DE1275229B

DE1275229B - Verfahren zur UEberwachung des elektrischen Verhaltens einer stromstarken Glimmentladung fuer metallurgische Verfahren und Einrichtung dazu

Info

Publication number: DE1275229B
Application number: DE1966J0032191
Authority: DE
Inventors: Dr Elektro-Ing Gelli Spescha
Original assignee: Elektrophysikalische Anstalt Bernhard Berghaus
Current assignee: Elektrophysikalische Anstalt Bernhard Berghaus
Priority date: 1966-11-09
Filing date: 1966-11-09
Publication date: 1968-08-14
Also published as: GB1202917A; BE705914A; CH475366A; AT284991B; BE284991A; NL6715171A; LU54744A1; FR1561958A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES Ä» PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H05b

H05h

Deutsche Kl.: 21h-16/60

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 75 229.3-34 (J 32191)

9. November 1966

14. August 1968

Für den Betrieb einer stromstarken elektrischen Glimmentladung für technische Verfahren, wie Diffusionsverfahren, Kathodenzerstäubung, Plasmachemie usw., benötigt man einen Schutz gegen das Umschlagen der Glimmentladung in eine Bogenentladung. Dieser Schutz wird vor allem beim Anlaufvorgang einer Glimmentladung benötigt, weil das Werkstück infolge von Schmutzspuren, Gasausbrüchen usw. viele Ansatzstellen für den Übergang in eine Bogenentladung bietet. Auch für den späteren Dauerbetrieb einer stromstarken Glimmentladung ist eine Schutzeinrichtung nötig, da auch später infolge gelegentlicher Gasausbrüche aus dem metallischen Werkstück solche Unregelmäßigkeiten in der Entladung und dadurch Betriebsstörungen auftreten können.

Als Schutzmaßnahme gegen solche Betriebsstörungen wird üblicherweise der elektrische Speisestromkreis für die Glimmentladung beeinflußt, beispielsweise durch kurzzeitige Verringerung der Betriebs- ao spannung oder Einschaltung einer Impedanz. Diese Beeinflussung erfolgt durch geeignete Schaltmittel, etwa elektronische Schaltungen, die durch Signale gesteuert werden, die beispielsweise dann auftreten, wenn der Betriebsstrom der Glimmentladung einen bestimmten Sollwert überschreitet. Es hat sich aber gezeigt, daß es schwierig ist, beim Betrieb einer zu metallurgischen Zwecken verwendeten Glimmentladung diesen Sollwert so festzulegen, daß einerseits ein wirtschaftlicher Betrieb möglich ist, andererseits aber mit Sicherheit bei auftretenden Störungen in der Entladung die Beeinflussung des Speisestromkreises sicher und schnell genug erfolgt. Diese Schwierigkeiten resultieren vor allem aus der Tatsache, daß die Spannungs-Strom-Kennlinie einer solchen Glimmentladung keine Gerade ist, sondern einen relativ komplizierten Verlauf aufweist.

Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Schwierigkeiten und betrifft ein Verfahren zur Überwachung des elektrischen Verhaltens einer stromstarken Glimmentladung für metallurgische Verfahren wie Diffusionsverfahren, Kathodenzerstäubung, Nitrierhärtung u. dgl., zwecks Beeinflussung der Speisestromkreise durch signalgesteuerte Mittel. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß der Enladungsstrom der stromstarken Glimmentladung ins Verhältnis gesetzt wird zum Entladungsstrom einer Glimmentladung, die im Entladungsgefäß an einer mit der gleichen Stromquelle verbundenen Hilfselektrode aufrechterhalten wird, und daß durch Änderungen des Verhältnisses in vorbestimmter Größe und/oder Verfahren zur Überwachung des elektrischen
Verhaltens einer stromstarken Glimmentladung
für metallurgische Verfahren und Einrichtung
dazu

Anmelder:

Elektrophysikalische Anstalt

Bernhard Berghaus, Vaduz (Liechtenstein)

Vertreter:

K. Gerlings, Rechtsanwalt,

5200 Siegburg, Ringstr. 8

Als Erfinder benannt:

Dr. Elektro-Ing. Gelli Spescha,

Winterthur (Schweiz)

Richtung ein Steuersignal für die genannten Mittel erzeugt wird.

Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des obengenannten Verfahrens. Gekennzeichnet ist diese Einrichtung durch einen Serienwiderstand im Speisestromkreis der stromstarken Glimmentladung (I_w) und einen Serienwiderstand im Speisestromkreis (7_S) der Hilfselektrode, durch die Bildung der Differenzspannung aus den an diesen zwei Widerständen entstehenden Spannungsabfällen durch einen Transistor (10), an dem über einen Vorwiderstand die Differenzspannung zwischen Basis und Emitter liegt und der eine Hilfsspannung (Ug) über ein Schaltorgan in der Verbindung von Emitter und Kollektor aufweist, das Ganze derart, daß das Schaltorgan erst dann ansprechen kann, wenn die Differenzspannung nach Größe und Richtung einen vorbestimmten Mindestwert überschreitet.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Von diesen Zeichnungen ist

F i g. 1 ein Schaltbild einer Anlage zum Betrieb einer mit Gleichstrom gespeisten elektrischen Glimmentladung,

F i g. 2 ein Schaltbild eines Detektors zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens bei der Anlage nach Fig. 1.

Das hier beschriebene Verfahren bezieht sich auf die Anwendung einer Hilfsentladungsstrecke; beispielsweise ist zu dem die Kathode der stromstarken

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sistor ist stromleitend, wenn die Spannung U_w <C U_s ist, und er ist gesperrt, wenn U_w <C Z7_S ist.

Unter Vernachlässigung der Basis-Emitter-Spannung gegenüber ET₅ und U_w liegt die Ansprechgrenze

Entladung bildenden Werkstück eine Hilfselektrode parallel geschaltet. Die Hilfsentladung auf dieser Hilfselektrode brennt somit unter gleichen Bedingungen wie auf der Hauptelektrode. Wenn sich die Werk-

stückfläche F_w zur Hilfselektrodenfiäche F_s wie / 5 bei U_w = U_s, d. h. R₁ · /_s = R_s ■ I_w, 'somit verhält, so stehen die beiden Ströme iV und /_s zu diesen beiden Elektroden im gleichen Verhältnis. An je einem Serienwiderstand R₁ bzw. R₂ in den beiden Speiseleitungen entstehen dann Spannungsabfälle U_w bzw. U_s, die sich proportional zu den Oberflächen io und zu den Widerstandswerten verhalten, und es ist sein soll, muß also

R₁ : R₉ — Im: Ie.

Wenn

Iw Is

Fw R₂ Fs 'Ίζ

Ri _

R,

Die Spannungen V_w und E/_s werden einer Detektorschaltung zugeführt, welche dann anspricht, wenn V:/_s>/ist.

Wenn der Detektor anspricht, werden die üblichen Schutzmaßnahmen ausgelöst, welche im allgemeinen ao in bekannter Weise in einem kurzzeitigen Abschalten der Speisespannung und bei häufigen Wiederholungen der Störung im Ganzabschalten der Anlage bestehen. Sollte ausnahmsweise eine Störung an der Hilfsentladung stattfinden, so brennt eine Schmelzsicherung in der Zuleitung zur Hilfselektrode durch, so daß die Spannung ZJ₅ = 0 wird und die Detektorschaltung anspricht.

Es ist nicht erforderlich, in der Detektorschaltung eine richtige Division durchzuführen, sondern es genügt, das Überschreiben des Verhältnisses U_w :U_S = K ■ f festzustellen, wobei im allgemeinen K = 1,1 · / gewählt wird, oder etwas größer bzw. kleiner je nach der gewünschten Toleranzgrenze.

Das oben beschriebene Verfahren weist den Vorteil auf, daß am Detektor nur eine einzige Einstellung notwendig ist, welche schon vor Beginn des Betriebes vorgenommen werden kann. Es muß entsprechend der Größe der Werkstückflächen lediglich der Faktor/ eingestellt werden. Der Detektor paßt sich automatisch an den Gasdruck in der Entladung an, sowie an Gasart, Temperatur und Betriebsspannung. Er ermöglicht daher die Automatisierung des ganzen Betriebsablaufs der Glimmentladung, soweit die Überwachungseinrichtung dabei betroffen wird.

