CH383519A - Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Glimmentladung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Glimmentladung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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CH383519A
CH383519A CH3666256A CH3666256A CH383519A CH 383519 A CH383519 A CH 383519A CH 3666256 A CH3666256 A CH 3666256A CH 3666256 A CH3666256 A CH 3666256A CH 383519 A CH383519 A CH 383519A
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Berghaus Bernhard
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Berghaus Elektrophysik Anst
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Description


  Verfahren zum     Betrieb    einer elektrischen     Glimmentladung    und Vorrichtung  zur Durchführung des Verfahrens    Beim Betrieb von Glimmentladungen in einem  Unterdruckgefäss zum Zwecke der Durchführung von  metallurgischen, chemischen oder sonstigen tech  nischen Prozessen werden vorwiegend metallische  Entladungsgefässe verwendet, da solche Prozesse  immer eine erhöhte Temperatur des Behandlungs  gutes erforderlich machen.

   Bei elektrischen     Glimm-          entladungen    dieser Art liegt am Behandlungsgut, also  beispielsweise an dem an seiner Oberfläche zu ver  edelnden metallischen Werkstück, dauernd oder we  nigstens zeitweise eine negative Spannung, damit die  wirksame     kathodische    Glimmentladung die am Pro  zess beteiligten Flächen des Werkstückes möglichst  vollständig überzieht.

   Die hierfür erforderliche Zu  fuhr elektrischer Energie zum Behandlungsgut erfolgt  üblicherweise über eine oder mehrere in der metal  lischen Gefässwandung eingebaute Stromdurchfüh  rungen mit einem isolierten Innenleiter, der bei  Gleichstrombetrieb     dauernd    und bei Wechselstrom  betrieb zeitweise     kathodisches    Potential gegen seine  Umgebung führt.  



  Beim Betrieb derartiger Entladungsgefässe ist die  bekannte Schwierigkeit aufgetreten, dass sich nicht  nur das Behandlungsgut, sondern auch alle anderen,       kathodisches    Potential aufweisenden Metallteile, also  auch der Innenleiter der Stromdurchführung, mit  einer Glimmhaut überziehen und somit am     Ent-          ladungsprozess    teilnehmen. Hierdurch entstehen einer  seits unnötige Erwärmungen und Energieverluste an  den betreffenden Teilen, etwa an Halterungen für  das Behandlungsgut, anderseits aber auch zerstörend  wirkende Reaktionen besonders an den Strom  durchführungen, besonders bei den Berührungsstellen  Innenleiter Isoliermaterial im Gefässinnenraum.

   Diese  bekannte, die Lebensdauer solcher Stromdurchfüh  rungen stark vermindernde Erscheinung hat dazu    geführt, dass als Schutzmassnahme ein System enger  Spalte zwischen Innenleiter und Isolator verwendet  wird, um die am Grunde des Spaltsystems gelegene  Berührungsstelle     Innenleiter;Isolator    vor dem     An-          griff    der zerstörenden Glimmentladung zu schützen,  da erfahrungsgemäss in einem genügend engen Spalt  eine Glimmentladung stark behindert oder vollstän  dig unterdrückt wird.

   Der günstige Einfluss solcher  Spaltsysteme hat zu verschiedenen, meist ziemlich  komplizierten Konstruktionen von isolierten Strom  durchführungen geführt, bei welchen zwischen dem  Innenleiter einerseits und dem Isolator bzw. eventuell  vorhandenen, mit der     Isolatorhalterung    und dem  Gehäuse verbundenen Metallteilen anderseits enge  Schutzspalte vorgesehen sind.  



  Die Verwendung von Schutzspalten um den In  nenleiter der isolierten Stromdurchführungen stellt  das bisher einzig bekannte Mittel dar, um zerstörend  wirkende Glimmentladung von den empfindlichen  Stellen der Stromdurchführung     fernzuhalten.    Der  artige Stromdurchführungen haben sich auch durch  aus bewährt, insbesondere beim Betrieb von Ent  ladungsgefässen mit einem Gasdruck von einigen  Millimeter     Hg.    Es tritt aber häufig der Fall ein, dass  bei     Glimmentladungsprozessen    eine relativ hohe  Temperatur, beispielsweise über 500  C, des Behand  lungsgutes erwünscht und eine dementsprechend  hohe Energiezufuhr erforderlich ist.

   Würde man hier  bei mit kleineren Gasdrücken unter 1 mm     Hg    ar  beiten, so wäre eine relativ hohe Betriebsspannung  von weit über 1000 Volt nötig, was wegen der Iso  lationsschwierigkeiten und der komplizierten Strom  versorgungsanlagen unzweckmässig wäre. Infolgedes  sen ist es vorteilhafter, mit höherem Druck, etwa  zwischen 5 und 20 mm     Hg    und darüber zu arbeiten,  da hierbei die viel grössere     Entladungsstromdichte         bereits bei viel kleineren Betriebsspannungen, bei  spielsweise zwischen 400 und 1000 Volt, die Ruf  heizung des Behandlungsgutes auf Temperaturen bis  zu 1000  C und darüber ermöglicht.  



  Bei Gasdrücken über z. B. 5 mm     Hg    verliert das       Schutzspaltsystem    aber wesentlich an Wirksamkeit,  denn bereits bei einem Gasdruck von 10 mm kann  ein Spalt von 0,5 mm Breite das Eindringen von  Glimmentladungen nicht mehr merklich hindern und  die Verringerung der Spaltbreite     führt    zu konstruk  tiven und betrieblichen Schwierigkeiten. Zwar wurden  Stromdurchführungen geschaffen, bei welchen durch  besondere     Zentrierungsmassnahmen    noch Spalt  systeme von 0,2 mm Breite betriebssicher beherrscht  werden, jedoch kann auch mit derart engen Spalten  das Eindringen schädlicher     Glimmentladungen    bei  Drücken über etwa 5 mm     Hg    nicht verhindert wer  den.

   Somit besteht im     Druckbereich    über etwa  1 mm     Hg    ein Bedürfnis nach anderen geeigneten  Massnahmen, um die Stromdurchführungen vor den  zerstörend wirkenden, energiereichen     Glimmentladun-          gen    zu schützen.  



  Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren  zur Durchführung     derartiger        Glimmentladungspro-          zesse,    mit dessen Hilfe es gelingt, die unerwünschten  Glimmentladungen besonders an den Stromdurch  führungen weitgehend zu vermeiden. Es wird hierbei  eine wenigstens teilweise Aufteilung des Energie  umsatzes in der Glimmentladung verwirklicht, bei  welcher der grösste Teil der Energie an den am  Prozess beteiligten Flächen frei wird, während gleich  zeitig die anderen     spamiungsführenden        kathodischen     Metallteile, insbesondere die an den Stromdurchfüh  rungen befindlichen, mehr oder weniger stark ent  lastet werden.  



