DE3322341A1 - Verfahren und vorrichtung zur oberflaechenbehandlung von werkstuecken durch glimmentladung - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur oberflaechenbehandlung von werkstuecken durch glimmentladungInfo
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Description
VON KREISLER SCHONWALD 5!SMQlO
VONKREISLER KELLER SELTING WERNER
PATENTANWÄLTE
Dr. Siegfried Strämke Dr,lng. von Kreisler 11973
Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln
Fichtenhain 6 Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden
Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln
5135 Seif kant 4 DipL-Chem. Carola Keller, Köln
Dipl.-Ing. G. Selting, Köln Dr. H.-K. Werner, Köln
DEICHAMNNHAUS AM HAUPTBAHNHOF
D-5000 KÖLN 1
21. Juni 1983 Sg-Fe
Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken durch Glimmentladung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken durch Glimmentladung, bei welchem
zwischen das in einem Rezipienten enthaltene Werkstück
und einer Gegenelektrode Spannungsimpulse zum Zünden und Aufrechterhalten einer Glimmentladung gelegt
werden.
Es ist bekannt, Oberflächenbehandlungen von Werkstücken
durch Glimmentladungen vorzunehmen. Auf diese Weise können beispielsweise metallische Werkstücke einer
Oberflächenumwandlung durch Nitrieren u.dgl. ausgesetzt werden. Auch Beschichten, Härten, Glühen u.dgl. sind
mit Glimmentladungen möglich. Dabei wird überlicherweise das Werkstück als Kathode und die das Werkstück
Γ.·.·!,ιη ιθ'22ΐ! Ί IÜ4I Γι-Ιηχ: WdI1JU? Λ·:ρα d *>
ieyramm: Do.npatent Köln
umgebende Wandung eines Vakuumgefäßes als Anode an eine
Spannungsquelle von einigen 100 bis 1000 Volt geschaltet. In der sich ausbildenden Glimmentladung, die sich
über die gesamte zu behandelnde Werkstückoberfläche
erstrecken soll, werden sogenannte aktive Spezies erzeugt, die zu der gewünschten Oberflächenmodifikation führen. Die Glimmentladung wird normalerweise mit Gleichstrom gespeist.
erstrecken soll, werden sogenannte aktive Spezies erzeugt, die zu der gewünschten Oberflächenmodifikation führen. Die Glimmentladung wird normalerweise mit Gleichstrom gespeist.
Bei derartigen Glimmentladungen muß einerseits die
Spannung so hoch gewählt werden, daß die Glimmentladung die gesamte zu behandelnde Werkstückoberfläche erfaßt
(vollständige Beglimmung), andererseits darf die Spannung aber nicht so hoch sein, daß eine Bogenentladung
stattfindet, weil dann die Gefahr von Beschädigungen
des Werkstückes besteht. Wenn die Glimmentladungstrecke kontinuierlich mit Gleichspannung versorgt wird, ist
die Einhaltung der Glimmbedingungen kritisch. In der Regel wird eine Schnellabschalteinrichtung verwendet,
die bei Gefahr von Bogenentladungen einen Kurzschluß
hervorruft und hierdurch das Werkstück schützt. Beim Speisen der Entladung mit Gleichstrom ist die sich am
Werkstück einstellende Temperatur insbesondere abhängig von der Spannung, dem Druck und der Gasart. Dies ist
ein grundsätzlicher Nachteil, da aus verfahrenstechni-
sehen Gründen insbesondere Durck und Temperatur entkoppelt
sein sollten. Die Werkstücktemperatur beeinflußt aber andererseits auch den Übergang von der Glimmentladung
zur Bogenentladung.
