DE1232433B

DE1232433B - Process for operating an electrical glow discharge and discharge vessel for this purpose

Info

Publication number: DE1232433B
Application number: DEE13802A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Berghaus; Hans Bucek
Original assignee: Elektrophysikalische Anstalt Bernhard Berghaus
Current assignee: Elektrophysikalische Anstalt Bernhard Berghaus
Priority date: 1956-03-12
Filing date: 1957-03-11
Publication date: 1967-01-12
Also published as: GB854989A; BE555721A; FR71424E; CH355537A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

C23cC23c

Deutsche Kl.: 48 b-15/00 German class: 48 b -15/00

Nummer: 1232433Number: 1232433

Aktenzeichen: E13802 VIII d/48 bFile number: E13802 VIII d / 48 b

Anmeldetag: 11. März 1957 Filing date: March 11, 1957

Auslegetag: 12. Januar 1967Opened on: January 12, 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Glimmentladung in einem Entladungsgefäß zur Durchführung metallurgischer, chemischer oder sonstiger technischer Prozesse, welches den Schutz vorbestimmter, innerhalb des Entladungsgefäßes angeordneter spannungführender Bauteile vor der Einwirkung einer Glimmentladung bezweckt, und ein Entladungsgefäß zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for operating an electrical glow discharge in a discharge vessel to carry out metallurgical, chemical or other technical processes, which the protection of predetermined, arranged within the discharge vessel voltage-carrying Components intended to be exposed to a glow discharge, and a discharge vessel for implementation of the procedure.

Beim Betrieb von Glimmentladungen in einem Unterdruckgefäß zum Zweck der Durchführung von metallurgischen, chemischen oder sonstigen technischen Prozessen werden vorwiegend metallische Entladungsgefäße verwendet, da solche Prozesse immer eine erhöhte Temperatur des Behandlungsgutes erforderlich machen. Bei elektrischen Glimmentladungen dieser Art liegt am Behandlungsgut, also beispielsweise an dem an seiner Oberfläche zu veredelnden metallischen Werkstück, dauernd oder wenigstens zeitweise eine negative Spannung, damit die wirksame kathodische Glimmentladung die am Prozeß beteiligten Flächen des Werkstücks möglichst vollständig überzieht. Die hierfür erforderliche Zufuhr elektrischer Energie zum Behandlungsgut erfolgt üblicherweise über eine oder mehrere in der metallischen Gefäßwandung eingebaute Stromdurchführungen mit einem isolierten Innenleiter, der bei Gleichstrombetrieb dauernd und bei Wechselstrombetrieb zeitweise kathodisches Potential gegen seine Umgebung führt.When operating glow discharges in a vacuum vessel for the purpose of carrying out Metallurgical, chemical or other technical processes are predominantly metallic Discharge vessels are used because such processes always involve an increased temperature of the material to be treated make necessary. In the case of electrical glow discharges of this type, the item to be treated For example, on the metallic workpiece to be refined on its surface, permanently or at least temporarily a negative voltage, so that the effective cathodic glow discharge reaches the am Process involved surfaces of the workpiece covered as completely as possible. The feed required for this electrical energy to the item to be treated is usually carried out via one or more in the metallic vessel wall built-in power feedthroughs with an insulated inner conductor, the Direct current operation continuously and with alternating current operation at times cathodic potential against his Environment leads.

Beim Betrieb derartiger Entladungsgefäße ist die bekannte Schwierigkeit aufgetreten, daß sich nicht nur das Behandlungsgut, sondern auch alle anderen, kathodisches Potential aufweisenden Metallteile, also auch der Innenleiter der Stromdurchführung, mit einer Glimmhaut überziehen und somit am Entladungsprozeß teilnehmen. Hierdurch entstehen einerseits unnötige Erwärmungen und Energieverluste an den betreffenden Teilen, etwa an Halterungen für das Behandlungsgut, andererseits aber auch zerstörend wirkende Reaktionen besonders an den Stromdurchführungen, besonders bei den Berührungsstellen Innenleiter—Isoliermaterial im Gefäßinnenraum. Diese bekannte, die Lebensdauer solcher Stromdurchführungen stark vermindernder Erscheinung hat dazu geführt, daß als Schutzmaßnahme ein System enger Spalte zwischen Innenleiter und Isolator verwendet wird, um die am Grunde des Spaltsystems gelegene Berührungsstelle Innenleiter—Isolator vor dem Angriff der zerstörenden Glimmentladung zu schützen, da erfahrungsgemäß in einem genügend engen Spalt eine Glimmentladung stark behindert Verfahren zum Betrieb einer elektrischen
Glimmentladung und Entladungsgefäß hierfürIn the operation of such discharge vessels, the known problem has arisen that not only the material to be treated but also all other metal parts having cathodic potential, including the inner conductor of the current feedthrough, are covered with a glowing membrane and thus take part in the discharge process. This results in unnecessary heating and energy losses on the parts concerned, for example on holders for the items to be treated, and on the other hand, reactions that have a destructive effect, especially at the electrical feedthroughs, especially at the contact points between the inner conductor and the insulating material in the interior of the vessel. This known phenomenon, which greatly reduces the service life of such current feedthroughs, has led to the use of a system of narrow gaps between the inner conductor and the insulator as a protective measure to protect the inner conductor-insulator contact point at the bottom of the gap system from attack by the destructive glow discharge, as experience has shown in a sufficiently narrow gap a glow discharge severely impedes the process of operating an electrical
Glow discharge and discharge vessel therefor

Anmelder:Applicant:

Elektrophysikalische Anstalt Bernhard Berghaus, Vaduz (Liechtenstein)Electrophysical Institute Bernhard Berghaus, Vaduz (Liechtenstein)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Phys. G. Liedl, Patentanwalt,Dipl.-Phys. G. Liedl, patent attorney,

München 22, Steinsdorfstr. 22Munich 22, Steinsdorfstr. 22nd

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Bernhard Berghaus,Bernhard Berghaus,

Hans Bucek, Zürich (Schweiz)Hans Bucek, Zurich (Switzerland)

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 12. März 1956 (30 929),
vom 20. August 1956 (36 662)Claimed priority:
Switzerland of March 12, 1956 (30 929),
dated August 20, 1956 (36 662)

oder vollständig unterdrückt wird. Der günstige Einfluß solcher Spaltsysteme hat zu verschiedenen, meist ziemlich komplizierten Konstruktionen von isolierten Stromdurchführungen geführt, bei welchen zwischen dem Innenleiter einerseits und dem Isolator bzw. eventuell vorhandenen mit der Isolatorhalterung und dem Gehäuse verbundenen Metallteilen andererseits enge Schutzspalte vorgesehen sind.or completely suppressed. The favorable influence of such cleavage systems has to be different, mostly rather complicated constructions of isolated power feedthroughs, in which between the inner conductor on the one hand and the insulator or any existing one with the insulator holder and metal parts connected to the housing, on the other hand, narrow guard gaps are provided.

Die Verwendung von Schutzspalten um den Innenleiter der isolierten Stromdurchführungen stellt das bisher einzig bekannte Mittel dar, um die zerstörend wirkende Glimmentladung von den empfindlichen Stellen der Stromdurchführung fernzuhalten. Derartige Stromdurchführungen haben sich auch durchaus bewährt, insbesondere beim Betrieb von Entladungsgefäßen mit einem Gasdruck von einigen Millimetern Hg. Es tritt aber häufig der Fall ein, daß bei Glimmentladungsprozessen eine relativ hohe Temperatur, beispielsweise über 500° C, des Behandlungsgutes erwünscht und eine dementsprechend hohe Energiezufuhr erforderlich ist. Würde man hierbei mit kleineren Gasdrücken unter 1 mm Hg arbeiten, so wäre eine relativ hohe Betriebsspannung von weit über 1000 Volt nötig, was wegen der Isolationsschwierigkeiten und der komplizierten Stromversorgungsanlagen unzweckmäßig wäre. Infolge-The use of protective gaps around the inner conductor of the insulated power feedthroughs provides this is the only known means to remove the destructive glow discharge from the sensitive ones Keep away from the electrical feed-through. Such power feedthroughs have also Tried and tested, especially when operating discharge vessels with a gas pressure of a few Millimeters Hg. It often happens, however, that in glow discharge processes a relatively high Temperature, for example above 500 ° C, of the items to be treated is desired and one accordingly high energy input is required. If you were to use smaller gas pressures below 1 mm Hg work, a relatively high operating voltage of well over 1000 volts would be necessary, which is because of the insulation difficulties and the complicated power supply systems would be inexpedient. As a result-

609 757/346609 757/346

dessen ist es vorteilhafter, mit höherem Druck, etwa zwischen 5 und 20 Hg und darüber zu arbeiten, da hierbei die viel größere Entladungsstromdichte bereits bei viel kleineren Betriebsspannungen, beispielsweise zwischen 400 und 1000 Volt, die Auf- S heizung des Behandlungsgutes auf Temperaturen bis zu 1000° C und darüber ermöglicht.it is more advantageous to work with a higher pressure, for example between 5 and 20 Hg and above here the much greater discharge current density even at much lower operating voltages, for example between 400 and 1000 volts, the heating of the items to be treated to temperatures of up to up to 1000 ° C and above.