  Dieses     erfindungsgemässe    Verfahren zum Betrieb  einer elektrischen Glimmentladung in einem Ent  ladungsgefäss zur     Durchführung    technischer Prozesse,  welches den Schutz von innerhalb des Entladungs  gefässes angeordneten spannungsführenden Bauteilen  vor der Einwirkung einer Glimmentladung bezweckt,  wird so durchgeführt, dass die Betriebsspannung U  der     Glimmentladung    und der Druck p im Entladungs  gefäss abhängig voneinander derart eingeregelt wer  den, dass die Spannung U bei jedem Druckwert     p,     gegenüber einer     p\        zuordenbaren    und in ihrer Höhe  von p,

   abhängigen Spannung     U."    bei deren Unter  schreitung sich die Glimmentladung bei Konstant  haltung von     p,    in ihrer Flächenausdehnung einzu  schränken beginnt und sich hierbei jeweils von den  Flächenteilen zurückzieht, auf denen jeweils die  Strompfade     niedrigster    Stromdichte enden, minde  stens um so viel niedriger liegt, dass die     Glimment-          ladung    in ihrer Flächenausdehnung höchstens bis an  vor der Einwirkung einer Glimmentladung zu schüt  zende spannungsführende Bauteile heranreicht, und  höchstens um so viel niedriger liegt,

       dass    die     Glimm-          entladung    in ihrer Flächenausdehnung mindestens  die am Prozess beteiligten Flächen bedeckt.    Vorzugsweise werden dabei die     .Spannung    U  und der Druck p derart eingestellt, dass die an den       Prozessflächen    wirksame Energiedichte höher als  0,3 W,     cm2    liegt, und dass der Energieumsatz im Ent  ladungsgefäss höher als 1000 W liegt.  



  Bei geforderter konstanter Energiedichte sind  dabei zur Beeinflussung der Flächenausdehnung der  Glimmentladung die Spannung<I>U</I> und der Druck<I>p</I>  bei geforderter     konstanter    Energiedichte derart ge  gensinnig zu steuern, dass die zugeführte elektrische  Leistung sich annähernd in gleichem Masse wie die  Flächenausdehnung ändert, wobei die gegensinnige  Steuerung zur Verringerung der Flächenausdehnung  im Sinne einer Spannungsverringerung und Druck  erhöhung und zur Vergrösserung der Flächenausdeh  nung im Sinne einer Spannungserhöhung und Druck  verringerung erfolgt.

   Diese gegensinnige Steuerung  von Spannung und Druck erfolgt bei einer Beein  flussung der Flächenausdehnung, bei der sich die  von der Glimmentladung bedeckte Gesamtfläche ver  hältnismässig nur geringfügig ändert, vorzugsweise  derart, dass die zugeführte Leistung konstant gehalten  wird.  



  Zur Durchführung dieses Verfahrens wird erfin  dungsgemäss eine Vorrichtung mit einem Entladungs  gefäss und mit Elektroden bildenden     Prozessflächen          mit    einer     derartigen    Anordnung und Bemessung aller  innerhalb des Entladungsgefässes befindlichen span  nungsführenden Bauteile einschliesslich der Elektroden  bildenden     Prozessflächen    sowie zugeordneter Gegen  elektroden verwendet,

   dass einerseits die Strompfade  höchster Stromdichte auf den     Prozessflächen    enden  und die auf den vor der Einwirkung einer     Glimm-          entladung    zu schützenden Bauteilen endenden Strom  pfade eine im Verhältnis zu den erstgenannten kleine  Stromdichte aufweisen, und dass anderseits der ge  samte zu den     Prozessflächen    fliessende Strom gross  ist gegenüber dem Strom, der zu allen übrigen span  nungsführenden Bauteilen fliesst.

   Vorzugsweise soll  eine solche zur Durchführung des erfindungsgemässen  Verfahrens zu verwendende Vorrichtung einen der  artigen Aufbau und eine derartige Bemessung haben,  dass die Stromdichte, ausgehend von den     Prozess-          flächen    in Richtung der vor der Einwirkung einer  Glimmentladung zu schützenden Bauteile ständig ab  nimmt und demgemäss auf den vor der Einwirkung  einer Glimmentladung zu schützenden Bauteilen die  Strompfade niedrigster Stromdichte enden. Weiterhin  soll bei einem solchen Entladungsgefäss vorzugsweise  die Stromdichte auf den     Prozessflächen        zumindestens     annähernd konstant sein.

   Besonders zweckmässig sind  Entladungsgefässe mit einem derartigen Aufbau und  einer derartigen Bemessung, dass die Stromdichte auf  den Zuführungsleitungen zu den Elektroden bilden  den     Prozessflächen    und zu den diesen zugeordneten  Gegenelektroden schon an den Verbindungsstellen       Zuführungsleitung-Elektrode    wesentlich niedriger als  die Stromdichte auf den     Prozessflächen    ist.  



  Als konstruktive Regel für den Aufbau eines zur  Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ge-      eigneten Entladungsgefässes, das mit grösstenteils aus  Metall     bestehenden;Gefässwandungen,        wenigstens:einer     isolierenden Stromdurchführung und mindestens einer  weiteren Spannungszuleitung, mit Haltegliedern für  das Behandlungsgut und mit Gegenelektroden ver  sehen ist, ist zu beachten, dass vorzugsweise eine der  artige Anordnung der den     Prozessflächen    zugeord  neten Gegenelektroden zu wählen ist, dass deren  Kapazität zu den     Prozessflächen    grösser als die Par  allelkapazität ist,

   die sich bei Abzug dieser Kapazität  zu den     Prozessflächen    von der zwischen den beiden  Stromeinführungen liegenden Gesamtkapazität er  gibt und von     Elektrodenzuführungen,    Halterungen  und anderen spannungsführenden Bauteilen gegen  einander und gegen die     Entladungsgefässwandung    so  wie von     Elektrodenflächen    gegen die     Entladungs-          gefässwandung    gebildet wird.  



  Vorzugsweise sind dabei die Gegenelektroden so  auszubilden, dass sie zwecks Erhöhung der Kapazität  zu den     Prozessflächen    dieselben mindestens teilweise  umschliessen. Weiterhin ist eine Isolierung des Ent  ladungsgefässes gegenüber allen     stromführenden    Zu  leitungen zwecks Verringerung der Parallelkapazität  sehr vorteilhaft. Es ist ferner zweckmässig, in unmit  telbarer Umgebung des Innenleiters der Stromdurch  führungen zwecks Verringerung der Parallelkapazi  täten metallische Abschirmungen vorzusehen. Beson  ders     vorteilhaft    ist es, das Entladungsgefäss in min  destens zwei voneinander isolierte Teile derart auf  zuteilen, dass Stromdurchführungen an voneinander       isolierten    Teilen befestigt sind.  



  Die Erfindung ist nachstehend in einigen Aus  führungsbeispielen anhand der     Fig.    1 bis 8 näher er  läutert. Es zeigen:       Fig.    1 einen Längsschnitt durch ein     Ausführungs-.          beispiel    eines Entladungsgefässes in schematischer  Wiedergabe,       Fig.2    einen Querschnitt durch das Entladungs  gefäss nach     Fig.    1 längs der Linie<I>AA,</I>       Fig.    3 und 4 je einen Längsschnitt durch die     ka-          thodische    Stromdurchführung des Entladungsgefässes  nach     Fig.    1,

         Fig.    5 und 6 je eine Darstellung der     kathodischen     Stromdurchführung des Entladungsgefässes nach       Fig.    1 in zwei Betriebszuständen,       Fig.    7 und 8 je ein weiteres Ausführungsbeispiel  von Entladungsgefässen.  



