DE2620391A1

DE2620391A1 - Regeln des gasdrucks bei stromstarken glimmentladungen

Info

Publication number: DE2620391A1
Application number: DE19762620391
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Oppel
Original assignee: IONIT ANSTALT BERNHARD BERGHAUS
Current assignee: IONIT ANSTALT BERNHARD BERGHAUS
Priority date: 1976-05-08
Filing date: 1976-05-08
Publication date: 1977-11-10
Also published as: JPS5340645A; BR7702960A; JPS5622949B2; FR2350639A1

Description

Ionit Anstalt Beriihai'd Berghaus, Aeulenstr. 74-, FL-94-90 Vaduz 2620391

Regeln des Gasdrucks bei stromstarken Glimmentladungen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln des Gasdrucks in einem Rezipienten zur stromstarken Glimmentladung zur Behandlung von Werkstücken, wobei in dem' Rezipienten ein Gasdurchfluß aufrecht erhalten wird, indem der Gasdruck im Rezipienten gemessen und die Gaszufuhr entsprechend dem gemessenen Gesamtdruck gesteuert wird, wobei mehrere Gase in den Rezipienten eingeführt werden.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DT-PS 1 058 806 bekannt, bei dem jedoch das Gas vor dem Einführen in den Rezipienten bereits gemischt und anschließend über ein steuerbares Einlaßventil dem Rezipienten zugeführt wird. Insbesondere bei Gasen mit niedrigem Molekulargewicht wie Wasserstoff, die zusammen mit weiteren Gasen mit höherem Molekulargewicht zugeführt werden, tritt jedoch eine starke Entmischung am Einlaßventil auf, so daß nicht gewährleistet ist, daß sich im Rezipienten ein bestimmtes definiertes Gasgemisch befindet·

Ferner können im Rezipienten selbst Gase entstehen, wenn beispielsweise bei kohlenstoffreichen Stählen unter anderem Kohlenstoff von den zu behandelnden Werkstücken abgestäubt wird, der z.B. mit Wasserstoff im Glimmlichtplasma Kohlenwasserstoffverbindungen bilden kann, wodurch bei gleichzeitiger Zugabe von Kohlenwasserstoffen zum Rezipienten die Gaszusammensetzung im Rezipienten nicht dem Verhältnis der zugeführten Gasmengen entspricht, so daß das Erhalten von reproduzierbaren Ergebnissen durch die Glimmentladungsbehandlung beeinträchtigt wird.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglichen, ein ganz "bestimmtes definiertes Gasgemisch im Rezipienten im Hinblick auf das Erzielen reproduzierbarer Ergebnisse aufrechtzu-erhalten.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Partialdriicke der verschiedenen Gase im Eezipienten gemessen und die Gaszufuhr für die einzelnen Gase, die dem Rezipienten direkt zugeführt werden, "entsprechend der gewünschten Zusammensetzung geregelt werden.

Hierbei ist es zweckmäßig, wenn zum Messen der Partialdrücke die im Rezipienten befindlichen Gase an verschiedenen Stellen des Rezipienten und insbesondere an der Oberfläche der zu behandelnden Werkstücke entnommen werden.

Außerdem ist es möglich, auch das Vorhandensein unerwünschter Gase wie Sauerstoff festzustellen, da z.B. dieser eine Oxydation der Oberfläche der Werkstücke bewirken kann. Bei einem übermäßigen Auftreten von unerwünschten Gasen kann dann eine Alarm- oder eine Steuermeldung zur Änderung des Gasdurchflusses bzw. zur Unterbrechung des Glimmentladungsprozesses abgegeben werden. So kann z,B. durch Erhöhen des Gasdurchflusses das unerwünschte Gas aus dem Rezipienten herausgespült werden.

Fm den Gasverbrauch niedrig zu halten, kann der Gasaustritt aus dem Rezipienten gedrosselt werden.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zum Regeln des Gasdruckes in einem Rezipienten zur stromstarken Glimmentladung zur Behandlung von Werkstücken mit einem steuerbaren Einlaß- und einem Auslaßventil, einer Vakuumpumpe, einer Einrichtung zum Messen des Gesamtgasdruckes und einer Einrichtung zum 709845/0571

Steuern des Gesamtgasdrucks entsprechend dem gemessenen Wert zur Durchführung des Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, daß mehrere steuerbare Einlaßventile für jede verwendete Gasart vorgesehen sind, während der Rezipient mit einem Partialdruckmeßgerät für verschiedene Gasarten verbunden ist, das mit einer oder mehreren Regeleinrichtungen für die verschiedenen Einlaßventile verbunden ist.

