Durchführungs- oder Verbindungselement mit verbesserter thermischer Belastbarkeit

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft Durchführungs- oder Verbindungselemente im Allgemeinen und Durchführungs- oder Verbindungselemente mit hoher thermischer Belastbarkeit im Besonderen, die insbesondere unter harten

Betriebsbedingungen, dies bedeutet im Allgemeinen in rauen Umgebungen mit hohen Betriebs- oder Notfalltemperaturen über 260 °C, verwendet werden können. Vorteilhafte

Höchstgrenzen, die mit der Erfindung erreichbar sind, sind etwa 950 °C, insbesondere aber auch 1000 °C, 1100 °C und/oder 1200 °C. Durchführungs- oder Verbindungselemente sind im Allgemeinen auf dem Gebiet der Technik bekannt und in vielen

Vorrichtungen enthalten. Üblicherweise umfassen solche Durchführungs- oder Verbindungselemente einen elektrischen Leiter, der durch ein elektrisch isolierendes Material in einer Durchführungsöffnung befestigt ist. Die Parameter, die die Leistungsfähigkeit solcher Durchführungs- oder Verbindungselemente auszeichnen, sind im Wesentlichen der elektrische Widerstand des isolierenden Materials sowie die Widerstandsfähigkeit gegenüber Wärme und Druck, die

tendenziell das isolierende Material und/oder den Leiter veranlassen können, aus der Durchführungsöffnung

aus zureißen . Obwohl solche Durchführungs- oder Verbindungselemente eine sehr gut geeignete Technologie darstellen, um z.B.

elektrischen Strom durch das Gehäuse von Vorrichtungen zu leiten, schränken die genannten Parameter die möglichen Anwendungsbereiche für Vorrichtungen, die solche

Durchführungselemente enthalten, oftmals ein. In der US 5,203,723 A werden Durchführungselemente beschrieben, die aus einem Metallstift hergestellt sind, der von einem

Polymermaterial als elektrisch isolierendem Material umgeben ist. Die Geometrie des Polymermaterials, das den elektrischen Leiter umgibt, ist geeignet, durch

Vertiefungen und Vorsprüngen wie Schultern höheren Drücken standzuhalten. Die beschriebenen Durchführungselemente werden verwendet, um Verbindungen in einer Sonde eines Erdölbohrungsmessungs- oder Vermessungswerkzeugs

herzustellen und können bei Betriebstemperaturen über 260 °C und Drücken von maximal 28.000 psi verwendet werden. Der spezifische Durchgangswiderstand der verwendeten Polymere beträgt ungefähr 8,0 x 10 Ω cm und ist damit

ausgezeichnet. Die Langzeitstabilität solcher Polymere nimmt jedoch mit der Zeit ab, wenn sie höheren

Betriebstemperaturen, elektromagnetischer Strahlung wie UV- oder Gammastrahlung und auch der mechanischen

Verschlechterung aufgrund physischer Abrasion ausgesetzt sind.

Es sind auch Durchführungselemente bekannt, die ein

anorganisches Material wie Glas als elektrisch isolierendes Material umfassen. US 8,397,638 A beschreibt z.B. eine Durchführungsvorrichtung eines Airbag-Zünders , in dem die Durchführungsöffnung eines Metallträgerkörpers durch ein Glasmaterial abgedichtet ist, das auch einen Stift als elektrischen Leiter hält. Solche Durchführungselemente sind vorgesehen, dem Druck des Explosivstoffs standzuhalten, wenn der Zünder gezündet wird, wobei Drücke von ungefähr 1000 bar, was 14500 psi entspricht, beobachtet werden können. Die elektrischen Eigenschaften des isolierenden Materials sind nicht beschrieben, aber es kann davon ausgegangen werden, dass der spezifische elektrische

Durchgangswiderstand des Glasmaterials keine große Rolle spielt, da der Zünder nur einmal mit einem kurzen

elektrischen Impuls gezündet und die Vorrichtung dann zerstört wird.

Die vorangemeldete, jedoch zu dem für den Zeitrang dieser Anmeldung relevanten Tag noch nicht veröffentlichte

Anmeldung DE 10 2014 218 983 der Inhaberin dieser Anmeldung beschreibt ein elektrisch isolierendes

Befestigungsmaterial, welches ein Glas sein kann. Glas, so wird in dieser Anmeldung ausgeführt, ist bekannter Weise ein amorphes Material, in dem Kristallite unerwünscht sind. Weil die kristallisierten Bereiche der Glaskeramik

üblicherweise einen verschiedenen CTE

(Wärmeausdehnungskoeffitient ) aufweisen, können die amorphe Glasmatrix, die Konzentration der kristallisierten Bereiche sowie ihr spezifischer CTE verwendet werden, um den Gesamt- CTE des Glaskeramikmaterials anzupassen. In dieser

Voranmeldung wird jedoch auch explizit ausgesagt, dass ein amorphes Glasmaterial genauso gut geeignet sei wie das Glaskeramikmaterial und werden Temperaturbereiche von 260 °C sowie 350 °C angegeben.

Häufig sind jedoch größere als die vorstehend erwähnten Temperaturbereiche von Vorteil. Das Ziel, größere Betriebstemperaturbereiche zur Verfügung zu stellen, wird durch ein Durchführungs- oder

Verbindungselement gemäß der vorliegenden Offenbarung und insbesondere auch durch den Gegenstand der unabhängigen

Ansprüchen erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den davon abhängigen Ansprüchen sowie den

Feststellungen in dieser Anmeldung. Die Erfinder haben herausgefunden, dass eine Kombination eines kristallisierten oder zumindest teilweise

kristallisierten Glases mit einer Hochtemperaturlegierung hervorragende CTE-Verhältnisse bereitstellen kann, welche über einen sehr weiten, insbesondere weit über den in der DE 10 2014 218 983 beschriebenen Temperaturbereicht hinausgehenden Betriebstemperaturbereich bereit stellen. Der Begriff zumindest teilweise kristallisiertes Glas umfasst dabei generell ein zumindest teilweise

kristallisiertes Material auf Glasbasis. Dieses umfasst sowohl Glaskeramiken, bei denen nach üblichem Verständnis der Kristallanteil im Volumen 50% bis 90% betragen kann, aber auch Materialien, die zu 100% oder nahezu 100% kristallisiert sind, d.h. bei denen der Kristallanteil bis zu 100% oder nahezu 100% im Volumen beträgt.

Insbesondere können die Durchführungs- oder

Verbindungselemente der vorliegenden Erfindung auch

Betriebs- und/oder Notfalldrücken über 42000 psi

standhalten. Daher können sie in zahlreichen Anwendungen verwendet werden, besonders in Reaktoren zur

Energieerzeugung, beispielsweise Kernreaktoren,

insbesondere innerhalb deren Containments oder als Durchführungen durch deren Containment, sowie Bohrgeräten im Untertage- und/oder Explorationseinsatz sowie zur sicheren Einkapselung von toxischer Materie und in

Raumfahrzeugen. Besonders vorteilhaft sind dementsprechend Anwendungen als Durchführungen im Primärkreislauf eines Kernreaktors, beispielsweise Durchführungen durch den

Reaktordruckbehälter, insbesondere zur Versorgung der

Steuerstäbe mit elektrischem Strom. In vorteilhafter Weise wird ein Durchführungs- oder

Verbindungselement mit einem Verbund eines eine

Hochtemperaturlegierung umfassenden Trägerkörpers,

vorzugsweise einem funktionalen Element und einem zumindest teilweise kristallisiertem Glas, wobei das zumindest teilweise kristallisierte Glas vorzugsweise zwischen einem Abschnitt des funktionalen Elements und einem Abschnitt des Trägerkörpers oder innerhalb zumindest eines Abschnitts des Trägerkörpers angeordnet ist, so weitergebildet, dass der die Hochtemperaturlegierung umfassende Trägerkörper eine Druckspannung von größer oder im Wesentlichen gleich Null bei einer Temperatur von zumindest 20 °C bis mehr als 450 °C auf das zumindest teilweise kristallisierte Glas 3 ausübt. Durch diese Druckspannung wird im Wesentlichen sichergestellt, dass bei Erhöhung der Temperatur zumindest in einem Bereich von zumindest 20 °C bis mehr als 450 °C keine Ablösung des Trägerkörpers von dem zumindest

teilweise kristallisierten Glas und vorzugsweise keine Ablösung des zumindest teilweise kristallisierten Glases von dem funktionalen Element erfolgt. Dies kann

beispielsweise bei Ausführungsformen, bei welchen

zusätzliche Einrichtungen dafür sorgen, dass das

funktionale Element mechanisch sicher gehalten ist sehr vorteilhaft sein. Auch wenn weitere Einrichtungen vorhanden sind, mit welchen der Druck, der auf das zumindest

teilweise kristallisierte Glas ausgeübt wird, vermindert wird, wie beispielsweise durch weitere, insbesondere druckabschirmende Funktionsgruppen, die an dem

Durchführungs- oder Verbindungselement angeordnet sind.

Das Durchführungs- oder Verbindungselement gemäß

vorliegender Erfindung bedarf bei besonderen und ebenfalls bevorzugten Ausführungsformen keines zusätzlichen

funktionalen Elements, wenn beispielsweise, optische, akustische, und/oder elektromagnetische Signale durch den Körper des zumindest teilweise kristallisierten Glases selbst geführt werden. In einem solchen Falle können bereits bei geeigneter und auf den jeweiligen

Anwendungsfall abgestimmten Dicken des zumindest teilweise kristallisierten Glases ausreichend starke Signale, selbst wenn das zumindest teilweise kristallisierte Glas für den Signaltransport dämpfend oder streuend wirkt, durch dieses hindurch geführt werden. So können beispielsweise spektrale Messungen Aufschluss über thermische Verhältnisse oder die Anwesenheit bestimmter chemischer Substanzen liefern. Deren zeitliches Verhalten kann ferner verwendet werden, um beispielsweise Erwärmungen oder auch reaktionskinetische Vorgänge zu erfassen.

Mittels piezoelektrischer Aktoren und/oder Sensoren, welche beispielsweise am zumindest teilweise kristallisierbaren Glas jeweils in axialer Richtung auf beiden Seiten

angeordnet sind, können akustische Signale, beispielsweise für unterseeische Anwendungen übertragen werden. Kapazitive und/oder induktive Kopplung ermöglicht darüber hinaus zusätzlich oder alternativ die uni- oder

bidirektionale Durchführung komplexer Signalformen, beispielsweise für den Signaltransport bei Steuerungs- und/oder Überwachungsvorgängen.

In Anwendungen mit thermischer Belastung kann eine weitere Kristallisierung des zumindest teilweise kristallisierbaren Glases stattfinden, sodass sich dessen Kristallisationsgrad erhöht, insbesondere auch lokal an besondere

temperaturbelasteten Bereichen, weiter erhöht. Hierdurch kann zusätzliche Betriebssicherheit bereitgestellt werden, beispielsweise im Sinne einer Notfallreserve. Eine hierbei im Langzeitbetrieb, von beispielsweise mehreren Wochen bis Jahren einhergehende Änderung der Opazität oder des

Streuverhaltens durch zunehmende Kristallisation kann ferner als Maß für die im Langzeitbetrieb erfahrende thermische Belastung dienen. Es ist ferner vorteilhaft, wenn der die

Hochtemperaturlegierung umfassende Trägerkörper eine

Druckspannung von größer oder im Wesentlichen gleich Null bevorzugt bei einer Temperatur von zumindest 20 °C bis mehr als 550 °C, bevorzugter bei einer Temperatur von zumindest 20 °C bis mehr als 650 °C und noch bevorzugter bei einer Temperatur von zumindest 10 °C bis mehr als 750° C und am bevorzugtesten bei einer Temperatur von zumindest 10°C bis mehr als 900 °C auf das zumindest teilweise kristallisierte Glas 3 ausübt. Solange diese Druckspannung aufrecht

erhalten wird, kann folglich, beispielsweise auch mit den vorstehend angegebenen oder im weiteren Verlauf der

Beschreibung angegebenen Maßnahmen, sichergestellt werden, dass das Durchführungs- oder Verbindungselement in diesen Temperaturbereichen hermetisch dicht ist.

Bei einer besonderst bevorzugten Ausführungsform übt der die Hochtemperaturlegierung umfassende Trägerkörper eine Druckspannung von größer oder im Wesentlichen gleich Null bevorzugt bei einer Temperatur von zumindest 10 °C bis zu der Kristallisationstemperatur T _K des zumindest teilweise kristallisierten Glases aus, durch die im Wesentlichen dauerhaft sicher gestellt werden kann, dass die

Hermetizität des Durchführungs- oder Verbindungselements nicht beeinträchtigt wird. Da die

Kristallisationstemperatur bei vielen zumindest teilweise kristallisierbaren Gläsern sehr viel höher liegen kann als beispielsweise Erweichungstemperaturen von herkömmlichen für Druckverglasungen verwendeten Gläsern, lassen sich hierdurch wesentlich höhere Betriebstemperaturen

verwirklichen. Vorteilhafte Höchstgrenzen, die mit der Erfindung erreichbar sind, sind etwa 950 °C, insbesondere aber auch 1000 °C, 1100 °C und/oder 1200 °C.

Eine weitere sehr wesentliche Temperatur stellt die

Inversionstemperatur dar. Die Inversionstemperatur ist diejenige Temperatur, bei welcher sich bei einer

Druckeinglasung die Druckspannung, die das metallische Trägerelement auf das Glasmaterial ausübt, in eine

Zugspannung umkehrt. Die Inversionstemperatur ist somit ein Maß für die maximale Betriebstemperatur einer

Druckeinglasung, da eine solche nur in einem gewissen geringen Bereich Zugspannungen tolerieren kann, ohne dass die Einglasung beschädigt wird. Die Inversionstemperatur beschreibt somit sozusagen den Schnittpunkt der übereinandergelegten thermischen Ausdehnungskurven des metallischen Trägerelements und des Isolationskörpers aus Glasmaterial . Für die vorliegende Erfindung hat die Inversionstemperatur die weitere Bedeutung, dass die Inversionstemperatur nicht diejenige Temperatur ist oder sein muss, bei welcher das zumindest teilweise kristallisierbare Glas bei der

Herstellung des Durchführungs- und Verbindungselements beginnt, sich an den Trägerkörper des Durchführungs- und Verbindungselements anzuschmiegen und an diesem

anzuschmelzen denn die Kristallisationstemperatur, die auch als Temperatur T _K bezeichnet wird, kann von der Temperatur abweichen, bei welcher das zumindest teilweise

kristallisierbare oder zumindest teilweise kristallisierte Ausgangsmaterial am Trägerkörper anschmilzt und bei welcher das zumindest teilweise kristallisierbare oder zumindest teilweise kristallisierte Ausgangsmaterial am funktionalen Element anschmilzt.