  Das vorliegende Verfahren bezieht sich, wie be  reits erwähnt, auf grosstechnische     Glimmentladungs-          prozesse,    die am jeweiligen Behandlungsgut bei Tem  peraturen von 300  C und mehr durchgeführt werden.  Da das Behandlungsgut dabei     zumindestens    zeit  weise als Kathode geschaltet ist, weist also die Ka  thode bei solchen grosstechnischen     Glimmentiadungs-          prozessen    Temperaturen von 300  C und mehr auf.  



  Infolge dieser hohen Temperatur der Kathode  ist die von einer bestimmten Anzahl Ionen beim Auf  prall derselben auf die Kathode ausgelöste Zahl von  Elektronen erheblich grösser als z. B. bei Raum  temperatur, und diese Tatsache schafft überhaupt    erst die Möglichkeit, grosstechnische     Glimmentla-          dungsprozesse    mit einer relativ hohen spezifischen  Energiedichte der Glimmentladung     zu    betreiben, weil  zur Erzielung einer hohen Energiedichte der     Glimm-          entladung    notwendigerweise der Gasdruck im Ent  ladungsgefäss     auf    Werte gesteigert werden muss, bei  denen bei kalter Kathode eine Glimmentladung nicht  mehr aufrechtzuerhalten wäre, wenn man vermeiden  will,

   die Betriebsspannung auf unpraktische hohe  Werte von ein oder mehreren Kilovolt steigern zu  müssen.  



  Würde man nun bei     einerti    solchen grosstech  nischen     Glimmentladungsprozess,    ausgehend von den  zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Arbeits  temperatur notwendigen Werten der Spannung über  der Entladungsstrecke und des Druckes im Ent  ladungsgefäss unter     Konstanthaltung    des Druckes die  Spannung verringern, dann würde auch der Strom  der Entladungsstrecke und damit die     Ionendichte     an der Kathode und damit wiederum die Temperatur  der Kathode sinken.  



  Da nun, wie oben schon     erläutert,    bei den not  wendigen     Druckwerten    bei kalter Kathode eine       Glimmentladung    nicht mehr aufrechtzuerhalten wäre,  muss bei der     Durchführung    eines solchen Versuches,  also einer ständigen Verringerung der Spannung unter       Konstanthaltung    des     Druckes,    eine Grenztemperatur  der Kathode erreicht werden, bei der die Aufrecht  erhaltung der     Glimmentladung    gerade noch möglich  ist, nämlich die Temperatur, bei der von 100 Ionen  gerade noch so viele Elektronen an     der    Kathode aus  gelöst werden können, dass diese auf dem Wege zur  Anode gerade wieder 100 Ionen. erzeugen.

   Sinkt die  Temperatur der Kathode unter diesen Grenzwert,  dann erlischt die Glimmentladung. Anderseits gibt  es aber auch eine     Grenzspannung,    bei deren Unter  schreiten die Glimmentladung aus dem Grunde er  lischt, weil dann die Energie der Ionen im Mittel  nicht mehr ausreichend ist, um an der Kathode die  zur Aufrechterhaltung der Glimmentladung notwen  dige Anzahl von Elektronen auszulösen.  



  Grenzspannung und Grenztemperatur sind wie  derum voneinander abhängig,     weil    die notwendige  Energie zur Auslösung der     erforderlichen    Elektronen  zahl und damit die     Grenzspannung    um so geringer  ist, je höher die Temperatur der Kathode ist und  umgekehrt die     Grenztemperatur    um so niedriger liegt,  je höher die zur Auslösung der erforderlichen Elek  tronenzahl zur Verfügung stehende Energie, also je  höher die Spannung ist.  



  Man erniedrigt also mit Jeder Verringerung der  zwischen den Elektroden der     Glinunentladungsstrecke     liegenden Spannung<I>U</I> um<I>AU</I> gleichzeitig die Ka  thodentemperatur<I>T</I> um     AT,    - und da die     Grenz-          spannung        U"r,i",    mit sinkender Kathodentemperatur  ansteigt - erhöht man damit gleichzeitig die     Grenz-          spannung    um     AUlrenz.     



  Solange die     Elektrodenspannung    U die     Grenz-          spannung        U"",z    noch nicht erreicht hat, lässt sie sich  noch verringern. Beim letzten Schritt dieser Elek-           trodenspannungsverringerung    übersteigt die infolge  dieser Verringerung steigende Grenzspannung die       Elektrodenspannung    und die Glimmentladung bricht  ab.  



  Das bedeutet aber, dass die Funktion<I>U =</I>     f   <I>(J)</I>  mit einer Spannungserniedrigung abbricht, dass also  die Steigung dieser Funktion<I>U =</I>     f   <I>(J)</I> am Punkt des  Abbruches bzw. des     Erlöschens    der Glimmentladung  noch nicht gleich Null ist. Kurz vor dem Erlöschen  beginnt sich die Glimmentladung in ihrer Flächen  ausdehnung einzuschränken und zieht sich hierbei  jeweils von den Flächenteilen zurück, auf denen  jeweils die Strompfade     niedrigster    Stromdichte enden  und die dementsprechend die niedrigste Temperatur  und damit die höchste Grenzspannung haben.  



  In diesem Punkt liegt also der wesentliche Unter  schied zwischen dem Effekt, der die Grundlage des  erfindungsgemässen Verfahrens bildet, und dem all  gemein bekannten Effekt, der im Bereich des nor  malen Kathodenfalles der     Strom-Spannungs-Kenn-          linien        stromschwacher    Glimmentladungen auftritt und  der eine dem Strom proportionale Bedeckung der  Kathode bei konstanter Spannung bewirkt.  



  Dieser Unterschied soll noch einmal klar her  vorgehoben werden:  1. Bekannter     Effekt:          a)    Die Flächenausdehnung der Glimmentladung  beginnt sich erst dann einzuschränken, wenn die       Elektrodenspannung    vom anomalen Kathodenfall  in den normalen Kathodenfall übergeht, also von  dem Punkt ab, wo die     Elektrodenspannung    die kon  stante Grenzspannung erreicht hat und konstant  bleibt.  



  b) Bei Beginn der Einschränkung der Flächen  ausdehnung der     Glimmentladung    ist die Steigung der       Strom-Spannungs-Kennlinie   <I>U - f (J)</I> gleich Null.  Ursachen des bekannten Effektes:  Die Grenzspannung ist bei stromschwachen  Glimmentladungen konstant, weil die Kathoden  temperatur infolge der geringen Intensität der     Glimm-          entladung    konstant ist, und zwar etwa gleich der  Umgebungstemperatur. Man     spricht    in diesem Zu  sammenhang von einer kalten Kathode bei der  Glimmentladung.  



  Die Grenzspannung ist also unabhängig von  Strom- oder Spannungsänderungen     (zumindestens    im  gesamten Bereich des normalen und im Anfangs  bereich des anomalen Kathodenfalles), weil der ge  ringe Strom keine Temperaturänderung der Kathode  verursacht.  



