DE1790132C3

DE1790132C3 - Glow discharge device

Info

Publication number: DE1790132C3
Application number: DE19681790132
Authority: DE
Inventors: Berthold Dr. Rijnhuizen- Jutphaas Brandt (Belgien)
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1968-09-16
Filing date: 1968-09-16
Publication date: 1978-05-03
Also published as: DE1790132A1; LU59324A1; FR2018208A1; BE738452A; DE1790132B2; GB1222917A; NL6913857A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Glimmentladungsgerät, insbesondere für große Entladungsströme, bestehend aus einer Kathode, einer mit im wesentlichen konstantem Abstand von dieser angeordneten größeren Anzahl von Anoden, einer Spannungsquelle zwischen den Elektroden sowie aus einem Entladungsgefäß, das die Elektroden umschließt und eine Gasatmosphäre aufweistThe invention relates to a glow discharge device, particularly for large discharge currents from a cathode, a larger one arranged at a substantially constant distance therefrom Number of anodes, a voltage source between the electrodes and a discharge vessel, the encloses the electrodes and has a gas atmosphere

Es gibt industrielle Prozesse, wie z. B. das Gii.nmnitrieren, bei denen eine Glimmentladung mit großer Stromstärke betrieben werden muß. Dabei muß man den Umschlag der Glimmentladung in einen Lichtbogen vermeiden. Dies kann bei Strömen, die 1 Λ wesentlich überschreiten, nicht mit Hilfe eines gewöhnlichen Vorwiderstandes geschehen, da der Entladungsstrom für einen Lichtbogen ausreichend groß ist, während die Spannung für den Bogen weit niedriger ist, so daß der unerwünschte Übergang in den Bogen stattfinden kann. Es sind Maßnahmen im äußeren Stromkreis angegeben worden, die sich darauf richten, einen entstandenen Bogen schnell abzuschalten (Stahl und Eisen 78 (1958) p. 1871).There are industrial processes such as B. Gii.nmnitrieren, in which a glow discharge must be operated with a high current intensity. You have to Avoid turning the glow discharge into an electric arc. This can be significant for currents that are 1 Λ do not happen with the help of an ordinary series resistor, as the discharge current is sufficiently large for an arc, while the voltage for the arc is much lower, so that the unwanted transition in the arch can take place. Measures are given in the external circuit aimed at quickly switching off an arc that has arisen (Stahl und Eisen 78 (1958) p. 1871).

Diese Maßnahmen können nur zur Korrektur des entstandenen unerwünschten Zustands dienen. Grundgedanke der Erfindung ist es, als entscheidenden Unterschied zwischen Glimmentladung und Lichtbogen die große räumliche Ausdehnung der Glimmentladung im Gegensatz zur starken Stromkonzentration des Bogens auszunutzen, um die Glimmentladung auch für große Entladeströme zu stabilisieren.These measures can only be used to correct the undesirable situation that has arisen. Basic idea of the invention is, as the decisive difference between glow discharge and electric arc the large spatial extent of the glow discharge in contrast to the strong current concentration of the Exploit the arc to stabilize the glow discharge even for large discharge currents.

Die Anordnung einer größeren Anzahl von Anoden um eine Kathode herum ist an sich bekannt Derartige Mehrelektroden-Kathodenentladungsschaltungen dienen der elektrischen Impulszählung (GB-PS 9 80 339), wobei zwischen jedem Paar der Anoden noch Sperrelektroden angeordnet sind. Es ist auch schon vorgeschlagen worden (GB-PS 6 45 880), eine größere Anzahl von um die Kathode angeordneten Anoden zur 6s Erzeugung einer fortschreitenden Welle aus einem Gasentladungsstrom zu benutzen.The arrangement of a large number of anodes around a cathode is known per se Multi-electrode cathode discharge circuits are used for electrical pulse counting (GB-PS 9 80 339), blocking electrodes are also arranged between each pair of the anodes. It's also beautiful has been proposed (GB-PS 6 45 880), a larger number of anodes arranged around the cathode for 6s To use generation of a progressive wave from a gas discharge stream.