Zur Entkopplung der Prozeßparameter und um die Gefahr
von Bogenentladungen zu vermeiden, ist es bekannt, die Glimmentladung mit Rechteckimpulsen mit variablem Tastverhältnis zu speisen. Werden die Impulspausen zu groß, dann treten jedoch Wiederzündprobleme auf. Die Impuls-
von Bogenentladungen zu vermeiden, ist es bekannt, die Glimmentladung mit Rechteckimpulsen mit variablem Tastverhältnis zu speisen. Werden die Impulspausen zu groß, dann treten jedoch Wiederzündprobleme auf. Die Impuls-
— «ο —
spannung, die ausreicht, um eine gezündete Glimmentladung aufrechtzuerhalten, ist u.U. nicht in der Lage,
das neuerliche Zünden zu bewirken. Außerdem treten bei dem bekannten Verfahren hohe Schaltverluste auf, da das
Einschalten und Abschalten während des Stromflusses erfolgt. Aus diesen Gründen konnten sich die Impulsverfahren
bisher nicht durchsetzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem einerseits
Bogenentladungen und damit Werkstückbeschädigungen vermieden werden, andererseits aber keine Wiederzündprobleme
auftreten. Dabei soll das Verfahren gut steuerbar sein und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen,
daß die Spannungsimpulse jeweils im Anfangsbereich
eine Impulsspitze zum Zünden der Glimmentladung aufweisen und anschließend in einen Bereich mit zum
Aufrechterhalten der Glimmentladung geeigneter Ampli-
tude übergehen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weist jeder Impuls
im Anfangsbereich eine Impulsspitze auf, die größer ist als die Zündspannung der Glimmentladung. Wenn mit dieser
kurzzeitigen Impulsspitze die Glimmentladung gezündet ist, wird sie im weiteren Verlauf des Spannungsimpuli^es
durch eine Spannung mit niedrigerer Amplitude aufrechterhalten. Durch diese niedrigere Spannung, die
unterhalb der Zündspannung liegt, werden Bogenentladungen vermieden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
können unterschiedliche Tastverhältnisse realisiert werden, wobei insbesondere auch große Impulsabstände
gewählt werden können, ohne daß Wiederzündprobleme auftreten. Damit ist es möglich, für jede Behandlungsart
und Werkstücktemperatur geeignete Impulsspannungen und
Tastverhältnisse auszuwählen. Sowohl beim Ein- als auch beim Ausschalten ist der Schalter weitgehend stromlos.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist vorgesehen, daß die Spannungsimpulse vor der Impulsspitze einen Abschnitt mit konstanter niedriger Amplitude aufweisen. Hierbei beginnen die Spannungsimpulse nicht unmittelbar mit der überhöhten Impulsspitze. Die Impulsspitze wird vielmehr mit einer gewissen
Verzögerung erzeugt, nachdem der Ladestrom zur Vorbereitung der Impulsspitze abgeklungen ist. Hierdurch werden die Schaltverluste auf ein äußerst geringes Maß reduziert.
ist vorgesehen, daß die Spannungsimpulse vor der Impulsspitze einen Abschnitt mit konstanter niedriger Amplitude aufweisen. Hierbei beginnen die Spannungsimpulse nicht unmittelbar mit der überhöhten Impulsspitze. Die Impulsspitze wird vielmehr mit einer gewissen
Verzögerung erzeugt, nachdem der Ladestrom zur Vorbereitung der Impulsspitze abgeklungen ist. Hierdurch werden die Schaltverluste auf ein äußerst geringes Maß reduziert.
Das Tastverhältnis von Spannungsimpulsen zu Impulspausen
ist vorzugsweise sehr klein und es liegt in der Größenordnung von 1:10 bis 1:500.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmentladungsstrecke zwischen Werkstück und Gegenelektrode
in Reihe mit einem impulsgesteuerten ersten Schalter an einer Versorgungsspannung liegt, daß eine Kondensatorschaltung,
die über die Glimmentladungsstrecke aufladbar ist, beim Schließen des ersten Schalters mit- ihrem
einen Pol an ein festes Bezugspotential gelegt wird,
derart daß der andere Pol ein außerhalb des Bereichs der Versorgungsspannung liegendes Potential annimmt,
und daß die Kondensatorschaltung über einen zweiten Schalter bei dessem Schließen über die Glimmentladungsstrecke
entladbar ist. Hierbei erfolgt nach Beendigung
eines Spannungsimpulses eine Aufladung der Kondensatorschaltung über die Glimmentladungsstrecke. Dabei wird
der Strom durch den ersten Schalter von der Kondensa-
torschaltung übernommen, so daß das Ausschalten mit sehr geringen Verlusten erfolgt.