  Die     Elektrodenspannung    erreicht die     Grenzspan-          nung    beim Übergang vom anomalen in den normalen  Kathodenfall. Da die Grenzspannung stromunabhän  gig ist, kann von diesem Übergangspunkt ab bei Auf  rechterhaltung der gleichen     Elektrodenspannung    der  Strom     verringert    werden, ohne dass die     Glimment-          ladung    erlischt. Da aber die     Elektrodenspannung    in  diesem Bereich gleich der     Grenzspannung    ist, besteht  zwischen der Zahl der ständig auf die Kathode ab  fliessenden und der ständig erzeugten Ionen ein    labiles Gleichgewicht.

   Bei Verringerung des Stro  mes, also der Zahl der zugeführten Elektronen, sinkt  die Zahl der erzeugten Ionen und wegen des labilen  Gleichgewichtes in gleichem Masse die Zahl der auf  die Kathode abfliessenden Ionen, so dass sich die  Bedeckung der Kathode proportional dem Strom ver  ringern muss.  



  2. Grundlagen des erfindungsgemässen Verfah  rens bildender Effekt:  a) Die Flächenausdehnung der Glimmentladung  beginnt sich dann einzuschränken, wenn an irgend  einem die     Elektrodenspannung    führenden Flächen  teil die Temperatur so weit abgesunken ist, dass die  mit der absinkenden Temperatur ansteigende Grenz  spannung an diesen Flächenteil die     Elektrodenspan-          nung    überschreitet.  



  Vom Beginn der Einschränkung der Flächenaus  dehnung der Glimmentladung ab kann man die     Elek-          trodenspannung    noch weiter senken, und zwar bis  an allen Flächenteilen die Temperatur so weit ab  gesunken ist, dass die mit der absinkenden Tempe  ratur ansteigende Grenzspannung an allen diesen  Flächenteilen die     Elektrodenspannung    überschritten  hat.  



  b) Bei Beginn der Einschränkung der Flächen  ausdehnung der Glimmentladung ist daher die Stei  gung der     Strom-Spannungs-Kennlinie   <I>U = f (J)</I> un  gleich Null.  



  Ursachen des neuartigen Effektes:  Die Grenzspannung ist bei stromstarken     Glimm-          entladungen    nicht konstant, weil die Kathodentempe  ratur infolge der hohen Intensität der Glimmentladung  vom Strom abhängig ist.  



  Die Grenzspannung ist demzufolge abhängig vom  Strom und damit auch von der     Elektrodenspannung,     weil eine Änderung der     Elektrodenspannung    eine  Stromänderung und damit auch eine Temperatur  änderung der Kathode verursacht.  



  An den die     Elektrodenspannung    führenden Flä  chenteilen niedrigster Stromdichte ist die partielle  Temperatur am niedrigsten, daher die partielle     Grenz-          spannung    am höchsten. Bei Verringerung der     Elek-          trodenspannung    unter diese partielle Grenzspannung  zieht sich die Glimmentladung von diesen Flächen  teilen zurück.  



  Wird nun beispielsweise in dem in     Fig.    1 sche  matisch wiedergegebenen Entladungsgefäss 1 aus Me  tall, mit den beiden isolierten Stromdurchführungen 2  und 3, der Halterung 4 für das an der     Oberfläche     zu veredelnde Rohr 5 und den Gegenelektroden 6,  bei einem Gasdruck von etwa 1 mm     Hg    über die  Spannungsquelle 7 eine Betriebsspannung von etwa  600V angelegt, so entsteht eine Glimmentladung,  welche die sämtlichen     kathodischen    Bauteile über  deckt, also das Werkstück 5, die Halterung 4 und  den Innenleiter 8 der Stromdurchführung 2. Natürlich  ist bei dieser Betriebsweise die Energiedichte am  Werkstück 5 noch relativ gering und höchstens für  eine Erwärmung desselben auf 100 bis 200  C aus  reichend.

        Soll eine Energiedichte von z. B. 1,5     Watti,cm=     und eine     Werkstücktemperatur    von 500  C erzielt  und über längere Dauer aufrechterhalten werden, so  kann dies durch eine entsprechende Spannungssteige  rung bewirkt werden. Dabei ergibt sich aber eine  Erhöhung der Energiedichte an allen     kathodischen     Bauteilen, also auch am Innenleiter 8 der Strom  durchführung 2, was höchst unerwünscht ist, da die  Abdichtungsmittel an solchen massiven Stromdurch  führungen gewöhnlich vor höheren Temperaturen ge  schützt werden müssen.  



  Im Bestreben, die energiereiche     Glimmentladung     möglichst von den Stromdurchführungen fernzuhal  ten, wurde unter anderem versucht, bei gleichbleiben  der Anordnung der Teile 3 und 6 das Entladungs  gefäss 1 sehr viel höher zu machen und die Halte  rung 4 über einen dünnen Stab mit dem Innenleiter  8 der dann weit entfernten Stromdurchführung 2 zu  verbinden. Bei der Untersuchung derartiger Ver  suchsanordnungen wurde überraschenderweise ent  deckt, dass der lange Verbindungsstab nur zum Teil  mit einer Glimmentladung bedeckt und der oberste  Teil samt der Stromdurchführung 2 hiervon frei war.

    Die nur teilweise Bedeckung solcher räumlich sehr  ausgedehnter Elektroden mit einer Glimmentladung  erwies sich als druckabhängig, und zwar konnte mit  steigendem Druck von 1 mm     Hg    aufwärts eine zu  nehmende Konzentration der Glimmentladung auf  das Rohr 5 und den unmittelbar benachbarten Raum  bereich erzielt werden.  



  Diese unerwartete Feststellung brachte den Er  finder auf die Idee, den besagten Effekt dazu aus  zunutzen, um die hauptsächlich bei hohem Druck  im Entladungsgefäss immer wieder auftretenden  Schwierigkeiten mit Bauteilen, die zur Vermeidung  von     überschlägen    und     sonstiger    Zerstörungen vor  der Einwirkung intensiver Glimmentladungen zu  schützen sind, insbesondere die bekannten Schwierig  keiten bei Stromdurchführungen, dass der Isolator  nicht mit einer Glimmentladung in Berührung kom  men darf, zu beseitigen, und zwar durch eine der  artige Steuerung bzw.

   Einstellung von Elektroden  spannung U und Gasdruck p im Entladungsgefäss,  dass sich die     Glimmentladung    von den vor Einwir  kung einer Glimmentladung zu schützenden Bau  teile innerhalb des Entladungsgefässes zurückzieht  bzw. diese nicht bedeckt.    Zu diesem Zweck müssen die Betriebsspannung  <I>U</I> der Glimmentladung und der Druck<I>p</I> im Ent  ladungsgefäss abhängig voneinander derart gesteuert  bzw.

   eingestellt werden, dass die Spannung U bei  jedem Druckwert p<B>_,</B> gegenüber einer     p,        zuordenbaren     und in ihrer Höhe von p<B>_,</B> abhängigen Spannung U  bei deren Unterschreitung sich die     Glimmentladung     bei     Konstanthaltung    von     p.,    in ihrer Flächenausdeh  nung einzuschränken beginnt und sich hierbei je  weils von den Flächenteilen zurückzieht, auf denen  jeweils die Strompfade niedrigster Stromstärke enden,  mindestens um so viel niedriger liegt,

   dass die     Glimm-          entladung    in ihrer Flächenausdehnung höchstens bis    an vor der     Einwirkung        einer    Glimmentladung zu  schützende spannungsführende Bauteile heranreicht  und höchstens um so viel niedriger     liegt,    dass die       Glimmentladung    in ihrer Flächenausdehnung minde  stens die im Prozess beteiligten Flächen bedeckt.  