Unterscheiden sich Kristallisationstemperatur und die

Temperatur des Anschmelzens an den Trägerkörper, entspricht die Inversionstemperatur im Wesentlichen der

Kristallisationstemperatur. Soweit durch weitere

Einrichtungen, wie beispielsweise im nachfolgenden Verlauf der Beschreibung detaillierter angegeben, mechanische

Kräfte, welche auf das funktionale Element einwirken können, abgefangen werden, können sogar

Betriebstemperaturen bis zur Inversionstemperatur und wie nachfolgend beschrieben sogar bis über diese hinaus verwirklicht werden. Hierbei kann die maximale

Betriebstemperatur im Wesentlichen der Inversionstemperatur des Durchführungs- oder Verbindungselements mit einer Abweichung von +/- 20% entsprechen, wobei die

Inversionstemperatur auch diejenige Temperatur ist, bei welcher die Druckspannung, welche der Trägerkörper auf das zumindest teilweise kristallisierte Glasmaterial ausübt, den Wert 0 annimmt, und die maximale Betriebstemperatur, beispielsweise bei den bevorzugten zumindest teilweise kristallisierten Gläsern in einem Bereich von mehr als 450°C liegt, insbesondere bis 950 °C, und bevorzugt bis zu 1000 °C oder mehr beträgt, bevorzugter bis zu 1100 °C, besonders bevorzugt bis zu 1200 °C.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der thermische Ausdehnungskoeffitient CTE _G des zumindest teilweise kristallisierten Glases bei einer Temperatur von zumindest 20 °C bis mehr als 450 °C, bevorzugt bei einer Temperatur von zumindest 20 °C bis mehr als 550 °C, bevorzugter bei einer Temperatur von zumindest 20 °C bis mehr als 650 °C bei einer Temperatur von zumindest 10 °C bis mehr als 750° C, und bevorzugter bei einer Temperatur von mehr als 900 °C, vorteilhaft bei einer Temperatur von bis zu oder mehr als 950 °C bis auf eine Abweichung von etwa 5 % um einem Faktor F _CTE , welcher größer als 1,06 ist, kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffizient CTE _H generell den thermischen Ausdehnungskoeffitienten des Materials des

Trägerkörpers und, falls dieses Material des Trägerkörpers aus einer Hochtemperaturlegierung besteht, den thermischen Ausdehnungskoeffitienten der Hochtemperaturlegierung.

Besteht der Trägerkörper aus einer Hochtemperaturlegierung und weiteren Materialien, bezeichnet der thermische

Ausdehnungskoeffitient CTE _H den sich insgesamt ergebenden thermischen Ausdehnungskoeffitienten des Materials des Trägerkörpers bestehend aus Hochtemperaturlegierung

zusammen mit diesen weiteren Materialien. Als Material des Trägerkörpers kann beispielsweise auch keramisches

Material, auch im Verbund mit einer Hochtemperaturlegierung dienen. Hierbei bezeichnet ferner der thermische

Ausdehnungskoeffitient CTE _G den Ausdehnungskoeffitienten des jeweils vorliegenden, zumindest teilweise

kristallisierten Glases und umfasst somit dessen glasige Phase sowie auch alle zumindest teilweise kristallisierten und kristallisierten Phasen sowie deren Kombination. Der thermische Ausdehnungskoeffitient CTE _G kann eine Funktion der Temperatur sein und auch als Funktion des Anteils an Kristalliten in dessen Wert variieren. Bevorzugt hat der der Faktor F _CTE einen Wert, der in einem Bereich von 1,06 bis 3,5 liegt. Dies hat im Sinne der Erfindung vorteilhafter Weise den Effekt, dass die

Druckspannung, welche der Trägerkörper auf das zumindest teilweise kristallisierte Glas ausübt, in den genannten Temperaturbereichen insbesondere bis kurz vor die

Inversionstemperatur in einer begrenzten Variationsbreite konstant ist. Damit wird das sichere Halten des zumindest teilweise kristallisierten Glases in dem Trägerkörper bis zur maximalen Betriebstemperatur sehr gut sichergestellt.

Überraschend vorteilhaft ist es bei einem Durchführungs ^¬ oder Verbindungselement, wenn das zumindest teilweise kristallisierte Glas ein teilweise kristallisiertes Glas ist, das zumindest eine Kristallphase und zumindest eine amorphe Restglasphase mit einer Glastransformations ^¬ temperatur Tg aufweist, wobei das Durchführungs- oder Verbindungselement im Betriebszustand und/oder im Störfall Temperaturen ausgesetzt ist, welche größer als Tg sind. Es hat sich gezeigt, dass das teilweise kristallisierte

Material überraschender Weise durch die Druckspannung und/oder insbesondere die Umgebungsbedingungen nicht aus dem Trägerkörper herausgedrückt wird und dass die

Druckspannung aufrecht erhalten wird. Es wird vermutet dass dies darin begründet ist, dass sich insbesondere der Körper aus dem zumindest teilweise kristallisierten Glas nicht oder nicht wesentlich verformt. Außerdem können chemische Bindungen zwischen dem zumindest teilweise kristallisierten Material und dem Körper, die insbesondere beim

Herstellungsprozess , insbesondere beim Einschmelzen, erzeugt werden, zur Druckbeständigkeit beitragen. Hierdurch können Betriebstemperaturbereiche verwirklicht werden, welche erheblich über der Erweichungstemperatur der

glasigen Phase des zumindest teilweise kristallisierbaren Glases liegen. Obwohl die glasige Phase des zumindest teilweise kristallisierten Glases in erwarteter Weise wohl keine mechanische Stabilität bereit stellen kann, sind dennoch Festigkeitswerte hierbei zu beobachten, welche vollständig unerwartet waren.

Bei bevorzugten Ausführungsformen des Durchführungs- oder Verbindungselements kann die Temperatur, welcher das

Durchführungs- oder Verbindungselement im Betriebszustand und/oder im Störfall ausgesetzt ist mehr als 650 °C

betragen, bevorzugt sogar zwischen 700 °C und 1200 °C liegen . Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das zumindest teilweise kristallisierte Glas ein Glas oder eine Glaskeramik oder ein kristallisiertes Material auf Glasbasis mit einem spezifischen Durchgangswiderstand von mehr als 1,0 x 10 ¹⁰ Ω cm bei einer Temperatur von 350 °C und das Glas oder die Glaskeramik oder das kristallisierte Material auf Glasbasis enthält in Mol-% auf Oxidbasis:

Si0 ₂ 25 - 55

B ₂ 0 ₃ 0, 1 - 15

AI2O3 0 - 15

MO 20 - 50

M ₂ 0 0 - <2, wobei MO ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus, einzeln oder in jeder beliebigen Kombination, MgO und/oder CaO und/oder SrO und/oder BaO, und M ₂ O ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus, einzeln oder in jeder beliebigen Kombination, Li ₂ 0 und/oder Na ₂ 0 und/oder K ₂ 0.

Bei der bevorzugtesten Ausführungsform weist das zumindest teilweise kristallisierte Glas die nachfolgend angegebene Zusammensetzung auf, deren spezifischer

Durchgangswiderstand ebenfalls angegeben ist:

Zusammensetzung [Mol-%]

Si0 ₂ 38,7

B ₂ 0 ₃ 8, 9

A1 ₂ 0 ₃ 1, 6

BaO 0,0

CaO 36, 7

MgO 6,7

Y2O3 3,4

Zr0 ₂ 4,0

Spezif. Durchgangswiderstand 3, 9 x 10 ¹¹ bei 350°C [Ω cm]

Alle Werte der vorstehenden Zusammensetzung sind in Mol-% auf Oxidbasis angegeben. Ebenso bevorzugte Variationen entsprechen dieser Zusammensetzung mit einer individuellen Variation der einzelnen Komponenten von +/- 20% berechnet vom Gehalt der entsprechenden Komponente der beschriebenen Ausführungsform.

Ein weiteres bevorzugtes Durchführungs- oder

Verbindungselement umfasst einen Verbund mit einem eine Hochtemperaturlegierung umfassenden Trägerkörper, einem funktionalen Element und einem zumindest teilweise

kristallisiertem Glas, wobei das zumindest teilweise kristallisierte Glas zwischen einem Abschnitt des

funktionalen Elements und einem Abschnitt des Trägerkörpers angeordnet ist und bei welchem dem Trägerkörper eine

Befestigungseinrichtung für eine weitere Funktionsgruppe zugeordnet ist. Wenn am Trägerkörper eine weitere Funktionsgruppe

angeordnet ist, wobei die weitere Funktionsgruppe eine Befestigungseinrichtung aufweist, welche der am

Trägerkörper angeordneten Befestigungseinrichtung

zugeordnet ist, können hierdurch viele vorteilhafte

Wirkungen erzielt und Anwendungen realisiert werden. Diese Funktionsgruppe kann beispielhaft druckabschirmende Wirkung für das zumindest teilweise kristallisierte Glas sowie Haltekräfte für das funktionale Element bereitstellen. Hierzu kann bei dem Durchführungs- oder Verbindungselement die Befestigungseinrichtung der weiteren, am Trägerkörper angeordneten Funktionsgruppe mit der

Befestigungseinrichtung des Trägerkörpers Stoff- und/oder formschlüssig verbunden sein.

Ferner kann die Befestigungseinrichtung der weiteren, am Trägerkörper angeordneten Funktionsgruppe vorteilhaft mit der Befestigungseinrichtung durch Schweißen, Löten mit einem metallischen Lot, Hartlöten mit einem metallischen Lot, ein Glaslot Schrauben, Rasten, Nieten, Krimpen, thermisches Aufschrumpfen, chemisches Bonden oder ein zwischenliegendes Dichtmittel, insbesondere ein

metallisches Dichtmittel verbunden sein.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die weitere am Trägerkörper angeordnete Funktionsgruppe ein mineralisch isoliertes (MI-) Kabel.

Bei einem besonders bevorzugten Durchführungs- oder

Verbindungselement dichtet der die Druckspannung auf das kristallisierte Glas ausübende eine Hochtemperaturlegierung umfassende Trägerkörper die Grenzfläche zwischen

Trägerkörper und kristallisiertem Glas hermetisch ab und dichtet die Befestigungseinrichtung die Verbindung zur Funktionsgruppe hermetisch ab.

Wenn bei dem Durchführungs- oder Verbindungselement das funktionale Element zumindest ein lösbar-verbindbares, insbesondere steckverbindbares Element umfasst, welchem ein weiteres, mit diesem verbindbares Element einer weiteren Baugruppe zugeordnet ist, können hierdurch flexibel

Durchgangsverbindungen in Form von einander zugeordneten Steckverbindern bereitgestellt werden. Besonders vorteilhaft kann eine solche Ausgestaltung dann sein, wenn das Durchführungs- oder Verbindungselement in einer Erdöl- und/oder Erdgasbohrungs- oder Explorationsvorrichtung, oder in einer Energieerzeugungs- oder Energiespeichervorrichtung mit einem Gehäuse, oder in einer Kapselung einer

Energieerzeugungsvorrichtung oder einer

Energiespeichervorrichtung oder eines Reaktors oder einer Speichervorrichtung von toxischer und/oder schädlicher Materie, insbesondere als Durchführungseinrichtung

innerhalb des Containments eines Reaktors oder

Durchführungseinrichtung durch das Containment eines

Reaktors, insbesondere eines Kernreaktors, oder in einem Raumfahrzeug oder Raumfahrt-Erkundungsfahrzeug, oder in einem Gehäuse eines Sensors und/oder Aktuators verwendet wird, denn dann kann dessen großer

Betriebstemperaturbereich hohe Sicherheit auch bei

thermisch schwierigen Umgebungsbedingungen, beispielsweise in sicherheitskritischen oder Notfallsituationen

bereitstellen. Dies können beispielsweise Sensoren oder Aktuatoren sein, welche bei Bränden noch funktionstauglich bleiben und hierdurch entsprechende Notmaßnahmen wie definierte Abschaltungen, Einleiten von Löschvorgängen, Aufrechterhaltung und/oder Einleiten der Kühlung oder auch Evakuierungsvorgänge erlauben.

Hierzu ist es besonders vorteilhaft, wenn bei dem

Durchführungs- oder Verbindungselement das zumindest eine lösbar-verbindbare, insbesondere steckverbindbare Element und das dem steckverbindbaren Element zugeordnete Element je nach Anwendungsfall eine Verbindung für elektrischen

Strom, eine formschlüssige Hohlleiteranordnung als Stecker- Buchse-Anordnung, eine Verbindung für optische Leiter oder eine Fluidverbindung bereitstellen können. Ebenso

vorgesehen kann es sein, dass die lösbare Steckverbindung weiterhin mit einer Abzugssicherung versehen ist, welche ein versehentliches Lösen der Verbindung und/oder ein Lösen in den Notfallsituationen unterbindet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst eine mit zumindest einem Befestigungsabschnitt versehene

Funktionsgruppe, wobei dieser Befestigungsabschnitt der Funktionsgruppe dem Befestigungsabschnitt des

Durchführungs- oder Verbindungselements zugeordnet ist, ein Element aus der Gruppe, welche Mantel, Leitermantel,

Sensor- und Aktorgehäuse enthält, umfasst. Hierdurch ist es möglich, den Einsatzbereicht der erfindungsgemäßen

Einrichtungen sehr flexibel zu gestalten und eine Vielzahl technisch vorteilhafter Anwendungen und Verwendungen zu realisieren .

Bei dieser Funktionsgruppe kann das Aktorgehäuse

beispielsweise einem linearen und/oder rotatorischen

Antrieb für feste und/oder fluide Medien zugeordnet sein. Hierdurch können lineare und rotatorische Antriebe sowie Antriebe für fluide Medien wie Pumpen, Flügelräder, offene Schrauben, wie beispielsweise bei Wasser Pelton- oder bei Heißdampf Gasturbinen aktorisch angesteuert und deren

Verhalten sensorisch erfasst werden.