In contrast, it is the object of the invention

zugrunde, ein Glimmentladungsgerät so auszugestalten, daß ein unerwünschter Lichtbogen bei einer Entladung nicht entstehen kann, sondern daß in jedem Fall eine Glimmentladung gewährleistet wüd.the basis of designing a glow discharge device in such a way that that an undesired arc cannot arise in the event of a discharge, but that in every case one Glow discharge guaranteed.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Anoden als gegeneinander isolierte Teilanoden ausgebildet sind, die über je einen parallel geschalteten Vorwiderstand an die gemeinsame Spannungsquelle angeschlossen sind, und daß im Betrieb des Glimmentladungsgerätes die Glimmentladung gleichzeitig zwischen den Teilen der Teilanoden und der Kathode erfolgtTo solve this problem, it is proposed according to the invention that the anodes be compared to one another isolated partial anodes are formed, each of which has one series resistor connected in parallel to the common voltage source, and that im Operation of the glow discharge device, the glow discharge simultaneously between the parts of the partial anodes and the cathode takes place

Zweckmäßig ist die Anode mindestens in dem der Kathode zugewandten Bereich mit einer dünnen Widerstandsschicht überzogen, deren Temperaturkoeffizient positiv istThe anode is expediently thin at least in the area facing the cathode Coated resistance layer, the temperature coefficient of which is positive

Es empfiehlt sich, daO die Anzahl π der Teilanoden mindestens zwei, vorzugsweise etwa 500 beträgt und daß die Vorwiderstände alle gleich groß gewählt sind und in der Größenordnung von 11 Ohm liegen.It is recommended that the number of DAO π partial anodes at least two, is preferably about 500, and that the series resistors are all equal in size and are selected in the order of 11 ohms.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise schematisch dargestelltIn the drawing, the subject matter of the invention is shown schematically, for example

Jedes Glimmentladungsgerät weist ein druckfestes, gasdichtes Gefäß 1 auf mit einem Stutzen 2, an dem eine Pumpe zur Stabilisierung des gewünschten Betriebsdrucks und die Gasversorgung für das gewünschte Betriebsgas angeschlossen sind. Das Gefäß ist entweder aus elektrisch leitendem Material, oder es weist einen inneren Überzug aus einem solchen Material auf. Das zu bearbeitende Werkstück 3 ist als Kathode geschaltet und hängt an einem Anschlußstück 4, das mit Hilfe einer Isolierhülse 5 an der Gefäßwand befestigt ist und durch diese durchreicht Eine Spannungsquelle 6 verbindet außerhalb des Gefäßes die Gefäßwand mit dem Anschlußstück.Each glow discharge device has a pressure-resistant, gas-tight vessel 1 with a nozzle 2 on which a Pump to stabilize the desired operating pressure and the gas supply for the desired Operating gas are connected. The vessel is either made of electrically conductive material, or it has one inner coating made of such a material. The workpiece 3 to be machined is connected as a cathode and hangs from a connecting piece 4 which is fastened to the vessel wall with the aid of an insulating sleeve 5 and through this passes through. A voltage source 6 connects the vessel wall with the outside of the vessel Connector.

Zur gleichmäßigen Behandlung der ganzen Oberfläche des Werkstücks 3 ist die Anode als geschlossener Zylinder geformt, dessen Wände zum Werkstück im wesentlichen konstanten Abstand aufweisen. Die erfindungsgemäße Anode besteht aus einer Vielzahl von z. B. quadratischen Blättchen 8, die geringfügig überlappend derart (in zwei benachbarten Flächen) fixiert sind, daß sich benachbarte Teilanoden nicht berühren. Auf die zeichnerische Darstellung der mechanischen Haltemittel (Isolatoren) wird aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung verzichtetFor uniform treatment of the entire surface of the workpiece 3, the anode is more closed Shaped cylinder, the walls of which have a substantially constant distance to the workpiece. the anode according to the invention consists of a variety of z. B. square leaflets 8, which overlap slightly are fixed in such a way (in two adjacent surfaces) that adjacent partial anodes do not touch. on the graphic representation of the mechanical holding means (insulators) is for the sake of simplicity the representation is omitted

Die elektrische Verbindung der Teilanoden mit der Gefäßwand erfolgt über je einen Vonviderstand 7 von z. B. 500 Ohm.The electrical connection of the partial anodes to the vessel wall is made via a resistor 7 from each z. B. 500 ohms.

