DE3322341A1 - Verfahren und vorrichtung zur oberflaechenbehandlung von werkstuecken durch glimmentladung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur oberflaechenbehandlung von werkstuecken durch glimmentladung

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DE3322341A1 DE19833322341 DE3322341A DE3322341A1 DE 3322341 A1 DE3322341 A1 DE 3322341A1 DE 19833322341 DE19833322341 DE 19833322341 DE 3322341 A DE3322341 A DE 3322341A DE 3322341 A1 DE3322341 A1 DE 3322341A1
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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.
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-
— «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.
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.
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
■'/ΙΟ-
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
- 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 .
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
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
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
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)

  1. ANSPRÜCHE
    Verfahren 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, dadurch
    gekennzeichnet, daß der Mantel (23) in mehrere schnell entfernbare Segmente (231,232,233) unterteilt ist.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4693869A (en) * 1986-03-20 1987-09-15 Pfaff Ernest H Electrode arrangement for creating corona
EP0269251A1 (de) * 1986-10-29 1988-06-01 The Electricity Council Verfahren und Vorrichtung für thermochemische Behandlung
EP0275018A2 (de) * 1987-01-12 1988-07-20 Reinar Grün Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten elektrisch leitender Gegenstände mittels Glimmentladung
DE4005956C1 (de) * 1990-02-26 1991-06-06 Siegfried Dipl.-Ing. Dr. 5135 Selfkant De Straemke
DE4007123A1 (de) * 1990-03-07 1991-09-12 Siegfried Dipl Ing Dr Straemke Plasma-behandlungsvorrichtung
DE4122452A1 (de) * 1991-07-06 1993-01-07 Schott Glaswerke Verfahren und vorrichtung zum zuenden von cvd-plasmen
US5948224A (en) * 1992-03-24 1999-09-07 Balzers Aktiengsellschaft Method of controlling a treatment process and vacuum treatment apparatus
EP1143031A2 (de) * 1997-12-15 2001-10-10 Volkswagen AG Plasmaborierung
DE102010038605A1 (de) * 2010-07-29 2012-02-02 Hüttinger Elektronik Gmbh + Co. Kg Zündschaltung zum Zünden eines mit Wechselleistung gespeisten Plasmas

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29520685U1 (de) * 1995-12-29 1997-04-24 Strämke, Siegfried, Dr.-Ing., 52538 Selfkant Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Glimmentladungsstrecke
DE19601436A1 (de) * 1996-01-17 1997-07-24 Siegfried Dr Ing Straemke Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken
CH694983A8 (de) * 2000-01-11 2006-03-15 Mitsubishi Electric Corp Elektrische Speiseeinheit für elektrische Entladungsoberflächenbehandlung und Verfahren zur elektrischen Entladungsoberfächenbehandlung.
DE10122598B4 (de) * 2000-05-16 2012-12-27 Rübig Ges.m.b.H. & Co. KG Verfahren für die Ionisierung eines Arbeitsgases zur Oberflächenbehandlung eines Werkstückes
TW511158B (en) * 2000-08-11 2002-11-21 Alps Electric Co Ltd Plasma processing apparatus and system, performance validation system thereof
FR2836157B1 (fr) * 2002-02-19 2004-04-09 Usinor Procede de nettoyage de la surface d'un materiau enduit d'une susbstance organique, generateur et dispositif de mise en oeuvre
DE102006023018A1 (de) * 2006-05-17 2007-11-22 Strämke, Siegfried, Dr. Plasmaverfahren zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken
US7471068B2 (en) * 2006-11-03 2008-12-30 Ivus Industries, Llc Ultra-fast ultracapacitor charging method and charger

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0062550A1 (de) * 1981-03-13 1982-10-13 Innovatique S.A. Verfahren für die thermochemischen Behandlungen von Metallen durch Ionenbeschuss