Zur sensorischen Erfassung kann das Sensorgehäuse

vorteilhaft einem optischen, elektrischen, insbesondere induktiven, kapazitivem und/oder piezoelektrischen Sensor zugeordnet sein. Wenn der Leitermantel der Funktionsgruppe eine elektrische, eine elektromagnetische, insbesondere eine einen

Hohlwellenleiter umfassende Hochfrequenzverbindung und/oder eine optische Verbindung umgibt oder einen Teil dieser Verbindung definiert, können durch die hierdurch möglich werdenden Verbindungen und Durchführungen prozesstechnisch wichtig Steuerungs- und Regelungsvorgänge im Bereich elektrischer und elektronischer Steuereinrichtungen sowie optoelektronischer Einrichtungen insbesondere auch unter harten Betriebsbedingungen ermöglicht werden.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ergibt sich, wenn der Mantel oder Leitermantel eine elektrische, eine

elektromagnetische, insbesondere eine einen

Hohlwellenleiter umfassende Hochfrequenzverbindung umgibt oder einen Teil dieser Verbindung definiert, wobei zwischen dem Stahl umfassenden Leitermantel und dem elektrischen, dem elektromagnetischen oder dem Hohlwellenleiter ein mineralischer Isolierstoff, insbesondere Magnesiumoxid angeordnet sein kann.

Bevorzugt kann der Leiter ein Thermo- oder Heizelement umfassen . In weiterer Ausgestaltung kann die Funktionsgruppe

vorteilhaft einen mechanischen, elektrischen, und/oder elektrochemischen Energiespeicher umfassen.

Insbesondere an Energieerzeugungseinrichtungen, wie

beispielsweise an großtechnischen

Energieerzeugungseinrichtungen oder an Brennkraftmaschinen, kann die Funktionsgruppe auch Wasserstoffdurchführungen umfassen .

Aufgrund der hohen Betriebstemperaturen, welche durch die Erfindung auf sichere Weise ermöglich werden, können diese Durchführungs- oder Verbindungselemente, derartige

Funktionsgruppen oder auch deren Kombinationen sehr

vorteilhaft in einer Erdöl- und/oder Erdgasbohrungs- oder Explorationsvorrichtung oder in einer

Energieerzeugungs- oder Energiespeichervorrichtung mit einem Gehäuse oder in einer Kapselung einer

Energieerzeugungsvorrichtung oder einer

Energiespeichervorrichtung eines Reaktors oder einer

Speichervorrichtung von toxischer und/oder schädlicher Materie, oder in einem Raumfahrzeug oder Raumfahrt- Erkundungsfahrzeug, oder in einem Gehäuse eines Sensors und/oder Aktuators verwendet werden.

Vorteilhaft kann ein Verfahren zum Herstellen eines

Durchführungs- oder Verbindungselements die nachfolgend aufgeführten Verfahrensschritte umfassen

- Bereitstellen eines zumindest teilweise

kristallisierbaren Ausgangsmaterials, insbesondere eines zumindest teilweise kristallisierbaren oder teilweise kristallisierten Glases,

Bereitstellen eines Trägerkörpers, welcher

Innenvolumen definiert, innerhalb dessen Raum für die

Aufnahme weiterer Bestandteile des Durchführungs- oder

Verbindungselements bereitgestellt ist,

- Anordnen des zumindest teilweise kristallisierbaren

Ausgangsmaterials innerhalb zumindest eines Abschnitts des Trägerkörpers, wobei dieser zumindest eine Abschnitt des Trägerkörpers innerhalb des

Innenvolumens des Trägerkörpers angeordnet ist, vorzugsweise Bereitstellen eines funktionalen Elements vorzugsweise Anordnen des funktionalen Elements, so dass zumindest ein Abschnitt des funktionalen Elements von dem zumindest teilweise kristallisierbaren

Ausgangsmaterial umgeben ist, wobei die Anordnung aus zumindest teilweise kristallisierbarem

Ausgangsmaterial und vorzugsweise funktionalem Element zumindest mit einem Abschnitt innerhalb des

Innenvolumens des Trägerkörpers angeordnet ist, oder wobei die Anordnung aus zumindest teilweise

kristallisierbarem Ausgangsmaterial zumindest mit einem Abschnitt innerhalb des Innenvolumens des

Trägerkörpers angeordnet ist,

Erwärmen der Anordnung aus Trägerkörper, zumindest teilweise kristallisierbarem Ausgangsmaterial und vorzugsweise funktionalem Element, wobei das Erwärmen bis zu einer Temperatur durchgeführt wird, bei welcher das zumindest teilweise kristallisierbare

Ausgangsmaterial formschlüssig an zumindest einem Abschnitt des Trägerkörpers anliegt und am

Trägerkörper anschmilzt und bei welcher das zumindest teilweise kristallisierbare Ausgangsmaterial

vorzugsweise formschlüssig an zumindest einem

Abschnitt des funktionalen Elements anliegt und vorzugsweise am funktionalen Element anschmilzt, vorzugsweise Einstellen einer Temperatur der Anordnung aus Trägerkörper, zumindest teilweise

kristallisierbarem Ausgangsmaterial und vorzugsweise funktionalem Element, bei welcher das zumindest teilweise kristallisierbare Ausgangsmaterial zumindest teilweise kristallisiert wird,

- Abkühlen der Anordnung aus Trägerkörper, zumindest

teilweise kristallisierbarem Ausgangsmaterial und funktionalem Element.

Die Kristallisation des zumindest teilweise

kristallisierbaren Ausgangsmaterials wird dabei

insbesondere durch die Temperaturführung bestimmt. Es handelt sich dabei besonders bevorzugt um ein

selbstkristallisierendes Material. D.h. für das Auslösen der Kristallisation ist die Zugabe weiterer Substanzen wie z.B. Füllstoffen als Kristallisationskeime nicht notwendig. Bei einem derartigen Verfahren kann sehr vorteilhaft bei der Anordnung aus Trägerkörper, zumindest teilweise

kristallisierbarem Ausgangsmaterial und funktionalem

Element bei einer anderen Temperatur als bei derjenigen, bei welcher das kristallisierbare Glas vorzugsweise sowohl am funktionalen Element als auch am Trägerkörper

anschmilzt, jedoch zumindest am Trägerkörper anschmilzt eine zumindest teilweise Kristallisierung vorgenommen werden. Durch diese zumindest teilweise Kristallisierung kann die mechanische Festigkeit des zumindest teilweise kristallisierten Glases in vielen Fällen wesentlich

verbessert werden. Durch die Wahl der

Kristallisationstemperatur Tk unabhängig von der vorstehend erwähnten Anschmelztemperatur, welche in der Literatur auch manchmal als Sphärischtemperatur bezeichnet wird, kann die Kristallisation oder zumindest teilweise Kristallisation beispielsweise bei höheren Temperaturen in kürzerer Zeit durchgeführt werden, welches regelmäßig auch zu höheren Inversionstemperaturen führt.

Es ist auch möglich, die zumindest teilweise

Kristallisation bei niedrigeren Temperaturen als der

Anschmelztemperatur durchzuführen, wenn beispielsweise niedrigere Inversionstemperaturen erzielt werden sollen.

Ferner ist es auch möglich, dass das verfahrensgemäß verwendete Ausgangsmaterial schon eine zumindest teilweise Kristallisierung aufweist, solange der verbleibende glasige Anteil ausreicht, damit bei entsprechender

verfahrensgemäßer Erwärmung das zumindest teilweise

kristallisierbare und teilweise kristallisierte

Ausgangsmaterial formschlüssig an zumindest einem Abschnitt des Trägerkörpers anliegt und am Trägerkörper anschmilzt und das zumindest teilweise kristallisierbare und teilweise kristallisierte Ausgangsmaterial vorzugsweise formschlüssig an zumindest einem Abschnitt des funktionalen Elements anliegt und vorzugsweise am funktionalen Element

anschmilzt .

Bei geeigneten Materialkombinationen für das zumindest teilweise kristallisierte Glas, vorzugsweise das

funktionale Element sowie den Trägerkörper kann sich die

Betriebstemperatur sogar bis über die Inversionstemperatur hinaus erstrecken, wenn beispielsweise durch die Anhaftung des zumindest teilweise kristallisierten Glases

vorzugsweise am funktionalen Element sowie am Trägerkörper, zumindest jedoch am Trägerkörper, Zugspannungen zwischen diesen Elementen möglich sind, ohne dass es zu Ablösungen des zumindest teilweise kristallisierten Glases vom, soweit vorhanden funktionalen Element sowie vom Trägerkörper kommt. Diese Betriebstemperaturen können durchaus bis zu 20 % über der in Kelvin gemessenen Inversionstemperatur liegen. Außer dieser Temperaturangabe in Kelvin sind ansonsten alle weiteren Temperaturangaben der Beschreibung und der Ansprüche in Celsius-Werten angegeben.

Vorteilhaft wird ferner bei zunehmender Kristallisierung der thermische Ausdehnungskoeffitient des zumindest

teilweise kristallisierten Glases CTE _G sowie dessen auch über die Kristallisationstemperatur Tk hinaus in einem weiteren Temperaturbereich konstant bleiben.

Vorteilhaft beträgt bei einem Verfahren zum Herstellen eines Durchführungs- oder Verbindungselements die

Temperatur T _K mehr als 450 °C, bevorzugt mehr als 550 °C, bevorzugter mehr als 650 °C und noch bevorzugter mehr als 750° C und bevorzugter mehr als 900 °C, bevorzugter mehr als 950 °C und am bevorzugtesten mehr als 1000 °C.

Vorteilhafte Höchstgrenzen, die mit der Erfindung hierdurch für die maximale Betriebstemperatur erreichbar sind, sind etwa 950 °C, insbesondere je nach Wahl des zumindest teilweise kristallisierbaren Glases und vorzugsweise auch der Hochtemperaturlegierung aber auch 1000 °C, 1100 °C und/oder 1200 °C.

Die vorstehend beschriebene äußerst günstige thermische Widerstandsfähigkeit lässt sich mit einem Verfahren zum Herstellen eines Durchführungs- oder Verbindungselements erzielen, bei welchem das zumindest teilweise

kristallisierte Glas ein Glas oder eine Glaskeramik oder ein kristallisiertes Material auf Glasbasis mit einem spezifischen Durchgangswiderstand von mehr als 1,0 x 10 Ω cm bei einer Temperatur von 350 °C umfasst und das Glas oder die Glaskeramik oder das kristallisierte Material auf Glasbasis in Mol-% auf Oxidbasis enthält:

Si0 ₂ 55

B ₂ 0 ₃ - 15

A1 ₂ 0 ₃ 15

MO 50

M ₂ 0 <2, wobei MO ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus, einzeln oder in jeder beliebigen Kombination, MgO und/oder CaO und/oder SrO und/oder BaO, und M ₂ 0 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus, einzeln oder in jeder beliebigen Kombination, Li ₂ 0 und/oder Na ₂ 0 und/oder K ₂ 0.

Wenn bei einem derartigen Verfahren zum Herstellen eines Durchführungs- oder Verbindungselements der Trägerkörper eine metallische Hochtemperaturlegierung mit einem

thermischen Ausdehnungskoeffitienten CTE _H umfasst, welcher in einem Bereich von 10 °C bis zumindest zur Temperatur T _K größer als der thermische Ausdehnungskoeffitienten des zumindest teilweise kristallisierten Glases CTE _G ist, lassen sich hierdurch in diesem Temperaturbereich sicher

Druckspannungen, die größer oder zumindest gleich Null sind aufrecht erhalten.

Je nach Wahl des zumindest teilweise kristallisierten

Ausgangsglases kann während des Abkühlens der Anordnung aus Trägerkörper, glasigem, zumindest teilweise

kristallisierbarem oder zumindest teilweise kristallisiertem Ausgangsmaterial und vorzugsweise auch funktionalem Element der Trägerkörper eine Druckspannung von größer oder im Wesentlichen gleich Null bei einer

Temperatur von zumindest 20 °C bis mehr als 450 °C, bevorzugt bei einer Temperatur von zumindest 20 °C bis mehr als 550 °C, bevorzugter bei einer Temperatur von zumindest 20 °C bis mehr als 650 °C und noch bevorzugter bei einer Temperatur von zumindest 10 °C bis mehr als 750° C und am bevorzugtesten bei einer Temperatur von zumindest 10°C bis mehr als 900 °C bei den bevorzugten zumindest teilweise kristallisierten Gläsern in einem Bereich von mehr als 450°C liegt, insbesondere bis 950 °C, und bevorzugt bis zu 1000 °C oder mehr beträgt, bevorzugt bis zu 1100 °C, besonders bevorzugt bis zu 1200 °C liegen, auf das

zumindest teilweise kristallisierte Glas 3 ausüben.

Die Erfinder haben erkannt, dass es das erfindungsgemäße Durchführungselement oder Verbindungselement erlaubt, dass die Betriebstemperaturen und/oder Temperaturen des

Störfalls auch dauerhaft größer sein können als die

Transformationstemperatur Tg der noch vorhandenen amorphen Bereiche der Restglasphase, die bei den am bevorzugtesten verwendeten teilweise kristallisierten Glasmaterialien neben den kristallisierten Bereichen noch vorhanden ist. Wird Tg überschritten, wird das amorphe Material

üblicherweise sozusagen weich. Im vorliegenden Fall sind die kristallisierten Bereiche und/oder Kristallphasen allerdings in der Lage, das sozusagen weiche Material so zu stützen, dass es weder durch die Druckspannung, die durch den Trägerkörper auf es ausgeübt wird, noch durch die absehbaren Betriebs- und/oder Störfallbedingungen aus dem Trägerkörper herausgedrückt wird. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist es sogar möglich, bei Betriebs- und/oder Störfalltemperaturen oberhalb von Tg, dass das teilweise kristallisierte

Glasmaterial nachkristallisiert, wodurch sich der Anteil der kristallinen Phasen im Gesamtvolumen des zumindest teilweise kristallisierten Glasmaterials erhöht, und das erfindungsgemäße Durchführungselement oder

Verbindungselement dadurch während des Betriebs und/oder sogar während des Störfalls verstärkt, insbesondere noch belastbarer wird.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen und unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen detaillierter beschrieben.