  Dadurch wird ein Entladungszustand geschaffen,  bei welchem sich die Glimmentladung eben von der  Stromdurchführung zurückzuziehen     beginnt.    Das Be  handlungsgut, in     Fig.    1 und 2 also das Rohr 5,  weist dann die vorgesehene spezifische Energiedichte  auf, aber wenigstens der Innenleiter 8 der Durch  führung 2 ist energiemässig entlastet. Falls erwünscht,  kann die Entlastung auch auf die Halterung 4 aus  gedehnt werden.    Obwohl nach dem     erfindungsgemässen    Verfahren  in allen Fällen eine Leistungsaufteilung erzielbar ist,  müssen Massnahmen getroffen werden, um die Ent  lastung bzw. Energiekonzentration an den jeweils  erwünschten Stellen zu erwirken.

   Denn das ange  gebene Verfahren kann nur dann richtig funktionieren  und den gewünschten     Effekt    erbringen, wenn sich die       Glimmentladung    bei     Einschränkung    ihrer Flächen  ausdehnung auch tatsächlich von den Bauteilen zu  rückzuziehen beginnt, die vor der Einwirkung einer       Glimmentladung    zu schützen sind, und sich dabei  mehr und mehr auf die     Prozessflächen        konzentriert,     und sich     nicht    etwa     umgekehrt    von     Prozessflächen     zurückzieht und auf die zu schützenden Bauteile kon  zentriert.

      Da sich, nun, wie entsprechende Untersuchungen  gezeigt haben, die Glimmentladung bei Einschrän  kung ihrer Flächenausdehnung jeweils von den Flä  chenteilen zurückzieht, auf denen jeweils die Strom  pfade niedrigster Stromdichte enden, und die Strom  dichte wiederum bekanntlich von der     konstruktiven     Anordnung und- Bemessung der einzelnen Flächen  teile abhängig ist,

   muss das zur Durchführung des  angegebenen Verfahrens     verwendete    Entladungs  gefäss eine ganz     bestimmte        Anordnung    und Bemes  sung aller innerhalb desselben befindlichen spannungs  führenden Bauteile     einschliesslich    der Elektroden bil  denden     Prozessflächen    sowie zugeordneter Gegen  elektroden aufweisen, und zwar muss das Entladungs  gefäss zur Durchführung des     erfindungsgemässen    Ver  fahrens so ausgebildet sein, dass einerseits die Strom  pfade höchster Stromdichte auf den     Prozessflächen     enden und die auf den vor der Einwirkung einer  Glimmentladung zu schützenden Bauteile endenden  Strompfade eine niedrigere,

   und zwar vorzugsweise       wesentlich    niedrigere Stromdichte aufweisen, und dass  anderseits bei vorausgesetzt gleichem Strom in jedem  Strompfad die Zahl der auf den     Prozessflächen    enden  den Strompfade grösser, und zwar vorzugsweise we  sentlich grösser als die Zahl der auf allen übrigen       spannungsführenden    Bauteilen endenden Strompfade  ist. Vorzugsweise ist dabei eine derartige Ausbildung  zu wählen, dass auf den vor der Einwirkung einer  Glimmentladung zu schützenden Bauteilen die Strom  pfade niedrigster Stromdichte enden.

        Die Stromdichte     lässt    sich nach bekannten gra  phischen Verfahren bei gegebener Konfiguration  leicht feststellen, indem man in einen Schnitt durch  das Entladungsgefäss nach gegebenen Regeln die  Strompfade und     Äquipotentiallinien    einzeichnet, wo  bei die bekannten, aus der     Theorie    der komplexen  Transformation stammenden Hauptregeln die Ein  haltung der Schnittwinkel und die Abbildungsähnlich  keit sind, die für     Orthogonalsysteme    wie sämtliche  Potentialströmungen, also auch elektrische Strömun  gen, besagen,

   dass sich Strompfade und     Äquipoten-          tiallinien    im rechten     Winkel    schneiden und jeweils  miteinander Quadrate oder quadratähnliche Einzel  flächen umschliessen. Die sich bei Anwendung dieser  Regeln ergebende Dichte der Strompfade ist dann  ein Mass für die im Entladungsgefäss auftretende  Stromdichte. Statt des graphischen Verfahrens kann  man zur Feststellung der Stromdichte auch das be  kannte experimentelle Verfahren mittels eines elek  trolytischen Troges verwenden.  



  Um dem Fachmann aber diese Arbeit zu er  sparen, hat der Erfinder eine einfachere Regel zur  Ausbildung des Entladungsgefässes gegeben, die dem       Konstrukteur    eine bessere Übersicht verschafft. Nach  dieser Regel sind das Entladungsgefäss sowie alle  spannungsführenden Bauteile innerhalb desselben so  auszubilden und anzuordnen und insbesondere eine  derartige Anordnung der den     Prozessflächen    zugeord  neten Gegenelektroden zu wählen, dass deren Kapa  zität zu den     Prozessflächen    grösser als die Parallel  kapazität ist, die sich bei Abzug dieser Kapazität  zu den     Prozessflächen    von der zwischen den beiden  Stromeinführungen liegenden Gesamtkapazität ergibt  und von     Elektrodenzuführungen,

      Halterungen und  anderen spannungsführenden Bauteilen gegeneinan  der und gegen die     Entladungsgefässwandung    sowie  von     Elektrodenflächen    gegen die Entladungsgefäss  wandung     gebildet    wird.  



  Massgebend für die erwünschte Entlastung der  Stromdurchführung 2 in     Fig.    1 und 2 ist also bei  spielsweise die Anordnung und flächenmässige     Dimen-          sionierung    der dem Rohr 5 zugeordneten Gegen  elektrode 6, im Vergleich zu den Abstands- und  Flächenverhältnissen an der Einmündung des Innen  leiters 8 der Stromdurchführung 2 in den Unter  druckraum gegenüber den nächstliegenden mit dem  positiven Pol der Stromquelle 7 verbundenen Metall  teilen.

   Diese      Elektrodengeometrie     muss derart ge  wählt werden, dass die Kapazität zwischen dem Rohr  5 - ohne Halterung 4 - und den längs derselben  sich erstreckenden Teilen der Gegenelektrode 6 grö  sser ist als die gesamte Parallelkapazität seitens der  anderen im Unterdruckraum befindlichen Bauteile,  welche mit dem Rohr 5 verbunden sind (Teile 4, 8)  bzw. am Potential der Gegenelektrode 6 liegen (untere  Biegung von 6, Innenleiter von 3). Diese Parallel  kapazität wird hier durch die elektrisch in Serie ge  schalteten Kapazitäten zwischen dem Gehäuse 1 und  der Halterang 4 samt dem Innenleiter 8 einerseits,  und den Kapazitäten zwischen dem Gehäuse 1 und    den Gegenelektroden 6 samt dem Innenleiter der  Stromdurchführung 3 anderseits bestimmt.

   Falls der  Kapazitätswert zwischen dem Rohr 5 und den Ge  genelektroden 6 jene Parallelkapazität übertrifft,  dann ergibt sich bei gleichzeitiger Druck- und Span  nungsänderung, unter Beibehaltung der vorgeschrie  benen Energiedichte, die erwünschte Leistungsauftei  lung, bei welcher die Stromdurchführung 2 und der  Innenleiter 8 entlastet werden und eine Konzentra  tion des Energieumsatzes auf die     Prozessflächen,    also  auf das Rohr 5, erfolgt.  



  Diese Kapazitätsregel gestattet auf einfache Weise  die Auffindung einer geeigneten     Elektrodenanord-          nung,    welche eine Leistungsaufteilung zu Gunsten  der am Prozess beteiligten Flächen ermöglicht. Natür  lich handelt es sich hierbei lediglich um eine abge  kürzte Umschreibung der geometrischen Konfigura  tion der Abstands- und Flächenverhältnisse, und es  soll     damit    keineswegs behauptet werden, dass diese  Kapazitäten beim Zustandekommen der     Glimment-          ladung    als     kapazitive    Blindwerte wirklich in Erschei  nung treten.

   Vielmehr dürften in Wirklichkeit die       Impedanzwerte    der einzelnen     Entladungsstreckenteile     eher     ohmisch    und als Widerstände zu betrachten sein.  Die Kapazitätsbetrachtung hat sich aber     bewährt     und stellt eine brauchbare Hilfsvorstellung dar, um  die konstruktive Gestaltung auf ihre Zweckmässigkeit  beurteilen zu können.  



  Würde bei dem Entladungsgefäss und der Anord  nung nach     Fig.    1 und 2 die Kapazitätsregel nicht  beachtet und die Summe der Parallelkapazitäten den  Wert der Kapazität zwischen dem Rohr 5 und den  Gegenelektroden 6 übertreffen, dann wäre eine Lei  stungsaufteilung zwar erzielbar, aber die Entlastung  würde an den     Prozessflächen,    also am Rohr 5, statt  finden und nicht wie gewünscht an der Stromdurch  führung.  



  Zur Verminderung der Parallelkapazität zur Pro  zessflächenkapazität ist bei dem Entladungsgefäss nach       Fig.    1 und 2 das metallische Gefäss 1 selbst geerdet  und nicht mit dem Speisestromkreis verbunden, was  eine Serienschaltung der Kapazitäten der beiden  Innenleiter der Stromdurchführungen gegen das Ge  häuse 1 zur Folge hat. Es ist bei diesen Kapazitäts  betrachtungen aber von Wichtigkeit, dass nur die Ka  pazität des frei in den Unterdruckraum ragenden  Innenleiters 8 von Bedeutung ist und nicht die inner  halb der Stromdurchführung selbst konzentrierte  Eigenkapazität, weil nur solche Flächen massgebend  sind, an denen überhaupt eine Glimmentladung ent  stehen könnte - auch die     Dielektrizitätskonstante    der  Isolierung ist gleichgültig.

   In     Fig.    3 ist ein Ausfüh  rungsbeispiel einer     derartigen    Stromdurchführung 2  in schematischer Wiedergabe dargestellt, deren Innen  leiter 8 durch     einen    Isolator 9 vom metallischen  Gefäss 1 isoliert ist. Der Isolator 9 weist in bekannter  Weise gegen den Innenleiter 8 einen schmalen Ring  spalt 10 und gegen die metallische     Isolatorfassung    11  einen ebensolchen Ringspalt 12 auf. Als  Einmün  dung  des Innenleiters 8 in den Unterdruckraum wird      in der vorliegenden Beschreibung die Stelle 13 be  zeichnet, an welcher der Innenleiter 8 aus dem  Spaltsystem der Stromdurchführung 2 herausragt.

    Der Abstand a dieser Einmündung 13 des Innen  leiters 8 von der Fassung 11 ist für die Kapazitäts  betrachtung im vorliegenden Sinne massgebend, und  nicht die innere Kapazität in der Stromdurchführung  z. Bei der     Stromdurchführung    nach     Fig.4    ist die  Fassung 14 für den Isolator 9 wesentlich näher der  Einmündung 13 des Innenleiters 8 gelegen, so dass  der Abstand a wesentlich kleiner und die     Kapazität     an dieser Stelle bedeutend grösser ist. Im Hinblick  auf eine einwandfreie Leistungsaufteilung nach dem  vorliegenden Verfahren muss also eine derartige Bau  weise vermieden werden.  



  Dass die Verringerung der Parallelkapazität gegen  über der     Prozessflächenkapazität    tatsächlich von ent  scheidender Bedeutung für die erwünschte Entlastung  der Stromdurchführungen ist, zeigen die beiden Dar  stellungen in     Fig.    5 und 6. Beide sind Darstellungen  von Photographien, die durch ein Fenster in der  Wandung eines Metallrezipienten ähnlich dem in       Fig.    1 angegebenen aufgenommen wurden, und zwar  etwa in Pfeilrichtung 15 in Richtung auf die Innen  seite der Stromdurchführung, so dass der Innenleiter  und die Halterung für ein zu behandelndes Rohr  deutlich erkennbar sind.

   Die Bilder sind bei ange  nähert gleichen Betriebsbedingungen aufgenommen,  und zwar zeigt die     Fig.    5 die vollzogene Entlastung  der Durchführung, erkenntlich an der Tatsache, dass  die leuchtende Glimmentladung nur noch Teile der  Halterung 4, nicht aber den Innenleiter 8 bis zur  Einmündung 13, und die Isolierteile der Stromdurch  führung überzieht. Das Metallgefäss 1     ist    hierbei ge  erdet und nicht mit dem Speisungsstromkreis ver  bunden. Die     Fig.    6     zeigt    die gleichen Bauteile, nach  dem der Abstand zwischen dem Rohr 5 und den  Gegenelektroden vergrössert wurde.

   Bei dieser An  ordnung überwiegen die Parallelkapazitäten trotz  Serienschaltung derselben über das Gehäuse 1, wes  halb keine Entlastung der Stromdurchführung 2 statt  findet und der Innenleiter nunmehr, wie deutlich  sichtbar, von einer leuchtenden Glimmentladung  überzogen ist. Natürlich wäre bei einigermassen ener  giereichen Glimmentladungen ein Dauerbetrieb auch  nur von einigen Minuten bei dieser Belastung der  Stromdurchführung nicht möglich, da dieselbe trotz  eventueller Kühlung zerstört werden würde.  



  Ausser den bereits anhand von     Fig.    1 bis 3 dar  gelegten Massnahmen zur Verminderung der den Pro  zessflächen parallel liegenden Kapazitäten, kann nach       Fig.    7 als weitere Massnahme auch eine Teilung des  Entladungsgefässes in zwei voneinander isolierte Halb  rezipienten 16 und 17 vorgesehen werden.. Der     Iso-          lierring    18 sollte eine möglichst geringe Kapazität  C1 zwischen den beiden Gefässhälften 16 und 17 ge  währleisten, damit die aus C2, C1 und C3 in Serien  schaltung bestehende Parallelkapazität zu den Pro  zessflächen des Werkstückes 19 möglichst gering  wird.