Bei Gasdrücken über z. B. 5 mm Hg verliert das Schutzspaltsystem aber wesentlich an Wirksamkeit, denn bereits bei einem Gasdruck von 10 mm Hg kann ein Spalt von 0,5 mm Breite das Eindringen von Glimmentladungen nicht mehr merklich hindern, und die Verringerung der Spaltbreite führt zu konstruktiven und betrieblichen Schwierigkeiten. Zwar wurden Stromdurchführungen geschaffen, bei welchen durch besondere Zentrierungsmaßnahmen noch Spaltsysteme von 0,2 mm Breite betriebssicher beherrscht werden, jedoch kann auch mit derartig engen Spalten das Eindringen schädlicher Glimmentladungen bei Drücken über etwa 5 mm Hg nicht völlig verhindert werden. Somit besteht im Druckbereich über etwa 1 mm Hg ein Bedürfnis nach anderen geeigneten Maßnahmen, um die Stromdurchführungen vor den zerstörend wirkenden energiereichen Glimmentladungen zu schützen.At gas pressures above z. B. 5 mm Hg, however, the protective gap system loses significantly in effectiveness, because already at a gas pressure of 10 mm Hg a gap of 0.5 mm width can penetrate of glow discharges no longer noticeably prevent, and the reduction in the gap width leads to constructive and operational difficulties. It is true that power feedthroughs were created at which, thanks to special centering measures, are still 0.2 mm wide gap systems that are operationally reliable can be controlled, but the penetration of harmful glow discharges can also occur with such narrow gaps cannot be completely prevented at pressures above about 5 mm Hg. Thus there is in the pressure area above about 1 mm Hg there is a need for other suitable measures to the electrical feedthroughs to protect against the destructive energy-rich glow discharges.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so zu führen, daß es gelingt, die unerwünschten Glimmentladungen besonders an den Stromdurchführungen weitgehend zu vermeiden. Es wird hierbei eine wenigstens teilweise Aufteilung des Energieumsatzes in der Glimmentladung verwirklicht, bei welcher der größte Teil der Energie an den am Prozeß beteiligten Flächen frei wird, während gleichzeitig die anderen spannungführenden kathodischen Metallteile, insbesondere die an den Stromdurchführungen befindlichen, mehr oder weniger stark entlastet werden.The invention is based on the object of carrying out the method mentioned at the outset in such a way that it succeeds in largely eliminating the undesired glow discharges, particularly at the electrical feedthroughs avoid. There is an at least partial division of the energy conversion in the glow discharge realized in which most of the energy is released on the surfaces involved in the process is, while at the same time the other live cathodic metal parts, especially the located at the power feedthroughs, are relieved to a greater or lesser extent.

Das genannte Verfahren wird in der Weise durchgeführt, daß erfindungsgemäß die Betriebsspannung U der Glimmentladung und der Druck ρ im Entladungsgefäß abhängig voneinander derart gesteuert und/oder eingestellt werden, daß die Spannung U bei jedem Druckwerte gegenüber einer p_x zuordenbaren und in ihrer Höhe von p_x abhängigen Spannung U_x, bei deren Unterschreitung sich die Glimmentladung bei Konstanthaltung von p_x in ihrer Flächenausdehnung einzuschränken beginnt und sich hierbei jeweils von den Flächenteilen zurückzieht, auf denen jeweils die Strompfade niedrigster Stromdichte enden, mindestens um so viel niedriger liegt, daß die Glimmentladung in ihrer Flächenausdehnung höchstens bis an vor der Einwirkung einer Glimmentladung zu schützende spannungführende Bauteile heranreicht, und höchstens um so viel niedriger liegt, daß die Glimmentladung in ihrer Flächenausdehnung mindestens die am Prozeß beteiligten Flächen bedeckt. Said method is carried out in such a way that, according to the invention, the operating voltage U of the glow discharge and the pressure ρ in the discharge vessel are controlled and / or adjusted as a function of one another in such a way that the voltage U at each pressure value can be assigned to a p _x and its level is equal to p _x- dependent voltage U _x , below which the glow discharge begins to restrict its surface area while keeping p _x constant and thereby withdraws from the surface parts on which the current paths of the lowest current density end, at least so much lower that the glow discharge is at least so much lower its surface extension reaches at most up to live components to be protected from the action of a glow discharge, and is at most so much lower that the surface extension of the glow discharge covers at least the surfaces involved in the process.

Vorzugsweise werden dabei die Spannung U und der Druck ρ derart eingestellt, daß die an den Prozeßflächen wirksame Energiedichte höher als 0,3 W/cm² liegt und daß der Energieumsatz im Entladungsgefäß höher als 1000 W liegt.The voltage U and the pressure ρ are preferably set in such a way that the energy density effective at the process surfaces is higher than 0.3 W / cm ² and that the energy conversion in the discharge vessel is higher than 1000 W.

Bei geforderter konstanter Energiedichte sind dabei zur Beeinflussung der Flächenausdehnung der Glimmentladung die Spannung U und der Druck ρ derart gegensinnig zu steuern, daß die zugeführte elektrische Leistung sich zumindestens annähernd im gleichen Maße wie die Flächenausdehnung ändert, wobei die gegensinnige Steuerung zur Verringerung der Flächenausdehnung im Sinne einer Spannungsverringerung und Druckerhöhung und zur Vergrößerung der Flächenausdehnung im Sinne einer Spannungserhöhung und Druckverringerung erfolgt. Diese gegensinnige Steuerung von Spannung und Druck erfolgt bei einer Beeinflussung der Flächenausdehnung, bei der sich die von der Glimmentladung bedeckte Gesamtfläche verhältnismäßig nur geringfügig ändert, vorzugsweise derart, daß die zugeführte Leistung konstant gehalten wird. If constant energy density is required, the voltage U and the pressure ρ must be controlled in opposite directions in order to influence the surface area of the glow discharge in such a way that the electrical power supplied changes at least approximately to the same extent as the surface area, with the opposite control for reducing the surface area in the sense a tension reduction and pressure increase and to enlarge the surface area in the sense of a tension increase and pressure reduction takes place. This opposite control of voltage and pressure takes place when the surface area is influenced, in which the total area covered by the glow discharge changes only slightly, preferably in such a way that the power supplied is kept constant.

Zur Durchführung dieses Verfahrens ist ein Entladungsgefäß mit einer derartigen Anordnung und Bemessung aller innerhalb des Entladungsgefäßes befindlichen spannungsführenden Bauteile einschließlich der Elektroden bildenden Prozeßflächen sowie zugeordneter Gegenelektroden zu verwenden, daß einerseits die Strompfade höchster Stromdichte auf den Prozeßflächen enden und die auf den vor der Einwirkung einer Glimmentladung zu schützenden Bauteilen endenden Strompfade eine niedrigere, und zwar vorzugsweise wesentlich niedrigere Stromdichte aufweisen, und daß andererseits bei vorausgesetzt gleichem Strom in jedem Strompfad die Zahl der auf den Prozeßflächen endenden Strompfade größer und zwar vorzugsweise wesentlich größer als die Zahl der auf allen übrigen spannungführenden Bauteilen endenden Strompfade ist. Vorzugsweise soll ein solches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verwendendes Entladungsgefäß einen derartigen Aufbau und eine derartige Bemessung haben, daß die Stromdichte, ausgehend von den Prozeßflächen in Richtung der vor der Einwirkung einer Glimmentladung zu schützenden Bauteile ständig abnimmt und demgemäß auf den vor der Einwirkung einer Glimmentladung zu schützenden Bauteilen die Strompfade niedrigster Stromdichte enden. Weiterhin soll bei einem solchen Entladungsgefäß vorzugsweise die Stromdichte auf den Prozeßflächen mindestens annähernd konstant sein. Besonders zweckmäßig sind Entladungsgefäße mit einem derartigen Aufbau und einer derartigen Bemessung, daß die Stromdichte auf den Zuführungsleitungen zu den Elektroden bildenden Prozeßflächen und zu den diesen zugeordneten Gegenelektroden schon an den Verbindungsstellen Zuführungsleitung—Elektrode wesentlich niedriger als die Stromdichte auf den Prozeßflächen ist.A discharge vessel with such an arrangement and Dimensioning of all live components located inside the discharge vessel, including of the electrodes forming process surfaces as well as associated counter electrodes to use that on the one hand, the current paths of the highest current density end on the process surfaces and those on the before Exposure to a glow discharge to protected components end current paths a lower, and although preferably have a significantly lower current density, and that on the other hand, provided the same current in each current path, the number of current paths ending on the process surfaces is greater and greater although preferably much larger than the number of those ending on all other live components Current paths is. Preferably one should be used to carry out the method according to the invention The discharge vessel to be used has such a structure and such a dimension that the current density, starting from the process surfaces in the direction of before the action of a glow discharge components to be protected is constantly decreasing and accordingly on the before the action of a Glow discharge to the components to be protected, the current paths of the lowest current density end. Furthermore should in the case of such a discharge vessel, the current density on the process surfaces is preferably at least approximately be constant. Discharge vessels with such a structure and are particularly expedient of such a dimension that the current density forms on the supply lines to the electrodes Process surfaces and to the counter-electrodes assigned to them already at the connection points Lead wire - electrode much lower than the current density on the process surfaces.

Als konstruktive Regel für den Aufbau eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Entladungsgefäßes, das mit größtenteils aus Metall bestehenden Wandungen, wenigstens einer isolierenden Stromdurchführung und mindestens einer weiteren Spannungszuleitung, mit Haltegliedern für das Behandlungsgut und mit Gegenelektroden versehen ist, ist zu beachten, daß vorzugsweise eine derartige Anordnung der den Prozeßflächen zugeordneten Gegenelektroden zu wählen ist, daß deren Kapazität zu den Prozeßflächen größer als die Paralielkapazität ist, die sich bei Abzug dieser Kapazität zu den Prozeßflächen von der zwischen den beiden Stromeinführungen liegenden Gesamtkapazität ergibt und von Elektrodenzuführungen, Halterungen und anderen spannungführenden Bauteilen gegeneinander und gegen die Entladungsgefäßwandung sowie von Elektrodenflächen gegen die Entladungsgefäßwandung gebildet wird. Vorzugsweise sind dabei die Gegenelektroden so auszubilden, daß sie zwecks Erhöhung der Kapazität zu den Prozeßflächen min-As a constructive rule for the construction of a for the implementation of the method according to the invention suitable discharge vessel, with walls largely made of metal, at least one insulating power feedthrough and at least one further voltage supply line, with holding members for the item to be treated and is provided with counter electrodes, it should be noted that such a The arrangement of the counter-electrodes assigned to the process areas should be chosen so that their capacitance to the process areas is greater than the parallel capacity that increases when this capacity is subtracted the process areas results from the total capacitance lying between the two current inlets and of electrode leads, brackets and other live components against each other and against the discharge vessel wall and from electrode surfaces against the discharge vessel wall is formed. The counter-electrodes are preferably to be designed in such a way that they are used for the purpose of elevation the capacity to the process areas min-

destens teilweise umschließen. Weiterhin ist eine Isolierung des Entladungsgefäßes gegenüber allen stromführenden Zuleitungen zwecks Verringerung der Parallelkapazität sehr vorteilhaft. Es ist ferner zweckmäßig, in unmittelbarer Umgebung des Innenleiters der Stromdurchführungen zwecks Verringerung der Parallelkapazitäten metallische Abschirmungen vorzusehen. Besonders vorteilhaft ist es, das Entladungsgefäß in mindestens zwei voneinander isolierte Teileat least partially enclose. Furthermore, the discharge vessel is insulated from all current-carrying ones Feed lines are very advantageous for the purpose of reducing the parallel capacitance. It is also useful in the immediate vicinity of the inner conductor of the current feedthroughs in order to reduce the Metallic shielding is to be provided for parallel capacitances. It is particularly advantageous if the discharge vessel into at least two separate parts

Aufrechterhaltung der Glimmentladung gerade noch möglich ist, nämlich die Temperatur, bei der von 100 Ionen gerade noch so viele Elektronen an der Kathode ausgelöst werden können, daß diese auf dem Wege zur Anode gerade wieder 100 Ionen erzeugen. Sinkt die Temperatur der Kathode unter diesen Grenzwert, dann erlischt die Glimmentladung. Andererseits gibt es aber auch eine Grenzspannung, bei deren Unterschreiten die Glimmentladung ausMaintaining the glow discharge is just possible, namely the temperature at which of 100 ions just as many electrons can be released at the cathode that they are on generate 100 ions again on the way to the anode. If the temperature of the cathode falls below this Limit value, then the glow discharge is extinguished. On the other hand, there is also a limit voltage, when it falls below this, the glow discharge is released

derart aufzuteilen, daß Stromdurchführungen an von- io dem Grunde erlischt, weil dann die Energie der Ionento be divided in such a way that current feedthroughs are extinguished for the reason, because then the energy of the ions

einander isolierten Teilen befestigt sind.insulated parts are attached to each other.