Es zeigen: eine schematisch dargestellte Querschnitts ^¬ ansicht einer ersten Ausführungsform eines

Durchführungs- oder Verbindungselements, bei welchem zwei mit einem metallischen Kabelmantel versehene, mit Mineralstoff isolierte Kabel (Mi- Kabel) mittels eines Durchführungs- oder Verbindungselements miteinander verbunden sind, eine Darstellung des thermischen Ausdehnungs- Koeffitienten CTE als Funktion der Temperatur für verschiedene Metalle, metallische Legierungen, insbesondere metallische Hochtemperatur ^¬ legierungen und für ein kristallisierbares bzw. kristallisiertes Glas entsprechend der Erfindung, eine schematisch dargestellte Querschnitts- ansieht einer herkömmlichen Druckglasdurchführung mit einem Trägerkörper, in welchem ein ein

Durchführungselement umgebendes Glas gehalten ist,

Figur 4 ein Diagramm, welches die relative thermische

Ausdehnung eines Glases sowie von Stahl als Funktion der Temperatur zeigt, mit einer Darstellung der sich aus diesen relativen

thermischen Ausdehnungen ergebenden

Druckspannungen als Funktion der Temperatur,

Figur 5 ein Diagramm, welches den thermischen

Ausdehnungskoeffitienten CTE _G des entsprechend der Erfindung bevorzugten zumindest teilweise kristallisierbaren bzw. zumindest teilweise kristallisierten Glases sowie den thermischen

Ausdehnungskoeffitienten CTE _H der metallischen Hochtemperaturlegierung Inconel 690 mit dessen tatsächlichen und mit um einen Betrag CTE _K verschobenen Werten, jeweils als Funktion der Temperatur zeigt,

Figur 6 eine stark vereinfacht schematisch dargestellte

Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform eines Durchführungs- oder Verbindungselements, mit einem buchsenförmigen Steckverbinder, bei welchem ein mineralisch isoliertes Kabel an das

Durchführungs- oder Verbindungselement angeschlossen ist,

Figur 7 eine stark vereinfacht schematisch dargestellte

Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform eines Durchführungs- oder Verbindungselements, mit einer mit dem Durchführungs- oder Verbindungselement Stoff- und/oder formschlüssig hermetisch dicht verbunden Funktionsgruppe, Figur 8 eine stark vereinfacht schematisch dargestellte

Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform eines Durchführungs- oder Verbindungselements, welches in einem Containment vorzugsweise

hermetisch dicht gehalten ist, mit einem buchsenförmigen Steckverbinder, bei welchem ein mineralisch isoliertes Kabel an das

Durchführungs- oder Verbindungselement angeschlossen ist,

Figur 9 eine stark vereinfacht schematisch dargestellte

Querschnittsansicht einer fünften Ausführungsform eines Durchführungs- oder Verbindungselements, bei welchem das funktionale Element des

Durchführungs- oder Verbindungselements eine Durchführung für eine Fluidverbindung aufweist Figur 10 eine stark vereinfacht schematisch dargestellte

Querschnittsansicht einer sechsten

Ausführungsform eines Durchführungs- oder

Verbindungselements, welches in einem Containment vorzugsweise hermetisch dicht gehalten ist, mit einem buchsenförmigen Steckverbinder, bei welchem sowohl die Messelektronik als auch ein innerhalb des Containments angeordneter Sensor eines

Messgeräts an das Durchführungs- oder

Verbindungselement angeschlossen ist

Figur 11 eine stark vereinfacht schematisch

dargestellte Querschnittsansicht einer Energieerzeugungsvorrichtung mit einem Gehäuse und einer Kapselung, die beide ein Durchführungs ^¬ oder Verbindungselement gemäß einer der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen umfassen .

Bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der

Erfindung soll der Begriff des zumindest teilweise

kristallisierbaren oder zumindest teilweise

kristallisierten Glases ein Glas umfassen, welches durch thermische Einwirkungen aus einer glasigen Phase in eine Phase überführt werden kann, in welcher zusätzlich zur glasigen Phase oder auch nahezu vollständig eine

kristallisierte Phase vorliegt. Insbesondere soll dieser Begriff auch Glaskeramiken umfassen, welche noch nicht, nur teilweise oder auch vollständig kristallisiert sind. Bei der nachfolgenden Beschreibung bezeichnen in den verschiedenen Ausführungsformen numerisch gleiche

Bezugszeichen jeweils gleiche funktionale Elemente oder Bestandteile. Soweit nichts Gegenteiliges ausgesagt ist, gelten alle Angaben, insbesondere auch zu den jeweils verwendeten Materialien in gleicher Weise für Bestandteile mit gleichen Bezugszeichen für alle beschriebenen

Ausführungsformen .

Lediglich um der Klarheit und um des besseren Verständnis Willen sind sämtliche Figuren nicht maßstabsgerecht

dargestellt .

Nachfolgend wird auf Figur 1 Bezug genommen, in welcher eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform eines Durchführungs- oder Verbindungselements gezeigt ist, welches in dieser Ausführungsform zwei Verbindungselemente umfasst, die jeweils insgesamt das Bezugszeichen 1

beziehungsweise 1' tragen.

Der im Wesentlichen zylindrische Trägerkörper 2 und 2 'des jeweiligen Verbindungselements 1, 1' umgibt jeweils ein in diesen eingeschmolzenes oder an diesem angeschmolzenes, zumindest teilweise kristallisierbares oder zumindest teilweise kristallisiertes Glas 3 und 3', in welchem wiederum jeweils zwei funktionale Elemente 4a, 4b

beziehungsweise 4a', 4b' gehalten sind. Die funktionalen Elemente 4a, 4b und 4a', 4b' definieren bei dieser

Ausführungsform Steckkontakte, welche jeweils im Eingriff mit metallischen Kontaktbuchsen 5 und 6 stehen. In weiteren, in den Figuren nicht dargestellten

Ausführungsformen können die funktionalen Elemente 4, 4a, 4b und 4a', 4b', 34 auch jeweils durch das zumindest teilweise kristallisierbare Glas 3, 3' funktional gebildet oder auch durch dieses ersetzt werden und sind nicht als zusätzliches körperliches Element sondern durch das zumindest teilweise kristallisierbare Glas 3, 3' selbst bereitgestellt .

Aus den beiliegenden Figuren sowie aus der weiteren

Offenbarung dieser Erfindung entnimmt ein Fachmann auf dem vorliegenden technischen Gebiet, wie ein derart geändertes funktionales Element zu realisieren ist, beispielsweise mit auf in achsialer Richtung beiden Seiten des

kristallsierbaren Glases angeordnete Sensoren und/oder Aktoren. Die Trägerkörper 2, 2' bestehen bei dieser Ausführungsform jeweils ohne Beschränkung der Allgemeinheit aus einer warmfesten metallischen Legierung, beziehungsweise einer metallischen Hochtemperaturlegierung, wie beispielsweise Inconel 750.

Weitere Ausführungsformen können jedoch, jeweils auf den Anwendungs- und Einsatzfall bezogen, bei dem Material des Trägerkörpers auch ohne Hochtemperaturlegierungen auskommen soweit der thermische Einsatzbereich des jeweiligen

Materials den herrschenden Betriebsbedingungen gerecht wird .

Die funktionalen Elemente 4a, 4b und 4a', 4b' bestehen, ohne Beschränkung der Allgemeinheit im Wesentlichen aus einer NiFe-Legierung oder CF25, einer FeCo-Legierung, welche, wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird, jeweils in dem zumindest teilweise kristallisierten Glas 3, 3' eingebettet, bzw. in diesem eingeschmolzen sind. Auf diese Weise ist jeweils das zumindest teilweise

kristallisierte Glas 3, 3' zwischen einem Abschnitt des funktionalen Elements 4a, 4b und 4a', 4b' und einem

Abschnitt des Trägerkörpers 2, 2 ' angeordent . Die Kontaktbuchsen 5, 6 können im Wesentlichen aus dem gleichen Material wie die funktionalen Elemente 4a, 4b und 4a', 4b' bestehen, somit im Wesentlichen ebenfalls aus einer NiFe-Legierung bzw. CF25, einer FeCo-Legierung und sind in einem isolierenden im Wesentlichen zylindrischen Träger 7 gehalten, der zwischen den beiden

Verbindungselementen 1, 1' in einem von diesen definiertem Hohlraum angeordnet ist. Der im Wesentlichen zylindrische Träger 7 umfasst oder besteht aus einer temperaturfesten Keramik oder dem zumindest teilweise kristallisiertem Glas 3. Der Trägerköper 2 weist an seinem dem Trägerkörper

2 ' zugewandten Ende eine radiale Erweiterung in Form einer Ringschulter 8 auf, an deren stirnseitiger Flanschfläche 9 eine metallische Hochtemperaturdichtung 10, welche

beispielsweise als gasgefüllte Ringrohrdichtung oder als einkristalline Metalldichtung ausgebildet sein kann, anliegt .

Die metallische Hochtemperaturdichtung 10 ist von einer Ringnut 11 gehalten, die in der radial erweiterten

Stirnfläche 12 des Trägerkörpers 1' ausgebildet ist.

Die Überwurfmutter 13 liegt an der Ringschulter 12 des Trägerkörpers 1 an und weist ein Innengewinde 14 auf, welches mit dem Außengewinde 15 der radialen Erweiterung des Trägerkörpers 1' im Eingriff steht. Durch die Gewinde 14 und 15 sind beide Trägerkörper 1 und 1' mechanisch fest aneinander gehalten und wird die Hochtemperaturdichtung 10 mit einer Kraft beaufschlagt, welche sicherstellt, dass hierdurch eine dauerbetriebsfeste hermetische Dichtung zwischen den Trägerkörpern 1 und 1' erzeugt wird.

Hierdurch wird eine lösbar-verbindbare, insbesondere mit einem als steckverbindbaren Element ausgebildetem

funktionalen Element bereitgestellt.

An dem in Figur 1 linksseitigen oder bodenseitigen Ende des Trägerkörpers 1 ist eine Durchgangsöffnung 16 ausgebildet, in welche der vorzugsweise aus Stahl oder einer

Stahllegierung bestehende Kabelmantel 17 eines

hochtemperaturfesten mineralisch, vorzugsweise mit

Magnesiumoxid isolierten Kabels (MI-Kabels) 18 hineinragt. Das mineralisch isolierte Kabel 18 ist mittels einer

Schweiß- oder Hartlötverbindung 19 hermetisch

dauerbtriebsfest dicht und mechanisch fest am Trägerkörper 1 angeordnet. An dem in Figur 1 rechtsseitigen oder bodenseitigen Ende des Trägerkörpers 2' ist eine Durchgangsöffnung 20

ausgebildet, in welche der vorzugsweise aus Stahl oder einer Stahllegierung bestehende Kabelmantel 21 eines hochtemperaturfesten mineralisch, vorzugsweise mit

Magnesiumoxid isolierten Kabels (MI-Kabels) 22 hineinragt. Das mineralisch isolierte Kabel 22 ist mittels einer

Schweiß- oder Hartlötverbindung 23 hermetisch

dauerbtriebsfest dicht und mechanisch fest am Trägerkörper 2' angeordnet.

Durch diese vorstehend beschriebene Ausgestaltung kann sichergestellt werden, dass auf die funktionalen Elemente 4a, 4b, 4a', 4b' sowie auf das zumindest teilweise

kristallisierte Glas 3, 3' von außerhalb der Trägerkörper 1, 1' nahezu keine Kräfte einwirken und auch

Druckunterschiede zwischen Äußeren und dem Inneren der Trägerköper 1, 1' im Wesentlichen keinen Einfluss auf die funktionalen Elemente 4a, 4b, 4a', 4b' sowie auf das zumindest teilweise kristallisierte Glas 3, 3' haben.

Hierdurch muss der jeweils aus Trägerkörper 1, 1', den funktionalen Elementen 4a, 4b, 4a', 4b' und aus dem zumindest teilweise kristallisierte Glas 3, 3' bestehende Verbund innerhalb seines Betriebstemperaturbereichs im Wesentlichen, dies bedeutet bis auf durch

Temperaturunterschiede bedingte Änderungen des Innendrucks innerhalb der Trägerkörper 1, 1' sowie durch thermische Ausdehnungsunterschiede bedingte Schub- oder Zugkräfte, nahezu keinen erhöhten mechanischen sowie Druckbelastungen standhalten, denn die jeweils innerhalb des Trägerkörpers 1, 1' angeordneten funktionalen Elementen 4a, 4b, 4a', 4b' und das zumindest teilweise kristallisierte Glas 3, 3' sind durch die vorstehend beschriebene Anordnung gegenüber dem Äußeren der Trägerkörper 1, 1' hermetisch abgedichtet und gegenüber mechanischen Einwirkungen abgeschirmt.

Auch die Kupferleiter 24 und 25 des mineralisch isolierten Kabels 18 sowie die Kupferleiter 26 und 27 des mineralisch isolierten Kabels 22, welche jeweils mittels einer

Krimpverbindung 28, 29 und 30, 31 oder durch Hartlöten mit den funktionalen Elemente 4a, 4b und 4a', 4b' verbunden sind, üben über den gesamten Betriebstemperaturbereich durch deren thermisches Ausdehnungsverhalten nur sehr geringe Zug- oder Schubkräfte auf die funktionalen Elemente 4a, 4b und 4a', 4b' aus, welche nicht zu einer spürbaren mechanischen Belastung und somit nicht zu einem die

Hermetizität beeinträchtigenden Aufbrechen der jeweiligen Verbindung zu dem zumindest teilweise kristallisierten Glas 3, 3 'führen.

Eine derartige Anordnung kann wesentlich höhere

Betriebstemperaturen bereitstellen, da die von dem

zumindest teilweise kristallisierten Glas aufzubringenden Haltekräfte wesentlich geringer sein müssen, insbesondere nicht im Hochtemperaturbereich externen Auszugskräften oder externen Druckstößen standhalten müssen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Durchführungs- oder Verbindungselements, welche in den Figuren nicht dargestellt ist, mit einem Verbund eines Trägerkörpers und einem zumindest teilweise kristallisiertem Glas, ist das zumindest teilweise kristallisierte Glas in einem Abschnitt des Trägerkörpers angeordnet und kann bereits das zumindest teilweise kristallisierbare Glas den Transport akustischer und/oder elektromagnetischer Signale durch dieses hindurch in für eine Signalübertragung ausreichender Weise

bereitstellen . In höchst überraschender Weise haben sich erhebliche

Verbesserungen gegenüber herkömmlichen, druckverglasten Durchgangs- oder Verbindungselementen ergeben. Es konnten überraschend insbesondere Betriebstemperaturen bis über die Inversionstemperatur des zumindest teilweise

kristallisierbaren oder teilweise kristallisierten Glases 3, 3' erreicht werden. Bei der vorstehenden sowie weiteren nachfolgend noch detaillierter beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen wurden überraschend Betriebstemperaturen von bis über 1000 °C erreicht. Vorteilhafte Höchstgrenzen, die mit der Erfindung erreichbar sind, sind etwa 950 °C, insbesondere aber auch 1000 °C, 1100 °C und/oder 1200 °C.

Bei herkömmlichen Druckverglasungen, wie diese beispielhaft in Figur 3 dargestellt sind, ist im Innern eines

metallischen, vorzugsweise aus Stahl bestehenden

Trägerkörpers 32 ein Glas 33 an diesem angeschmolzen aufgenommen und hält, ebenfalls an dieses angeschmolzen ein funktionales Element 34, hier ein zylindrisches Rohr als fluide Durchgangsverbindung, insbesondere für Helium,

Wasserstoff, heiße Gase oder Flüssigkeiten, beispielsweise Kühlmedien, wie dieses auch bei den erfindungsgemäßen

Ausführungsformen als funktionales Element verwendbar ist.

Figur 4 zeigt ein Diagramm mit der Kurve 35 der relativen thermischen Ausdehnung des Glases 33 sowie der Kurve 36 der relativen thermischen Ausdehnung des Stahls des

Trägerkörpers 32 als Funktion der Temperatur für

herkömmliche auf dem Markt befindliche Druckeinglasungen . Es ist zu erkennen, dass sich diese Kurven bei etwa 350 °C, schneiden, welches in etwa der Einglasungstemperatur entspricht. Diese Temperatur entspricht der aus dem Stand der Technik bekannten Inversionstemperatur.

Im unteren Teil des Diagramms der Figur 4 sind die sich aus diesen relativen thermischen Ausdehnungen ergebenden Druck- und Zugspannungen ebenfalls als Funktion der Temperatur in der Kurve 37 dargestellt.

Es ist klar zu erkennen, dass oberhalb der Temperatur, bei welcher sich die Kurven 35 und 36 schneiden, i.e. der

Inversionstemperatur, die Druckspannungen in Zugspannungen übergehen, welche Kräfte auf den Verbund aus Trägerkörper 32, Glas 33 und funktionalem Element 34 ausüben, welche zu dessen Aufbrechen und einer Schädigung von dessen

Hermetizität führen können und hierdurch jedenfalls die dauerbetriebsfest sichere Betriebstemperatur dieses

Durchführungselements klar auf Werte unterhalb von 350 °C begrenzen . Verwendet man nun, wie die Erfinder herausgefunden haben statt des Stahls Hochtemperaturlegierungen oder zumindest hochtemperaturfeste metallische Werkstoffe für den

Trägerkörper 2, können zumindest teilweise

kristallisierbare Gläser bei wesentlich höheren

Temperaturen innerhalb des Trägerkörpers an diesen und am funktionalen Element 4 angeschmolzen und in diesem Zustand darüber hinaus sogar kristallisiert werden.

Zur nachfolgenden Diskussion von für den Trägerköper 2, 2 'geeigneter Werkstoffe wird auf Figur 2 Bezug genommen. Figur 2 zeigt eine Darstellung des thermischen

Ausdehnungskoeffitienten CTE als Funktion der Temperatur für verschiedene Metalle, metallische Legierungen,

insbesondere metallische Hochtemperaturlegierungen und für ein kristallisierbares bzw. kristallisiertes Glas

entsprechend der Tabelle zu Material 1, welches nachfolgend auch als das bevorzugte zumindest teilweise

kristallisierbare Glas wie in Figur 2 oder auch als

Material 1 bezeichnet wird.

Um die Wechselwirkung des Trägerköpers mit dem zumindest teilweise kristallisierbaren oder zumindest teilweise kristallisiertem Glas besser zu verstehen, seien zunächst auch die hierfür bevorzugten Werkstoffe benannt.

Bevorzugt ist als das zumindest teilweise kristallisierte Glas 3, 3' ein Glas oder eine Glaskeramik oder ein

kristallisiertes Material auf Glasbasis mit einem

spezifischen Durchgangswiderstand von mehr als 1,0 x 10 Ω cm bei einer Temperatur von 350 °C umfasst und das Glas oder die Glaskeramik oder das kristallisierte Material auf Glasbasis in Mol-% auf Oxidbasis enthält:

Si0 ₂ 55

B ₂ 0 ₃ - 15

AI2O3 15

MO 50

M ₂ 0 <2, wobei MO ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus, einzeln oder in jeder beliebigen Kombination, MgO und/oder CaO und/oder SrO und/oder BaO, und M ₂ O ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus, einzeln oder in jeder beliebigen Kombination, L1 ₂ O und/oder Na ₂ Ü und/oder K ₂ O.

Besonders bevorzugt weist das zumindest teilweise

kristallisierte Glas die nachfolgend angegebene

Zusammensetzung auf, deren spezifischer

Durchgangswiderstand ebenfalls angegeben ist:

Zusammensetzung [Mol-%]

Si0 ₂ 38,7

B ₂ 0 ₃ 8, 9

AI2O3 1, 6

BaO 0,0

CaO 36, 7

MgO 6,7

Y2O3 3,4

Zr0 ₂ 4,0

Spezif. Durchgangswiderstand 3, 9 x 10 ¹¹

bei 350°C [Ω cm] Alle Werte der vorstehenden Zusammensetzung dieses

Materials 1 sind in Mol-% auf Oxidbasis angegeben.

Der thermische Ausdehnungskoeffitient CTE _G dieses zumindest teilweise kristallisierbaren Glases oder zumindest

teilweise kristallisierten Glases ist in dem Diagramm der Figur 2 ebenfalls angegeben als Wert eines von der

Erfindung umfassten Glases. Aus dem Diagramm der Figur 2 ist zu erkennen, dass nur einige wenige der hochtemperaturfesten Werkstoffe einen thermischen Ausdehnungskoeffitienten CTE _H haben, welcher größer ist als der thermische Ausdehnungskoeffitient CTE _G des zumindest teilweise kristallisierbaren Glases oder zumindest teilweise kristallisierten Glases und welcher folglich geeignet ist, eine Druckspannung über den gesamten Betriebstemperatur auf das zumindest teilweise

kristallisierbare Glas oder zumindest teilweise

kristallisierte Glas auszuüben.

Zunächst sind alle Werkstoffe, welche nachfolgend auch als Hochtemperaturlegierungen bezeichnet werden geeignet, deren CTE über den gesamten Betriebstemperaturbereich des

Durchführungs- oder Verbindungselements 1, 1' größer sind als der thermische Ausdehnungskoeffitient des zumindest teilweise kristallisierten oder kristallisierbaren Glases CTE _G . Als Hochtemperaturlegierungen im Sinne der Erfindung werden insbesondere metallische Werkstoffe verstanden, die bei den in der Erfindung vorgesehenen Betriebstemperaturen über 450°C, insbesondere über 700°C oder über 900 °C, noch ausreichend zäh sind, um eine Druckspannung auf das

zumindest teilweise kristallisierte Glas ausüben zu können. Genereller und mit Blick auf verschiedene geeignete

kristallisierbare Gläser sowie Werkstoffe für den

Trägerkörper lassen sich die nachfolgenden Aussagen

treffen.

Der thermische Ausdehnungskoeffitient CTE _G des zumindest teilweise kristallisierten Glases soll bei einer Temperatur von zumindest 20 °C bis mehr als 450 °C, bevorzugt bei einer Temperatur von zumindest 20 °C bis mehr als 550 °C, bevorzugter bei einer Temperatur von zumindest 20 °C bis mehr als 650 °C bei einer Temperatur von zumindest 10 °C bis mehr als 750° C und bevorzugter bei einer Temperatur von mehr als 900°C, vorteilhaft bei einer Temperatur von mehr als 950 °C bis auf eine Abweichung von etwa 5 % um einem Faktor F _CTE , welcher größer als 1,06 ist, kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffitienten CTE _H der

Hochtemperaturlegierung ist. Generell sollte der Faktor F _CTE in einem Bereich von 1,06 bis 3,5 liegen .

Ein besonders bevorzugter Werkstoff für den Trägerkörper 2, 2 ' ist Inconel 690, dessen thermischer

Ausdehnungskoeffitient CTE _H im Diagramm der Figur 2 über den gesamten Temperaturbereich die höchsten Werte aufweist und in überraschender Weise eine so gute Benetzung durch das Glas entsprechend der Tabelle zu Material 1 gestattet, dass dieses sich bei einer Temperatur von etwa 870 °C an einen aus Inconel 690 bestehenden Trägerkörper 2, 2 ' anschmiegen und hermetisch dicht an diesem anschmelzen kann, wobei dieser Vorgang auch als Anglasen und diese Temperatur als Anglasungstemperatur bezeichnet werden wird.

Die Erfinder haben herausgefunden, dass sich für die hier beschriebenen Ausführungsformen des Durchführungs- und Verbindungselements hervorragende Eigenschaften ergeben können, wenn die Kristallisierung des zumindest teilweise kristallisierbaren Glases nicht bei dessen

Anschmelztemperatur, der Temperatur, bei welcher das zumindest teilweise kristallisierbare Ausgangsmaterial formschlüssig an zumindest einem Abschnitt des

Trägerkörpers anliegt und am Trägerkörper anschmilzt und bei welcher das zumindest teilweise kristallisierbare

Ausgangsmaterial formschlüssig vorzugsweise an zumindest einem Abschnitt des funktionalen Elements anliegt und vorzugsweise am funktionalen Element anschmilzt,

vorgenommen wird. Vorteilhaft kann die

Kristallisationstemperatur Tk höher liegen als die

Anschmelztemperatur, beispielsweise bei 954 °C. Die

Kristallisationstemperatur Tk kann trotz einer

Anschmelztemperatur bei beispielsweise 870°C dennoch auch bei über 1000 °C liegen, beispielsweise kann die

Kristallisationstemperatur Tk insbesondere bis 950 °C betragen, und bevorzugt bis zu 1000 °C oder mehr betragen, bevorzugter bis zu 1100 °C betragen, besonders bevorzugt bis zu 1200 °C betragen.

Bei geeigneter Wahl des Ausgangsmaterials des zumindest teilweise kristallisierbaren Glases kann der thermische Ausdehnungskoeffitient CTE _G des zumindest teilweise

kristallisierten Glases auch noch bei einer Temperatur oberhalb der Inversionstemperatur innerhalb eines Temperaturintervalls, welches mehrere Grad Celsius betragen kann, konstant sein.

Beispielhafte Kristallisationszeiten können im Bereich von mehr als einer Stunde, beispielsweise bei zwei Stunden liegen .

Stellt man nun den Wert der thermischen

Ausdehnungskoeffitienten CTE _G des zumindest teilweise kristallisierbaren bzw. zumindest teilweise

kristallisierten Glases, Material 1, entsprechend der Tabelle und den Wert des thermischen

Ausdehnungskoeffitienten CTE _H der metallischen

Hochtemperaturlegierung Inconel 690 senkrecht verschoben als Funktion der Temperatur so in einem Diagramm dar, dass sich diese bei der Kristallisationstemperatur des Glases des Materials 1 von etwa 950 °C schneiden, erhält man eine ähnliche Aussage über die Druck- und Zugspannungen, wie zu Figur 4 diskutiert.

Figur 5 zeigt ein solches Diagramm, welches die

tatsächliche Kurve 38 des thermischen

Ausdehnungskoeffitienten CTE _H der metallischen

Hochtemperaturlegierung Inconel 690, die Kurve 39 des thermischen Ausdehnungskoeffitienten CTE _G des zumindest teilweise kristallisierbaren bzw. zumindest teilweise kristallisierten Glases entsprechend der Tabelle zu

Material 1 sowie die Kurve 40 des thermischen

Ausdehnungskoeffitienten CTE _H der metallischen

Hochtemperaturlegierung Inconel 690 mit dessen um einen Betrag CTE _K zu niedrigeren Werten verschobenen Werten, jeweils als Funktion der Temperatur zeigt, wobei der Wert CTE _K den thermischen Ausdehnungskoeffitienten CTE _H der metallischen Hochtemperaturlegierung Inconel 690 bei der Kristallisationstemperatur des kristallisierten Glases entsprechend der Tabelle zu Material 1 von etwa 950 °C angibt .

Es ist zu erkennen, dass über den gesamten in Figur 5 erkennbaren Betriebstemperaturbereich von etwa 50 °C bis mehr als 850 °C zuverlässig Druckspannungen von der Inconel 690 umfassenden Hochtemperaturlegierung auf das

kristallisierte Glas ausgeübt werden können.

Es hat sich insbesondere für die hier beschriebenen

Ausführungsformen gezeigt, dass wenn für die Abschirmung gegenüber Beaufschlagung mit externen mechanischen Kräften und externen Drücken geeignete Maßnahmen, wie

beispielsweise die vorstehend beschriebenen getroffen werden, sogar noch höhere Betriebstemperaturen erreicht werden können, nämlich Temperaturen, die bis zu mehr als 20 % höher als die Inversionstemperatur sind.

Da das zumindest teilweise kristallisierte Glas nach dessen Kristallisierung einen weiteren Temperaturbereich oberhalb von CTE _K aufweist, in welchem sein thermischer

Ausdehnungskoeffitient im Wesentlichen konstant ist, können Betriebstemperaturen von mehr als 900 °C, sogar bis etwa 1000 °C, und je nach Wahl des zumindest teilweise

kristallisierbaren Glases und der Hochtemperaturlegierung des Trägerkörpers sogar von mehr als 1000 °C verwirklicht werden. Die maximale Betriebstemperatur kann in einem

Bereich von mehr als 450°C liegen, insbesondere bis 950 °C betragen, und bevorzugt bis zu 1000 °C oder mehr betragen, bevorzugter bis zu 1100 °C betragen, besonders bevorzugt bis zu 1200 °C betragen. Im bevorzugten Fall erstreckt sich die Betriebstemperatur bis zur Erweichungstemperatur oder sogar der Schmelztemperatur des kristallisierten Glases. Diese ist wohlgemerkt eine Eigenschaft des Gesamtsystems. Wie beschrieben kann eine vorhandene amorphe Restglasphase durchaus eine geringere Erweichungstemperatur aufweisen.

Zum Herstellen der Durchführungs- und Verbindungselemente der hier beschriebenen Ausführungsformen eignet sich beispielsweise das nachfolgend beschriebene Verfahren.

Bei diesem Verfahren zum Herstellen eines Durchführungsoder Verbindungselements werden die nachfolgend erwähnten Verfahrensschritte durchgeführt:

Bereitstellen eines zumindest teilweise

kristallisierbaren Ausgangsmaterials, insbesondere eines kristallisierbaren Glases,

Bereitstellen eines Trägerkörpers, welcher ein

Innenvolumen definiert, innerhalb dessen Raum für die

Aufnahme weiterer Bestandteile des Durchführungs- oder Verbindungselements bereitgestellt ist,

Hierbei ist dieses Innenvolumen zumindest ein Teil des zylindrischen Trägerkörpers 2, 2 oder ein Teil des

Innenraums der Trägerkörper der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen .

- Anordnen des zumindest teilweise kristallisierbaren Ausgangsmaterials innerhalb zumindest eines Abschnitts des Trägerkörpers, wobei dieser zumindest eine

Abschnitt des Trägerkörpers innerhalb des

Innenvolumens des Trägerkörpers angeordnet ist, hierbei kann das zumindest teilweise kristallisierbare Glas in Form eines Körpers bereitgestellt werden, welcher nahezu formschlüssig in den Trägerkörper 2, 2' sowie in die

Trägerkörper der nachfolgend beschriebenen

Ausführungsformen einbringbar ist und auch nahezu

formschlüssig das funktionale Element 4 oder die

funktionalen Elemente 4a, 4b, 4a', 4b' umgibt.

- Vorzugsweise Bereitstellen eines funktionalen Elements - vorzugsweise Anordnen des funktionalen Elements, so dass zumindest ein Abschnitt des funktionalen Elements von dem zumindest teilweise kristallisierbaren

Ausgangsmaterial umgeben ist, wobei die Anordnung aus zumindest teilweise kristallisierbarem

Ausgangsmaterial und vorzugsweise funktionalem Element zumindest mit einem Abschnitt innerhalb des

Innenvolumens des Trägerkörpers angeordnet ist,

- Erwärmen der Anordnung aus Trägerkörper, zumindest

teilweise kristallisierbarem Ausgangsmaterial und vorzugsweise funktionalem Element, wobei das Erwärmen bis zu einer Temperatur durchgeführt wird, bei welcher das zumindest teilweise kristallisierbare

Ausgangsmaterial formschlüssig an zumindest einem Abschnitt des Trägerkörpers anliegt und am

Trägerkörper anschmilzt und bei welcher das zumindest teilweise kristallisierbare Ausgangsmaterial

vorzugsweise formschlüssig an zumindest einem

Abschnitt des funktionalen Elements anliegt und vorzugsweise am funktionalen Element anschmilzt, - vorzugsweise Einstellen einer Temperatur der Anordnung aus Trägerkörper, zumindest teilweise

kristallisierbarem Ausgangsmaterial und funktionalem Element, bei welcher das zumindest teilweise

kristallisierbare Ausgangsmaterial zumindest teilweise kristallisiert wird,

- Abkühlen der Anordnung aus Trägerkörper, zumindest teilweise kristallisierbarem Ausgangsmaterial und funktionalem Element.

Dabei wird das Erwärmen bis zu der Temperatur vorgenommen, bei welcher das glasige, zumindest teilweise

kristallisierbare oder zumindest teilweise kristallisierte Ausgangsmaterial formschlüssig an zumindest einem Abschnitt des Trägerkörpers anliegt und am Trägerkörper anschmilzt und bei welcher das glasige, zumindest teilweise

kristallisierbare oder zumindest teilweise kristallisierte Ausgangsmaterial vorzugsweise auch formschlüssig an

zumindest einem Abschnitt des funktionalen Elements anliegt und vorzugsweise am funktionalen Element anschmilzt.

Vorteilhaft muss durch diese Temperatur nicht auch die Temperatur T _K definiert werden, bei welcher das glasige Ausgangsmaterial zumindest teilweise kristallisiert wird und zum teilweise kristallisierten Glas wird und bei welcher der Trägerkörper eine Druckspannung von im

Wesentlichen Null auf das zumindest teilweise

kristallisierte Glas ausübt.

Wenn die Temperatur T _K von der Temperatur abweicht, bei welcher das zumindest teilweise kristallisierbare

Ausgangsmaterial am Trägerkörper anschmilzt und bei welcher das zumindest teilweise kristallisierbare Ausgangsmaterial am funktionalen Element anschmilzt, ergeben sich hieraus weitere Freiheitsgrade bei der Verfahrensführung, welche insbesondere auch Kristallisationstemperaturen und

Inversionstemperaturen erlauben, welche wesentlich höher als die vorstehend erwähnte Anschmelztemperatur sind.

Hierdurch lassen sich wesentlich erhöhte

Betriebstemperaturen gegenüber herkömmlichen

Druckverglasungen erzielen.

Vorteilhaft kann die Kristallisationstemperatur Tk trotzt einer Anschmelztemperatur von 870 °C beispielsweise bei 954 °C liegen. Die Kristallisationstemperatur Tk kann trotz dieser Anschmelztemperatur bei beispielsweise 870°C dennoch auch bei über 1000 °C liegen, beispielsweise kann die

Kristallisationstemperatur Tk insbesondere bis 950 °C betragen, und bevorzugt bis zu 1000 °C oder mehr betragen, bevorzugter bis zu 1100 °C betragen, besonders bevorzugt bis zu 1200 °C betragen.

Diese vorteilhaften Höchstgrenzen, die mit der Erfindung erreichbar sind, lassen sich bei dem hier beschriebenen Verfahren durch jeweils entsprechende Auswahl im

Wesentlichen des zumindest teilweise kristallisierbaren Glases sowie der Hochtemperaturlegierung des Trägerkörpers 2 erzielen. Für verschiedene zumindest teilweise kristallisierbare

Gläser kann die Temperatur T _K mehr als 450 °C, bevorzugt mehr als 550 °C, bevorzugter mehr als 650 °C und noch bevorzugter mehr als 750° C und am bevorzugtesten mehr als 900 °C betragen, wobei durch jeweilige Haltezeiten bei diesen der entsprechende Kristallisationsgrad eingestellt wird . Wie vorstehend beschrieben umfasst das bevorzugte, bei diesem Verfahren verwandte zumindest teilweise

kristallisierte Glas 3 ein Glas oder eine Glaskeramik oder ein kristallisiertes Material auf Glasbasis mit einem spezifischen Durchgangswiderstand von mehr als 1,0 x 10 Ω cm bei einer Temperatur von 350 °C und das Glas oder die Glaskeramik oder das kristallisierte Material auf Glasbasis enthält in Mol-% auf Oxidbasis:

Si0 ₂ 25 - 55

B ₂ 0 ₃ 0, 1 - 15

AI2O3 0 - 15

MO 20 - 50

M ₂ 0 0 - <2, wobei MO ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus, einzeln oder in jeder beliebigen Kombination, MgO und/oder CaO und/oder SrO und/oder BaO, und M ₂ 0 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus, einzeln oder in jeder beliebigen Kombination, Li ₂ 0 und/oder Na ₂ 0 und/oder K ₂ 0

und umfasst der Trägerkörper eine metallische

Hochtemperaturlegierung mit einem thermischen

Ausdehnungskoeffitienten CTE _H umfasst, welcher in einem Bereich von 10 °C bis zumindest zur Temperatur T _K größer als der thermische Ausdehnungskoeffitienten des zumindest teilweise kristallisierten Glases CTE _G ist.

Bei dem vorstehend erwähnten zumindest teilweise

kristallisierbaren Glas sowie bei Material 1 umfasst dessen Hauptphase Wollastonit, Zirkondioxid und Diopsid. Der thermische Ausdehnungskoeffitient CTE von Wollastonit ist der Glasphase ähnlich, derjenige von Zr0 ₂ ist höher. Vorteilhaft kann bei diesem Verfahren, wenn beim Einstellen der Temperatur der Anordnung aus Trägerkörper 2, zumindest teilweise kristallisierbarem Glas 3 und funktionalem

Element 4, bei welcher das zumindest teilweise

kristallisierbare Glas zumindest teilweise kristallisiert wird, eine Temperatur von 950 °C gewählt wird und diese Temperatur über einen Zeitraum von zwei Stunden aufrecht erhalten wird, bevor eine Abkühlung eingeleitet wird, ein Anteil an Kristallen in Gewichtsprozent von mehr als 75 % relativ zur verbleibenden glasigen Phase erhalten werden.

Ein derart kristallisiertes oder zumindest teilweise kristallisiertes Glas, insbesondere wie als für die

bevorzugten zumindest teilweise kristallisierbaren Gläser erwähnt oder mit der Zusammensetzung des Materials 1 weist höchst überraschende Eigenschaften auf.

Aus Figur 2 ist bei einer Temperatur etwas oberhalb von 650 °C, bei etwa 670 °C eine Stufe im Verlauf des thermischen Ausdehnungskoeffitienten als Funktion der Temperatur zu erkennen, welche bei der Glastemperatur Tg des zumindest teilweise kristallisierten Glases, insbesondere mit der Zusammensetzung des Materials 1 oder Zusammensetzungen, die in einem Bereich wie für die bevorzugten zumindest

teilweise kristallisierbaren Gläser angegebenen, liegen. Diese Stufe wird einer Restglasphase zugeschrieben, welche zeigt, dass bei der Kristallisationstemperatur und der maximalen Betriebstemperatur Tg weit überschritten ist und die glasige Phase in nicht fester sondern insbesondere in flüssiger Form vorliegen wird. Trotzdem wird in höchst überraschender Weise die vorstehend beschriebene Druckspannung in den vorstehend beschriebenen Temperaturbereichen aufrecht erhalten und die weiche

Restglasphase nicht herausgedrückt, weder durch die

Druckspannung noch bei äußerer Einwirkung.

Anhand der Daten der Figur 2 wäre anzunehmen, dass sich durch das in Figur 2 mit dem Bezugszeichen 39 versehene thermische Verhalten ausreichende Festigkeiten oberhalb der Glastemperatur Tg für die Zwecke dieser Erfindung nicht erreichen lassen würden.

Bei diesem Verfahren wird während des Abkühlens der

Anordnung aus Trägerkörper, glasigem, zumindest teilweise kristallisierbarem oder zumindest teilweise

kristallisiertem Ausgangsmaterial und vorzugsweise

funktionalem Element je nach Auswahl der Werkstoffe und Kristallisationsgrad der Trägerkörper eine Druckspannung von größer oder im Wesentlichen gleich Null bei einer

Temperatur von zumindest 20 °C bis mehr als 450 °C, bevorzugt bei einer Temperatur von zumindest 20 °C bis mehr als 550 °C, bevorzugter bei einer Temperatur von zumindest 20 °C bis mehr als 650 °C und noch bevorzugter bei einer Temperatur von zumindest 10 °C bis mehr als 750° C und am bevorzugtesten bei einer Temperatur von zumindest 10°C bis mehr als 900 °C auf das zumindest teilweise kristallisierte Glas 3 ausüben.

Nach diesem Abkühlen verbleiben diese Druckspannungen in dem Verbund aus Trägerkörper, zumindest teilweise

kristallisiertem Glas und vorzugsweise auch funktionalem Element dauerhaft und dauerbetriebsfest. Bei einem derart hergestellten Durchführungs- oder

Verbindungselements entspricht insbesondere die maximale Betriebstemperatur im Wesentlichen der Inversionstemperatur des Durchführungs- oder Verbindungselements mit einer

Abweichung von +/- 20%, wobei bei vorstehender

Verfahrensführung die Inversionstemperatur diejenige

Temperatur ist, bei welcher die Druckspannung, welche der Trägerkörper auf das zumindest teilweise kristallisierte Glasmaterial ausübt, den Wert 0 annimmt und die maximale Betriebstemperatur in einem Bereich von mehr als 450°C liegt, insbesondere bis 950 °C, und bevorzugt bis zu 1000 °C oder mehr beträgt, bevorzugt bis zu 1100 °C, besonders bevorzugt bis zu 1200 °C beträgt.

Als Werkstoff für das funktionales Element eignet sich neben der vorstehend angegebenen NiFe-Legierung bzw. CF25, der FeCo-Legierung, besonders auch Beryllium-Kupfer- Legierungen, Kovar oder Inconel, wie beispielsweise Inconel 690, Inconel 625 und weitere.

Nachfolgend werden weitere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, welche ebenfalls mit dem vorstehenden

Verfahren herstellbar sind.

Es wird auf Figur 6 Bezug genommen, welche eine stark schematisch dargestellte Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform eines Durchführungs- oder

Verbindungselements zeigt, bei welchem das funktionale Element 4 einen buchsenförmigen Steckverbinder 41 umfasst. Das im Ganzen mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete

Durchführungs- oder Verbindungselement umfasst einen

Verbund mit einem eine wie vorstehend beschrieben

Hochtemperaturlegierung umfassenden Trägerkörper 2, einem funktionalen Element 4 und einem zumindest teilweise kristallisiertem Glas 3, wobei das zumindest teilweise kristallisierte Glas 3 zwischen einem Abschnitt 42 des funktionalen Elements 4 und einem Abschnitt 43 des

Trägerkörpers 2 angeordnet ist.

In Abweichung von dem ersten vorstehend beschriebenen

Ausführungsbeispiel nimmt der Außenumfang des zumindest teilweise kristallisierten Glases 3 bei dieser

Ausführungsform keine zylindrische sondern eine sich radial verjüngende Gestalt an, welche in dicht gepackten

Anordnungen mit einer Vielzahl der hier beschriebenen

Durchführungs- oder Verbindungselemente Vorteile bietet, wenn diese, wie beispielsweise nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 8 detaillierte beschrieben als Durchführung für ein Containment eingesetzt werden und weitere Verbindungen in enger Nachbarschaft hergestellt werden sollen.

An seinem dem buchsenförmigen Steckverbinder 41

gegenüberliegenden Ende ist das funktionale Element 4 mittels einer Hartlotverbindung 44 mit dem Kupferleiter 45 eines mineralisch isolierten Kabels 46 verbunden.

Dem Trägerkörper ist 2 eine Befestigungseinrichtung 47 für eine weitere Funktionsgruppe, in diesem Fall für das mineralisch isolierte Kabel 46, in Form eines Innengewindes 47 zugeordnet, welches am unterem Ende des Trägerkörpers 2 ausgebildet ist und in welches ein Außengewinde 48 einer Endhülse 49 des Kabelmantels 50 des vorzugsweise mit

Magnesiumoxid als temperaturfestem Isolierstoff 51

isolierten Kabels 46 formschlüssig eingreift. Stirnseitig presst die Endhülse 49 eine metallische

Hochtemperaturdichtung 53, welche beispielsweise als gasgefüllte Ringrohrdichtung oder als einkristalline

Metalldichtung ausgebildet sein kann, gegen eine

Ringschulter 54 des Trägerkörpers 2, wodurch sowohl eine mechanisch feste als auch hermetisch dichte Verbindung zwischen dem Durchführungs- und Verbindungselement 1 sowie dem mineralisch isolierten Kabel 46 gebildet wird.

Anstelle der als Außengewinde 48 ausgebildeten

Befestigungseinrichtung, die der weiteren, am Trägerkörper 2 angeordneten, das mineralisch isolierte Kabel 46

umfassenden Funktionsgruppe zugeordnet ist und welche mit dem Innengewinde 47, welches als Befestigungseinrichtung dem Trägerkörper 2 zugeordnet ist, verschraubt ist, können auch weitere oder alternative Formen der Befestigung wie

Schweißen, Löten mit einem metallischen Lot, Hartlöten mit einem metallischen Lot, ein Glaslot Schrauben, Rasten, Nieten, Krimpen, thermisches Aufschrumpfen, chemisches Bonden verwendet werden.

Der Leiter 45 des mineralisch isolierten Kabels 46 kann für bestimmte Anwendungen vorteilhaft statt des Kupferleiters 45 oder zusätzlich zu diesem ein Thermo- oder Heizelement umfassen .

An dem buchsenförmige Steckverbinder 41 benachbarten Ende weist der Trägerkörper 2 eine Befestigungsvorrichtung für eine nochmals weitere, jedoch in Figur 6 nicht dargestellte Baugruppe in Form eines Innengewindes 55 auf.

Eine solche weitere Baugruppe kann die in Figur 1 gezeigte Anordnung mit dem im Wesentlichen zylindrischen Träger 7 und den darin angeordneten Kontaktbuchsen 6 als leicht abgewandelte Bauform umfassen und es kann alternativ zu der Überwurfmutter 13 mit Innengewinde eine entsprechend geänderte, jedoch in Figur 6 nicht dargestellte

Überwurfmutter mit Außengewinde zur mechanisch festen

Verbindung mit dem Verbindungselement 1 verwendet werden. Da in diesem Fall der Innenraum des Trägerköpers 1 größer wäre als in Figur 1 dargestellt, kann der Durchmesser des zylindrischen Trägers 6 ebenfalls entsprechend hierzu vergrößert sein.

Hierdurch wird ein steckverbindbares Element 41

bereitgestellt, welchem ein weiteres, mit diesem

verbindbares Element 6, einer weiteren Baugruppe zugeordnet ist. Eine derartige Anordnung kann in Einsatzbereichen sinnvoll sein, in welchen zwar hohe mechanische und

thermische Belastungen auftreten aber keine atmosphärischen Druckbelastungen zu erwarten sind.

Nachfolgend wird auf Figur 7 Bezug genommen, welche eine stark vereinfacht schematisch dargestellte

Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform eines Durchführungs- oder Verbindungselements 1, mit einer mit dem Durchführungs- oder Verbindungselement Stoff- und/oder formschlüssig hermetisch dicht verbunden Funktionsgruppe 56 zeigt . Die Funktionsgruppe 56 umfasst ein Gehäuse 57, bei welchem unterhalb des Außengewindes 48 des Gehäuses 57 eine

Dichtfläche 58 für eine metallische Hochtemperaturdichtung 59 ausgebildet ist, welche an deren gegenüberliegenden Ende gegen eine Ringschulter 60 des Trägerkörpers 2 hermetisch dichtend gepresst ist.

Das Gehäuse 57 der Funktionsgruppe 56 kann durch

Verschrauben am Trägerköper 2 angebracht werden, wobei die zylindrische Stecker-Buchsenanordnung 61 so ausgelegt ist, dass die beim Verschrauben entstehenden Verdrehungen toleriert werden.

Hierbei dichtet der die Hochtemperaturlegierung umfassende Trägerkörper 2, der die Druckspannung auf das

kristallisierte Glas 3 ausübt, die Grenzfläche zwischen Trägerkörper 2 und kristallisiertem Glas 3 hermetisch ab und die Befestigungseinrichtung, welche das Innengewinde 47, das Außengewinde 48, die Ringschulter 60, die

metallische Hochtemperaturdichtung 59 und die Dichtfläche

58 am Gehäuse 56 umfasst, die Verbindung zu der das Gehäuse 57 umfassenden Funktionsgruppe hermetisch ab.

Bei dieser Ausführungsform muss das zumindest teilweise kristallisierte Glas 3' für das Gehäuse 57 nicht verwendet werden, kann jedoch bei weiteren, nachfolgend noch

beschriebenen Anwendungen vorteilhaft sein.

Das Gehäuse 57 kann, wenn dieses als Sensor- und/oder Aktorgehäuse ausgebildet ist, von der rein schematischen Darstellung in Figur 7 stark abweichende Formen annehmen, welche den jeweiligen Bedingungen angepasst sein können. Als Aktorgehäuse kann das Gehäuse 57 beispielsweise einem linearen und/oder rotatorischen Antrieb für feste und/oder fluide Medien zugeordnet sein oder diesen beherbergen.

Als Sensorgehäuse kann das Gehäuse 57 einem optischen, elektrischen, insbesondere induktiven, kapazitivem und/oder piezoelektrischen Sensor zugeordnet sein und diesen

beherbergen .

Lediglich schematisch sind diese Sensoren und/oder Aktoren an der mit dem Bezugszeichen 62 versehen Baugruppe in Figur 7 zu erkennen.

Statt oder zusätzlich zu Sensoren oder Aktuatoren kann auch ein oder können eine Vielzahl von Energiespeichern im

Gehäuse 57 angeordnet sein, beispielsweise als

Notstromversorgung in kritischen oder potenziell

gefahrbringenden Umgebungen.

Nachfolgend wird auf Figur 8 beug genommen, welche eine stark schematisch dargestellte Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform eines Durchführungs- oder

Verbindungselements zeigt, welches in einem Containment 63 hermetisch dicht gehalten ist. Dieses Containment kann Teil der Hülle einer Einrichtung sein, in welcher beispielsweise toxische Stoffe vorkommen.

Beispielhaft zeigt auch diese Ausführungsform einen

buchsenförmigen Steckverbinder 41, bei welchem ein

mineralisch isoliertes Kabel an das Durchführungs- oder Verbindungselement angeschlossen ist, welches jedoch nicht hermetisch gegenüber dem Trägerkörper abgedichtet sein muss, da diese Dichtung wie nachfolgend detaillierter beschrieben durch das Containment 63 in Verbindung mit dem Trägerkörper 2 bereitgestellt wird.

Mit einer Ringschulter 64 ist der Trägerkörper 2 in einer radial-symmetrischen Ausnehmung 65 des bei dieser

Ausführungsform metallischen Containments 63 angeordnet und durch eine Schweiß- oder Hartlotverbindung 66 sowohl mechanisch fest als auch hermetisch dicht am Containment 63 gehalten .

Alternativ kann bei weniger Vibrationen ausgesetzten

Anwendungen die Mutter 70 eine metallische

Hochtemperaturdichtung 67 hermetisch dicht zwischen der Ringschulter 64 des Trägerkörpers 2 und der radial ^¬ symmetrische Ausnehmung 65 des Containments 63 verpressen.

Bei entsprechender Dimensionierung des Außengewindes 48 des in Figur 7 dargestellten Gehäuses 57, so dass dieses in das Innengewinde 55 des Trägerkörpers 2 dieser Ausführungsform einschraubbar ist, kann dieses Gehäuse 57 als weitere

Baugruppe am Durchführungselement 1 durch Verschraubung angebracht werden. Bei dieser Verwendung kann das zumindest teilweise kristallisierte Glas 3 das Gehäuse 57 hermetisch gegenüber dem Äußeren des Gehäuses 57 abdichten und mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren im Gehäuse 57, wie für den Trägerkörper 2 beschrieben eingebracht sein. Unter Bezugnahme auf Figur 9 wird nachfolgend die eine stark schematisch dargestellte Querschnittsansicht einer fünften Ausführungsform eines Durchführungs- oder Verbindungselements, bei welchem das funktionale Element des Durchführungs- oder Verbindungselements 1 eine

Durchführung für eine Fluidverbindung 68 beziehungsweise einen elektromagnetischen Hohleiter 68 aufweist,

beschrieben.

Bei dieser Ausführungsform ist an das als Hohlzylinder 69 ausgebildete funktionale Element 4, beispielsweise mittels einer Hartlotverbindung 71 eine weiterer zylindrischer Mantel angebracht, welcher aus Stahl bestehen und eine Fluidverbindung 68 oder beispielsweise auch ein

elektromagnetischer Hohlwellenleiter 68 für

elektromagnetische Strahlung, insbesondere für eine

Hochfrequenzverbindung sein kann. Ferner kann in dieser Anordnung auch eine optische Verbindung in Form von

Lichtwellenleiter angeordnet sein oder das reflektierende Innere des Hohleiters 68 einen Teil dieser Verbindung definieren . Die vorstehend erwähnten Fluidverbindungen können

Wasserstoffdurchführungen, insbesondere an

Energieerzeugungseinrichtungen oder auch an

Brennkraftmaschinen umfassen. In Figur 10 ist eine stark vereinfacht schematisch

dargestellte Querschnittsansicht einer sechsten

Ausführungsform eines Durchführungs- oder

Verbindungselements 1 gezeigt, welche in einem Containment 63 vorzugsweise hermetisch dicht gehalten ist, mit einem jeweils stirnseitigen buchsenförmigen Steckverbinder des funktionalen Elements 4 beispielsweise als Teil einer Stecker-Buchsenanordnung 61. Bei dieser Ausführungsform ist die Messelektronik 72 in dem Gehäuse 57 der weiteren Baugruppe angeordnet, welche sich außerhalb des Containments 63 befindet. Hierdurch kann diese Messelektronik im Wesentlichen unabhängig von

Strahlungen, welche eventuell innerhalb des Containments 63 auftreten, betrieben werden.

Ein innerhalb des Containments angeordneter Sensor 62 ist mit dessen Gehäuse 57 an das Durchführungs- oder

Verbindungselement 1 angeschlossen ist, wodurch durch diese Anordnung ein Messgerät bereitgestellt ist, welches auch in Not- oder Störfallsituationen sicher betrieben werden und sensorische Werte aus dem Inneren des Containments 63 bereitstellen kann.

Ein derartiges Messgerät ist hochtemperaturfest , zumindest mit dessen im Containment 63 angeordneten Bestandteilen, störfallsicher, stellt hohe elektrische

Isolationswiderstände bei hohen Temperaturen zur Verfügung und bieten lange Standzeiten, selbst bei extrem hohen

Temperaturen .

Besonders vorteilhaft sind dabei die selbst bei sehr hohen Temperaturen bereitgestellten hohen Widerstände des

bevorzugten zumindest teilweise kristallisierbaren Glases.

Wie bei dieser Ausführungsform zeigen auch die weiteren hier beschriebenen Ausführungsformen elektrische

Widerstandswerte, welche die in GOST R 53310-2009

"ELECTRICAL PENETRATIONS , HERMETIC INPUTS AND FEEDTHROUGHS

OF POWER RAILS" geforderten Werte dauerbetriebsfest sicher überbieten . Es zeigen die vorstehend beschriebenen Durchführungs- oder Verbindungselemente 1 generell eine hohe Sicherheit bei Störfällen, beispielsweise können die

Sicherheitsanforderungen für Dampfstörfälle, bei welchen einem Dampfdruck von 10 bar bei 180 bis 200 °C stand zu halten ist, sicher erfüllt werden. Auch die erwarteten Belastungen einer Kernschmelze einer thermischen

Dauerbelastung von 700 °C während mindestens 72 Stunden halten die vorstehend beschriebenen Durchführungs- oder Verbindungselemente sicher stand.

Ferner erfüllen diese Durchführungs- oder

Verbindungselemente 1 auch die entsprechenden

Sicherheitsvorschriften für Brandfälle, wie beispielsweise Rauchgasprüfungen. Es werden die Werte R 120/EI 60 der GOST 30247.0-94 erreicht und mit deutlich besseren Eigenschaften sogar überschritten. Nachfolgend wird auf Figur 11 Bezug genommen, welche eine stark vereinfacht schematisch dargestellte

Querschnittsansicht einer im Ganzen mit dem Bezugszeichen 73 versehenen Energieerzeugungsvorrichtung zeigt. Die

Energieerzeugungseinrichtung 73 weist ein Gehäuse 74 und eine Kapselung 75 auf. Sowohl das Gehäuse 74 als auch die Kapselung 75 bilden dabei ein Containment 63 im Sinne dieser Beschreibung der erfindungsgemäßen

Ausführungsformen, bei welchem jeweils ein Durchführungsoder Verbindungselement 1 verwendet wird, um hierdurch eine der vorstehend beschriebenen Durchführungen oder

Verbindungen bereit zu stellen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Durchführungs- oder

Verbindungselemente 1 durch ein mineralisch isoliertes (MI-) Kabel 18 miteinander verbunden. Insbesondere ist das Verbindungselement 1 dazu geeignet, eine Durchführung im Primärkreislauf des Reaktors, insbesondere wie hier gezeigt Durchführungen durch den Reaktordruckbehälter z.B. zur Versorgung der Steuerstäbe mit elektrischem Strom bereit zu stellen . Ferner umfassen weitere bevorzugte Ausführungsformen vorzugsweise Halbleiter-Chips enthaltende Sensorelemente, welche direkt auf der Glasoberfläche aufgebracht sind.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform umfasst

beispielhaft einen Wheatstonschen Drucksensor mit einer Messbrücke und/oder einer Schicht mit einem niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffitienten als dem des

Trägerkörpers 2, sowie eine unter dem Sensor befindlichen Durchgangsöffnung im zumindest teilweise kristallisierbaren Glas 3, durch welche Differenzdrücke sensorisch erfassbar sind .

Vorteilhaft sind bei diesen sensorischen Ausführungsformen auch die elektrischen Eigenschaften des zumindest teilweise kristallisierbaren Glases 3, welche durch hohes

Isolationsvermögen die Messung verfälschende Kriechströme vermindern oder sogar vollständig unterbinden können.

Die vorstehend beschriebenen Durchführungs- oder

Verbindungselemente 1 finden besonders vorteilhaft

Verwendung in Umgebungen, in welcher bei Ausfall der herkömmlichen Durchführungs- oder Verbindungselemente erheblicher Schaden für Menschen und Einrichtungen

entstehen kann, wie in einer Erdöl- und/oder

Erdgasbohrungs- oder Explorationsvorrichtung, oder in einer Energieerzeugungs- oder Energiespeichervorrichtung mit einem Gehäuse, oder in einer Kapselung einer

Energieerzeugungsvorrichtung oder einer

Energiespeichervorrichtung oder eines Reaktors oder einer Speichervorrichtung von toxischer und/oder schädlicher Materie, insbesondere als Durchführungseinrichtung

innerhalb des Containments eines Reaktors oder

Durchführungseinrichtung durch das Containment eines

Reaktors, insbesondere eines Kernreaktors, oder in einem Raumfahrzeug oder Raumfahrt-Erkundungsfahrzeug, oder in einem Gehäuse eines Sensors und/oder Aktuators .

Die Erfindung und die vorhergehende Beschreibung können auch durch die folgenden Feststellungen gekennzeichnet und/oder zusammengefasst sein, die Teil der gesamten

Offenbarung sind.

Feststellung 1: Bei einem Durchführungs- oder

Verbindungselement gemäß der vorliegenden Offenbarung bevorzugter Ausführungsformen kann der die

Hochtemperaturlegierung umfassende Trägerkörper 2 eine Druckspannung von größer oder im Wesentlichen gleich Null bevorzugt bei einer Temperatur von zumindest 10 °C bis zu der Kristallisationstemperatur T _K des zumindest teilweise kristallisierten Glases ausüben.

Feststellung 2: Bei einem Durchführungs- oder

Verbindungselement gemäß der vorliegenden Offenbarung bevorzugter Ausführungsformen kann der Faktor F _C TE in einem Bereich von 1,06 bis 3,5 liegen. Feststellung 3: Bei einem Durchführungs- oder

Verbindungselement gemäß der vorliegenden Offenbarung kann der thermische Ausdehnungskoeffitient CTE _G des zumindest teilweise kristallisierten Glases bei einer Temperatur oberhalb der Inversionstemperatur innerhalb eines

Temperaturintervalls konstant sein.

Feststellung 4: Bei einem Durchführungs- oder

Verbindungselement gemäß der vorliegenden Offenbarung bevorzugter Ausführungsformen kann die Temperatur, welcher das Durchführungs- oder Verbindungselement im

Betriebszustand und/oder im Störfall ausgesetzt ist mehr als 650 °C betragen, bevorzugt zwischen 700 °C und 1200 °C betragen, ohne dass hierbei die mechanischen Eigenschaften, dessen elektrischer Widerstand und dessen Hermetizität wesentlich beeinträchtig sind.

Feststellung 5: Bei einem Durchführungs- oder

Verbindungselement gemäß der vorliegenden Offenbarung bevorzugter Ausführungsformen kann die

Befestigungseinrichtung der weiteren, am Trägerkörper 2 angeordneten Funktionsgruppe mit der

Befestigungseinrichtung durch Schweißen, Löten mit einem metallischen Lot, Hartlöten mit einem metallischen Lot, ein Glaslot Schrauben, Rasten, Nieten, Krimpen, thermisches

Aufschrumpfen, chemisches Bonden oder ein zwischenliegendes Dichtmittel, insbesondere ein metallisches Dichtmittel verbunden sein. Feststellung 6: Bei einem Durchführungs- oder

Verbindungselement gemäß der vorliegenden Offenbarung bevorzugter Ausführungsformen kann das funktionale Element 4 zumindest ein lösbar-verbindbares, insbesondere

steckverbindbares Element umfassen, welchem ein weiteres, mit diesem verbindbares Element einer weiteren Baugruppe zugeordnet ist.

Feststellung 7: Bei einem Durchführungs- oder

Verbindungselement gemäß der vorliegenden Offenbarung bevorzugter Ausführungsformen kann das zumindest eine lösbar-verbindbare, insbesondere steckverbindbare Element und das dem steckverbindbaren Element zugeordnete Element eine Verbindung für elektrischen Strom, eine formschlüssige Hohlleiteranordnung als Stecker-Buchse-Anordnung, eine Verbindung für optische Leiter oder eine Fluidverbindung bereitstellen .

Feststellung 8: Bei einem Durchführungs- oder

Verbindungselement gemäß der vorliegenden Offenbarung bevorzugter Ausführungsformen kann zumindest ein

Befestigungsabschnitt dem weiteren, mit dem funktionalen Element verbindbaren Element der weiteren Baugruppe

zugeordnet sein, wobei der Befestigungsabschnitt einem Befestigungsabschnitt des Durchführungs- oder

Verbindungselements zugeordnet ist.

Feststellung 9: Bei einem Durchführungs- oder

Verbindungselement gemäß der vorliegenden Offenbarung bevorzugter Ausführungsformen kann eine Funktionsgruppe, bei welcher das Aktorgehäuse einem linearen und/oder rotatorischen Antrieb für feste und/oder fluide Medien zugeordnet, dem Durchführungs- oder Verbindungselement zugeordnet sein. Feststellung 10: Bei einem Durchführungs- oder Verbindungselement gemäß der vorliegenden Offenbarung bevorzugter Ausführungsformen kann das Sensorgehäuse einem optischen, elektrischen, insbesondere induktiven,

kapazitivem und/oder piezoelektrischen Sensor zugeordnet sein .

Feststellung 11: Bei einem Durchführungs- oder

Verbindungselement gemäß der vorliegenden Offenbarung bevorzugter Ausführungsformen kann bei der Funktionsgruppe der Mantel eine fluide Verbindung, der Leitermantel eine elektrische, eine elektromagnetische, insbesondere eine einen Hohlwellenleiter umfassende Hochfrequenzverbindung und/oder eine optische Verbindung umgibt oder einen Teil dieser Verbindung definieren.

Feststellung 12: Bei einem Durchführungs- oder

Verbindungselement gemäß der vorliegenden Offenbarung bevorzugter Ausführungsformen kann bei der Funktionsgruppe der Leitermantel eine elektrische, eine elektromagnetische, insbesondere eine einen Hohlwellenleiter umfassende

Hochfrequenzverbindung umgeben oder einen Teil dieser

Verbindung definieren, wobei zwischen dem Stahl umfassenden Leitermantel und dem elektrischen, dem elektromagnetischen oder dem Hohlwellenleiter ein mineralischer Isolierstoff, insbesondere Magnesiumoxid angeordnet sein kann.

Feststellung 13: Bei einem Durchführungs- oder

Verbindungselement gemäß der vorliegenden Offenbarung bevorzugter Ausführungsformen sowie gemäß Feststellung 7 kann ein Leiter als Verbindung für elektrischen Strom ein Thermo- oder Heizelement umfassen. Feststellung 14: Bei einem Durchführungs- oder Verbindungselement gemäß der vorliegenden Offenbarung bevorzugter Ausführungsformen kann Funktionsgruppe einen mechanischen, elektrischen, und/oder elektrochemischen Energiespeicher umfassen.

Feststellung 15: Bei einem Durchführungs- oder

Verbindungselement gemäß der vorliegenden Offenbarung bevorzugter Ausführungsformen kann bei einem dieses

Durchführungs- oder Verbindungselement umfassenden

Messgerät sowohl die Messelektronik 72 als auch ein

innerhalb eines Containments 63 angeordneter Sensor 62 an das Durchführungs- oder Verbindungselement 1 angeschlossen sein .

Feststellung 16: Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Durchführungs- oder Verbindungselements gemäß der

vorliegenden Offenbarung bevorzugter Ausführungsformen kann durch das Einstellen der Temperatur der Anordnung aus

Trägerkörper, zumindest teilweise kristallisierbarem Glas und vorzugsweise auch funktionalem Element, bei welcher das zumindest teilweise kristallisierbare Glas zumindest teilweise kristallisiert wird, die Temperatur T _K definiert werden, bei welcher der Trägerkörper eine Druckspannung von im Wesentlichen Null auf das zumindest teilweise

kristallisierte Glas ausübt.

Feststellung 17: Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Durchführungs- oder Verbindungselements gemäß der

vorliegenden Offenbarung bevorzugter Ausführungsformen kann die Temperatur T _K von der Temperatur abweichen, bei welcher das zumindest teilweise kristallisierbare oder zumindest teilweise kristallisierte Ausgangsmaterial am Trägerkörper anschmilzt und bei welcher das zumindest teilweise

kristallisierbare oder zumindest teilweise kristallisierte Ausgangsmaterial vorzugsweise auch am funktionalen Element anschmilzt .

Feststellung 18: Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Durchführungs- oder Verbindungselements gemäß der

vorliegenden Offenbarung bevorzugter Ausführungsformen kann die Temperatur T _K mehr als 450 °C, bevorzugt mehr als 550 °C, bevorzugter mehr als 650 °C und noch bevorzugter mehr als 750° C und am bevorzugtesten mehr als 900 °C betragen.

Feststellung 19: Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Durchführungs- oder Verbindungselements gemäß der

vorliegenden Offenbarung bevorzugter Ausführungsformen kann das zumindest teilweise kristallisierte Glas 3 ein Glas oder eine Glaskeramik oder ein kristallisiertes Material auf Glasbasis mit einem spezifischen Durchgangswiderstand von mehr als 1,0 x 10 Ω cm bei einer Temperatur von 350 °C umfassen und das Glas oder die Glaskeramik oder das kristallisierte Material auf Glasbasis in Mol-% auf

Oxidbasis enthalten:

Si0 ₂ 25 - 55

B ₂ 0 ₃ 0,1 - 15

A1 ₂ 0 ₃ 0 - 15

MO 20 - 50

M ₂ 0 0 - <2, wobei MO ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus, einzeln oder in jeder beliebigen Kombination, MgO und/oder CaO und/oder SrO und/oder BaO, und M ₂ O ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus, einzeln oder in jeder beliebigen Kombination, L1 ₂ O und/oder Na ₂ Ü und/oder K ₂ O.

Feststellung 20: Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Durchführungs- oder Verbindungselements gemäß der

vorliegenden Offenbarung bevorzugter Ausführungsformen kann Verfahren zum Herstellen eines Durchführungs- oder

Verbindungselements kann der Trägerkörper eine metallische Hochtemperaturlegierung mit einem thermischen

Ausdehnungskoeffitienten CTE _H umfassen, welcher in einem Bereich von 10 °C bis zumindest zur Temperatur T _K größer als der thermische Ausdehnungskoeffitienten des zumindest teilweise kristallisierten Glases CTE _G ist.

Feststellung 21: Für eine Vielzahl von Anwendungen kann bereits das zumindest teilweise kristallisierbare Glas eigenständig als funktionales Element wirken oder verwendet werden, beispielsweise, wenn dieses für optische,

akustische und/oder elektromagnetische Signale durchlässig oder teildurchlässig ist. Soweit in der vorstehenden Beschreibung und in den

Ansprüchen das funktionale Element als vorzugsweise erwähnt ist, soll dieses im Sinne der vorliegenden Offenbarung zeigen, dass das zumindest teilweise kristallisierte Glas für bestimmte Anwendungen selbst auch als funktionales Element wirken kann und somit ein weiteres funktionales

Element für diese bestimmten Ausführungen körperlich nicht zusätzlich anwesend sein muss. Bezugs zeichenliste

I Durchführungs- oder Verbindungselement 1' Durchführungs- oder Verbindungselement 2 Trägerkörper

2 ' Trägerkörper

3 zumindest teilweise kristallisierbares oder kristallisiertes Glas

3' zumindest teilweise kristallisierbares oder kristallisiertes Glas

3''' kristallisierbares Glas

4a funktionales Element

4b funktionales Element

4a' funktionales Element

4b' funktionales Element

5 Kontaktbuchse

6 Kontaktbuchse

7 im Wesentlichen zylindrischer Träger

8 Ringschulter

9 Flanschfläche

10 metallische Hochtemperaturdichtung

II Ringnut

12 Stirnfläche

13 Überwurfmutter

14 Innengewinde der Überwurfmutter

15 Außengewinde der radialen Erweiterung des Trägerkörpers 1 '

16 Durchgangsöffnung

17 Kabelmantel des MI-Kabels 18

18 mineralisch isoliertes Kabel

19 Schweiß- oder Hartlötverbindung

20 Durchgangsöffnung 21 Kabelmantel des MI-Kabels 22

22 mineralisch isoliertes Kabel

23 Schweiß- oder Hartlötverbindung

24 Kupferleiter des mineralisch isolierten Kabels 18 25 Kupferleiter des mineralisch isolierten Kabels 18

26 Kupferleiter des mineralisch isolierten Kabels 22

27 Kupferleiter des mineralisch isolierten Kabels 22

28 Krimp- oder Hartlotverbindung

29 Krimp- oder Hartlotverbindung

30 Krimp- oder Hartlotverbindung

31 Krimp- oder Hartlotverbindung

32 Trägerkörper

33 Glas

34 funktionales Element, zylindrisches Rohr als fluide Durchgangsverbindung

35 relative thermische Ausdehnung des Glases 33

36 relative thermische Ausdehnung des Stahls des

Trägerkörpers

37 sich aus den relativen thermischen Ausdehnungen

ergebenden Druck- und Zugspannungen

38 Kurve des thermischen Ausdehnungskoeffitienten CTE _H der metallischen Hochtemperaturlegierung Inconel 690

39 Kurve des thermischen Ausdehnungskoeffitienten CTE _G des zumindest teilweise kristallisierbaren bzw. zumindest teilweise kristallisierten Glases G018-385

40 Kurve des thermischen Ausdehnungskoeffitienten CTE _H der metallischen Hochtemperaturlegierung Inconel 690 mit dessen um einen Betrag CTE _K verschobenen Werten

41 buchsenförmiger Steckverbinder

42 Abschnitt des funktionalen Elements 4

43 Abschnitt des Trägerkörpers 2

44 Hartlotverbindung 45 Kupferleiter eines mineralisch isolierten Kabels 46

46 mineralisch isoliertes Kabel

47 Innengewinde als Befestigungseinrichtung für eine weitere Funktionsgruppe

48 Außengewinde der Endhülse 49 des Kabelmantels 50

49 Endhülse 49 des Kabelmantels 50

50 Kabelmantel

51 Magnesiumoxid als temperaturfester Isolierstoff

52 Innengewinde

53 metallische Hochtemperaturdichtung

54 Ringschulter des Trägerkörpers 2

55 Innengewinde zur Befestigung einer weiteren Baugruppe

56 Funktionsgruppe

57 Gehäuse der Funktionsgruppe 56

58 Dichtfläche am Gehäuse 56

59 metallische Hochtemperaturdichtung

60 Ringschulter des Trägerkörpers 2

61 Stecker-Buchsenanordnung

62 Sensoren und/oder Aktoren

63 Containment

64 Ringschulter des Trägerkörpers 2

65 radial-symmetrische Ausnehmung des Containments 63

66 Hartlotverbindung

67 metallische Hochtemperaturdichtung

68 Fluidverbindung oder Hohlleiter

69 Hohlzylinder

70 Mutter

71 Hartlotverbindung

72 Messelektronik

73 Energieerzeugungseinrichtung

74 Gehäuse

75 Kapselung