Ein Ausführungsbeispiel einer nach dem vorliegenden Verfahren überwachten Anlage zeigen die Fig. 1 und 2. In Fig. 1 ist das Entladungsgefäß mit 1, die elektrische Stromquelle mit 2, das beispielsweise als Kathode geschaltete Werkstück mit der Fläche F mit 3, die Hilfs- oder Vergleichselektrode mit der Fläche F₅ mit 4, die Serien- oder Meßwiderstände R bzw. R₂ mit 5 bzw. 6, eine Schmelzsicherung im Stromkreis der Hilfsentladung mit 7, die Detektorschaltung für die Auswertung der an den Widerständen 5 und 6 entstehenden Spannungsabfälle E7_S bzw. U_w mit 8 bezeichnet.

In F i g. 2 ist ein sehr einfaches Ausführungsbeispiel einer Detektorschaltung mit nur einem Transistor dargestellt. Mit 5 und 6 sind wiederum die Meßwiderstände und mit 8 die Detektorschaltung bezeichnet, die im wesentlichen aus einer Spannungsquelle 9, einem Transistor 10, einem Transistorbasiswiderstand U und einem Ausgangsrelais 12 besteht. Das Ausgangssignal wird entweder von einem Arbeitskontakt am Relais 12 erzeugt, oder die auftretende Spannung Ü_A im Kollektorstromkreis kann unmittelbar hierfür verwendet werden. Der Tran-

15 sein.

Diese Bedingung kann eingestellt werden durch Änderung des Widerstandsverhältnisses R₁ (5 in Fig. 2) und A₂ (6 in Fig. 2) oder durch einen Spannungsteiler parallel zum Widerstand 6.

Das vorliegende Verfahren ist nicht auf die Verwendung bei Anlagen mit einer Gleichstromquelle beschränkt. Es kann auch bei Wechselstrombetrieb angewendet werden sowie bei Drehstromspeisung von Entladungsgefäßen mit drei Werkstückgruppen. Im zuletzt genannten Fall werden drei Hilfsentladungsstrecken, also pro Phase je eine Hilfselektrode benutzt. Es besteht auch die Möglichkeit, die Hilfsentladungsstrecke in einem getrennten Entladungsgefäß zu betreiben, dessen Innenraum mit demjenigen des Entladungsgefäßes für die zu behandelnden Werkstücke über eine Rohrleitung in Verbindung steht.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Überwachung des elektrischen Verhaltens einer stromstarken Glimmentladung in einem Entladungsgefäß für metallurgische Verfahren wie Diffusionsverfahren, Kathodenzerstäubung, Nitrierhärtung u. dgl., zwecks Beeinflussung der Stromquelle durch signalgesteuerte Mittel, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsstrom der stromstarken Glimmentladung ins Verhältnis gesetzt wird zum Entladungsstrom einer Glimmentladung, die im Entladungsgefäß an einer mit der gleichen Stromquelle verbundenen Hilfselektrode aufrechterhalten wird, und daß durch Änderungen des Verhältnisses in vorbestimmter Größe und/oder Richtung ein Steuersignal für die genannten Mittel erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis der stromstarken Glimmentladung und im Stromkreis der Hilfselektrode durch je einen Serienwiderstand zwei entladungsstromabhängige Spannungen erzeugt und ins Verhältnis zueinander gesetzt werden.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 und 2 für eine Gleichstromquelle, gekennzeichnet durch einen Serienwiderstand (6) im Speisestromkreis der stromstarken Glimmentladung (/_w) und einen Serienwiderstand (5) im Speisestromkreis (Z_s) der Hilfselektrode, durch die Bildung der Differenzspannung aus den an den zwei Widerständen (5,6) entstehenden Spannungsabfällen durch einen Transistor (10), an dem über einen Vorwiderstand (11) die Differenzspannung zwischen Basis und

Emitter liegt, und der eine Hilfsspannung (U_g) über ein Schaltorgan (12) in der Verbindung von Emitter und Kollektor aufweist, das Ganze derart, daß das Schaltorgan (12) erst dann ansprechen kann, wenn die Differenzspannung nach Größe und Richtung einen vorbestimmten Mindestwert überschreitet.

4. Einrichtung nach Anspruch 3 für eine Drehstromquelle, gekennzeichnet durch je einen Serienwiderstand in jeder Phase der drei Speise-Stromkreise der stromstarken Glimmentladung und je einen Serienwiderstand in den drei Speisestromkreisen von drei an je einer Phase der Drehstromquelle angeschlossenen Hilfselektroden und durch drei Transistoren, die an den drei Differenzspannungen liegen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Österreichische Patentschriften Nr. 212 954,
733.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen