CN109416962B - 用于高外部压力应用的馈通件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特别是用于高外部压力应用的馈通件，包括：基体；以及至少一个延伸通过基体的通孔；和至少一个功能元件；其中，至少一个功能元件布置在至少一个通孔内；其中，至少一个功能元件以流体密封的方式连接到基体；优选地，设置绝缘材料用于至少部分地围绕功能元件并且优选地建立流体密封连接；以及设置压力补偿装置用于至少一个功能元件与基体的流体密封连接，特别是设置外部压力补偿装置，其优选地增加至少一个功能元件与基体的所述流体密封连接的耐压性，以抵抗压力，特别是外部压力。本发明还涉及制造这种馈通件的方法和所述馈通件的用途。

Description

用于高外部压力应用的馈通件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于高外部压力应用的馈通件和制造此类馈通件的方法。
背景技术
用于各种应用的馈通件必须可靠地承受高外部压力。特别是，如果这些馈通件在其一侧与处于高压下的流体接触，则其在长期工作中的可靠和安全使用以及耐用性都是非常重要的(包括在安全性方面)。此类应用包括深水设施，例如生产和勘探设施(即，特别是在石油和/或天然气矿床的勘探和/或生产中)，或者其在化学污染或辐射污染的环境中(例如在化学工业或能源工厂以及反应堆技术中)的用途。其他应用包括，例如，有人驾驶和无人驾驶的船只(例如潜水机器人和潜艇)、以及特殊的储气罐(特别是用于具有燃料电池的机动车辆，所述电池例如需要700巴的压力阻力)，例如CO2储罐、液化天然气(LNG)罐或H2罐。
U.S.4,797,117公开了具有橡胶护套的连接器，在该橡胶护套中，使用具有锥形开口的元件促使楔形横截面形状的密封唇环密封接合在绝缘导体上。特别是，连接器的这种配置旨在允许其现场安装和修理。
U.S.2006/0179950A1公开了一种用于部件的壳体中的馈通件，所述部件包括压力传感器，设置基本上呈楔形的横截面形状的流体密封环以在所述壳体的截头圆锥形开口内以密封方式围绕所述部件。为了提供更简易的制造过程，建议通过以下方式组装楔形流体密封环：用很大的力按压楔形流体密封环，使得壳体和部件中至少一个超过屈服点。
DE10 2006 054 843A1公开了一种特别用于压力应用的电气馈通件，其具有至少在壳体的第一端的区域中的壳体通道，其中经受压力的壳体侧在壳体外表面的一部分上形成至少两个开口。所述至少两个开口优选地具有相同的表面积或基本相同的表面积。此外，所述至少两个开口围绕壳体轴线以相等的角度间隔偏移，并且优选地使得开口的轴线以及因此由压力侧上的压力产生的力的力线交叉于一个公共点，优选地与壳体轴线一起交叉。该配置旨在用于压力应用以提供对作用在开口上的压力的补偿。这种馈通件的缺点在于：由压力的施加产生的力被引导通过围绕相应导体的绝缘材料，并且该补偿仅能够成对地实现(在每种情况下都有两个导体)。此外，在这种布置中，相应的导体在壳体开口中以大约90°的弯曲布线，这不仅使制造更加困难，而且使得导体的布线几何形状更加复杂化。此外，如果将导体沿直线布线，则几何尺寸在空间消耗上要比所需的多许多倍。
WO2012/167921A1描述了一种用于电池壳体的馈通件，其中基体焊接到所述壳体中。为了使热负载和/或压力负载远离导体的玻璃密封件，在壳体的边界处设置凹槽于基体中，在焊接过程中，凹槽的作用类似于散热器的散热片。在电池热失控的情况下，馈通件尤其暴露于热负载。发生的压力对于馈通件起着次要的作用，因为壳体通常会先断裂。因此，在所示的馈通件的整个工作范围内还应保证压缩玻璃密封，这就是为什么基体的大部分材料位于凹槽和玻璃密封件之间的原因。当经受外部压力时，凹槽尤其应该远离玻璃密封件。
DE 14 90 508A描述了一种用于高电流负载的真空密封电气馈通件，其具有布置在同样呈环形的凸缘中的环形凹部。该环形凹部具有弹性，以适应包括铜销的导体的热致膨胀。由于环形凹部必然具有可变形性，所以后者不适合在高外部压力下使用。这同样适用于在由铬钢制成的管中以一定横向间隙保留的铜销。同样，在本文中，基体的大部分材料位于凹槽和玻璃密封件之间。
DE 2 263 222A公开了一种可通过焊接安装的电气压缩玻璃密封馈通件，用于真空密封或压力密封的容器，包括多个由邻近焊嘴布置的径向凹槽围绕的压缩玻璃密封馈通件。由于压缩玻璃密封连接件相对于该馈通件的轴向中心线径向地一个接一个地布置，所以该凹槽不能有效地作为压力补偿装置，因此不能改善该馈通件对高外部压力的耐压性。这同样适用于DE 1490 333A中所示的旨在用于两个三相导体系统的气密馈通件，其中每个导体系统都具有中性导体，特别是也是因为基体的大部分材料都位于凹槽和玻璃密封件之间。
美国专利4,213,004B公开了一种布置在可伐(Kovar)馈通件中的气密接头，其中由Kover制成的圆筒通过电子束焊接在铝焊嘴内以一定横向间隙被保持。焊嘴适于通过镍结合线提供铝凸缘与Kovar套管的可焊性。该馈通件不能承受高压。
DE 16 65 564A公开了真空密封馈通件在外部压力侧上具有套环，在所述馈通件中导电销被中空圆柱形绝缘体包围。该套环包围导电销，但是像漏斗一样朝外部开口以便处于高压下的流体倾向于穿透该套环和导电销之间。
此外，从现有技术中已知的是，在基体中的玻璃密封导体是预制的，然后通过热处理(例如通过焊接)连接到壳体上。在这种情况下，通过基体中的起伏特征件避免了玻璃密封件的热过载，这些起伏特征件局部地增加了基体的表面，从而用作玻璃密封件前面的散热器。此类起伏特征件还可以用于使由于壳体和/或基体的热膨胀在组装期间通过焊接基体而产生的应力远离玻璃密封件，从而使玻璃密封件免受损坏。在这种情况下，现有技术的基体被设计成使得无论环境温度如何径向作用在玻璃密封件上的压力都尽可能保持恒定，或者至少减小到一定程度以便不超过低的上限阈值。为此目的，起伏特征件通常布置在基体与壳体的界面附近，与玻璃密封件保持安全距离。这类馈通件通常不适合承受高外部压力，特别是超过1000巴的压力，因为在这种情况下外凸缘经常被削弱而不能补偿升高的外部压力。
发明内容
在根据本发明的馈通件的结构设计中，压力补偿装置(特别是环形凹槽)的宽度有利地设计成尽可能地窄。可实现的压力补偿装置的宽度主要取决于制造过程。当腐蚀时，可以实现约1mm或更小的凹槽宽度。铣削时，凹槽宽度通常可以达到几毫米。因此，压力补偿装置的宽度(径向范围Wg)虽然非常小，但是却可以具有所有的积极效果，因为增加了耐压性的径向有效力仍将以相同的方式出现。然而，因此，压力对基体的影响可以通过更小的凹槽宽度Wg减小，因为这种力与相应环形凹槽的底表面的尺寸成比例地增加。因此，具有相同内径的较宽的凹槽将与凹槽的外径的平方成比例地减小馈通件的耐压性，并且因此随着外径增加而增加的凹槽宽度Wg可通过以下方式补偿：如果凹槽变宽，则增加基体的厚度。
在这种情况下，保留在环形凹槽、盲孔型开口或突出部下面的材料的尺寸使得它可靠地承受在工作条件下产生的外部压力。
对于优选实施例，特别是如果在稍后安装时要将馈通件焊接到其他组件中，凹槽和绝缘材料之间的材料的体积远小于凹槽和馈通件的外边缘之间的基体的材料的体积。
本发明旨在提供能够可靠地保持各个功能元件的馈通件，在长期工作期间甚至在高压下，馈通件都能够以简单且流体密封的方式可靠地保持各个功能元件，例如包括导体的功能元件。在本发明的上下文中，高压特别是指大于1000巴的压力，有利地特别甚至是大于1500巴或大于2000巴的压力。此外，例如对于包括导体的功能元件，避免复杂的布线几何形状将是有利的。避免空间消耗的几何形状并允许在馈通件中布置多个彼此相邻的功能元件也是有利的。
