandlungsgefäß kurzzeitig unter die Brennspannung sinkt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschung des Lichtbogens nach Eintritt des Umschlags verzögert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 624 093.

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