Die Erfindung ist nachstehend in einigen Ausführungsbeispielen an Hand der F i g. 1 bis 8 näher erläutert. Hiervon zeigtThe invention is illustrated below in some exemplary embodiments with reference to FIGS. 1 to 8 explained in more detail. This shows

im Mittel nicht mehr ausreichend ist, um an der Kathode die zur Aufrechterhaltung der Glimmentladung notwendige Anzahl von Elektronen auszulösen. Grenzspannung und Grenztemperatur sind wie-on average is no longer sufficient to maintain the glow discharge at the cathode to trigger the necessary number of electrons. Limit voltage and limit temperature are again

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungs- 15 derum voneinander abhängig, weil die notwendige beispiel eines Entladungsgefäßes in schematischer Energie zur Auslösung der erforderlichen Elektronen-Wiedergabe, zahl und damit die Grenzspannung um so geringerF i g. 1 shows a longitudinal section through an embodiment, which depends on one another because the necessary example of a discharge vessel in schematic energy to trigger the required electron reproduction, number and thus the limit voltage all the lower

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Entladungs- ist, je höher die Temperatur der Kathode ist, undFig. 2 is a cross section through the discharge, the higher the temperature of the cathode, and

gefäß nach Fig. 1 längs der Linie A-A, umgekehrt die Grenztemperatur um so niedrigervessel according to Fig. 1 along the line AA, conversely, the lower the limit temperature

F i g. 3 und 4 je einen Längsschnitt durch die 20 liegt, je höher die zur Auslösung der erforderlichenF i g. 3 and 4 each have a longitudinal section through the 20, the higher the required to trigger the

Elektronenzahl zur Verfügung stehende Energie, alsoNumber of electrons available energy, so

kathodische Stromdurchführung des Entladungsgefäßes nach F i g. 1, cathodic current feedthrough of the discharge vessel according to FIG. 1,

Fi g. 5 und 6 je eine Darstellung der kathodischen Stromdurchführung des Entladungsgefäßes nach F i g. 1 in zwei Betriebszuständen,Fi g. 5 and 6 each show a representation of the cathodic current feedthrough of the discharge vessel according to FIG F i g. 1 in two operating states,

F i g. 7 und 8 je ein weiteres Ausführungsbeispiel von Entladungsgefäßen.F i g. 7 and 8 each show a further exemplary embodiment of discharge vessels.

Das vorliegende Verfahren bezieht sich, wie bereits erwähnt, auf großtechnische Glimmentladungsprozesse, die am jeweiligen Behandlungsgut bei Tem- peraturen von 300° C und mehr durchgeführt werden. Da das Behandlungsgut dabei mindestens zeit-As already mentioned, the present method relates to large-scale glow discharge processes that are carried out on the respective item to be treated at temperatures of 300 ° C and more can be carried out. Since the item to be treated is at least

je höher die Spannung ist.the higher the tension.

Man erniedrigt also mit jeder Verringerung der zwischen den Elektroden der Glimmentladungsstrecke liegenden Spannung U um Δ U gleichzeitig die Kathodentemperatur T um AT, und da die Grenzspannung U_grenz mit sinkender Kathodentemperatur ansteigt, erhöht man damit gleichzeitig die Grenzspannung um Δ U_grenz. Each time the voltage U between the electrodes of the glow discharge _{path is reduced} by Δ U, the cathode temperature T is simultaneously lowered by AT, and since the limit voltage U limit increases with decreasing cathode temperature, the limit voltage is increased by Δ U _limit at the same time .

Solange die Elektrodenspannung U die Grenzspannung U_grenz noch nicht erreicht hat, läßt sie sich noch verringern. Beim letzten Schritt dieser ElektrodenHas as long as the electrode voltage U _limit the limit voltage U not reached, they can still be reduced. At the last step of these electrodes

weise als Kathode geschaltet ist, weist also die Ka- Spannungsverringerung übersteigt die infolge dieser thode bei solchen großtechnischen Glimmentladungs- Verringerung steigende Grenzspannung die Elekprozessen Temperaturen von 300° C und mehr auf. 35 trodenspannung, und die Glimmentladung bricht ab.is connected wisely as a cathode, so the Ka- voltage reduction exceeds that as a result of this method with such large-scale glow discharge reduction, increasing limit voltage, the electrical processes Temperatures of 300 ° C and more. 35 electrode voltage, and the glow discharge breaks off.

Infolge dieser hohen Temperatur der Kathode ist Das bedeutet aber, daß die Funktion U = f (J) mitAs a result of this high temperature of the cathode This means that the function U = f (J) with

die von einer bestimmten Anzahl Ionen beim Auf- einer Spannungserniedrigung abbricht, daß also die prall derselben auf die Kathode ausgelöste Zahl von Steigung dieser Funktion U — f(J) am Punkt des AbElektronen erheblich größer als z.B. bei Raum- braches bzw. des Erlöschens der Glimmentladung temperatur, und diese Tatsache schafft überhaupt erst 40 noch nicht gleich Null ist. Kurz vor dem Erlöschen die Möglichkeit, großtechnische Glimmentladungs- beginnt sich die Glimmentladung in ihrer Flächenprozesse mit einer relativ hohen spezifischen Energie- ausdehnung einzuschränken und zieht sich hierbei jedichte der Glimmentladung zu betreiben, weil zur weils von den Flächenteilen zurück, auf denen jeweils Erzielung einer hohen Energiedichte der Glimm- die Strompfade niedrigster Stromdichte enden, und entladung notwendigerweise der Gasdruck im Ent- 45 die dementsprechend die niedrigste Temperatur und ladungsgefäß auf Werte gesteigert werden muß, bei damit die höchste Grenzspannung haben, denen bei kalter Kathode eine Glimmentladung nicht In diesem Punkt liegt also der wesentliche Untermehr aufrechtzuerhalten wäre, wenn man vermeiden schied zwischen dem Effekt, der die Grundlage des will, die Betriebsspannung auf unpraktische hohe erfindungsgemäßen Verfahrens bildet, und dem all-Werte von ein oder mehreren Kilovolt steigern zu 50 gemein bekannten Effekt, der im Bereich des normüssen. which breaks off from a certain number of ions when the voltage drops, so that the number of slope of this function U - f (J) triggered by the same impact on the cathode at the point of the A electron is considerably greater than, for example, in the case of space fallow or the extinction of the Glow discharge temperature, and this fact only creates 40 is not yet zero. Shortly before the extinction of the possibility of large-scale glow discharge, the glow discharge begins to restrict its surface processes with a relatively high specific energy expansion and thereby withdraws every density of the glow discharge, because for the time being from the surface parts on which a high level is achieved Energy density of the glow - the current paths of the lowest current density end, and the gas pressure in the discharge necessarily discharges, which accordingly the lowest temperature and charge vessel must be increased to values at which the highest limit voltage has the highest limit voltage, where a glow discharge does not lie at this point when the cathode is cold So the essential lower more would be to be maintained if one differentiated between the effect, which is the basis of the, the operating voltage on impractical high method according to the invention, and the all-values of one or more kilovolts increase to 50 common known effect, which in the area I have to do the norm.

Würde man nun bei einem solchen großtechnischen Glimmentladungsprozeß, ausgehend von den zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Arbeitstemperatur notwendigen Werten der Spannung über der Entladungsstrecke und des Druckes im Entladungsgefäß unter Konstanthaltung des Druckes die Spannung verringern, dann würde auch der Strom der Entladungsstrecke und damit die Ionendichte an der Kathode und damit wiederum die Temperatur der Kathode sinken.If one would now with such a large-scale glow discharge process, starting from the for Maintaining a certain working temperature necessary values of the voltage across the discharge path and the pressure in the discharge vessel, while keeping the pressure constant, the voltage then the current of the discharge path and thus the ion density at the cathode would also decrease and thus, in turn, the temperature of the cathode will drop.

Da nun, wie oben schon erläutert, bei den notwendigen Druckwerten bei kalter Kathode eine Glimmentladung nicht mehr aufrechtzuerhalten wäre,As already explained above, with the necessary pressure values when the cathode is cold, a Glow discharge could no longer be sustained,

muß bei der Durchführung eines solchen Versuches, 65 Grenzspannung erreicht hat und konstant bleibt, also einer ständigen Verringerung der Spannung b) Bei Beginn der Einschränkung der FlächenausWhen performing such an experiment, 65 must have reached the limit voltage and remain constant, that is, a constant reduction in tension b) At the beginning of the restriction of the areas

malen Kathodenfalles der Strom-Spannungs-Kennlinien stromschwacher Glimmentladungen auftritt und der eine dem Strom proportionale Bedeckung der Kathode bei konstanter Spannung bewirkt.paint cathode fall of the current-voltage characteristics of low-current glow discharges occurs and which effects a coverage of the cathode proportional to the current at constant voltage.