Beim Schließen des ersten Schalters wird an der Kondensatorschaltung
eine Potentialänderung vorgenommen, indem der eine Pol des Kondensators beispielsweise mit
einem Pol der Versorgungsspannung verbunden wird. Die Kondensatorspannung wird hierdurch der Versorgungsspannung
hinzuaddiert. Die Entladung der Kondensatorschaltung
erfolgt anschließend durch Schließen des zweiten
Schalters in einem gewissen Zeitabstand zum Schließen des ersten Schalters. Dabei wird das Werkstück kurzzeitig
an eine Spannung gelegt, die um den Betrag der Ladespannung der Kondensatorschaltung höher ist als die
Versorgungsspannung. Hat sich die Kondensatorspannung
entladen, dann kann der zweite Schalter wieder geöffnet werden, während die Glimmentladung durch die an der
Glimmentladungsstrecke anliegende Versorgungsspannung
aufrechterhalten wird. Der Spannungsimpuls wird durch
Öffnen des ersten Schalters beendet.
Die Kondensatorschaltung besteht im einfachsten Fall aus einem einzigen Kondensator oder mehreren parallelgeschalteten
Kondensatoren. Eine derartige Kondensatorschaltung wird nach dem Schließen des ersten Schalters
auf die volle Versorgungs spannung aufgeladen.· Dies bedeutet, daß die Impulsspitze eine Amplitude hat, die
annähernd doppelt so groß ist wie die Versorgungsspannung. Für manche Anwendungen ist eine so hohe Impulsspitze
unerwünscht. Um niedrigere Impulsspitzen zu erzeugen, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der
Erfindung vorgesehen, daß die Kondensatorschaltung mehrere Kondensatoren enthält, die über Dioden derart
gekoppelt sind, daß. sie während des Aufladens in Reihe
geschaltet sind und nach dem Schließen des ersten und
des zweiten Schalters eine sich über die Glimmentladungsstrecke entladende Parallelschaltung bilden. Wenn
die einzelnen Kondensatoren einander gleich sind, wird jeder Kondensator der Kondensatorschaltung auf den Wert
Uv"/N aufgeladen, wobei tL·. die Versorgungsspannung und N
die Anzahl der Kondensatoren ist. Die Größe der auf die Versorgungsspannung aufgesetzte Impulsspitze ist hierbei
um den Faktor l/N kleiner als die Versorgungsspannung.
Durch die Anzahl der Kondensatoren kann somit die Größe der Impulsspitze beeinflußt werden.
Bei kurzen Impulspausen wird die Kondensatorschaltung über die Glimmentladungsstrecke nicht voll aufgeladen
bis der nächste Impuls gezündet wird. Die Amplitude der Impulsspitze des nächstfolgenden Impulses ist daher
annäherungsweise proportional zur Dauer der Impulspause. Dieser Effekt ist erwünscht, weil bei kurzzeitig aufeinander folgenden Spannungsimpulsen kleinere Impulsspitzen zum Zünden der Glimmentladung benötigt werden als bei großen Impulspausen.
annäherungsweise proportional zur Dauer der Impulspause. Dieser Effekt ist erwünscht, weil bei kurzzeitig aufeinander folgenden Spannungsimpulsen kleinere Impulsspitzen zum Zünden der Glimmentladung benötigt werden als bei großen Impulspausen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind neuartige Plasmaprozesse möglich, die jedoch andere als die bisherigen
Behandlungsgefäße erfordern. Die herkömmlichen Rezipienten können nicht oder nur geringfügig thermisch
isoliert werden, da aus physikalischen Gründen bei der
zur Behandlung erforderlichen Glimmbedeckung je nach Gasart und Druck eine minimale Leistung pro Werkstückfläche
zugeführt werden muß. Bei einigen Plasmaprozessen können an den kalten Flächen Kondensate auftreten,
die die vorgesehene Behandlung verhindern. Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Rezipient aus einem mit einer Heizvorrichtung
versehenen geschlossenen Behälter besteht, der von
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einem wärme Lädierenden Mantel mit variablem radialem
Abstand so umgeben ist und, daß der Raum zwischen dem Behälter und dem Mantel von einem Kühlmittel durchströmt
werden kann. Durch entsprechende Wahl des Kühlmittelstroms
und der Heizung kann die Wand auf einer für den Prozeß erforderlichen Temperatur gehalten werden.
Vorzugsweise ist der Mantel in mehrere schnell entfernbare Segmente unterteilt, so daß nach Beendigung
des Prozesses eine schnelle Abkühlung des Werkstückes
möglich ist.
möglich ist.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des
Verfahrens,
Fig. 2 Spannungsdiagramme an verschiedenen Punkten der Schaltung nach Fig. 1,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Schaltung,
Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch ein
Behandlungsgefäß und
Fig. 5 eine Draufsicht von Fig. 4.