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2789242A (en) * 1946-02-13 1957-04-16 Friedman Herbert Geiger-mueller counter
US2951969A (en) * 1957-12-12 1960-09-06 Elox Corp Michigan Edm pulsing circuit
AT302636B (de) * 1966-01-24 1972-10-25 Dietrich Erben Vorrichtung zur Behandlung der Oberfläche von dünnwandigen Kunststoff- oder Metallflächen od.dgl.
US3365612A (en) * 1965-08-12 1968-01-23 Ingersol Milling Machine Compa Dual source spark machining power supply
US3376470A (en) * 1965-08-12 1968-04-02 Atomic Energy Commission Usa Capacitor discharge circuit for starting and sustaining a welding arc
US3504154A (en) * 1966-08-03 1970-03-31 Victor H Marcolini Edm power supply with separate sources of gap ionizing potential and material eroding energy
US3955118A (en) * 1975-02-19 1976-05-04 Western Electric Company, Inc. Cold-cathode ion source
JPS5315720A (en) * 1976-07-28 1978-02-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Static shift register

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0062550A1 (de) * 1981-03-13 1982-10-13 Innovatique S.A. Verfahren für die thermochemischen Behandlungen von Metallen durch Ionenbeschuss

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4693869A (en) * 1986-03-20 1987-09-15 Pfaff Ernest H Electrode arrangement for creating corona
EP0269251A1 (de) * 1986-10-29 1988-06-01 The Electricity Council Verfahren und Vorrichtung für thermochemische Behandlung
EP0275018B1 (de) * 1987-01-12 1993-03-24 Reinar Grün Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten elektrisch leitender Gegenstände mittels Glimmentladung
EP0275018A2 (de) * 1987-01-12 1988-07-20 Reinar Grün Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten elektrisch leitender Gegenstände mittels Glimmentladung
DE4005956C1 (de) * 1990-02-26 1991-06-06 Siegfried Dipl.-Ing. Dr. 5135 Selfkant De Straemke
DE4007123A1 (de) * 1990-03-07 1991-09-12 Siegfried Dipl Ing Dr Straemke Plasma-behandlungsvorrichtung
US5308650A (en) * 1991-07-06 1994-05-03 Schott Glaswerke Process and apparatus for the ignition of CVD plasmas
EP0522281A1 (de) * 1991-07-06 1993-01-13 Schott Glaswerke Verfahren und Vorrichtung zum Zünden von CVD-Plasmen
DE4122452A1 (de) * 1991-07-06 1993-01-07 Schott Glaswerke Verfahren und vorrichtung zum zuenden von cvd-plasmen
US5948224A (en) * 1992-03-24 1999-09-07 Balzers Aktiengsellschaft Method of controlling a treatment process and vacuum treatment apparatus
US6878248B2 (en) 1992-03-24 2005-04-12 Hans Signer Method of manufacturing an object in a vacuum recipient
EP1143031A2 (de) * 1997-12-15 2001-10-10 Volkswagen AG Plasmaborierung
EP1143031A3 (de) * 1997-12-15 2004-04-28 Volkswagen AG Plasmaborierung
DE102010038605A1 (de) * 2010-07-29 2012-02-02 Hüttinger Elektronik Gmbh + Co. Kg Zündschaltung zum Zünden eines mit Wechselleistung gespeisten Plasmas
DE102010038605B4 (de) * 2010-07-29 2012-06-14 Hüttinger Elektronik Gmbh + Co. Kg Zündschaltung zum Zünden eines mit Wechselleistung gespeisten Plasmas
CN103038994A (zh) * 2010-07-29 2013-04-10 许廷格电子两合公司 用于点燃馈送有交流电的等离子体的点燃电路
US8890413B2 (en) 2010-07-29 2014-11-18 Trumpf Huettinger Gmbh + Co. Kg Ignition circuit for igniting a plasma fed with alternating power
CN103038994B (zh) * 2010-07-29 2015-12-02 许廷格电子两合公司 用于点燃馈送有交流电的等离子体的点燃电路

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DE3322341C2 (de) 1991-03-21
US4645981A (en) 1987-02-24

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