Dieser Unterschied soll noch einmal klar hervorgehoben werden:This difference should be emphasized again clearly:

1. Bekannter Effekt1. Known effect

a) Die Flächenausdehnung der Glimmentladung beginnt sich erst dann einzuschränken, wenn die Elektrodenspannung vom anomalen Kathodenfall in den normalen Kathodenfall übergeht, also von dem Punkt ab, wo die Elektrodenspannung die konstantea) The area of the glow discharge begins to be restricted only when the Electrode voltage changes from the abnormal cathode fall to the normal cathode fall, i.e. from the Point from where the electrode voltage is constant

unter Konstanthaltung des Druckes, eine Grenztemperatur der Kathode erreicht werden, bei der diewhile keeping the pressure constant, a limit temperature of the cathode can be reached at which the

dehnung der Glimmentladung ist die Steigung der Strom-Spannungs-Kennlinie U = f(J) gleich Null.elongation of the glow discharge, the slope of the current-voltage characteristic U = f (J) equals zero.

Ursachen des bekannten EffektesCauses of the known effect

Die Grenzspannung ist bei stromschwachen Glimmentladungen konstant, weil die Kathodentemperatur infolge der geringen Intensität der Glimmentladung konstant ist, und zwar etwa gleich der Umgebungstemperatur. Man spricht in diesem Zusammenhang von einer kalten Kathode bei der Glimmentladung.The limit voltage is constant in the case of low-current glow discharges because the cathode temperature due to the low intensity of the glow discharge is constant, about the same as the ambient temperature. In this context, one speaks of a cold cathode in the glow discharge.

Die Grenzspannung ist also unabhängig von Stromoder Spannungsänderungen (zumindest im gesamten Bereich des normalen und im Anfangsbereich des anomalen Kathodenfalles) weil der geringe Strom keine Temperaturänderung der Kathode verursacht.The limit voltage is therefore independent of current or voltage changes (at least in the whole Area of normal and in the initial area of abnormal cathode drop) because of the low current does not cause a change in temperature of the cathode.

Die Elektrodenspannung erreicht die Grenzspannung beim Übergang vom anomalen in den normalen Kathodenfall. Da die Grenzspannung stromunabhängig ist, kann von diesem Übergangspunkt ab bei Aufrechterhaltung der gleichen Elektrodenspannung der Strom verringert werden, ohne daß die Glimmentladung erlischt. Da aber die Elektrodenspannung in diesem Bereich gleich der Grenzspannung ist, besteht zwischen der Zahl der ständig auf die Kathode abfließenden und der ständig erzeugten Ionen ein labiles Gleichgewicht. Bei Verringerung des Stromes, also der Zahl der zugeführten Elektronen, sinkt die Zahl der erzeugten Ionen, und wegen des labilen Gleichgewichtes in gleichem Maße die Zahl der auf die Kathode abfließenden Ionen, so daß sich die Bedeckung der Kathode proportional dem Strom verringern muß.The electrode voltage reaches the limit voltage in the transition from abnormal to normal Cathode fall. Since the limit voltage is independent of the current, it can be maintained from this transition point onwards the same electrode voltage reduces the current without causing the glow discharge goes out. However, since the electrode voltage in this area is equal to the limit voltage, there is there is an unstable between the number of ions that are constantly flowing off onto the cathode and the number of ions that are constantly generated Balance. When the current is reduced, i.e. the number of electrons supplied, the Number of ions produced, and because of the unstable equilibrium in the same measure the number of ions Ions draining off the cathode, so that the coverage of the cathode is reduced proportionally to the current got to.

2. Grundlagen des erfindungsgemäßen Verfahrens
bildender Effekt2. Basics of the method according to the invention
forming effect

a) Die Flächenausdehnung der Glimmentladung beginnt sich dann einzuschränken, wenn an irgendeinem die Elektrodenspannung führenden Flächenteil die Temperatur so weit abgesunken ist, daß die mit der absinkenden Temperatur ansteigende Grenzspannung an diesem Flächenteil die Elektrodenspannung überschreitet.a) The surface area of the glow discharge begins to be restricted, if at any one the electrode voltage leading surface part the temperature has dropped so far that the with the falling temperature, the limit voltage on this part of the surface increases, the electrode voltage exceeds.

Vom Beginn der Einschränkung der Flächenausdehnung der Glimmentladung ab kann man die Elektrodenspannung noch weiter senken, und zwar bis an allen Flächenteilen die Temperatur so weit abgesunken ist, daß die mit der absinkenden Temperatur ansteigende Grenzspannung an allen diesen Flächenteilen die Elektrodenspannung überschritten hat.The electrode voltage can be determined from the beginning of the restriction of the surface area of the glow discharge Lower it even further, until the temperature has dropped so far on all parts of the surface is that the limit voltage increases with the decreasing temperature on all these surface parts has exceeded the electrode voltage.

b) Bei Beginn der Einschränkung der Flächenausdehnung der Glimmentladung ist daher die Steigung der Strom-Spannungs-Kennlinie £/ = /(/) ungleich Null.b) At the beginning of the restriction of the surface area of the glow discharge is therefore the slope the current-voltage characteristic £ / = / (/) unequal Zero.

Ursachen des neuartigen EffektesCauses of the novel effect

Die Grenzspannung ist bei stromstarken Glimmentladungen nicht konstant, weil die Kathodentemperatur infolge der hohen Intensität der Glimmentladung vom Strom abhängig ist.In the case of high-current glow discharges, the limit voltage is not constant because the cathode temperature is dependent on the current due to the high intensity of the glow discharge.

Die Grenzspannung ist demzufolge abhängig vom Strom und damit auch von der Elektrodenspannung, weil eine Änderung der Elektrodenspannung eine Stromänderung und damit auch eine Temperaturänderung der Kathode verursacht.The limit voltage is therefore dependent on the current and thus also on the electrode voltage, because a change in the electrode voltage is a change in current and thus also a change in temperature caused by the cathode.

An den die Elektrodenspannung führenden Flächenteilen niedrigster Stromdichte ist die partielle Temperatur am niedrigsten, daher die partielle Grenzspannung am höchsten. Bei Verringerung der Elektrodenspannung unter diese partielle Grenzspannung zieht sich die Glimmentladung von diesen Flächenteilen zurück.The partial current density is at the surface parts carrying the electrode voltage with the lowest current density Temperature lowest, therefore the partial limit stress highest. When the electrode voltage is reduced The glow discharge from these parts of the surface is drawn below this partial limit voltage return.

Wird nun beispielsweise in dem in F i g. 1 schematisch wiedergegebenen Entladungsgefäß 1 aus Metall, mit den beiden isolierten Stromdurchführungen 2 und 3, der Halterung 4 für das an der Oberfläche zu veredelnde Rohr 5 und den Gegenelektroden 6, bei einem Gasdruck von etwa 1 mm Hg über die Spannungsquelle 7 eine Betriebsspannung von etwa 600 V angelegt, so entsteht eine Glimmentladung, welche die sämtlichen kathodischen Bauteile überdeckt, alsoIf now, for example, in the one shown in FIG. 1 schematically reproduced discharge vessel 1 made of metal, with the two isolated power feedthroughs 2 and 3, the bracket 4 for the on the surface refining tube 5 and the counter-electrodes 6, at a gas pressure of about 1 mm Hg over the voltage source 7 an operating voltage of about 600 V is applied, a glow discharge occurs, which which covers all cathodic components, that is

ίο das Werkstück 5, die Halterung 4 und den Innenleiter 8 der Stromdurchführung 2. Natürlich ist bei dieser Betriebsweise die Energiedichte am Werkstück 5 noch relativ gering und höchstens für eine Erwärmung desselben auf 100 bis 200° C atl*- reichend.ίο the workpiece 5, the holder 4 and the inner conductor 8 of the power feedthrough 2. Of course, with this mode of operation, the energy density is on the workpiece 5 still relatively low and at most for heating it to 100 to 200 ° C atl * - reaching.

Soll eine Energiedichte von z. B. 1,5 Watt/cm⁸ und eine Werkstücktemperatur von 500° C erzielt und über längere Dauer aufrechterhalten werden, so kann dies durch eine entsprechende SpannungssteigerungShould an energy density of z. B. 1.5 watts / cm ⁸ and a workpiece temperature of 500 ° C are achieved and maintained over a longer period of time, this can be achieved by a corresponding increase in voltage

ao bewirkt werden. Dabei ergibt sich aber eine Erhöhung der Energiedichte an allen kathodischen Bauteilen, also auch am Innenleiter 8 der Stromdurchführung 2, was höchst unerwünscht ist, da die Abdichtungsmittel an solchen massiven Stromdurchführungen gewöhnlieh vor höheren Temperaturen geschützt werden müssen.ao be effected. However, this results in an increase the energy density on all cathodic components, i.e. also on the inner conductor 8 of the current feedthrough 2, which is highly undesirable since the sealing means on such massive electrical feedthroughs is usually used must be protected from higher temperatures.

Im Bestreben, die energiereiche Glimmentladung möglichst von den Stromdurchführungen fernzuhalten, wurde unter anderem versucht, bei gleichbleibender Anordnung der Teile 3 und 6 das Entladungsgefäß 1 sehr viel höher zu machen und die Halterung 4 über einen dünnen Stab mit dem Innenleiter 8 der dann weit entfernten Stromdurchführung 2 zu verbinden. Bei der Untersuchung derartiger Versuchsanordnungen wurde überraschenderweise entdeckt, daß der lange Verbindungsstab nur zum Teil mit einer Glimmentladung bedeckt und der oberste Teil samt der Stromdurchführung 2 hiervon frei war. Die nur teilweise Bedeckung solcher räumlich sehr ausgedehnten Elektroden mit einer Glimmentladung erwies sich als druckabhängig, und zwar konnte mit steigendem Druck von 1 mm Hg aufwärts eine zunehmende Konzentration der Glimmentladung auf das Rohr 5 und den unmittelbar benachbarten Raumbereich erzielt werden.In an effort to keep the high-energy glow discharge as far away as possible from the current feedthroughs, an attempt was made, among other things, to keep the arrangement of parts 3 and 6 the same as the discharge vessel 1 to make it much higher and the holder 4 to the inner conductor 8 via a thin rod to connect the current feedthrough 2, which is then far away. When investigating such experimental arrangements it was surprisingly discovered that the long connecting rod is only partially with a glow discharge covered and the uppermost part including the current feedthrough 2 was free of it. the only partial coverage of such spatially very extensive electrodes with a glow discharge proved could prove to be pressure-dependent, with increasing pressure from 1 mm Hg upwards Concentration of the glow discharge on the tube 5 and the immediately adjacent space be achieved.