Bei einer Glimmentladung, für die eine gleichmäßige Strombelastung aller Teilanoden kennzeichnend ist, sind die Vorwiderstände alle parallel geschaltet, so daß der Gesamtwiderstand des Kreises gering ist Konzentriert sich jedoch die Entladung auf wenige Teilanoden, wie es für eine Bogenentladung charakteristisch ist, dann fällt an dem relativ großen Vorwiederstand so viel Spannung ab, daß die Entladung zusammenbricht Durch die erfindungsgemäße Unterteilung der Anode wird also ein Lichtbogen gar nicht erst entstehen können. Es ist zu bemerken, daß der konstruktive Aufwand für die erfindungsgemäße Unterteilung für jedes Entladungsgerät nur einmal notwendig ist und daß das Werkstück, d. h. die Kathode, keiner Sonderbehandlung bedarf.In the case of a glow discharge, which is characterized by an even current load on all sub-anodes the series resistors are all connected in parallel, so that the total resistance of the circuit is low However, if the discharge falls on a few sub-anodes, as is characteristic of an arc discharge, then it falls at the relatively large series resistor from so much voltage that the discharge collapses Subdivision of the anode according to the invention will therefore prevent an arc from occurring in the first place. It's closed note that the structural effort for the subdivision according to the invention is only necessary once for each discharge device and that the workpiece, d. H. the cathode, does not require any special treatment.

Ein Sonderfall dieser Glimmentladungsstabilisierung führt zu einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung. Es ist dies der Grenzfall, daß die Anzahl der Teilanoden unendlich wird Praktisch bedeutet das eine dünne Widerstandsschicht über der Anodenfläche,A special case of this glow discharge stabilization leads to a further advantageous embodiment the invention. This is the borderline case where the number of partial anodes becomes infinite. In practical terms, this means a thin resistive layer over the anode surface,

deren Widerstand aus geometrischen Gründen in Richtung senkrecht zur Anode klein, dagegen parallel zur Anode groß ist Bei der Auswahl des Widerstandsmaterials ist darauf zu achten, daß der Temperaturkoeffizient nicht negativ ist, und daß die Entladung die Widerstandsschicht nicht verändern darf.their resistance for geometric reasons is small in the direction perpendicular to the anode, but parallel to the anode is great when choosing the resistor material care must be taken that the temperature coefficient is not negative and that the discharge Resistance layer must not change.

Die Erfindung IaBt sich nicht nur bei zylindrischen Werkstücken anwenden, sondern auch bei anders geformten, wobei dann vielleicht die Form der Anode der des Werkstücks anzupassen ist Insbesondere kann auch die Anode innen liegen und die Kathode außen, falls die Innenfläche eines hohlen Werkstücks behandelt werden solL Anstelle einer leitenden Gefäßwand kann auch eine nichtleitende verwendet werden (Glasglocke), wobei dann die gemeinsame Zuleitung zu den Vorwiderstanden 7 aus Draht ausgebildet ist, der außerhalb des der Entladung zugänglichen Gebiets verlegt istThe invention is not only applicable to cylindrical ones Use workpieces, but also with differently shaped, whereby then perhaps the shape of the anode that is to be adapted to the workpiece In particular, the anode can also be on the inside and the cathode on the outside, if the inner surface of a hollow workpiece is to be treated instead of a conductive vessel wall a non-conductive one can also be used (bell jar), in which case the common lead to the Series resistors 7 is formed from wire that is outside of the area accessible to the discharge is relocated

1 sheet of drawings

Claims

Patent address:

1. Glow discharge device, especially for large discharge currents, consisting of a cathode, a larger number of anodes arranged at a substantially constant distance therefrom, a voltage source between the electrodes and a discharge vessel that the electrodes encloses and has a gas atmosphere, characterized in that the anodes are designed as mutually insulated partial anodes (8) each connected in parallel via one Series resistor (7) are connected to the common voltage source (6), and that in operation of the Glow discharge device, the glow discharge simultaneously between the parts of the sub-anodes (8) and the cathode (7) takes place

2. glow discharge device according to claim 1, characterized in that the number π of the partial anodes (8) is at least two, preferably about 500; And that the series resistors (7) are all selected to be the same size and are of the order of magnitude of η ohms.