为此目的，本发明提供一种特别是用于高外部压力应用的馈通件，包括：基体；以及至少一个延伸通过基体的通孔；和至少一个功能元件；其中，至少一个功能元件布置在至少一个通孔内；其中，至少一个功能元件以流体密封的方式连接到基体；优选地，设置绝缘材料用于至少部分地围绕功能元件并且优选地建立流体密封连接；以及设置压力补偿装置用于至少一个功能元件与基体的流体密封连接，特别是设置外部压力补偿装置，其优选地增强至少一个功能元件与基体的所述流体密封连接的耐压性，以抵抗压力，特别是外部压力；以及其中，优选地，由压力，特别是外部压力引起的压力分量垂直于通孔的纵向方向指向围绕至少一个通孔的基体的材料的周边区域，并且其中，这些周边区域优选地倾斜地或平行于至少一个通孔的纵向轴线延伸。
特别有利的是，流体密封连接还是气密密封的，这意味着在工作压力范围内，在1巴的压力差下，氦泄漏率小于1*10-3mbar*l/秒。
优选地，本发明还提供一种特别是用于高外部压力应用的馈通件，包括：基体；以及至少一个延伸通过基体的通孔；和至少一个功能元件；其中，至少一个功能元件布置在至少一个通孔内；其中，至少一个功能元件以流体密封的方式连接到基体；优选地，设置绝缘材料用于至少部分地围绕功能元件并且优选地建立流体密封连接；以及在基体的材料中设置环形凹槽，所述环形凹槽优选地相对于通孔对称地布置；和/或在基体的材料中设置开口，优选为盲孔型开口，所述开口优选地相对于通孔对称地布置，特别是它们的纵向轴线布置在围绕通孔的整圆上；和/或设置基体的突出部，所述突出部优选地相对于通孔对称地布置。
在优选实施例中，在工作条件期间所经受的压力下，压力补偿装置的抵靠绝缘材料的周壁在垂直于通孔的轴线的方向上受到压迫，从而在所述绝缘材料上产生夹紧力，所述夹紧力取决于工作条件，特别是外部压力。
在优选实施例中，所述压力补偿装置设置为抵靠所述绝缘材料的周壁；并且其中所述周壁的至少一部分在垂直于所述通孔的轴线的方向上受到在工作条件下经受的压力的压迫，从而在所述绝缘材料上产生夹紧力，所述夹紧力取决于工作条件，特别是外部压力。
为了强调功能元件的可能用途的功能化多样性，后者不仅被称为功能性元件，而且在本公开的上下文中也可替代地被称为功能元件。
令人惊讶的是，通过这些措施，基体和功能元件之间的连接，特别是绝缘材料和基体之间的连接，能够以流体密封的方式承受与没有压力补偿装置，特别是外部压力补偿装置的馈通件相比增加了20％、优选50％、最优选100％的工作压力。同样，馈通件的耐压性优选地增加20％、更特别是增加50％、最优选地增加100％、或甚至增加超过100％。
根据本发明的馈通件尤其能够承受大于1000巴的外部压力。发明人已经发现，简单地说，本发明的工作原理之一是基于以下事实：在工作条件下或在发生事故的情况下，作用在馈通件自身上的外部压力用于稳定通孔中的玻璃密封件。压力补偿装置适于使作用在其上的压力径向作用在绝缘材料上，即垂直于馈通件通孔的纵向轴线或对称轴，因此，随着压力的增加，增加的夹紧作用施加在绝缘材料上，这有利地能够防止通孔向上弯曲。为此目的，基体的材料必须能够至少在压力补偿装置附近通过压力变形，特别是可弹性变形、有利地可逆地弹性变形。除了材料本身的选择之外，压力补偿装置的设计参数还可以包括：压力补偿装置和绝缘材料之间剩余的材料厚度，以及平行于通孔的轴线所测量的压力补偿装置的深度。用非常简化的术语来表达，发明人利用了令人惊讶的发现：即通过压力补偿装置削弱基体的材料导致了馈通件的耐压性的增加。
同样可能的是，所述馈通件的用途如下：用于机器中，例如水射流切割机、压力机、液压系统、共轨喷射系统、以及遇到(特别是在馈通件的一侧遇到)高压流体的类似的应用。此外，本发明特别允许将传感器和/或致动器以及任何其他特别是电负载和/或发电机连接到高压环境中的其他设备。
最令人惊讶的是，本发明人还发现，根据另一个优选实施例，凹槽的宽度可以增加，特别是甚至增加到如下程度：在径向方向上不再有凹槽，而是具有在横向方向，即径向向外方向上在突出部的前面延伸的开放空间。因此，在该修改的实施例中，将形成具有外表面的突出部以代替环形凹槽的内表面，并且然后，突出部的外表面将基本上以与凹槽的内表面相同的方式起作用。由于这种类似的效果，下面关于环形凹槽的内表面所做的相应陈述也适用于突出部的外表面，特别是在除了凹槽的宽度之外的类似实施例的情况下。
在这种具有突起的馈通件的结构设计中，选择在突起之外的部分中的基体的材料厚度，使得基体承受预期的压力。然后，提供具有相对小的壁厚的突起。
在优选实施例中，突出部的材料的体积远小于突出部和馈通件的外边缘之间的基体的材料的体积，特别是如果在稍后安装时要将馈通件焊接到另外的组件中。
根据本发明的馈通件特别适合于在使用馈通件时使得能够连接到彼此的部件和/或设备，并且能够操作传感器和/或致动器。由于此类馈通件能够以许多方式有效地利用，特别是用于深海的深水设施，例如用于石油和/或天然气的生产或勘探设备、和/或用于化学污染或辐射污染的环境中，例如化学工业或能源工厂和反应器技术，特别是在潜在爆炸区域中、用于具有壳体的发电或储能器具中、或者用于发电或储能器具、或反应器、或用于有毒和/或有害物质的存储装置的封装中，特别是作为反应器的安全壳内的馈通装置或作为通过反应器，特别是化学反应器或核反应堆的安全壳的馈通装置、或用于航天器或太空探索工具中、或用于潜水机器人和/或有人驾驶或无人驾驶的潜艇、或用于传感器和/或致动器的壳体中，所以作用在馈通件上的压力(例如在反应堆的情况下)可以是内部压力；并且在其它应用中(例如在深海中)，它可以是外压，即外部压力。因此，基体的承受所增加的外部或内部压力(即更一般地，所增加的压力)的那一侧将被称为基体的面向压力侧。
有利地，压力补偿装置包括在基体的材料中的环形凹槽，该环形凹槽优选地相对于至少一个通孔对称地布置在基体的面向压力，特别是外部压力的一侧上。
同样有利地是，压力补偿装置可以，替代地或另外地，包括位于基体的材料中的开口，优选为盲孔型开口，所述开口优选地相对于至少一个通孔对称地布置在基体的面向压力，特别是外部压力的一侧上，特别是它们的纵向轴线在围绕通孔的整圆上。
在另一个有利的是实施例中，压力补偿装置可以，替代地或另外地，包括基体的突出部，所述突出部优选地作为相对于通孔对称的环形凸起形成于基体的面向压力，特别是外部压力的一侧上。
在第一优选实施例中，环形凹槽或盲孔型开口的深度延伸到大约位于围绕功能元件并建立流体密封连接的绝缘材料的深度的中间的那个深度；或者，突出部靠近基体的端部大约终止于优选地建立了流体密封连接的绝缘材料的高度的一半处。
在第二优选实施例中，环形凹槽或盲孔型开口的深度延伸到围绕功能元件并建立流体密封连接的绝缘材料开始抵靠基体的那个深度；或者，突出部靠近基体的端部终止于基体上的围绕功能元件并建立流体密封连接的绝缘材料开始抵靠基体的那个水平。
在第三优选实施例中，环形凹槽或盲孔型开口的深度延伸到围绕功能元件并建立流体密封连接的绝缘材料停止抵靠基体的那个深度；或者，突出部靠近基体的端部终止于基体上的围绕功能元件并建立流体密封连接的绝缘材料停止抵靠基体的那个水平。
在第四优选实施例中，环形凹槽或盲孔型开口的深度延伸超过围绕功能元件并提供流体密封连接的绝缘材料停止抵靠基体的那个深度；或者突出部靠近基体的端部在基体上终止于低于围绕功能元件并建立流体密封连接的绝缘材料停止抵靠基体的那个点。
环形凹槽或盲孔型开口的深度可用于调节馈通件的压力特性。特别是在环形凹槽或盲孔型开口的深度延伸到绝缘材料的范围内的深度，即其深度在垂直于通孔轴线的平面内并且沿着通孔与绝缘材料的范围重叠的实施例中，在不同的外部压力下，馈通件的耐压性能通过通孔的深度调节。原则上，环形凹槽或盲孔型开口越深，馈通件能够承受的压力越高。然而，高耐压性是以绝缘材料对较低压力的压力强度或抗挤出性为代价的。在具有突出部的实施例中也产生了相同的效果，其中突出部在通孔的纵向轴线方向上的范围在功能上对应于凹槽或盲孔型开口的深度。
如果绝缘材料在背离压力的一侧的表面位于环形凹槽的深度的平面之下或位于从面向压力侧延伸到基体中的盲孔型开口的深度的平面之下，那么该范围的玻璃密封件长度有助于馈通件的抗挤出性和/或密封性，特别是在小于1000巴的压力下。如上所述，沿玻璃密封件的长度方向平行于环形凹槽或盲孔型开口延伸的部分适于在施加压力时对绝缘材料施加夹紧作用。然后，该部分有助于1000巴及以上的压力下的馈通件的紧密性。因此，优选地，环形凹槽或盲孔型开口的深度和玻璃密封件的长度和/或重叠范围的长度是平衡的。在如下的范围内达到优选的折衷：环形凹槽或盲孔型开口的深度或突出部分在通孔纵向轴线方向上的长度对应于玻璃密封件长度的大约一半，可向上或向下偏离优选30％、更优选20％、最优选10％。这里，术语“玻璃密封件长度”是指绝缘材料在相应通孔的纵向方向上在通孔内延伸同时所述绝缘材料抵靠基体并且优选地还抵靠功能元件的长度。
特别优选地，功能元件是电导体或功能元件包括电导体。
在另一个有利的实施例中，压力补偿装置包括圆环形凹槽和/或开口，优选地位于基体的材料中的盲孔型开口，所述开口优选地相对于通孔对称地布置；和/或包括基体的突出部，所述突出部优选地相对于通孔对称地布置。
如果优选地建立流体密封连接的绝缘材料包括玻璃、和/或玻璃-陶瓷材料、和/或陶瓷材料，并且馈通件优选地包括压缩玻璃密封件，在所述压缩玻璃密封件中，所述玻璃、和/或所述玻璃-陶瓷材料、和/或所述陶瓷材料至少在其部分中以流体密封的方式连接到基体和功能元件中的每一个，那么以这种方式可以实现在长期工作下耐用的气密密封连接。
如果基体的材料的热膨胀系数大于熔合到通孔中的绝缘材料的材料的热膨胀系数，则获得压缩玻璃密封件。在传统的压缩玻璃制造中，功能元件的热膨胀系数等于或小于绝缘材料的热膨胀系数。然而，尽管稍高的热膨胀也是可以的，但是它可能降低由绝缘材料在径向方向上施加到功能元件上的玻璃密封件中的压力，从而降低耐压性和抗挤出性。通过利用凹槽或突出部，由于附加压力通过绝缘材料传递到功能元件，现在还可以使用更高膨胀材料作为功能元件，因此，尽管传统实施例存在不匹配，但本发明的馈通件仍然适用于较高的压力。
优选地，功能元件的材料包括金属，特别是选自包括钢、不锈钢、钛、钛合金、铝、以及铝合金、但特别是NiFe合金，优选CF25、FeCo合金，还特别优选铍铜合金、Kovar、CF25、钨、Inconel、例如Inconel 690、Inconel 625、Inconel740、Inconel 740X、Inconel 750、Inconel 750X的组。
特别优选地，基体的材料在馈通件的工作压力范围内所经受的压力不超过基体的材料和功能元件的材料的弹性变形极限或屈服点。
环形凹槽和/或突出部也可以具有非矩形的，特别是截头圆锥形的横截面形状；和/或盲孔型开口可以布置成倾斜地延伸。通过这种实施方式，可以有利地调节压力分量的冲击，该压力分量垂直于适于各自不同深度的至少一个通孔的纵向轴线起作用。
此外，一种特别是用于高外部压力应用的特别有利的馈通件在于：Do表示环形凹槽的内表面的外径或突出部的外表面的外径；Di表示绝缘材料的直径，因此特别是通孔的直径；以及Do/Di的比值具有范围从Do/Di小于或等于2到大于或等于1.05的优选值、范围从Do/Di小于或等于1.6到大于或等于1.10的特别优选值、以及范围从Do/Di小于或等于1.35到大于或等于1.15的最优选值。
同样有利的是，一种特别是用于高外部压力应用的馈通件在于：压力补偿装置与绝缘材料的玻璃密封件，因此与玻璃密封件长度之间在通孔的纵向方向上的重叠范围为玻璃密封件长度的0％、50％或100％；同时，该重叠范围的其他优选量为玻璃密封件长度的10％、15％、20％、特别优选30％。
在用于制造特别是用于高外部压力应用的馈通件的方法中，压力补偿装置形成在馈通件的基体上，这增加了馈通件的耐压性；并且，为了形成压力补偿装置，在面对压力的基体的一侧的通孔附近，基体的材料减少。
有利地，在该方法中，基体的材料可以减少，以便特别是以移除材料的方式形成环形凹槽、盲孔型孔、或形成突出部。有利的工艺包括腐蚀和/或铣削。然而，同样可以想到的是用于制造基体的方法是通过模制提供所需构造的工艺。例如，基体可以通过铸造工艺，特别是压铸，或者通过冷成型工艺生产。
除了令人惊讶的高耐压性之外，本发明的馈通件在其应用中还具有进一步的优点。与没有压力补偿装置但具有锥形或阶梯状轮廓的通孔、代表绝缘材料的保持装置的馈通件的对比试验表明，根据本发明的具有压力补偿装置的馈通件表现出较低的绝缘材料自发断裂的趋势。在这种自发断裂的情况下，绝缘材料被破坏，达到压力极限，并且将从通孔中爆裂出来。在测试中，该爆破压力在多个分量上测量，并且结果是其分布宽度围绕爆破压力的平均值的高斯分布。与具有保持装置的馈通件相比，根据本发明的具有压力补偿装置的馈通件在平均值附近显示出明显更小的分布宽度。这意味着在根据本发明的馈通件的配置设计中必须考虑到所需压力紧密性的较小安全裕度。此外，在根据本发明的馈通件的工作期间预期的自发故障较少，这改善了其长期工作稳定性和可靠性，即使在粗糙的应用环境中也是如此。
据推测，根据本发明的具有压力补偿装置的馈通件的自发爆裂和/或爆破压力的明显改善的行为可以通过其工作机制来解释。在脆性绝缘材料，特别是玻璃材料和/或通孔中的至少部分结晶材料的情况下，通常通过形成在绝缘材料中进一步传播的初始裂缝来引发其破裂。初始裂缝可以由绝缘材料的体积中的各向异性和/或缺陷引起，但特别是由其表面处的缺陷和/或损坏引起。特别是，在工作期间可能通过与流体和/或异物的相互作用而产生表面损坏，并且在某些情况下可能是不可避免的。具有与通孔的轴线平行的实质部分的初始裂缝对于所描述的自发断裂尤其是决定性的。然而，根据本发明的馈通件的压力补偿装置在受到压力时产生压力分量，所述压力分量垂直于通孔的轴线产生，并且因此垂直于绝缘材料中临界初始裂纹的传播方向。据推测，由此产生的初始裂缝被压在一起，从而防止或至少阻碍其传播。
在其各种实施例中公开的并且特别是根据本发明配置公开的馈通件可以以特别有利的方式用于：深水设施、和/或用于石油和/或天然气的生产或勘探设备、和/或用于化学污染或辐射污染的环境中，例如用于化学工业或能源工厂和反应器技术，特别是在潜在爆炸区域中、用于具有壳体的发电或储能器具中、或者用于发电或储能器具、或反应器、或用于有毒和/或有害物质的存储装置的封装中，特别是作为反应器的安全壳内的馈通装置或作为通过反应器，特别是化学反应器或核反应堆的安全壳的馈通装置、或者用于航天器或太空探索工具中、或用于有人驾驶或无人驾驶的船只，例如用于潜水机器人和潜艇。本发明特别适用于连接发射器和/或接收器装置、和/或用于所有这些应用中的传感器和/或致动器的壳体中、或者用于气罐中，特别是CO2储罐、或H2罐、或LNG罐中，或者优选地，还用于具有燃料电池的机动车辆或诸如共轨系统的高压喷射系统、或者特别优选地用于诸如压力机或液压设备和/或装置的机器中。
附图说明
下面将通过优选实施例并参考附图更详细地描述本发明，其中：
图1是馈通件的第一优选实施例的截面图，其中压力补偿装置包括一个环形凹槽，其截面大致垂直地穿过馈通件的中心；
图2是图1所示的第一优选实施例的细节A的截面图。
图2a是图1所示的第一优选实施例的细节A的另一截面图，特别是为了进一步示出玻璃密封件长度L以及与该实施例中相应的包括凹槽的压力补偿装置之间的重叠范围B；
图3是没有压力补偿装置的馈通件的截面图，其中截面大致垂直地延伸通过馈通件的中心；