Auf Grund dieser unerwarteten Feststellung kann nun der besagte Effekt dazu ausgenutzt werden, um die hauptsächlich bei hohem Druck im Entladungsgefäß wieder auftretenden Schwierigkeiten mit Bauteilen, die zur Vermeidung von Überschlagen und sonstigen Zerstörungen vor der Einwirkung intensiver Glimmentladungen zu schützen sind, insbesondere die bekannten Schwierigkeiten bei Stromdurchführungen, daß der Isolator nicht mit einer Glimmentladung in Berührung kommen darf, zu beseitigen, und zwar durch eine derartige Steuerung bzw. Einstellung von Elektrodenspannung U und Gasdruck ρ im Entladungsgefäß, daß sich die Glimmentladung von den vor Einwirkung einer Glimmentladung zu schützenden Bauteilen innerhalb des Entladungsgefäßes zurückzieht bzw. diese nicht bedeckt. On the basis of this unexpected finding, the said effect can now be used to prevent the problems that occur again mainly at high pressure in the discharge vessel with components that are to be protected from the effects of intense glow discharges in order to avoid flashovers and other damage, in particular the known difficulties with Eliminate current feedthroughs so that the insulator must not come into contact with a glow discharge, namely by controlling or setting the electrode voltage U and gas pressure ρ in the discharge vessel in such a way that the glow discharge is separated from the components within the to be protected from the effects of a glow discharge The discharge vessel withdraws or does not cover it.

Zu diesem Zweck müssen die Betriebsspannung U der Glimmentladung und der Druck ρ im Entladungsgefäß abhängig voneinander derart gesteuert bzw. eingestellt werden, daß die Spannung U bei jedem Druckwert p_x gegenüber einer p_x zuordenbaren und in ihrer Höhe von p_x abhängigen Spannung U_x, bei deren Unterschreitung sich die Glimmentladung beiFor this purpose, the operating voltage must U of the glow discharge and the pressure ρ in the discharge vessel depends from each other are controlled or set such that the voltage U at each pressure value p _x with respect to a p _x assignable and _x in height from p _x-dependent voltage U, if it falls below this, the glow discharge at

ίοίο

Konstanthaltung von p_x in ihrer Flächenausdehnung einzuschränken beginnt und sich hierbei jeweils von den Flächenteilen zurückzieht, auf denen jeweils die Strompfade niedrigster Stromstärke enden, mindestens um soviel niedriger liegt, daß die Glimmentladung in ihrer Flächenausdehnung höchstens bis an vor der Einwirkung einer Glimmentladung zu schützende spannungsführende Bauteile heranreicht, und höchstens um soviel niedriger liegt, daß dieKeeping p _x constant begins to restrict its surface area and thereby withdraws from the surface parts on which the current paths of the lowest current intensity end, at least so much lower that the surface area of the glow discharge is at most up to the live voltage to be protected from the effect of a glow discharge Components, and is at most so much lower that the

Entladungsgefäß nach gegebenen Regeln die Strompfade und Äquipotentiallinien einzeichnet, wobei die bekannten aus der Theorie der komplexen Transformation stammenden Hauptregeln die Einhaltung der Schnittwinkel und die Abbildungsähnlichkeit sind, die für Orthogonalsysteme, wie sämtliche Potentialströmungen, also auch elektrische Strömungen, besagen, daß sich die Strompfade und Äquipotentiallinien im rechten Winkel schneiden und jeweils mit-Discharge vessel draws the current paths and equipotential lines according to given rules, with the well-known main rules stemming from the theory of complex transformation, compliance the angle of intersection and the similarity of the image are necessary for orthogonal systems, like all potential flows, so also electrical currents, say that the current paths and equipotential lines cut at right angles and

aber wenigstens der Innenleiter 8 der Durchführung 2 ist energiemäßig entlastet. Falls erwünscht, kann die Entlastung auch auf die Halterung 4 ausgedehnt werden.but at least the inner conductor 8 of the bushing 2 is relieved of energy. If desired, the Relief can also be extended to the bracket 4.

Obwohl nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in allen Fällen eine Leistungsaufteilung erzielbar ist, müssen Maßnahmen getroffen werden, um die Entlastung bzw. Energiekonzentration an den jeweils erAlthough a power distribution can be achieved in all cases according to the method according to the invention, Measures must be taken in order to reduce the load or the concentration of energy to the respective he

Glimmentladung in ihrer Flächenausdehnung min- io einander Quadrate oder quadratähnliche Einzelflädestens die am Prozeß beteiligten Flächen bedeckt. chen anschließen. Die sich bei Anwendung dieser Dadurch wird ein Entladungszustand geschaffen, bei Regeln ergebende Dichte der Strompfade ist dann welchem sich die Glimmentladung eben von der ein Maß für die im Entladungsgefäß auftretende Stromdurchführung zurückzuziehen beginnt. Das Be- Stromdichte. Statt des graphischen Verfahrens kann handlungsgut, in F i g. 1 und 2 also das Rohr 5, weist 15 man zur Feststellung der Stromdichte auch das bedann die vorgesehene spezifische Energiedichte auf, kannte experimentelle Verfahren mittels eines elektrolytischen Troges verwenden.Glow discharge in its surface extension is at least squares or individual squares similar to each other covers the surfaces involved in the process. connect. Which when applying this This creates a state of discharge, the density of the current paths resulting from rules is then which the glow discharge differs from a measure of that occurring in the discharge vessel Current feedthrough begins to withdraw. That loading current density. Instead of the graphic process, good for sale, in FIG. 1 and 2, that is to say the tube 5, one also shows 15 to determine the current density the intended specific energy density, knew experimental methods by means of an electrolytic Use troughs.

Um dem Fachmann aber diese Arbeit zu ersparen, hat der Erfinder eine einfachere Regel zur Ausbiiao dung des Entladungsgefäßes gegeben, die dem Konstrukteur eine bessere Übersicht verschafft. Nach dieser Regel sind das Entladungsgefäß sowie alle spannungsführenden Bauteile innerhalb desselben so auszubilden und anzuordnen und insbesondere eineIn order to save the skilled person this work, the inventor has a simpler rule for Ausbiiao tion of the discharge vessel, which gives the designer a better overview. To This rule applies to the discharge vessel and all live components within it to train and arrange and in particular a

wünschten Stellen zu erwirken. Denn das angegebene 25 derartige Anordnung der den Prozeßflächen zugeord-Verfahren kann nur dann leicht richtig funktionieren neten Gegenelektroden zu wählen, daß deren Kapa- und den gewünschten Effekt erbringen, wenn sich die zität zu den Prozeßflächen größer als die Parallel-Glimmentladung bei Einschränkung ihrer Flächen- kapazität ist, die sich bei Abzug dieser Kapazität zu ausdehnung auch tatsächlich von den Bauteilen zu- den Prozeßflächen von der zwischen den beiden rückzuziehen beginnt, die vor der Einwirkung einer 3° Stromeinführungen liegenden Gesamtkapazität ergibt Glimmentladung zu schützen sind, und sich dabei und von Elektrodenzuführungen, Halterungen unddesired positions. This is because the specified 25 such arrangement of the process associated with the process can only then easily function properly. and produce the desired effect when the zität to the process surfaces is greater than the parallel glow discharge if their area capacity is restricted, this increases when this capacity is deducted expansion actually from the components to the process areas from the one between the two begins to withdraw, which results in total capacitance before the action of a 3 ° current infeed Glow discharge are to be protected, and thereby and from electrode leads, brackets and

anderen spannungführenden Bauteilen gegeneinander und gegen die Entladungsgefäßwandung sowie von Elektrodenflächen gegen die Entladungsgefäßwandung gebildet wird.other live components against each other and against the discharge vessel wall as well as from Electrode surfaces is formed against the discharge vessel wall.

Maßgebend für die erwünschte Entlastung der Stromdurchführung 2 in Fig. 1 und 2 ist also beispielsweise die Anordnung und flächenmäßige Dimensionierung der dem Rohr 5 zugeordnetenThe decisive factor for the desired relief of the current feed-through 2 in FIGS. 1 and 2 is therefore For example, the arrangement and areal dimensioning of the tube 5 assigned