Gemäß Fig. 1 ist ein Rezipient R vorgesehen, in welchem das zu behandelnde Werkstück W angeordnet ist. Das
Werkstück W ist an eine Elektrode 10 angeschlossen,
während der Rezipient R die Gegenelektrode bildet. Der Raun zwischen dem Werkstück W und dem Rezipienten R bildet die Glimmentladungsstrecke 11.
während der Rezipient R die Gegenelektrode bildet. Der Raun zwischen dem Werkstück W und dem Rezipienten R bildet die Glimmentladungsstrecke 11.
Die Gegenelektrode ist mit dem positiven Pol der Ve'rsorqungsspannung
U und mit dem einen Ende eines Wider-Standes Rl verbunden, dessen anderes Ende an die Elek-
trode 10 angeschlossen ist. Die Elektrode 10 ist mit
der Anode einer Diode Dl verbunden, deren Kathode über einen Schalter Sl und einen Stromfühler 12 mit dem negativen
Pol der Versorgungsspannung U„ verbunden ist.
Von dem Verbindungspunkt A zwischen der Kathode der Diode Dl und dem Schalter S2 führt eine Reihenschaltung aus einem Kondensator Cl und einer Diode D2 zum negativen Pol der Versorgungsspannung U^.. Der Verbindung r;-punkt zwischen dem Kondensator Cl und der Anode der
Diode D2 ist mit B bezeichnet.
Von dem Verbindungspunkt A zwischen der Kathode der Diode Dl und dem Schalter S2 führt eine Reihenschaltung aus einem Kondensator Cl und einer Diode D2 zum negativen Pol der Versorgungsspannung U^.. Der Verbindung r;-punkt zwischen dem Kondensator Cl und der Anode der
Diode D2 ist mit B bezeichnet.
Vom Punkt B führt eine Leitung über den zweiten Schalter S2 und einen Widerstand R2 zur Elektrode 10 bzw.
zum Punkt C.
Die Schalter Sl und S2 sind aus Gründen der einfachereren
Darstellung als mechanische Schalter gezeichnet. Zweckmäßigerweise verwendet man hierfür jedoch elektronische
Schalter, z.B. Transistoren oder Thyristoren. Der Schalter Sl wird von einem zeitgesteuerten Impulsgenerator
13 gesteuert, während der Schalter S2 von
einer Steuerschaltung 14 in Abhängigkeit von dem Strom des Stromfühlers 12 sowie der Spannung über Cl und der Zeit gesteuert ist.
einer Steuerschaltung 14 in Abhängigkeit von dem Strom des Stromfühlers 12 sowie der Spannung über Cl und der Zeit gesteuert ist.
In Fig. 2 sind die Spannungen U , U ' und LL·, an den
Punkten A, B und C der Schaltung nach Fig. 1 darge-
stellt und außerdem die Spannung UL·, die an der Glimmentladungsstrecke
11 auftritt. Nach dem Einschalten der Versorgungsspannung IL7 lädt sich der Kondensator Cl
über den Widerstand Rl und die Diode Dl sowie über die Diode D2 auf. Hierdurch bauen sich die Spannungen LL
und U an den Punkten A und C auf. Gemäß Fig. 2 ist das
Minuspotential der Versorgungsspannung U als Nullpotential angenommen. WLrd der Schalter Sl von dem Im-
pulsgenerator 13 geschlossen, so wird die mit dem Punkt A verbundene obere Platte des Kondensators Cl auf Nullpotential gelegt. Da die untere Platte dieses Kondensators
um nahezu den Betrag Uv negativer ist als die
obere Platte, entsteht am Punkt B ein Potential, das um diesen Betrag negativer ist als das Nullpotential. Die Spannung tL geht dagegen zu diesem Zeitpunkt (Sl ein) auf Null.
obere Platte, entsteht am Punkt B ein Potential, das um diesen Betrag negativer ist als das Nullpotential. Die Spannung tL geht dagegen zu diesem Zeitpunkt (Sl ein) auf Null.