图4是第二优选实施例的细节A的截面图，其中压力补偿装置包括环形凹槽；
图5是第三优选实施例的细节A的截面图，其中压力补偿装置包括环形凹槽；
图6是第四优选实施例的细节A的截面图，其中压力补偿装置包括环形凹槽；
图7a是沿图1中箭头X的方向在相应的优选实施例中的如图1和图4至6所示的馈通件的俯视图，其中在各种情况下压力补偿装置包括环形凹槽；
图7b是沿图1中箭头X的方向在相应的优选实施例中的如图1和图4至6所示的馈通件的功能元件的俯视图，其还示出了围绕功能元件的环形凹槽；
图7c是沿图1中箭头X的方向在相应的优选实施例中的如图9至13所示的馈通件的功能元件的俯视图，其还示出了围绕功能元件的突出部，并且其中，为清楚起见，未示出馈通件的基体的其他部分；
图8a是沿对应于图1中箭头X的方向的方向在另一的优选实施例中的馈通件的俯视图，其中压力补偿装置包括位于基体的材料中的盲孔型开口；
图8b是沿对应于图1中箭头X的方向的方向如图8a所示的馈通件的功能元件的俯视图，其中，还可以看到围绕功能元件的基体的材料中的盲孔型开口；
图9是馈通件的第一优选实施例的截面图，在所述馈通件中，压力补偿装置包括呈环形凸起形式的基体的突出部，其中截面大致垂直延伸通过馈通件的中心；
图10是如图9所示的馈通件的第一优选实施例的细节B的截面图。
图10a是馈通件的第一优选实施例的细节B的另一截面图，特别是为了进一步示出玻璃密封件长度L以及与该实施例中相应的包括突出部的压力补偿装置之间的重叠范围B；
图11是根据第二优选实施例的细节B的截面图。
图12是根据第三优选实施例的细节B的截面图。
图13是根据第四优选实施例的细节B的截面图。
图14至21示出了突出部的不同横截面形状。
具体实施方式
在以下优选实施例的详细描述中，相同的附图标记分别表示相同的功能元件，并且为了清楚起见，视图并不总是按比例绘制。
首先参考图3，将对没有压力补偿装置的馈通件进行描述，以便能够通过本说明书更好地理解下面根据本发明的效果和优点。
图3中的附图标记1表示作为整体描述的馈通件1，其在基体3面向压力侧2(特别是，面向外部压力的一侧)处经受馈通件1所要控制的压力。
通孔4和5延伸通过基体3，功能元件6和7分别布置在通孔中并通过压缩玻璃密封件保持在其中，如下面将更详细描述的。
尽管在侧视图中可以看到另外的功能元件8、9和10，但是由于截面的位置，分别相关联的通孔是不可见的。由于在该情况下给出的功能等同性，以下关于功能元件6和7的陈述类似地适用于功能元件8、9和10。
围绕相应功能元件6和7的至少一部分的绝缘材料11和12分别用于在功能元件6和7与基体3之间形成流体密封连接。
如果绝缘材料包括玻璃或玻璃-陶瓷材料，则该流体密封连接可以实现为基体3中的功能元件6和7的压缩玻璃密封件。
在本公开的上下文中，例如，如果馈通件表现为：在整个工作压力范围内，在1巴的压力差下，He的泄漏率小于1*10-3mbar*1/秒，则称馈通件是流体密封的。
以前，通常为了如下目的而设计馈通件：保持用于建立电气连接的功能元件的绝缘材料例如在通孔中略微凹入基体表面的后面。
已经发现，进入该区域的高压流体可能会使通孔“上弯”，从而绝缘材料可能被挤出基体，因此馈通件可能会失效，即失去其流体密封性或气密性。这种效果非常能够确定馈通件的最大压力负载极限。
在本公开的上下文中，术语“耐压性”另外用于最大压力负载极限，指示特定馈通件将刚刚承受的最高压力。
在一个这样的馈通件中，失效是在约2700巴下测定的，如果玻璃不是指定的玻璃，有时甚至已经在2000巴下测定，这意味着在2700巴下不再提供气密或液体密封连接，因为加压流体能够穿透基体3和绝缘材料12之间，而功能元件6、7和绝缘材料11、12之间的连接基本上没有损坏。
该馈通件1的基体3由Inconel 625制成，用于压缩玻璃密封件的玻璃是硼硅酸盐玻璃G018-385，其软化或玻璃化转变点Tg为922℃。图3中双箭头13所示的基体3的厚度为3cm。通孔4、5的直径以及因此用作绝缘材料11、12的玻璃的外径为4.5mm。
现在，当以合适的方式从该基体3移除材料时，并且如下面将更详细描述的，可以显着增加该馈通件的耐压性。
现在参考图1，以便仅通过示例的方式并且关于基体3的通孔4、5和保持在其中的相应的绝缘材料11、12来解释本发明的基本方面。然而，在其他优选实施例中以类似的方式实现了相应的功能元件6、7，这些优选实施例将在下面进一步详细描述。
除了下面说明的压力补偿装置之外，如图1所示的馈通件1的第一优选实施例完全对应于参照图3描述的馈通件1。因此，再次以及在其他实施例中，双箭头13表示基体3在轴向方向上的一个位置处的厚度D，在该位置处没有压力补偿装置的部分，即在轴向上没有环形凹槽、没有盲孔型开口并且没有突出部，例如，如图1和9中的双箭头13所示。通过结构设计，选择基体3的该厚度D,13，使得即使环形凹槽16、17或盲孔型开口23至29的范围减小其深度T也不会导致馈通件1的耐压性的降低。这同样适用于基体3的位于突出部30至34的下方和旁边的相应部分。
通孔4、5的纵向方向(在本公开的上下文中也称为轴线或中心线)由图1中的相应的点划线14、15示出，并且在具有圆形横截面形状的通孔，即圆柱形通孔的情况下，其对应于其对称线(其也被称为其圆柱轴线)。无论何处在本公开的上下文中参考纵向方向，这将是线14、15的方向。但是，如果参考纵向轴线，则还应包括点划线14、15的实际局部位置，因此是对称轴(特别是圆柱轴线)的实际局部位置，因此也应该允许参考该空间位置，特别用于尺寸信息。
作为压力补偿装置，环形凹槽16、17被引入(例如通过火花腐蚀)基体3中，其特别是相对于相应的通孔4、5对称地布置在基体3的面向压力侧2，特别是面向外部压力的一侧，其中它们相应的圆柱轴线重合。
由环形凹槽16、17中的外部压力引起的压力分量垂直于通孔5的纵向方向15(即在径向方向上或径向于纵向轴线)朝向围绕至少一个通孔的基体3的材料的边缘区域。作为示例，在凹槽17中产生的压力最初在所有方向上起作用，并且因此尤其也在箭头18和19的方向上起作用，箭头18和19垂直于通孔5的纵向方向15延伸。然而，这些力分量以压力补偿方式抵消主要压力的向上弯曲力，并且在其他实施例中以类似方式表示，以便在那里示出压力补偿效果。
优选地，用于基体3的材料的金属特别包括钢、不锈钢、FeCo合金、钛、钛合金、铝和铝合金、Kovar或Inconel，例如Inconel 690、和/或Inconel 625、和/或Inconel 749、和/或Inconel 740X、和/或Inconel 750、和/或Inconel 750X或由其制成，因此优选地提供预定的弹性。
压力的力分量以压力补偿方式作用的周边区域优选地倾斜地或平行于至少一个通孔的纵向轴线，例如环形凹槽17的内表面20延伸。
现在，首先参考图7b，图7b是图1和图3至图6中所示的各个优选实施例的馈通件的功能元件7沿图1中箭头X方向的俯视图，其中还示出了内表面20围绕功能元件的环形凹槽17。
在馈通件1的所有实施例中，相应的绝缘材料12在通孔4、5内径向地延伸到其边缘，这由箭头21示出，箭头21表示从纵向轴线15开始的该径向范围R1。
对于通孔4、5的该边缘的直径，以及从而对于突出部30至34的内径Di，以及对于径向向内位于基体3的凹槽16、17(即周壁36)后面的材料的内径，这里得到值Di＝2*R1。在馈通件1的优选实施例中，该直径Di也对应于通孔4、5内的绝缘材料11、12的外径。
在图7b和7c中，直径Di在不同情况下用附图标记38表示，其中图7c是沿图1中箭头X的方向在相应的优选实施例中的如图9至13所示的馈通件的功能元件的俯视图，其还示出了围绕绝缘材料12的突出部34和由此限定的周壁36。