pfade niedrigster Stromdichte enden, und die Strom- 40 Gegenelektrode 6, im Vergleich zu den Abstands- und dichte wiederum bekanntlich von der konstruktiven Flächenverhältnissen an der Einmündung des Innen-Anordnung und Bemessung der einzelnen Flächen- leiters 8 der Stromdurchführung 2 in den Unterteile abhängig ist, muß das zur Durchführung des druckraum gegenüber den nächstliegenden mit dem angegebenen Verfahrens verwendete Entladungs- positiven Pol der Stromquelle 7 verbundenen Metallgefäß eine ganz bestimmte Anordnung und Bemes- 45 teilen. Diese »Elektrodengeometrie« muß derart sung aller innerhalb desselben befindlichen spannung- gewählt werden, daß die Kapazität zwischen dem führenden Bauteile einschließlich der Elektroden Rohr 5 — ohne Halterung 4 — und den längs derbildenden Prozeßflächen sowie zugeordneter Gegen- selben sich erstreckenden Teilen der Gegenelekelektroden aufweisen, und zwar muß das Entladungs- trodeö größer ist, als die gesamte Parallelkapazität gefäß zur Durchführung des erfindungsgemäßen 50 seitens der anderen im Unterdruckraum befindlichen Verfahrens so ausgebildet sein, daß einerseits die Bauteile, welche mit dem Rohr 5 verbunden sind Strompfade höchster Stromdichte auf den Prozeß- (Teile 4, 8) bzw. am Potential der Gegenelektrode 6 flächen enden und die auf den vor der Einwirkung liegen (untere Biegung von 6, Innenleiter von 3). einer Glimmentladung zu schützenden Bauteile Diese Parallelkapazität wird hier durch die elektrisch endenden Strompfade eine niedrigere, und zwar vor- 55 in Serie geschalteten Kapazitäten zwischen dem Gezugsweise wesentlich niedrigere Stromdichte aufwei- häuse 1 und der Halterung 4 samt dem Innenleiter 8 sen, und daß andererseits bei vorausgesetzt gleichem einerseits und den Kapazitäten zwischen dem GeStrom in jedem Strompfad die Zahl der auf den Pro- häuse 1 und den Gegenelektroden 6 samt dem Innenzeßflächen endenden Strompfade größer, und zwar leiter der Stromdurchführung 3 andererseits bestimmt, vorzugsweise wesentlich größer als die Zahl der auf 60 Falls der Kapazitätswert zwischen dem Rohr 5 und allen übrigen spannungführenden Bauteilen endenden den Gegenelektroden 6 jene Parallelkapazität über-Strompfade ist. Vorzugsweise ist dabei eine derartige trifft, dann ergibt sich bei gleichzeitiger Druck- und Ausbildung zu wählen, daß auf den vor der Einwir- Spannungsänderung, unter Beibehaltung der vorgekung einer Glimmentladung zu schützenden Bau- schriebenen Energiedichte, die erwünschte Leistungsteilen die Strompfade niedrigster Stromdichte enden. 65 aufteilung, bei welcher die Stromdurchführung 2 und Die Stromdichte läßt sich nach bekannten graphi- der Innenleiter 8 entlastet werden und eine Konzenschen Verfahren bei gegebener Konfiguration leicht tration des Energieumsatzes auf die Prozeßflächen, feststellen, indem man in einen Schnitt durch das also auf das Rohr 5, erfolgt.Paths of lowest current density end, and the current 40 counter electrode 6, in comparison to the distance and density, is again known to depend on the structural area ratios at the confluence of the inner arrangement and the dimensioning of the individual surface conductors 8 of the current feedthrough 2 in the lower parts , the metal vessel used to carry out the pressure chamber opposite the nearest positive pole of the current source 7 connected to the specified method must share a very specific arrangement and dimensions. This "electrode geometry" must be selected in such a way that all voltages located within it have the capacitance between the leading components including the electrode tube 5 - without holder 4 - and the parts of the counterelectrodes that extend along the forming process surfaces and associated counterparts, the discharge electrode must be larger than the total parallel capacity vessel for carrying out the 50 according to the invention on the part of the other method located in the negative pressure chamber so that, on the one hand, the components which are connected to the tube 5 have current paths of the highest current density on the process (Parts 4, 8) or surfaces end at the potential of the counter electrode 6 and which lie on the before the action (lower bend of 6, inner conductor of 3). components to be protected against a glow discharge This parallel capacitance becomes a lower, upstream series-connected capacitance between the housing 1 and the holder 4 including the inner conductor 8, and on the other hand with Assuming the same on the one hand and the capacities between the current in each current path, the number of current paths ending on the pro housing 1 and the counter-electrodes 6 including the inner process surfaces is greater, namely the conductor of the current feedthrough 3 on the other hand, preferably significantly greater than the number of 60 If the capacitance value between the pipe 5 and all other live components ending the counter-electrodes 6 is that parallel capacitance via current paths. This is preferably the case, then, with simultaneous pressure and training, the result is that the desired power components end the current paths of the lowest current density at the energy density to be protected before the impact voltage change, while maintaining the precaution of a glow discharge. 65 distribution, in which the current feedthrough 2 and the current density can be relieved according to known graphs of the inner conductor 8 and a Concentration method with a given configuration easily tration of the energy conversion on the process surfaces, by making a cut through the pipe 5, takes place.

609 757/346609 757/346

mehr und mehr auf die Prozeßflächen konzentriert, und sich nicht etwa umgekehrt von Prozeßflächen zurückzieht und auf die zu schützenden Bauteile konzentriert. more and more concentrated on the process surfaces, and not the other way around from process surfaces withdraws and concentrates on the components to be protected.

Da sich nun, wie entsprechende Untersuchungen gezeigt haben, die Glimmentladung bei Einschränkung ihrer Flächenausdehnung jeweils von den Flächenteilen zurückzieht, auf denen jeweils die Strom-Since now, as corresponding studies have shown, the glow discharge with restriction their surface area withdraws from the surface parts on which the current

Diese Kapazitätsregel gestattet auf einfache Weise die Auffindung einer geeigneten Elektrodenanordnung, welche eine Leistungsaufteilung zu Gunsten der am Prozeß beteiligten Flächen ermöglicht. Natürlich handelt es sich hierbei lediglich um eine abgekürzte Umschreibung der geometrischen Konfiguration der Abstands- und Flächenverhältnisse, und es soll damit keineswegs behauptet werden, daß diese Kapazitäten beim Zustandekommen der Glimmentladung als kapazitive Blindwerte wirklich in Erscheinung treten. Vielmehr dürften in Wirklichkeit die Impedanzwerte der einzelnen Entladungsstreckenteile eher ohmisch und als Widerstände zu betrachten sein. Die Kapazitätsbetrachtung hat sich aber bewährt und stellt eine brauchbare Hilfsvorstellung dar, um die konstruktive Gestaltung auf ihre Zweckmäßigkeit beurteilen zu können.This capacity rule allows a suitable electrode arrangement to be found in a simple manner, which enables a power distribution in favor of the areas involved in the process. Of course, this is only an abbreviated description of the geometric configuration of the distance and surface ratios, and it is by no means intended to assert that these capacities really appear as capacitive blank values when the glow discharge occurs step. Rather, in reality, the impedance values of the individual parts of the discharge path are likely to be rather ohmic and to be regarded as resistances. However, the capacity analysis has proven its worth and represents a useful auxiliary concept to ensure that the structural design is functional to be able to judge.

Würde bei dem Entladungsgefäß und der Anordnung nach F i g. 1 und 2 die Kapazitätsregel nicht beachtet und die Summe der Parallelkapazitäten den Wert der Kapazität zwischen dem Rohr 5 und den Gegenelektroden 6 übertreffen, dann wäre eine Leistungsaufteilung zwar erzielbar, aber die Entlastung würde an den Prozeßflächen, also am Rohr 5, stattfinden und nicht, wie gewünscht, an der Stromdurchführung. In the case of the discharge vessel and the arrangement according to FIG. 1 and 2 do not comply with the capacity rule and the sum of the parallel capacities is the value of the capacitance between the pipe 5 and the Exceed counter electrodes 6, then a power distribution would be achievable, but the relief would take place on the process surfaces, i.e. on the pipe 5, and not, as desired, on the current feedthrough.

Zur Verminderung der Parallelkapazität zur Prozeßflächenkapazität ist bei dem Entladungsgefäß nach F i g. 1 und 2 das metallische Gefäß 1 selbst geerdet und nicht mit dem Speisestromkreis verbunden, was eine Serienschaltung der Kapazitäten der beiden Innenleiter der Stromdurchführungen gegen das Gehäuse 1 zur Folge hat. Es ist bei diesen Kapazitätsbetrachtungen aber von Wichtigkeit, daß nur die Kapazität des frei in den Unterdruckraum ragenden Innenleiters 8 von Bedeutung ist und nicht die innerhalb der Stromdurchführung selbst konzentrierte Eigenkapazität, weil nur solche Flächen maßgebend sind, an denen überhaupt eine Glimmentladung entstehen könnte; auch die Dielektrizitätskonstante der Isolierung ist gleichgültig. In F i g. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Stromdurchführung 2 in schematischer Wiedergabe dargestellt, deren Innenleiter 8 durch einen Isolator 9 vom metallischen Gefäß 1 isoliert ist. Der Isolator 9 weist in bekannter Weise gegen den Innenleiter 8 einen schmalen Ringspalt 10 und gegen die metallische Isolatorfassung 11 einen ebensolchen Ringspalt 12 auf. Als »Einmündung« des Innenleiters 8 in den Unterdruckraum wird in der vorliegenden Beschreibung die Stelle 13 bezeichnet, an welcher der Innenleiter 8 aus dem Spaltsystem der Stromdurchführung 2 herausragt. Der Abstand α dieser Einmündung 13 des Innenleiters 8 von der Fassung 11 ist für die Kapazitätsbetrachtung im vorliegenden Sinn maßgebend und nicht die innere Kapazität in der Stromdurchführung 2. Bei der Stromdurchführung nach F i g. 4 ist die Fassung 14 für den Isolator 9 wesentlich näher der Einmündung 13 des Innenleiters 8 gelegen, so daß der Abstand α wesentlich kleiner und die Kapazität an dieser Stelle bedeutend größer ist. Im Hinblick auf eine einwandfreie Leistungsaufteilung nach dem vorliegenden Verfahren muß also eine derartige Bauweise vermieden werden.To reduce the parallel capacity to the process surface capacity, the discharge vessel according to FIG. 1 and 2, the metallic vessel 1 itself is grounded and not connected to the feed circuit, which results in a series connection of the capacitances of the two inner conductors of the current feedthroughs to the housing 1. In these capacity considerations, however, it is important that only the capacity of the inner conductor 8 protruding freely into the negative pressure space is important and not the internal capacity concentrated within the current feedthrough itself, because only those areas are relevant where a glow discharge could occur at all; the dielectric constant of the insulation is also irrelevant. In Fig. 3 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of such a current feedthrough 2, the inner conductor 8 of which is isolated from the metallic vessel 1 by an insulator 9. In a known manner, the insulator 9 has a narrow annular gap 10 against the inner conductor 8 and an annular gap 12 of the same kind against the metallic insulator mount 11. In the present description, the point 13 at which the inner conductor 8 protrudes from the gap system of the electrical feedthrough 2 is referred to as the “confluence” of the inner conductor 8 into the negative pressure space. The distance α of this junction 13 of the inner conductor 8 from the socket 11 is decisive for the capacitance analysis in the present sense and not the internal capacitance in the current feedthrough 2. In the current feedthrough according to FIG. 4, the socket 14 for the insulator 9 is located much closer to the junction 13 of the inner conductor 8, so that the distance α is significantly smaller and the capacitance is significantly larger at this point. With a view to a correct power distribution according to the present method, such a construction must be avoided.