Als Partialdruckmeßgerät kann insbesondere ein Massenspektrometer verwendet werden. Ferner kann das Partialdruckmeßgerät eine oder mehrere Kapillaren aufweisen, die zu verschiedenen Stellen im Rezipienten, insbesondere zur Oberfläche der zu behandelnden Werkstücke geführt sind, um insbesondere die Gaszusammensetzung an der Oberfläche der Werkstücke zu analysieren und um ferner Mittelwerte für die Partialdrücke der einzelnen Gase durch Entnahme der Gase an verschiedenen Stellen des Rezipienten bilden zu können. Die Kapillaren bestehen zweckmäßigerweise aus einem inerten, nicht leitendem Material, beispielsweise Quarz.

Ferner kann der Sollwert der oder aller Regeleinrich- · tungen entsprechend dem gemessenen Gesamtgasdruck und/ oder entsprechend der Gasdurchflußmenge veränderbar sein, um den Gesamtgasdruck entsprechend einem gewünschten Wert einstellen und den Gasverbrauch niedrig halten zu können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Abbildung näher erläutert, in der schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt ist.

In einem Rezipienten 1, der bei Gleichstrombetrieb anodisch geschaltet ist, ist ein Werkstück 2 aufgehängt, das mit einer Stromdurchführung durch die Wandung des Rezipient e?. ^ verbunden und kathodisch geschaltet ist. Das Werjfgtiioki*^ SoU mi He- Is stromstarker Glimmentla-

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düngen "beispielsweise zum Nitrierhärten, Metallisieren, Glühen, Härten, Karburieren, Entkohlen oder dergleichen in an sich "bekannter Veise behandelt werden.

Mit dem Behälter 1 ist ein Partialdruckmeßgerät 3 verbunden, dem über eine Leitung 4- Gas aus dem Inneren des Rezipienten 1 zugeführt wird. Zu diesem Zweck können insbesondere nicht dargestellte Kapillare verwendet werden, die vorzugsweise bis in die Nähe des zu behandelnden Werkstücks 2 geführt sind. Die Entnahme der Gase kann an verschiedenen Stellen des Rezipienten erfolgen. Ferner besitzt der Rezipient verschiedene Zuleitungen 6 jeweils für ein bestimmtes Gas, die mit einer entsprechenden Gasquelle beispielsweise Gasflaschen verbunden sind. In den Leitungen 6 sind gesteuerte Ventile, beispielsweise Membranventile und insbesondere Nadelventile, angeordnet. Die Ventile 7 werden über Regler 8 gesteuert, die mit dem Partialdruckmeßgerät verbunden sind. Hierbei werden die Ventile 7 entsprechend der gemessenen Abweichung der Partialdrucke vom vorgegebenen Sollwert geöffnet bzw. geschlossen.

Da innerhalb des Rezipienten ein Gasdurchfluß aufrechterhalten werden muß, um die Gaszusammensetzung und den Gesamtdruck der Gase im Rezipienten auf gewünschte Werte einstellen zu können, ist der Rezipient über eine Leitung 9 mit einer Vakuumpumpe 10 verbunden, wobei vor der Vakuumpumpe 10 in der Leitung 9 ein gesteuertes Drosselventil 11 angeordnet ist. Durch das Drosselventil 11 wird der gewünschte Druck im .Innern des Rezipienten aufrechterhalten, wobei zu diesem Zweck ein Druckmeßgerät 12 zum Messen des Gesamtgasdruckes im Rezipienten 1 mit dem Rezipienten verbunden ist, dem ein Regler 13 nachgeschältet ist, der das Drosselventil 11 entsprechend der Abweichung vom vorgegebenen Sollwert steuert. TJm den Gasdurchfluß durch den Rezipienten und damit den Gasverbrauch gering zu halten, kann der ^EeJ5]k^e ₍ffl-^e$^ft^7^c1^mi'^{fc derL ße}S^{lern 8} verbunden

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sein, um den Sollwert aller Regler 8 entsprechend dem gemessenen Gesamtgasdruck und/oder entsprechend der gewünschten Gasdurchflußmenge zu verändern. In Zusammenhang mit der Steuerung des Drosselventils 11 wird hierdurch zwar der Gesamtgasdruck und die Gasdurchflußmenge verändert, jedoch die Gaszusammensetzung selbst nicht beeinträchtigt.