Die Steuerschaltung 14 enthält eine Verzögerungsschaltung, die eine bestimmte kurze Zeitspanne, nachdem der
Strom durch den Stromfühler 11 einen Schwellwert überschritten hat, anspricht und den Schalter S2 schließt
(S2 ein). Hierdurch entlädt sich der Kondensator Cl über den geschlossenen Schalter S2 und den Widerstand
R2 sowie über die Glimmentladungs strecke 11. Die Spannung UR verringert sich nach einer e-Funktion langsam auf Null, während die Spannung U plötzlich negativ wird, um dann anschließend langsam wieder auf Null zu gehen. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne öffnet die
Steuerschaltung 14 den Schalter S2 wieder (S2 aus) , wodurch die Spannung U auf Nullpotential gehalten wird, so daß an der Glimmentladungsstrecke 11 nun die Versorgungsspannung Uv ansteht.
R2 sowie über die Glimmentladungs strecke 11. Die Spannung UR verringert sich nach einer e-Funktion langsam auf Null, während die Spannung U plötzlich negativ wird, um dann anschließend langsam wieder auf Null zu gehen. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne öffnet die
Steuerschaltung 14 den Schalter S2 wieder (S2 aus) , wodurch die Spannung U auf Nullpotential gehalten wird, so daß an der Glimmentladungsstrecke 11 nun die Versorgungsspannung Uv ansteht.
Wird der Schalter Sl anschließend von dem Impulsgenerator
13 wieder geöffnet (Sl aus) , dann lädt sich der Kondensator Cl über die Glimmentladungsstrecke 11 und
den parallelgeschalteten Widerstand Rl sowie über die Diode Dl wieder auf. Der Widerstand der Glimmentladungsstrecke
ist jedoch erheblich kleiner als der Wert
des Widerstandes Rl, so daß diese Aufladung schneller erfolgt als die anfängliche Aufladung beim Einschalten der Versorgungsspannung Uv.
des Widerstandes Rl, so daß diese Aufladung schneller erfolgt als die anfängliche Aufladung beim Einschalten der Versorgungsspannung Uv.
- y6 -
•/ί3·
Die Form des Spannungsimpulses 15, der an der Glimmentladungsstrecke
11 auftritt, ist in der letzten Zeile von Fig. 2 dargestellt. Der Spannungsimpuls 15 weist
zunächst einen stufenförmigen Bereich 16 auf, in dem
die Spannung auf den Wert der Versorgung εspannung U
ansteigt. Die Dauer T des Bereichs 16 ist von dem Steuergerät 14 vorgegeben. Im Anschluß an den Bereich 16 tritt die Impulsspitze 17 auf, deren Spitzenwert der Zündspannung U17 entspricht und annähernd doppelt so
groß ist wie die Versorgungsspannung U .
die Spannung auf den Wert der Versorgung εspannung U
ansteigt. Die Dauer T des Bereichs 16 ist von dem Steuergerät 14 vorgegeben. Im Anschluß an den Bereich 16 tritt die Impulsspitze 17 auf, deren Spitzenwert der Zündspannung U17 entspricht und annähernd doppelt so
groß ist wie die Versorgungsspannung U .
Von der kurzzeitigen Impulsspitze 17 fällt die Spannung nach einer e-Funktion bis auf den Bereich 18 ab, der
zur Aufrechterhaltung der Glimmentladung dient und die Größe von U hat. Beim Öffnen des Schalters Sl wird der
Spannungsimpuls beendet.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 1 nur dadurch, daß anstelle des
einzigen Kondensators Cl die Kondensatorschaltung 19 aus zwei Kondensatoren Cl und C2 besteht, die durch
Dioden miteinander verkoppelt sind. Der eine Pol des Kondensators Cl117 ist mit dem Punkt A verbunden und der andere Pol dieses Kondensators ist mit der Anode einer Diode D5 verbunden. Die Reihenschaltung des Kondensators Cl1., und die Diode D5., ist durch eine Diode D3„
■ " N N N
Dioden miteinander verkoppelt sind. Der eine Pol des Kondensators Cl117 ist mit dem Punkt A verbunden und der andere Pol dieses Kondensators ist mit der Anode einer Diode D5 verbunden. Die Reihenschaltung des Kondensators Cl1., und die Diode D5., ist durch eine Diode D3„
■ " N N N
überbrückt, deren Anode mit der Kathode von D5 verbunden
ist und deren Kathode mit dem Punkt A verbunden ist. Die Kathode der Diode D5 ist mit dem einen Pol
des Kondensators C2 verbunden, dessen anderer Pol an die Anode der Diode D2 angeschlossen ist. Die Kathode
der Diode D2 ist mit der Anode einer Diode D4 verbunden,
deren Kathode mit der Anode der Diode D5 und dem Schalter S2 verbunden i:vt.