Daß die Verringerung der Parallelkapazität gegenüber der Prozeßflächenkapazität tatsächlich von entscheidender Bedeutung für die erwünschte Entlastung der Stromdurchführungen ist, zeigen die beiden Darstellungen in F i g. 5 und 6. Beide sind Darstellungen von Photographien, die durch ein Fenster in der Wandung eines Metallrezipienten ähnlich dem in F i g. 1 angegebenen aufgenommen wurden, und zwar etwa in Pfeilrichtung 15 in Richtung auf die Innenseite der Stromdurchführung, so daß der Innenleiter und die Halterung für ein zu behandelndes Rohr deutlich erkennbar sind. Die Bilder sind bei angenähert gleichen Betriebsbedingungen aufgenommen, und zwar zeigt die F i g. 5 die vollzogene Entlastung der Durchführung, erkenntlich an der Tatsache, daß die leuchtende Glimmentladung nur noch Teile der Halterung 4, nicht aber den Innenleiter 8 bis zur Einmündung 13 und die Isolierteile der Stromdurchführung überzieht. Das Metallgefäß 1 ist hierbei geerdet und nicht mit dem Speisungsstromkreis verbunden. Die F i g. 6 zeigt die gleichen Bauteile, nachdem der Abstand zwischen dem Rohr 5 und den Gegenelektroden vergrößert wurde. Bei dieser Anordnung überwiegen die Parallelkapazitäten trotz Serienschaltung derselben über das Gehäuse 1, weshalb keine Entlastung der Stromdurchführung 2 stattfindet und der Innenleiter nunmehr, wie deutlich sichtbar, von einer leuchtenden Glimmentladung überzogen ist. Natürlich wäre bei einigermaßen energiereiohen Glimmentladungen ein Dauerbetrieb auch nur von einigen Minuten bei dieser Belastung der Stromdurchführung nicht möglich, da dieselbe trotz eventueller Kühlung zerstört werden würde.That the reduction of the parallel capacity compared to the process area capacity is actually more decisive The two show the importance for the desired relief of the current feedthroughs Representations in FIG. 5 and 6. Both are representations of photographs taken through a window in the wall of a metal receptacle similar to that in FIG. 1 specified were recorded, and although approximately in the direction of arrow 15 in the direction of the inside of the current feedthrough, so that the inner conductor and the holder for a pipe to be treated can be clearly seen. The pictures are at approximately the same operating conditions were added, namely the FIG. 5 the completed discharge the implementation, recognizable by the fact that the glowing glow discharge is only Parts of the bracket 4, but not the inner conductor 8 up to the junction 13 and the insulating parts of the Current feedthrough is covered. The metal vessel 1 is earthed and not connected to the power supply circuit tied together. The F i g. 6 shows the same components after the distance between the tube 5 and the counter electrodes was enlarged. With this arrangement, the parallel capacities predominate despite the series connection of the same via the housing 1, which is why the load on the current feed-through 2 is not relieved takes place and the inner conductor now, as clearly visible, from a glowing glow discharge is covered. Of course, with reasonably high-energy glow discharges, continuous operation would be not even possible for a few minutes with this load of the current feedthrough, because the same would be destroyed despite possible cooling.

Außer den bereits an Hand von Fig. 1 bis 3 dargelegten Maßnahmen zur Verminderung der den Prozeßflächen parallelliegenden Kapazitäten kann nach F i g. 7 als weitere Maßnahme auch eine Teilung des Entladungsgefäßes in zwei voneinander isolierte Halbrezipienten 16 und 17 vorgesehen werden. Der Isolierring 18 sollte eine möglichst geringe Kapazität Cl zwischen den beiden Gefäßhälften 16 und 17 gewährleisten, damit die aus C 2, Cl und C 3 in Serienschaltung bestehende Parallelkapazität zu den Prozeßflächen des Werkstücks 19 möglichst gering wird.In addition to the measures already set out with reference to FIGS. 1 to 3 for reducing the capacities lying parallel to the process areas, according to FIG. 7, a division of the discharge vessel into two semi-recipients 16 and 17 isolated from one another can also be provided as a further measure. The insulating ring 18 should ensure the lowest possible capacitance Cl between the two vessel halves 16 and 17, so that the parallel capacitance consisting of C 2, Cl and C 3 in series with the process surfaces of the workpiece 19 is as low as possible.

In manchen Fällen kann es auch erwünscht sein, wie in F i g. 8 schematisch dargestellt, ein metallisches Entladungsgefäß 21 mit Isoliermaterialdeckeln 22 und 23 zu versehen, um die Kapazität der Stromdurchführungen zu vermindern und eine Konzentration des Energieumsatzes auf das Behandlungsgut, hier beispielsweise eine Schmelze 34, zu erleichtern.In some cases it may also be desirable, as shown in FIG. 8 shown schematically, a metallic Discharge vessel 21 to be provided with insulating material covers 22 and 23 in order to reduce the capacity of the current feedthroughs to reduce and a concentration of the energy expenditure on the item to be treated, here, for example, a melt 34 to facilitate.

Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß auch durch isoliert im Unterdruckraum angeordnete metalllische Abschirmungen unerwünscht große Parallelkapazitäten vermieden werden können. Beispielsweise kann bei der Stromdurchführung nach Fig. 4 die äußere Metallhalterung 14 vom Entladungsgefäß 1 isoliert und dadurch eine Abschirmwirkung erzielt werden. Auch der in den Unterdruckraum ragende Innenleiter und die Halterungen für das Behandlungsgut können, falls erforderlich, gegenüber anderen Metallteilen abgeschirmt werden. Solche Maßnahmen können besonders bei engen Metallrezipienten und ungünstigen Kapazitätsverhältnissen an den Prozeßflächen vorteilhaft sein.Finally, it should be pointed out that also by means of metal plates arranged in an isolated manner in the negative pressure space Shielding undesirably large parallel capacitances can be avoided. For example For the current feed-through according to FIG. 4, the outer metal holder 14 can be attached to the discharge vessel 1 isolated and thereby a shielding effect can be achieved. Also the one protruding into the negative pressure space Inner conductors and the holders for the item to be treated can, if necessary, be compared to others Metal parts are shielded. Such measures can be particularly useful for tight metal recipients and unfavorable capacity ratios at the process areas can be advantageous.

Die Konzentration des Energieumsatzes bei der Leistungsaufteilung auf die am Prozeß beteiligten Flächen kann, außer durch Verringerung der schädlichen Parallelkapazität, auch durch Erhöhung der Kapazität der Prozeßftächen gegenüber den zugeordneten Gegenelektroden gewährleistet werden. Bei-The concentration of the energy expenditure in the distribution of power to those involved in the process In addition to reducing the harmful parallel capacity, areas can also be increased by increasing the Capacity of the process areas compared to the associated counter-electrodes are guaranteed. At-

spielsweise besteht bei der Glimmentladungsbehandlung des Rohres 5 im Entladungsgefäß 1 nach F i g. 1 und 2 die Möglichkeit, an Stelle der drei stabförmigen Gegenelektroden im Abstand d eine großflächige Gegenelektrode zu verwenden, etwa den in F i g. 3 angegebenen Metallzylinder 25. Auch eine Elektrodenanordnung, wie in F i g. 7 angedeutet, ergibt eine Vergrößerung der Kapazität zwischen dem Werkstück 19 und der becherartigen Gegenelektrode 20.For example, in the glow discharge treatment of the tube 5 in the discharge vessel 1 according to FIG. 1 and 2 the possibility of using a large-area counter-electrode in place of the three rod-shaped counter-electrodes at a distance d , such as the one shown in FIG. 3 indicated metal cylinder 25. Also an electrode arrangement, as in FIG. 7 indicated, results in an increase in the capacitance between the workpiece 19 and the cup-like counter-electrode 20.

Das vorliegende Verfahren der Leistungsaufteilung einer Glimmentladung auf vorbestimmte von den spannungführenden Bauteilen läßt sich für alle Arten von Betriebsspannungen durchführen. In Fig. 1 ist beispielsweise die Speisung seitens einer Gleichspannungsquelle 7 über einen Vorwiderstand 26 angegeben, wobei durch periodisches Kurzschließen desselben seitens eines vom Taktgeber 28 gesteuerten Schalters 27 eine impulsartige Energiezufuhr erzeugt wird, was dann von Vorteil ist, wenn große Entladungsintensitäten erwünscht sind, aber der für die a° Temperatur maßgebliche zeitliche Mittelwert der Energie nicht überschritten werden darf. Natürlich kann auch eine andere Art der Impulstastung vorgesehen werden, etwa durch einen entsprechend gesteuerten Gleichrichter. Auch reiner Gleichstrom oder gleichgerichteter ein- oder mehrphasiger Wechselstrom ist verwendbar. Ferner kann die Speisung mittels Wechselstrom, beispielsweise von 50 Hz, erfolgen, wobei gegebenenfalls auch eine Impulstastung durchführbar ist.The present method of power distribution of a glow discharge to predetermined ones of the Live components can be carried out for all types of operating voltages. In Fig. 1 is For example, the supply from a DC voltage source 7 via a series resistor 26 is specified, by periodically short-circuiting the same on the part of a clock 28 controlled Switch 27 a pulsed energy supply is generated, which is advantageous when large discharge intensities are desired, but the time average of the decisive for the a ° temperature Energy must not be exceeded. Another type of pulse sensing can of course also be provided , for example by a correspondingly controlled rectifier. Also pure direct current or rectified single or multi-phase alternating current can be used. Furthermore, the supply can by means of Alternating current, for example of 50 Hz, take place, with pulse sampling also being feasible if necessary is.

Wie bereits eingangs erwähnt, kann die vorliegende Maßnahme zur energiemäßigen Entlastung insbesondere der kathodischen Stromeinführungen bei der betriebsmäßigen Temperatur der Prozeßflächen durchgeführt werden. Es ist aber auch möglich und bei gewissen Glimmentladungsprozessen von Vorteil, bereits bei kalten Prozeßflächen, also beispielsweise bei einer mittleren Temperatur derselben von etwa 50... 100° C, die Grenzwerte von Gasdruck und Spannung einzustellen und dann bei wachsender Temperatur derProzeßflächen beizubehalten. Je nach dem sich dann einstellenden Entladungsstreckenwiderstand wird dann beim Erreichen des Endzustandes der Entladung eine vollständige Entlastung der Stromeinführungen erzielt oder aber der anfängliehe Entlastungszustand wieder zum Teil rückgängig gemacht.As already mentioned at the outset, the present measure can in particular be used to reduce the load on energy the cathodic current leads carried out at the operational temperature of the process surfaces will. But it is also possible and advantageous in certain glow discharge processes, already in the case of cold process surfaces, for example at an average temperature of the same of about 50 ... 100 ° C, adjust the limit values of gas pressure and voltage and then with increasing Maintain the temperature of the process surfaces. Depending on the discharge path resistance that then arises a complete discharge is then achieved when the final state of discharge is reached the current introductions achieved or the initial relief state is partially reversed made.