Wenn mittels des Partxaldruckmeßgerates 3 auch unerwünschte Gase ermittelt werden, kann der hierbei ermittelte Meßwert zu einem Regler 14 gegeben werden, der entsprechend dem Auftreten des unerwünschten Gases die Anlage völlig abschaltet oder den Sollwert aller Regler 8 sowie des Reglers 13 verändert, so daß beispielsweise im Übermaß auftretender Sauerstoff aus dem Rezipienten herausgespült werden kann, indem das Drosselventil 11 ebenso wie die Einlaßventile 7 stärker geöffnet werden und der Sollwert der Regler 8 entsprechend erhöht wird, um bei gleicher gewünschter Gaszusammensetzung den gewünschten Druck im Rezipienten 1 aufrechtzuerhalten.

- Ansprüche 709845/0571

Claims

Ansprüche

Λ.) Verfahren zum Regeln des Gadrucks in einem Rezipienten zur stromstarken Glimmentladung zur Behandlung von Werkstücken, wobei in dem Rezipienten ein Gasdurchfluß aufrechterhalten wird, indem der Gasdruck im Rezipienten gemessen und die Gaszufuhr entsprechend dem gemessenen Gesamtgasdruck gesteuert wird, wobei mehrere Gase in den Rezipienten eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Partialdrücke der verschiedenen Gase im Rezipienten geraessen und die Gaszufuhr für die einzelnen Gase, die dem Rezipienten direkt zugeführt werden, entsprechend der gewünschten Zusammensetzung geregelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen der Partialdrücke die im Rezipienten befindlichen Gase an verschiedenen Stellen des Rezipienten entnommen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen der Partialdrücke, die im Rezipienten befindlichen Gase an der Oberfläche der zu behandelnden Werkstücke entnommen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß bei übermäßigem Auftreten von unerwünschten Gasen eine Alarm- oder eine Steuermeldung zur Änderung des Gasdurchflusses oder zum Abschalten der Anlage abgegeben wird.
5« Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennz eictmet, daß der Gasaustritt aus dem Rezipienten gedrosselt wird.

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INSPECTED

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6. Vorrichtung zum Regeln des Gasdrucks in einem Rezipienten zur stromstarken Glimmentladung zur Behandlung von Werkstücken mit einem steuerbaren Einlaß- und einem Auslaßventil, einer Vakuumpumpe, einer Einrichtung zum Messen des Gesamtgasdrucks und einer Einrichtung zum Steuern des Gesamtgasdrucks entsprechend dem gemessenen Wert zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 "bis 5? dadurch gekennzeichnet daß mehrere steuerbare Einlaßventile (7) für jede verwendete Gasart vorgesehen sind, während der Rezipient (1) mit einem Partialdruckmeßgerät (3) für verschiedene Gasarten verbunden ist, das mit einer oder mehreren Regeleinrichtungen (8) für die verschiedenen Einlaßventile (7) verbunden ist.
7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Partialdruckmeßgerät (3) ein Massenspektrometer ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Partialdruckmeßgerät (3) Kapillare aufweist, die zu verschiedenen Stellen im Rezipienten (1) geführt sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Kapillare zur Oberfläche der zu behandelnden Werkstücke (2) geführt ist·
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert aller Regeleinrichtungen (8) entsprechend dem gemessenen Gesamtgasdruck und/oder entsprechend der Gasdurchflußmenge veränderbar ist.

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11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Regeleinrichtungen (14) vorgesehen sind, die entsprechend dem Auftreten von unerwünschten Gasen, deren Partialdrücke von dem Partialdruckmeßgerät (3) gemessen werden, steuerbar sind, so daß der Sollwert aller Regelexnrxchtungen (8) und die Stellung des Auslaßventils (11) veränderbar sind oder die Anlage gänzlich abgeschaltet wird.

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