箭头22示出了从纵向轴线15开始到环形凹槽17的内表面20，或者从纵向轴线15开始到突出部30到34的外表面20'的相应径向范围R2。对于环形凹槽17的内表面20或突出部30至34的外表面20'的直径或外径Do，得到值Do＝2*R2。
在图7b至7c中，直径Do由附图标记37表示。
有利地，玻璃、和/或玻璃-陶瓷材料和/或陶瓷材料用于绝缘材料12，特别是也分别在图7b和7c所示的实施例中。
优选地，用绝缘材料12制造压缩玻璃密封件，并且为了制造它，将玻璃或玻-陶瓷材料加热到其软化或玻璃化转变点Tg以上，使得材料熔合到两者，即基体3和通孔5中的各个功能元件6至10。在随后的冷却过程中，玻璃或玻璃-陶瓷材料凝固，并且由于基体3的材料和玻璃或玻璃-陶瓷材料的不同的热膨胀系数，压力应力将从基体3产生并作用在玻璃或玻璃-陶瓷材料上。在这种情况下，相应的基体3必须能够产生生成压缩应力的这种力，特别是用于以耐压的方式保持玻璃或玻璃-陶瓷材料，并且为此目的，基体必须在玻璃或玻璃-陶瓷材料周围的部分具有特定的厚度DG。
但是，从图7b可以看出，该厚度对应于半径R1和R2之间的差值DG＝R2-R1，
并且，限定该厚度的基体3的材料也称为周壁，并且如上所述用附图标记36表示。这是突出部30至34的材料或径向上位于凹槽20内的基体3的材料。
为了使由钢制成的基体3能够产生这样的力，发明人发现该厚度DG不应小于1.15*R1，优选不小于1.3*R1；并且为了使由不锈钢制成的基体3能够产生这样的力，该厚度DG不应小于1.25*R1，优选不小于1.6*R1。
这里假设绝缘材料12在其纵向方向上的范围约为5*R1。
对于任何其他所述的具有和不具有压力补偿装置那些实施例，除非另外说明，该值也大约在5*R1的范围内。然而，有利地，绝缘材料12在相应的通孔4、5的纵向方向14、15上的范围的值在1*R1至10*R1的范围内也是可能的。
对于优选实施例，凹槽16、17和绝缘材料12之间的材料体积远小于凹槽和馈通件1的外边缘40之间的基体3的材料的体积。对于相应体积的这种比较，周壁36至深度T的体积被认为是“凹槽16、17和绝缘材料12之间的材料的体积”。“在凹槽16、17和馈通件1的外边缘40之间的基体3的材料的体积”被认为是位于宽度为Di的凹槽16、17与径向向外直到外边缘40(并且参见例如图1，还被认为是深度T)之间的基体3的材料的体积。
如果在稍后安装时将馈通件焊接到另外的组件中，则这样的实施例是特别有利的，因为在这种情况下在焊接过程中绝缘材料12的加热将仅会发生一定的降低。
对于进一步优选的实施例，突出部30至34的材料的体积远小于突出部30至34与馈通件1的基体3的外边缘40之间的基体3的材料的体积。对于相应体积的这种比较，在这些实施例中，周壁36至深度T的体积再次被认为是“突出部30至34的体积”。“突出部30至34与馈通件1的外边缘40之间的基体3的材料的体积”被认为是位于基体3中的从宽度为Di的突出部30至34的外表面20'开始径向向外至外边缘40的材料的体积，例如参见图9，还认为是深度T。
如果在稍后安装时将馈通件焊接到另外的组件中，这些实施例也是特别有利的，因为在这种情况下焊接过程中绝缘材料12的加热仅会发生一定的降低。
如果基体3的材料和玻璃或玻璃-陶瓷材料的热膨胀系数彼此匹配，例如当使用Kovar时，优选合金分数为Fe：54％、Ni：28％、Co：18％的材料为基体的材料，硼硅酸盐玻璃用作绝缘材料12，那么该厚度DG应不小于1.1*R1。
这意味着在压缩玻璃密封件的情况下，环形凹槽17的内表面20的半径不能任意地变小，尽管这对于最佳可能的压力补偿效果而言最初可能看起来最明显。
令人惊讶的是，发明人已经发现，在不锈钢的情况下，内表面20的半径R2为1.7*R1导致在2700巴下爆裂的馈通件1的耐压性的非常强烈的增加，因此在将环形凹槽17形式的压力补偿装置添加到另外相同的馈通件之后，它承受了甚至4000巴的压力。
此外，发明人已经发现，Do/Di的比值以及从而半径R2/R1的比值可以有利地在1.05至2的范围内。
Do/Di的比值的特别优选的值在小于或等于1.6至大于或等于1.10的范围内，并且Do/Di的比值的最优选值在小于或等于1.35至大于或等于1.15的范围内。这同样适用于半径R2/R1的比值。
当上述值用于R2/R1的比值和用于Do/Di的比值时，发现特别是在高压范围内，即在大于1000巴的压力范围内，压缩力施加在环形凹槽20的内表面区域中的功能元件上，并且在其他实施例中，在突出部的外表面20'的区域中施加压缩力，这增加了馈通件1的耐压性。
除了确定泄漏率，特别是氦泄漏率之外或作为另外一种选择，通过利用可以通过用水(例如使用混有磷光体的水)产生馈通件1所承受的外部压力来使用混有磷光体的水进行水压试验。一旦在继续增加由水产生的外部压力的同时，穿过馈通件1的磷光体在紫外光下可以在馈通件1的背离外部压力的一侧上(特别是在绝缘材料11、12后面)可识别，这将是对馈通件1对当前主要外部压力不再具有足够的耐压性的量度。
在本公开的背景下，外部是指馈通件1的面向相应的压力补偿装置的一侧，因此是环形凹槽16、17或盲孔型开口23至29打开的一侧、或突出部30至34延伸到的一侧。因此，外部压力意味着在工作条件下该馈通件1的这一侧受到的压力，因此是外部作用的压力。
进行这种水压试验，直到馈通件1失效，其优点在于：它允许在相对于耐压性的安全裕度下看到距离所需规格有多远，并且它还允许可靠地确定耐压性的分布，以便能够在制造中可靠地保持该预定的裕度。
只要在上面参考环形凹槽的内表面，这同样适用于没有设置环形凹槽的实施例，在这种情况下，上述陈述不适用于内表面20的外径Do，而适用于突出部30至34的外表面20'的外径Do。
以上陈述适用于所有公开的实施例，其中内表面20具有基本上圆柱形的形状，并且类似于给出的截头圆锥形而不是圆柱形的实施例。如果在进一步的实施例中，内表面20相对于纵向轴线15倾斜，则其所有现有半径应至少在如上所述的优选范围内。
通常，R2不应超过R1值的十倍，因为在这些值之上，压力补偿效果似乎很低。优选地，R2小于或等于R1的值的三倍，并且最优选地R2小于或等于R1的值的两倍。
通过逐渐减小内表面20的半径R2，优选地以移除材料的方式，可以实现最佳可能的压力补偿效果，其在1/10mm或更大的凹槽的深度处已经可检测，其中，深度应理解为在平行于通孔5的纵向方向15的方向上延伸到基体3的材料中的程度。
通过这种方式，还可以确保基体3的材料在馈通件1的工作压力范围内所经受的压力不超过基体3的材料的弹性变形极限或屈服点。本文中的工作压力范围应理解为意指可靠地保持低于描述耐压性的最大可能压力的压力范围，并且因此还考虑实际制造公差。
在上述限制范围内，未发现不可逆变形，特别是非弹性变形。
取决于压力补偿装置的尺寸，特别是内表面20的半径R2，基体3和功能元件6至10之间的连接，特别是绝缘材料12和基体3之间的连接，以流体密封的方式承受与没有压力补偿装置，特别是外部压力补偿装置的馈通件相比增加了20％、更优选50％、最优选100％的工作压力并且还通常具有长期工作稳定性。
总之，非常令人惊讶地发现，减弱或减小围绕绝缘材料12的基体3的材料的厚度可以导致馈通件1的耐压性的增加，该绝缘材料12建立了与功能元件的气密密封连接。
非常令人惊讶的是，已经发现，这种耐压性的增加甚至可以达到其双倍的范围，甚至可能超过这个范围。
然而，在这种情况下不必发生现有技术中提出的不可逆变形，特别是如果用于基体的材料不具有一定的弹性，例如在上面已经提到的金属，例如钢、不锈钢、FeCo合金、钛、钛合金、铝和铝合金、Kovar或Inconel，例如Inconel 690和/或Inconel 625的情况下。