/Ik
Die Kondensatoren Cl^. und C2 bilden vor dem Schließen
des Schalters Sl eine Reihenschaltung. Beide Kondensatoren sind einander gleich. Sie werden über die in
Durchlcißrichtung betriebenen Dioden D5 und D2 auf jeweil;;
die halbe Versorgungspannung IL /2 aufgeladen. Nach dem Schließen der Schalter Sl und S2 werden die
Dioden D5N und D2 in Sperrrichtung betrieben und die
Dioden D3 und D4 werden in Öffnungsrichtung betrieben.
Daher sind die Kondensatoren Cl und C2 zum Ent-
laden in Parallelschaltung betrieben. Dies hat zur Folge, daß bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 die
Spannungsspitze 17 nur die halbe Höhe (über dem Spannungsniveau üv) hat, wie bei dem Ausführungsbeispiel
der Fig. 1. Die Schaltung nach Fig. 3 wählt man, wenn
die Spannungsspitze 17 einen geringeren Wert haben soll. Anstelle der beiden Kondensatoren Cl und C2
könnten auch drei oder mehr Kondensatoren benutzt werden, die zum Aufladen in Reihe, zum Entladen aber parallelgeschaltet sind. In diesem Fall würde die Höhe
könnten auch drei oder mehr Kondensatoren benutzt werden, die zum Aufladen in Reihe, zum Entladen aber parallelgeschaltet sind. In diesem Fall würde die Höhe
der Spannungsspitze noch mehr verringert werden.
In Verbindung mit der Schaltung nach Fig. 1 oder derjenigen nach Fig. 3 wird das in den Fign. 4 und 5 dargestellte
Behandlungsgefäß benutzt. Dieses Behandlungsgefäß weist einen rohrförmigen Rezipienten R auf, in
dem das Werkstück W in Kontakt mit der Leitung 10 angeordnet wird. Dor Rezipient R weist einen thermisch isolierten
Boden 20 auf und er ist mit einem ebenfalls thermisch isolierten Deckel 21 verschlossen. Der Rezipient
R ist mit einer Heizwendel 22 umwickelt, um durch äußere Wärmeeinwirkung eine bestimmte Temperatur am
Werkstück W zu erzielen, wobei die zum Aufheizen des Werkstücks erforderliche Energie durch die Zeizwendel
22, also durch externe Fremdheizung aufgebracht wird.
-A-
Der Rezipient R ist mit viariablem radialem Abstand A von einem wärmeisolierenden Mantel 23 umgeben, der nach
oben hin offen ist. Durch den Ringraum 24 zwischen Rezipient R und Mantel 23 wird ein Kühlmedium, Z.B.
Luft, nach unten angesaugt. Der Abstand des Isoliermantels von der Behälterwand ist variabel und wird je nach gewünschter Ringspaltbreite eingestellt. Beim Ausheizen liegt die Isolierung am Behälter an. Beim forcierten Abkühlen wird durch den Ringspalt das Kühlmedium mit
Luft, nach unten angesaugt. Der Abstand des Isoliermantels von der Behälterwand ist variabel und wird je nach gewünschter Ringspaltbreite eingestellt. Beim Ausheizen liegt die Isolierung am Behälter an. Beim forcierten Abkühlen wird durch den Ringspalt das Kühlmedium mit
hoher Geschwindigkeit abgesaugt. Zum Ansaugen dient ein am unteren Ende des Behandlungsgefäßes angeordneter
ringförmiger Ansaugkanal 25, der mit einem Gebläse 26 in Verbindung steht. Das Gebläse 26 verursacht in dem
Ringraum 24 eine abwärts gerichtete Kühlluftströmung
(Pfeil 27). Durch diese Kühlluftströmung wird im Innern
des Rezipienten durch Wärmeaustausch durch die Wand hindurch eine Konvektionsströmung (Pfeil 28) erzeugt,
die ebenfalls nach unten gerichtet ist. Das im Innern des Rezipienten R enthaltene Gas strömt an der Außen-
wand nach unten und entlang des Werkstücks nach oben.