Die »Entlastung« bestimmter spannungführender und wenigstens zeitweise kathodischer Bauteile, insbesondere der Stromeinführungen, entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren, muß natürlich keineswegs in allen Fällen soweit getrieben werden, daß der Energieumsatz an diesen Teilen annähernd Null ist. Vielmehr kann eine Entlastung im Verhältnis 1:2 zugunsten der Prozeßflächen je nach Bauart der Stromeinführungen und Größe des an den Prozeßflächen erwünschten Energieumsatzes bereits von entscheidendem Vorteil sein. Der zu erreichende Entlastungsgrad ist einfach zu ermitteln, indem die an den Stromeinführungen höchstzulässige spezifische Glimmentladungsbeaufschlagung in Watt/cm² beanspruchter Oberfläche mit dem vorgesehenen spezifischen Energieumsatz in Watt/cm² an den Prozeßflächen verglichen wird.The "relief" of certain live and at least temporarily cathodic components, especially the current leads, in accordance with the method described above, of course by no means has to be carried out in all cases to such an extent that the energy consumption at these parts is approximately zero. Rather, a relief in the ratio of 1: 2 in favor of the process areas can already be of decisive advantage, depending on the design of the current inlets and the size of the energy conversion desired at the process areas. The degree of relief that can be achieved is easy to determine by comparing the maximum specific glow discharge load in watts / cm ^{2 of} stressed surface at the current inlets with the intended specific energy ^{consumption in watts / cm 2} at the process surfaces.

65 Beispiel 65 Example

In einem Eisenbehälter 1 gemäß F i g. 1 mit einem Innendurchmesser von 450 mm und Stromeinführungen, deren Innenleiter von seiner Einmündung bis zum Gehäusedeckel einen Abstand a = 70 mm besaß, wurden Stahlrohre 5 von 530 mm Länge, einem Außendurchmesser von 40 mm und einer zylindrischen Bohrung von nur 7 mm Weite behandelt. Die drei als Gegenelektroden 6 dienenden Stäbe von je 8 mm Durchmesser waren in einem radialen Abstand d = 35 mm von der Rohroberfläche entfernt angeordnet und erstreckten sich parallel zum jeweiligen Rohr über dessen ganze Länge. Der Abstand von der Rohroberfläche zur Behälterinnenwand war b = 205 mm, die Gesamthöhe des Behälterinnenraumes war c = 1200 mm.In an iron container 1 according to FIG. 1 with an inner diameter of 450 mm and current inlets, the inner conductor of which had a distance of a = 70 mm from its confluence to the housing cover, steel pipes 5 with a length of 530 mm, an outer diameter of 40 mm and a cylindrical bore only 7 mm wide were treated. The three rods, each 8 mm in diameter, serving as counter electrodes 6, were arranged at a radial distance d = 35 mm from the pipe surface and extended parallel to the respective pipe over its entire length. The distance from the pipe surface to the inner wall of the container was b = 205 mm, the total height of the interior of the container was c = 1200 mm.

Behandelt wurde das Rohr 5 in einer Gasatmosphäre mit einem Druck von 11 mm Hg und einem Gehalt von 75 Volumprozent Wasserstoff und 25 Volumprozent Stickstoff. Der Stahl des Rohres besaß einen Gehalt von 3% Chrom, l»/o Molybdän sowie 0,27% Kohlenstoff und 0,4 % Mangan, bei einer Ausgangshärte an der Außenseite von 30 + 2 Rockwell C.The tube 5 was treated in a gas atmosphere with a pressure of 11 mm Hg and a content of 75 percent by volume hydrogen and 25 percent by volume nitrogen. The steel of the pipe had one Content of 3% chromium, 1 »/ o molybdenum as well as 0.27% carbon and 0.4% manganese, with an initial hardness on the outside of 30 + 2 Rockwell C.

Die Behandlung wurde, nach einem Anlaßintervall von etwa 2 Stunden, mit einer impulsartig zwischen 480 und 395 Volt sich ändernden Gleichspannung durchgeführt, mit einem Strom von 6,7 Amp. bei der hohen und 2,7 Amp. bei der niedrigen Spannung. Die hohe Spannung war jeweils während eines Intervalls von 0,3 Sek. wirksam, gefolgt von einem Intervall mit niedriger Spannung von 1,4 Sek., so daß das sogenannte Tastverhältnis Impuls zu Pause etwa 1: 5 betrug. Bei dieser Betriebsweise ergab sich eine intensive Glimmentladung sowohl an der Rohraußenseite als auch an der Bohrung, jedoch reichte die Glimmlichtbedeckung nur bis zur Mitte bzw. bis zum oberen Ende der Halterung 4 des Rohres 5, so daß der Innenleiter 8 der kathodischen Stromeinführung 2 frei von Glimmentladungen blieb. Das Rohr erreichte bei dieser Behandlung eine Außentemperatur von 520° C, die mittels eines Strahlungspyrometers durch ein Fenster in der Gefäßwandung gemessen wurde.The treatment was started, after a starting interval of about 2 hours, with a pulse between 480 and 395 volts alternating DC voltage carried, with a current of 6.7 amps. at the high and 2.7 amps at the low voltage. The high tension was during one of each time Interval of 0.3 sec. Followed by a low voltage interval of 1.4 sec. So that the so-called pulse-to-pause pulse-to-pause ratio was about 1: 5. In this mode of operation, there was a intense glow discharge both on the outside of the pipe and on the bore, but that was enough Glow light coverage only up to the middle or up to the upper end of the holder 4 of the tube 5, so that the inner conductor 8 of the cathodic current inlet 2 remained free of glow discharges. The pipe reached during this treatment an outside temperature of 520 ° C, which is determined by means of a radiation pyrometer a window was measured in the vessel wall.

Nach einer Anlaufzeit von 2 Stunden und einer Behandlungsdauer unter den obengenannten Bedingungen von 27 Stunden wurde die Spannungsquelle abgeschaltet, das Rohr aber weitere 5 Stunden in der Wasserstoff-Stickstoff-Atmosphäre belassen und nach erfolgter Abkühlung ausgebaut. Längs der ganzen Außenseite wurde eine sehr gleichmäßige Härte von 50 + 0,5 HR₀ gemessen. Somit wurde durch die Nitrierung im Ionenbombardement nicht nur die erwünschte Härtesteigerung um etwa 20 HR₀ erzielt, es wurde auch eine wesentlich höhere Gleichmäßigkeit des Härtegrades längs der gesamten behandelten Oberfläche erzielt.After a start-up time of 2 hours and a treatment time of 27 hours under the above-mentioned conditions, the voltage source was switched off, but the tube was left in the hydrogen-nitrogen atmosphere for a further 5 hours and removed after cooling. A very even hardness of 50 + 0.5 HR _{0 was} measured along the entire outside. Thus, by nitriding in ion bombardment, not only was the desired increase in hardness by about 20 HR ₀ achieved, but also a significantly higher degree of uniformity of the degree of hardness along the entire treated surface was achieved.

Claims

Patent claims:

1. A method for operating an electrical glow discharge in a discharge vessel for carrying out metallurgical, chemical or other technical processes, which aims to protect predetermined voltage-carrying components arranged within the discharge vessel from the action of a glow discharge, characterized in that the operating voltage U of the glow discharge and the ρ pressure in the discharge vessel controlled dependent on each other in such a way and / or be set such that the voltage U at each pressure value p _x with respect to a p _x assignable and in height from p _x U _x-dependent voltage at their lower

If p _{x is} kept constant, the glow discharge begins to restrict its surface area and thereby withdraws from the surface parts on which the current paths of the lowest current density end, at least so much lower that the surface area of the glow discharge is at most up to before the action voltage-carrying components to be protected reaches a corona discharge and is at most so much lower that the area of the corona discharge covers at least the surfaces involved in the process.

2. The method according to claim 1, characterized in that the voltage U and pressure ρ are set such that the effective energy density on the process surfaces is higher than 0.3 watt / cm ² .

3. The method according to claim 1, characterized in that the voltage U and pressure ρ are set such that the energy consumption in the discharge vessel is higher than 1000 watts.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that when constant energy density is required to influence the surface area of the glow discharge, the voltage U and the pressure ρ are controlled in opposite directions in such a way that the electrical power supplied is approximately the same as the surface area changes and that the opposite control takes place to reduce the surface area in the sense of a tension reduction and pressure increase and to increase the surface area in the sense of a tension increase and pressure reduction.

5. Discharge vessel for performing the method according to claim 1, characterized by such an arrangement and dimensioning of all within the discharge vessel Live components including the process surfaces forming electrodes and associated Counter electrodes that on the one hand the current paths of the highest current density on the process surfaces and the components to be protected from the effects of a glow discharge ending current paths have a lower, and indeed preferably significantly lower, current density have, and that on the other hand, assuming the same current in each current path, the number of Current paths ending on the process surfaces are larger, and preferably significantly larger than the number of current paths ending on all other live components.

6. Arrangement according to claim 5, characterized by such a structure and such Dimensioning that the current density, starting from the process areas in the direction of the before The effect of a glow discharge components to be protected constantly decreases and accordingly on the components to be protected from the effects of a glow discharge, the lowest current paths Current density ends.

7. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized by such a structure and such a dimensioning that the current density on the process surfaces is at least approximately constant is.

8. Arrangement according to one of claims 5 to 7, characterized by such Structure and dimensioning such that the current density on the supply lines to the Process surfaces forming electrodes and to the counter-electrodes assigned to them the connection points between the supply line and the electrode is significantly lower than the current density on the process surfaces.

9. Discharge vessel according to claim 5, with walls consisting largely of metal, at least one insulating power feedthrough and at least one further voltage supply line, with holding members for the item to be treated and with counter electrodes, characterized by such an arrangement of the counter-electrodes assigned to the process surfaces that their capacitance to the process areas is greater than the parallel capacity, which results when this capacity is subtracted to the process areas from the total capacitance between the two current inlets results and of electrode leads, brackets and other live components against each other and against the discharge vessel wall as well as against electrode surfaces the discharge vessel wall is formed.

10. Discharge vessel according to claim 9, characterized by counter electrodes, which for the purpose Increase in the capacity to enclose the process areas at least partially.

11. Discharge vessel according to claim 9 and 10, characterized by insulation of the discharge vessel to all current-carrying supply lines in order to reduce the parallel capacitance.

12. Discharge vessel according to one of claims 9 to 11, characterized in that in the immediate vicinity of the inner conductor of the current feedthroughs in order to reduce the Parallel metallic shields are provided.

13. Discharge vessel according to one of claims 9 to 12, characterized by such Division into at least two parts isolated from each other, that current feedthroughs to each other isolated parts are attached.

1 sheet of drawings