如上所述，适用于功能元件(在本公开的背景下也称为功能性元件)的材料，除了钢和/或不锈钢之外，还包括钛和/或钛合金、NiFe合金，优选CF25、FeCo合金，特别是铍铜合金、Kovar、CF25、钨或铬镍铁合金(Inconel)，例如Inconel 690、Inconel 625、Inconel740、Inconel 740X、Inconel 750、Inconel 750X等。
如果Do/Di的比值更接近被称为优选的、更优选的或上面最优选的较高值，那么证明低膨胀合金，包括例如NiFe合金、Kovar、CF25和钨，有利于功能元件6至10。
如果Do/Di的比值更接近被称为优选的、更优选的或上面最优选的较低值，那么证明高膨胀合金，包括例如Inconel 740、Inconel 740X、Inconel 750、Inconel750X，有利于功能元件6至10，因为在这种情况下，功能元件6至10上的压力将更低，特别是在面向馈通件1的外部的区域中。
如上所述，玻璃、玻璃-陶瓷材料和/或陶瓷材料通常适合作为绝缘材料12的材料。作为玻璃(特别是多组分玻璃)特别有利的是无定形材料。然而，本发明同样可能并且包括石英材料，例如所谓的石英玻璃。
优选的玻璃包括硬质玻璃，因此也称为硼硅酸盐玻璃(也称为硬质玻璃)。优选的玻璃是Schott AG的玻璃G018-385，其Tg例如为992℃。
其它优选的材料包括部分或甚至完全可结晶的玻璃，例如包含以下氧化物的至少部分结晶或可结晶的玻璃，以重量％计：
SiO2：20至60，优选25至50；
Al2O3：0.5至20，优选0.5至10；
CaO：10至50
MgO：0.5至50，优选0.5至10；
Y2O3：0.1至20，优选3至20；
ZrO2：0.1至25，优选3至20；
B2O3：1至15，优选3至12。
其中，还可任选地含有多达0.25wt％的HfO2。
根据另一个实施例，使上述至少部分结晶的玻璃适于使得至少一个晶相包含具有中等尺寸阳离子和/或有利地链状硅酸盐的金属氧化物。出于本发明的目的，中等尺寸阳离子应理解为是指六倍(例如八面体)的阳离子，通过氧的配位具有
Figure BDA0001777070190000191
至
Figure BDA0001777070190000192
的离子半径。为了本公开的目的，根据Strunz，第9版，具有中等尺寸阳离子的金属氧化物优选理解为具有矿物分类意义上的中等尺寸阳离子的金属氧化物。术语中等尺寸阳离子特别包括四价锆离子Zr4+。
术语“链状硅酸盐”是指那些SiO44-四面体通过角连接形成环状带或链的硅酸盐。这种链状硅酸盐的实例包括，例如，辉石的矿物组。链状硅酸盐的另一个实例是硅灰石。
根据有利的实施例，金属氧化物包含ZrO2，并且优选另外包含钇。特别优选地，金属氧化物包括钇稳定的ZrO2，最优选存在于四方晶系变型中。
根据又一个实施例中，链状硅酸盐包含SiO3 2-(作为硅酸盐单元)，并且优选为包含链状硅酸盐的碱土金属氧化物。
根据进一步优选的实施例，在这种情况下包含碱土金属氧化物CaO，以及链状硅酸盐，并且进一步优选包含钇。例如，链状硅酸盐可以是硅灰石，优选含钇的硅灰石。
根据又一实施例，链状硅酸盐是包含具有辉石结构的碱土金属氧化物的链状硅酸盐，并且碱土金属氧化物优选包含CaO和MgO。例如，链状硅酸盐可以以透辉石的形式提供。
此外，根据本发明的一个实施例，可以在至少部分结晶的玻璃中包含两种不同的链状硅酸盐。例如，至少部分结晶的玻璃可包括硅灰石或含Y的硅灰石和透辉石。同样可以包含一种或两种链状硅酸盐以及具有中等尺寸阳离子的金属氧化物，例如具有ZrO2，优选具有Y掺杂的ZrO2。
玻璃-陶瓷材料特别包括至少部分结晶的玻璃、玻璃或玻璃陶瓷、或玻璃基结晶材料，优选在350℃的温度下具有大于1.0×1010Ωcm的电阻率。
现在将在下面描述另外的优选实施例，为此目的，首先参考图8a和8b。
图8a示出了根据另外的优选实施例的馈通件在与图1中箭头X的方向相对应的方向上的俯视图，其中压力补偿装置包括在基体3的材料中的盲孔型开口，在该图中只能看到黑点，因此在图8b的细节图中再次以放大的比例示出。
这些盲孔型开口23至29优选地相对于相应的至少一个通孔5、6对称地布置在基体3的面向压力，特别是外部压力的一侧2上，其中它们的纵向轴线位于围绕通孔的整圆上。
图8b示出了图8a中所示的馈通件1的功能元件7的俯视图，同样在与图1中的箭头X的方向相对应的方向上，其中，在基体3的材料中也可以看到围绕功能元件的盲孔型开口23至29。基体3的材料中的这些盲孔型开口23至29可以作为压力补偿装置布置在基体中，作为上述环形凹槽16、17的替代或补充，并允许各个功能元件彼此横向更紧密地布置，特别是因为它们在制造技术方面比使环形槽交叉更容易制造。
此外，这些环形凹槽不应在一定程度上交叉或重叠导致如在使环交叉的情况下，所需的Dg(即通孔的环形凹槽内的基体的相应材料的所需径向范围)被下冲或甚至减小，因为在这种情况下，压缩玻璃密封件的耐压性会以不期望的方式受损。然而，这可以通过使用盲孔型开口来代替环形凹槽或者与环形凹槽一起交替地或选择性地混合来避免。
基体的材料中的盲孔型开口也可以局部地引入侧向力分量，并且优选地以预定方式分布，所述侧向力分量由压力，特别是外部压力产生，例如在箭头18和19的平面中，可以抵消馈通件1的基体3的压力引起的弯曲。这类盲孔型开口不需要布置在通孔附近，而是可以根据独立的设计要求进行优化。
因此，图中未示出的一个实施例的结构设计还包括在基体内具有至少一个盲孔型开口的实施例，该开口优选地相对于功能元件轴对称地对准，其能够在功能元件的径向向外方向上提供压力补偿效果。
该盲孔型开口也可以延伸到围绕功能元件并建立流体密封连接的绝缘材料开始抵靠功能元件的那个深度；或者大约在围绕功能元件并且建立流体密封连接的绝缘材料的深度的中间的那个深度；或者围绕功能元件并建立流体密封连接的绝缘材料停止抵靠功能元件的那个深度；或者可以延伸超过围绕功能元件并建立流体密封连接的绝缘材料停止抵靠功能元件的那个深度。
下面，将参考图2a和10a。在不同情况下可以看出，绝缘材料12在长度L上抵靠功能元件7和基体3，长度L也称为玻璃密封件长度。
在图2a所示的实施例中，引入基体3中的凹槽17的内表面20延伸到深度T。
在图10a所示的实施例中，突出部32的外表面20'也在轴向方向的长度T上延伸，在通孔5的纵向方向上从基体3的面向压力，特别是外部压力的一侧2突出。
由于绝缘材料12在通孔5的纵向方向上相对于基体3的面向压力，特别是外部压力的一侧2以偏移量V回拨，玻璃密封件长度L和压力补偿装置的深度T之间的所得重叠范围B由下式给出，只要B小于或等于L：B＝T-V。
对于上述实施例，B的取值范围为玻璃密封件长度L的0％，50％和100％。该重叠范围B的其他优选量是玻璃密封件长度L的10％、15％、20％、特别优选30％。
在特定实施例中，凹槽17的深度可以大于玻璃密封件的长度L。结果，在凹槽和孔之间仅存在薄壁。原则上，如果该壁发生故障，可能会发生不希望的泄漏。另一方面，该壁不由绝缘材料例如玻璃支撑。当从凹槽17或突起的侧面施加压力时，在适当选择用于基体的材料的情况下，该壁可能收缩。由于绝缘材料后面的这种变形，后者可以有利地经受机械支撑。为了利用这种效果，具有坚韧的可变形性和/或良好的拉伸强度的材料特别适合于基体。
在优选实施例中，基体1使用不锈钢，并且环形凹槽16、17的深度T为5mm，玻璃密封件长度L为30mm。由双箭头表示并且例如在图2a中用附图标记39表示的凹槽宽度Wg为1mm并且通过电火花腐蚀引入到基体1中。