Hierdurch wird das Werkstück gleichmäßig thermisch beaufschlagt.
Um das Werkstück W nach Beendigung der Glimmentladungsbehandlung schnell abkühlen zu können, ist der ringför-
mige Mantel 23 in mehrere Segmente 231,232,233 unterteilt, zwischen denen Dichtungselemente 29 angeordnet
sind. Die Segementc können einzeln radial nach außen bewegt bzw. abgeklappt werden, so daß der Rezipient R
dann frei steht und unter dem Einfluß der Außenluft
oder durch Gebläsekühlung schnell abkühlen kann.
Claims (1)
- ANSPRÜCHEVerfahren zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken durch Glimmentladung, bei welchem zwischen das in einem Rezipienten (R) enthaltene Werkstück (W) und eine Gegenelektrode Spannungsimpulse (15) zum Zünden und vorübergehenden Aufrechterhalten einer Glimmentladung gelegt werden,dadurch gekennzeichnet, daß
die Spannungsimpulse (15) jeweils im Anfangsbereich eine Impulsspitze (17) zum Zünden der Glimmentladung aufweisen und anschließend in einen Bereich (18) mit zum Aufrechterhalten der Glimmentladung geeigneter Amplitude übergehen.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsimpulse (15) vor der Impulsspitze (17) einen Abschnitt (16) mit konstanter niedriger Amplitude aufweisen.3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastverhältnis von Spannungsimpulsen zu Impulspausen sehr klein ist und in der Grössenordnung von 1:10 bis 1:500 liegt.4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Beheizen des das Werkstücks (W) erforderliche Energie im wesentlichen durch Fremheizung aufgebracht wird.5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmentladungsstrecke (11) zwischen Werkstück und Gegenelektrode in Reihe mit einem impuls-♦ Ζ-gesteuerten ersten Schalter (Sl) an einer Versorgungsspannung (Uv) liegt, daß eine Kondensatorschaltung (19) , die über die Glxmmentladungs strecke (11) aufladbar ist, beim Schließen des ersten Schalters (Sl) mit ihrem einen Pol an ein festes Bezugspotential gelegt wird, derart, daß der andere Pol ein außerhalb des Bereichs der Versorgungsspannung (U ) liegendes Potential annimmt, und daß die Kondensatorschaltung (19) über einen zweiten Schalter (S2) bei dessem Schließen über die Glimmentladungsstrecke (11) entladbar ist.6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glxmmentladungsstrecke (11) mit einer ersten Diode (Dl) und dem ersten Schalter (Sl) in Reihe geschaltet ist, daß dem ersten Schalter (Sl) eine Reihenschaltung aus der Kondensatorschaltung (19) und einer zweiten Diode (D2) parallelgeschaltet ist und daß der Verbindungspunkt (B) zwischen der Kondensatorschaltung (19) und der zweiten Diode (D2) über den zweiten Schalter (S2) und einen Widerstand (R2) mit dem Werkstück (E) verbunden ist.7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmentladungsstrecke (11) durch einen Widerstand (Rl) überbrückt ist.8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter (Sl) zeitabhängig getaktet ist und daß der zweite Schalter (S2) in Abhängigkeit von dem durch den ersten Schalter fließenden Strom der Zeit bzw. der Spannung an der Kondensatorschaltung (19) gesteuert ist..3-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorschaltung(9) mehrere Kondensatoren (CIn, C2n) enthält, die über Dioden (D3 ,D4 ,D5 ) derart gekoppelt sind, daß sie während des Aufladens in Reihe geschaltet sind und nach Schließen des ersten und des zweiten Schalters eine sich über die Glimmentladungsstrecke (11) entladende Parallelschaltung bilden.10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (Rl) derart bemessen ist, daß die Spannung der Impulsspitze (17) dem zeitlichen Abstand der Spannungsimpulse (15) proportional ist.1-1. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10,dadurch gekennzeichnet, daß der Rezipient (R) aus einem mit einer Heizvorrichtung (22) versehenen geschlossenen Behälter besteht, der von einem wärmeisolierenden Mantel (23) mit variablem radialem Abstand umgeben ist und daß der Raum (24) zwischen dem Behälter und dem Mantel von einem Kühlmittel durchströmt ist.12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurchgekennzeichnet, daß der Mantel (23) in mehrere schnell entfernbare Segmente (231,232,233) unterteilt ist.
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