      In manchen Fällen kann es auch erwünscht sein,  wie in     Fig.    8 schematisch dargestellt, ein metallisches  Entladungsgefäss 21 mit     Isoliermaterialdeckeln    22 und  23 zu versehen, um die Kapazität der Stromdurch  führungen zu vermindern und eine Konzentration des  Energieumsatzes auf das Behandlungsgut, hier bei  spielsweise eine Schmelze 24, zu erleichtern.  



  Schliesslich sei noch darauf hingewiesen, dass auch  durch isoliert im Unterdruckraum angeordnete metal  lische Abschirmungen     unerwünscht    grosse Parallel  kapazitäten vermieden werden können. Beispielsweise  kann bei der Stromdurchführung nach     Fig.4    die  äussere Metallhalterung 14 vom Entladungsgefäss 1  isoliert und dadurch eine     Abschirmwirkung    erzielt  werden. Auch der in den Unterdruckraum ragende  Innenleiter und die Halterungen für das     Behandlungs-          g    o       ut    können, falls erforderlich, gegenüber anderen Me  tallteilen abgeschirmt werden.

   Solche Massnahmen  können besonders bei engen Metallrezipienten und  ungünstigen Kapazitätsverhältnissen an den     Prozess-          flächen    vorteilhaft sein.  



  Die Konzentration des Energieumsatzes bei der  Leistungsaufteilung auf die am Prozess beteiligten  Flächen kann, ausser durch Verringerung der schäd  lichen Parallelkapazität, auch durch Erhöhung der  Kapazität der     Prozessflächen    gegenüber den zugeord  neten Gegenelektroden gewährleistet werden. Bei  spielsweise besteht bei der     Glimmentladungsbehand-          lung    des Rohres 5 im Entladungsgefäss 1 nach     Fig.    1  und 2 die Möglichkeit, anstelle der drei     stabförmigen     Gegenelektroden im Abstand d eine grossflächige Ge  genelektrode zu verwenden, etwa den in     Fig.    3 an  gegebenen Metallzylinder 25.

   Auch eine Elektroden  anordnung wie in     Fig.    7 angedeutet ergibt eine Ver  grösserung der Kapazität zwischen dem Werkstück  19 und der     becherartigen    Gegenelektrode 20.  



  Das vorliegende Verfahren der Leistungsauftei  lung einer Glimmentladung auf vorbestimmte, von  den spannungsführenden Bauteilen lässt sich für alle  Arten von Betriebsspannungen durchführen. In     Fig.    1  ist beispielsweise die Speisung     seitens    einer Gleich  spannungsquelle 7 über einen     Vorwiderstand    26 an  gegeben, wobei durch periodisches Kurzschliessen des  selben seitens eines vom Taktgeber 28 gesteuerten  Schalters 27 eine impulsartige Energiezufuhr erzeugt  wird, was dann von Vorteil ist, wenn grosse     Ent-          ladungsintensitäten    erwünscht sind, aber der -für die  Temperatur massgebliche zeitliche Mittelwert der  Energie nicht überschritten werden darf.

   Natürlich  kann auch eine andere Art der     Impulstastung    vor  gesehen werden, etwa durch einen entsprechend ge  steuerten Gleichrichter. Auch reiner Gleichstrom  oder gleichgerichteter ein- oder mehrphasiger Wech  selstrom ist verwendbar. Ferner kann die Speisung  mittels Wechselstrom, beispielsweise von 50 Hz, er  folgen, wobei gegebenenfalls auch eine     Impulstastung     durchführbar ist.  



  Die  Entlastung  bestimmter spannungsführen  der und wenigstens zeitweise     kathodischer    Bauteile,  insbesondere der     Stromeinführungen,    entsprechend      dem oben beschriebenen Verfahren muss natürlich  keineswegs in allen Fällen so weit getrieben werden,  dass der Energieumsatz an diesen Teilen annähernd  Null ist. Vielmehr kann eine Entlastung im Verhält  nis 1 : 2 zugunsten der     Prozessflächen    je nach Bau  art der Stromeinführungen und Grösse des an den       Prozessflächen    erwünschten Energieumsatzes bereits  von entscheidendem Vorteil sein.

   Der zu erreichende  Entlastungsgrad ist einfach zu ermitteln, indem die  an den Stromeinführungen höchstzulässige spezifische       Glimmentladungsbeaufschlagung    in Watt     cm2    bean  spruchter Oberfläche mit dem vorgesehenen spezi  fischen Energieumsatz in Watt cm= an den     Prozess-          flächen    verglichen wird.  



  <I>Beispiel:</I>  In einem Eisenbehälter 1 gemäss     Fig.    1 mit einem  Innendurchmesser von 450 mm und Stromeinführun  gen, deren Innenleiter von seiner Einmündung bis  zum Gehäusedeckel einen Abstand     a    = 70 mm besass,  wurden Stahlrohre 5 von 530 mm Länge, einem  Aussendurchmesser von 40 mm und einer zylindri  schen Bohrung von nur 7 mm Weite behandelt. Die  drei als Gegenelektroden 6 dienenden Stäbe von je  8 mm Durchmesser waren in einem radialen Ab  stand d = 35 mm von der Rohroberfläche entfernt  angeordnet und erstreckten sich parallel zum jewei  ligen Rohr über dessen ganze Länge. Der Abstand  von der Rohroberfläche zur     Behälterinnenwand    war  b = 205     nun,    die Gesamthöhe des Behälterinnenrau  mes war c = 1200 mm.  



  Behandelt wurde das Rohr 5 in einer Gasatmo  sphäre mit einem Druck von 11 mm     H-    und einem  Gehalt von 75     Vol."/c,    Wasserstoff und 25     Vol.'D/o     Stickstoff. Der Stahl des Rohres besass einen Gehalt  von 3     "/o:    Chrom, 1     11/o        Molybdän,    sowie     0,27-01o    Koh  lenstoff und     0,41/o    Mangan, bei einer Ausgangshärte  an der Aussenseite von 30   2     Rockwell    C.  



  Die Behandlung wurde, nach einem Anlaufinter  vall von etwa 2 Stunden, mit einer impulsartig zwi  schen 480 und 395 Volt sich ändernden Gleich  spannung durchgeführt, mit einem Strom von 6,7  Ampere bei der hohen und 2,7 Ampere bei der  niedrigen Spannung. Die hohe Spannung war jeweils  während eines Intervalls von 0,3 Sekunden wirksam,  gefolgt von einem Intervall mit niedriger Spannung  von 1,4 Sekunden, so dass das sogenannte     Tastver-          hältnis    Impuls<B>:</B> Pause etwa 1 : 5 betrug.