现在参照图4，其示出了在第二优选实施例中的图1的细节A的截面图，其中压力补偿装置同样包括相应的环形凹槽16、17，或者在图4中未示出的另一实施例中，包括位于基体3的材料中的盲孔型开口23至29。
与上述第一优选实施例相反，其中环形凹槽16、17或盲孔型开口23至29的深度延伸到大约在围绕功能元件6,7并建立流体密封连接的绝缘材料12的深度的中间的那个深度，那么环形凹槽16、17在这里较浅。
在该第二优选实施例中，环形凹槽16、17或盲孔型开口23至29的深度仅延伸到围绕功能元件6、7并建立流体密封连接的绝缘材料12开始抵靠基体3的那个深度。
在图5所示的第三优选实施例中，环形凹槽16、17或盲孔型开口23至29的深度延伸到围绕功能元件并建立流体密封连接的绝缘材料12停止抵靠基体3的那个深度。
在图6所示的第四优选实施例中，环形凹槽16、17或盲孔型开口23至29的深度延伸超过围绕功能元件6、7并建立流体密封连接的绝缘材料12停止抵靠基体3的那个深度。
图9示出了馈通件1的第一优选实施例的截面图，其中压力补偿装置包括相应的环形凸起形式的基体3的相应的突出部30至34，其中截面大致垂直地通过馈通件1的中心延伸。
环形凸起分别相对于通孔4、5对称地形成在基体3的面向压力，特别是外部压力的一侧2上。
在功能上与上述实施例中相同，由压力，特别是通过外部压力产生的压力分量垂直于通孔5的纵向方向15指向周边区域，在本情况中，指向围绕至少一个通孔5的基体3的材料的突出部32的环形凸起的外表面20'。在这种情况下经受的压力方向再次由箭头18和19示出。
这些周边区域，即突出部32的环形凸起的外表面20'，平行于至少一个通孔5的纵向轴线15延伸。
由箭头18、19表示的压力的力分量以压力补偿的方式抵消主要压力的上弯力，如上面参照环形凹槽17的内表面20所描述的那样。
因此，上述参照环形凹槽17的内表面20描述的尺寸规则也类似地应用于相应的突出部30至34的外表面20'的直径。
现在参考图10并且另外参考图11、12、13，其中每个图示出了用于馈通件1的各个优选实施例的图9的细节B的截面图。
图10示出了第一优选实施例，其中突出部32的靠近基体的端部大约终止于绝缘材料12的高度的一半处，所述绝缘材料优选地在基体3上建立流体密封连接。图11示出了根据第二优选实施例的细节B的截面图，其中突出部32的靠近基体的端部35终止于基体3上的围绕功能元件7并建立流体密封连接的绝缘材料12开始抵靠基体3的那个水平。图12示出了根据第三优选实施例的细节B的截面图，其中突出部32的靠近基体的端部35终止于基体3上的围绕功能元件7并建立流体密封连接的绝缘材料12停止抵靠基体3的那个水平。图13示出了根据第四优选实施例的细节B的截面图，其中靠近基体的突出部的端部在基体上终止于低于围绕功能元件并建立流体密封连接的绝缘材料停止抵靠基体的那个点。
图14至21示出了突出部32的各自不同的横截面形状。
根据图14，突出部32的靠近基体3的端部是圆形的。
根据图15，突出部32的靠近基体3的端部具有截头圆锥形状。
根据图16，外表面20'具有截头圆锥形状。
根据图17，外表面20'具有朝向基体逐渐变细的漏斗状形状。
根据图18，外表面20'具有截头圆锥形状，并且突出部32的靠近基体3的端部是圆形的。
根据图19，外表面20'具有截头圆锥形状，并且突出部32的靠近基体3的端部也具有截头圆锥形状，但具有与外表面20'不同的倾斜度。
根据图20，外表面20'具有朝向基体逐渐变细的漏斗状形状，并且突出部32的靠近基体3的端部是圆形的。
根据图21，外表面20'具有朝向基体逐渐变细的漏斗状形状，并且突出部32的靠近基体3的端部具有截头圆锥形状。
环形凹槽17的内壁20可以具有与上述类似的形状，具有功能上相同的效果。
由于厚度Dg随深度变化，还可以在适合于相应应用的不同深度处选择性地产生不同的压力补偿效果。
在优选实施例中，上述功能元件6、7可包括电导体。
上述环形槽和/或盲孔型开口也可以填充有密封化合物，优选地弹性密封化合物，其包括弹性材料，特别是聚合物、硅化合物和/或橡胶，以防止它们被现场发生的环境影响弄脏或受到化学侵蚀。
由于其涉及压力补偿装置的工作原理，本发明的馈通件的优点在于：当施加外部压力时，由施加的压力产生的夹紧力施加在绝缘元件和/或功能元件上，这显着改善了馈通件的压力稳定性。
附图标记列表
1 馈通件
2 面向压力，特别是外部压力的一侧
3 基体
4 通孔
5 通孔
6 功能元件
7 功能元件
8 功能元件
9 功能元件
10 功能元件
11 绝缘材料
12 绝缘材料
13 表示基体厚度的双箭头
14 通孔的纵向延伸或纵向轴线
15 通孔的纵向延伸或纵向轴线
16 环形凹槽
17 环形凹槽
18 表示压力方向的箭头
19 表示压力方向的箭头
20 环形凹槽17的内表面
20' 突出部的外表面
21 表示绝缘材料11、12的径向范围的箭头
22 表示凹槽17的内表面20的径向范围的箭头
23 盲孔型开口
24 盲孔型开口
25 盲孔型开口
26 盲孔型开口
27 盲孔型开口
28 盲孔型开口
29 盲孔型开口
30 突出部
31 突出部
32 突出部
33 突出部
34 突出部
35 突出部32靠近基体的端部
36 周壁
37 Do：环形凹槽16、17的内表面20的外径，或突出部30至34的外表面20'的外径
38 Di：围绕绝缘材料11、12的基体3的通孔4、5的内径
39 Wg：凹槽的宽度
40 基体1的外边缘
T：盲孔型开口23至29的环形凹槽16、17的深度，以及突出部30至34的高度
L：玻璃密封件的长度
B：压力补偿装置和玻璃密封件长度L之间的重叠范围
V：绝缘材料12在通孔4、5的纵向方向上相对于基体3的面向压力，特别是外部压力的一侧2的偏移量

Claims (43)

1.一种用于高外部压力应用的馈通件，包括：
基体；以及
延伸通过所述基体的至少一个通孔；和
至少一个功能元件；
其中，所述至少一个功能元件布置在所述至少一个通孔内；
其中，所述至少一个功能元件通过至少部分地围绕所述功能元件并且建立流体密封连接的绝缘材料以流体密封的方式连接到所述基体；以及
设置压力补偿装置用于所述至少一个功能元件与所述基体的所述流体密封连接，其中，外部是指馈通件的面向所述压力补偿装置的一侧，所述压力补偿装置增加所述至少一个功能元件与所述基体的所述流体密封连接的耐压性，以抵抗压力，
其中，绝缘材料在通孔内在各种情况下径向地延伸，直到其边缘，其中所述绝缘材料被设置为沿所述通孔的纵向方向相对于所述基体面对所述外部压力的一侧向后偏移，其中R1表示从纵向轴线开始的该径向范围；以及所述压力补偿装置包括所述基体的材料中的环形凹槽和/或所述基体的突出部；
其中，R2表示从纵向轴线开始到环形凹槽的内表面的径向范围；或者
其中，R2表示从纵向轴线开始到突出部的外表面的径向范围；以及
其中，R2不超过R1的值的十倍；以及
其中，在工作条件下施加的压力垂直于所述通孔的纵向方向指向围绕所述至少一个通孔的所述基体的所述材料的周边区域。
2.如权利要求1所述的用于高外部压力应用的馈通件，其中所述基体的所述材料中的环形凹槽在所述基体面向外部压力的一侧上，所述环形凹槽相对于所述通孔对称地布置，和/或
所述基体的突出部在所述基体面向外部压力的一侧上，所述突出部相对于所述通孔对称地布置。
3.如权利要求1所述的用于高外部压力应用的馈通件，还包括：所述基体的所述材料中的开口在所述基体面向外部压力的一侧上，所述开口相对于所述通孔对称地布置。
4.如权利要求3所述的馈通件，其中，所述开口是盲孔型开口。
5.如权利要求3所述的馈通件，其中，所述开口布置为其纵向轴线在围绕所述通孔的整圆上。
6.如权利要求1至5中任一项所述的馈通件，其中，所述周边区域倾斜地或平行于所述至少一个通孔的纵向轴线延伸。
7.如权利要求6所述的馈通件，其中，所述压力补偿装置设置为抵靠所述绝缘材料的周壁；并且其中所述周壁的至少一部分在垂直于所述通孔的轴线的方向上受到在工作条件下经受的压力的挤压，从而在所述绝缘材料上产生夹紧力，所述夹紧力取决于工作条件。
8.如权利要求7所述的馈通件，其中，所述夹紧力取决于外部压力。
9.如权利要求1至5中任一项所述的馈通件，其中所述突出部作为相对于所述通孔对称的环形凸起形成于所述基体的面向压力的一侧上。
10.如权利要求4所述的馈通件，其中，所述环形凹槽或所述盲孔型开口的深度延伸到围绕所述功能元件并建立所述流体密封连接的所述绝缘材料开始抵靠所述基体的那个深度；或者
其中，所述突出部的邻近所述基体的端部终止于所述基体上的围绕所述功能元件并建立所述流体密封连接的所述绝缘材料开始抵靠所述基体的那个水平。
11.如权利要求4所述的馈通件，其中，所述环形凹槽或所述盲孔型开口的深度延伸到围绕所述功能元件并建立所述流体密封连接的所述绝缘材料停止抵靠所述基体的那个深度；或者
其中，所述突出部的邻近所述基体的端部终止于所述基体上的围绕所述功能元件并建立所述流体密封连接的所述绝缘材料停止抵靠所述基体的那个水平。
12.如权利要求4所述的馈通件，其中，所述环形凹槽或所述盲孔型开口的深度延伸超过围绕所述功能元件并建立所述流体密封连接的绝缘材料停止抵靠所述基体的那个深度；或者
其中，所述突出部的邻近所述基体的端部在所述基体上终止于低于围绕所述功能元件并建立所述流体密封连接的所述绝缘材料停止抵靠所述基体的那个点。
13.如权利要求4所述的馈通件，其中，所述环形凹槽或所述盲孔型开口的深度延伸到位于围绕所述功能元件并建立所述流体密封连接的所述绝缘材料的深度的中间的那个深度；或者
其中，所述突出部的邻近所述基体的端部终止于所述绝缘材料的建立了所述流体密封连接的高度的一半处。
14.根据权利要求1至5中任一项所述的馈通件，其中，所述功能元件包括电导体。
15.根据权利要求1至5中任一项所述的馈通件，其中，所述压力补偿装置包括位于所述基体的所述材料中的圆环形凹槽和/或开口，所述圆环形凹槽和/或开口相对于所述通孔对称地设置，所述压力补偿装置包括所述基体的相对于所述通孔对称地设置的突出部。
16.如权利要求15所述的馈通件，其中所述开口为盲孔型开口。
17.如权利要求1至5中任一项所述的馈通件，其中，建立所述流体密封连接的所述绝缘材料为玻璃、和/或玻璃-陶瓷材料、和/或陶瓷材料；并且其中所述馈通件包括压缩玻璃密封件，在所述压缩玻璃密封件中，所述玻璃、和/或所述玻璃-陶瓷材料、和/或所述陶瓷材料至少在其部分中以流体密封的方式连接到所述基体和所述功能元件。
18.如权利要求1至5中任一项所述的馈通件，其中，所述基体的所述材料包括选自包括钢、不锈钢、FeCo合金、钛、钛合金、铝、铝合金、Kovar、Inconel的金属。
19.如权利要求1至5中任一项所述的馈通件，其中，所述基体的所述材料包括Inconel690、和/或Inconel 625、和/或Inconel 740、和/或Inconel 740X、和/或Inconel 750、和/或Inconel 750X。
20.如权利要求1至5中任一项所述的馈通件，其中，所述功能元件的所述材料包括选自包括钢、不锈钢、FeCo合金、钛、钛合金、铝、铝合金、NiFe合金、CF25、铍铜合金、Kovar、钨、Inconel的金属。
21.如权利要求20所述的馈通件，其中，所述功能元件的所述材料包括Inconel 690、Inconel 625、Inconel 740、Inconel 740X、Inconel 750、Inconel 750X中的一种或者多种。
22.如权利要求1至5中任一项所述的馈通件，其中，在馈通件的工作压力范围内，所述基体的所述材料所经受的压力不超过所述基体的所述材料内的弹性变形极限。
23.如权利要求1至5中任一项所述的馈通件，其中，所述基体和所述功能元件之间的连接以流体密封的方式承受与没有压力补偿装置的馈通件相比增加了10%的工作压力。
24.如权利要求23所述的馈通件，其中，所述绝缘材料和所述基体之间的连接以流体密封的方式承受工作压力。
25.如权利要求23所述的馈通件，其中，所承受的压力增加了20%。
26.如权利要求23所述的馈通件，其中，所承受的压力增加了50%。
27.如权利要求23所述的馈通件，其中，所承受的压力增加了100%。
28.如权利要求4所述的馈通件，其中，所述环形凹槽和/或所述突出部具有非矩形，和/或其中，所述盲孔型开口布置成倾斜地延伸。
29.如权利要求28所述的馈通件，其中，所述环形凹槽和/或所述突出部具有截头圆锥形的横截面形状。
30.如权利要求中1至5中任一项所述的馈通件，其中，Do表示所述环形凹槽（16、17）的所述内表面（20）的外径或所述突出部（30至34）的所述外表面（20'）的外径，并且Di表示所述绝缘材料（11、12）的直径并且因此是所述通孔（4、5）的直径；以及
其中，Do/Di的比值具有范围从Do/Di小于或等于2到大于或等于1.05的值。
31.如权利要求30所述的馈通件，其中，Do/Di的比值具有范围从Do/Di小于或等于1.6到大于或等于1.10的值。
32.如权利要求30所述的馈通件，其中，Do/Di的比值具有范围从Do/Di小于或等于1.35到大于或等于1.15的值。
33.如权利要求1至5中任一项所述的馈通件，其中，所述压力补偿装置与所述绝缘材料（12）的玻璃密封件长度L之间在通孔（4、5）的纵向上的重叠范围B为玻璃密封件长度L的0%、50%或100%；以及其中，所述重叠范围B的其他量为玻璃密封件长度L的10%、15%、20%、或30%。
34.一种用于制造如前述权利要求1至27中任一项所述的用于高外部压力应用的馈通件的方法，其中压力补偿装置设置在所述馈通件的基体上，这增加了馈通件的耐压性；其中，所述压力补偿装置的提供包括：以移除材料的方式，减少所述基体的如下材料，所述材料位于所述基体的面向压力侧上的所述通孔附近。
35.如权利要求34所述的用于制造用于高外部压力应用的馈通件的方法，其中，所述以移除材料的方式减少所述基体的材料包括：形成环形凹槽或盲孔型孔，或形成突出部。
36.根据权利要求1至33中任一项所述的馈通件的用途，
用于深水设施，和/或用于石油和/或天然气的生产或勘探的设备；和/或
用于在化学污染或辐射污染的环境中的设施；
用于具有壳体的发电或储能器具中；或者
用于发电或储能器具、或反应器、或用于有毒和/或有害物质的存储装置的封装中；或者
用于航天器或太空探索工具中、或用于有人驾驶和无人驾驶的船只中；和/或
用于传感器和/或致动器的壳体中、或用于气罐，或者也用于具有燃料电池的机动车辆或共轨系统的高压喷射系统中；或者
用于压力机或液压设备和/或装置中。
37.根据权利要求36所述的馈通件的用途，其中所述馈通件用于化学工业或能源工厂和反应器技术。
38.根据权利要求36所述的馈通件的用途，其中所述馈通件用于潜在爆炸区域中。
39.根据权利要求36所述的馈通件的用途，其中所述馈通件用作反应器的安全壳内的馈通装置或作为通过反应器的安全壳的馈通装置。
40.根据权利要求36所述的馈通件的用途，其中所述馈通件用作化学反应器或核反应堆的馈通装置。
41.根据权利要求36所述的馈通件的用途，其中所述馈通件用于潜水机器人和潜艇。
42.根据权利要求36所述的馈通件的用途，其中所述馈通件用于连接发射器和/或接收器装置。
43.根据权利要求36所述的馈通件的用途，其中所述馈通件用于CO2储罐、或H2罐、或LNG罐。
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