   Bei dieser  Betriebsweise ergab sich eine intensive Glimment  ladung sowohl an der Rohraussenseite als auch an der  Bohrung, jedoch reichte die     Glimmlichtbedeckung     nur bis zur Mitte bzw. bis zum oberen Ende der  Halterung 4 des Rohres 5, so dass der Innenleiter 8  der     kathodischen    Stromeinführung 2 frei von     Glimm-          entladungen    blieb. Das Rohr erreichte bei dieser Be  handlung eine Aussentemperatur von 520  C, die  mittels eines     Strahlungspyrometers    durch ein Fenster  in der Gefässwandung gemessen wurde.  



  Nach einer Anlaufzeit von 2 Stunden und einer  Behandlungsdauer unter den     obgenannten    Bedingun  gen von 27 Stunden wurde die Spannungsquelle ab-    geschaltet, das Rohr aber weitere 5 Stunden in der  Wasserstoff Stickstoff-Atmosphäre belassen und nach  erfolgter Abkühlung ausgebaut. Längs der ganzen  Aussenseite wurde eine sehr gleichmässige Härte von  50     HRc      0,5     HRc    gemessen. Somit wurde durch die       Nitrierung    im     Ionenbombardement    nicht nur die er  wünschte Härtesteigerung um etwa 20     HRc    erzielt,  es wurde auch eine wesentlich höhere Gleichmässig  keit des Härtegrades längs der gesamten behandelten  Oberfläche erzielt.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Glimmentladung in einem Entladungsgefäss zur Durchführung technischer Prozesse, welches den Schutz von innerhalb des Entladungsgefässes ange ordneten spannungsführenden Bauteilen vor der Ein wirkung einer Glimmentladung bezweckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsspannung U der Glimmentladung und der Druck p im Entladungs gefäss abhängig voneinander derart eingeregelt wer den, dass die Spannung U bei jedem Druckwert p, gegenüber einer p, zuordenbaren und in ihrer Höhe von<I>p,</I> abhängigen Spannung<I>U"</I> bei deren Unter schreitung sich die Glimmentladung bei Konstanthal- tung von p,
    in ihrer Flächenausdehnung einzuschrän ken beginnt und sich hierbei jeweils von den Flächen teilen zurückzieht, auf denen jeweils die Strompfade niedrigster Stromdichte enden, mindestens um so viel niedriger liegt, dass die Glimmentladung in ihrer Flä chenausdehnung höchstens bis an vor der Einwirkung einer Glimmentladung zu schützende spannungs führende Bauteile heranreicht, und höchstens um so viel niedriger liegt, dass die Glimmentladung in ihrer Flächenausdehnung mindestens die am Prozess be teiligten Flächen bedeckt.
    1I. Vorrichtung mit einem Entladungsgefäss und mit Elektroden bildenden Prozessflächen zur Durch führung des Verfahrens nach Patentanspruch I, ge kennzeichnet durch eine derartige Anordnung und Bemessung aller innerhalb des Entladungsgefässes be findlichen spannungsführenden Bauteile einschliess lich der Elektroden bildenden Prozessflächen sowie zugeordneten Gegenelektroden, dass einerseits die Strompfade höchster Stromdichte auf den Prozess- flächen enden und die auf den vor der Einwirkung einer Glimmentladung zu schützenden Bauteilen endenden Strompfade eine im Verhältnis zu den erst genannten kleine Stromdichte aufweisen,
    und dass anderseits der gesamte zu den Prozessflächen flie ssende Strom gross ist gegenüber dem Strom, der zu allen übrigen spannungsführenden Bauteilen fliesst. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass Spannung U und Druck p derart eingestellt werden, dass die an den Prozessflächen wirksame Energiedichte höher als 0,3 Watt cm2 ist. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass Spannung U und Druck p derart eingestellt werden, dass der Energieumsatz im Ent ladungsgefäss höher als 1000 Watt ist. 3.
    Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass zur Beeinflussung der Flächen ausdehnung der Glimmentladung die Spannung U und der Druck p bei geforderter konstanter Energie dichte derart gegensinnig gesteuert werden, so dass die zugeführte elektrische Leistung sich annähernd in gleichem Masse wie die Flächenausdehnung ändert, und dass eine Verringerung der Flächenausdehnung durch Spannungsverringerung und Druckerhöhung und eine Vergrösserung der Flächenausdehnung durch eine Spannungserhöhung und Druckverringerung her beigeführt wird. 4.
    Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass eine gegensinnige Steuerung von Spannung und Druck bei einer Beeinflussung der Flächenausdehnung, bei der sich die von der Glimm- entladung bedeckte Gesamtfläche verhältnismässig nur geringfügig ändert, derart erfolgt, dass die zu geführte Leistung konstant gehalten wird. 5. Vorrichtung nach Patentanspruch II, gekenn zeichnet durch einen derartigen Aufbau und eine derartige Bemessung, dass die Stromdichte, aus gehend von den Prozessflächen in Richtung der vor der Einwirkung einer Glimmentladung zu schützen den Bauteile ständig abnimmt. 6.
    Vorrichtung nach Unteranspruch 5, gekenn zeichnet durch einen derartigen Aufbau und eine derartige Bemessung, dass die Stromdichte auf den Prozessflächen zumindestens annähernd konstant ist. 7. Vorrichtung nach Patentanspruch II, gekenn zeichnet durch einen derartigen Aufbau und eine derartige Bemessung, dass die Stromdichte auf den Zuführungsleitungen zu den Elektroden bildenden Prozessflächen und zu den diesen zugeordneten Ge genelektroden schon an den Verbindungsstellen Zu führungsleitung-Elektrode wesentlich niedriger als die Stromdichte auf den Prozessflächen ist. B.
    Vorrichtung nach Patentanspruch 1I, mit gröss tenteils aus Metall bestehenden Gefässwandungen, wenigstens einer isolierenden Stromdurchführung und mindestens einer weiteren Spannungszuleitung, mit Haltegliedern für das Behandlungsgut und mit Gegen elektroden, gekennzeichnet durch eine derartige An ordnung der den Prozessflächen zugeordneten Gegen elektroden, dass deren Kapazität zu den Prozess- flächen grösser als die Parallelkapazität ist,
    die sich bei Abzug dieser Kapazität zu den Prozessflächen von der zwischen den beiden Stromeinführungen liegen den Gesamtkapazität ergibt und von Elektroden zuführungen, Halterungen und anderen spannungs führenden Bauteilen gegeneinander und gegen die Entladungsgefässwandung sowie von Elektroden flächen gegen die Entladungsgefässwandung gebildet wird. 9. Vorrichtung nach Unteranspruch 8, gekenn zeichnet durch Gegenelektroden, welche zwecks Er höhung der Kapazität zu den Prozessflächen dieselben mindestens teilweise umschliessen. 10.
    Vorrichtung nach Unteranspruch 8, gekenn zeichnet durch eine Isolierung des Entladungsgefässes gegenüber allen stromführenden Zuleitungen zwecks Verringerung der Parallelkapazität. 11. Vorrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in unmittelbarer Umgebung des Innenleiters der Stromdurchführungen zwecks Ver ringerung der Parallelkapazitäten metallische Ab schirmungen vorgesehen sind. 12. Vorrichtung nach Unteranspruch 8, gekenn zeichnet durch eine derartige Aufteilung des Ent ladungsgefässes in mindestens zwei voneinander iso lierte Teile, dass Stromdurchführungen an vonein ander isolierten Teilen befestigt sind.
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