DE102021108441A1 - Fastening device for a temperature-stable, transparent element, and particle sensor, comprising the fastening device - Google Patents

Fastening device for a temperature-stable, transparent element, and particle sensor, comprising the fastening device Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Befestigungsvorrichtung für ein temperaturstabiles Element mit hoher Transparenz, etwa ein Glas, eine Keramik oder eine Glaskeramik. Die Erfindung betrifft ferner einen Partikelsensor, umfassend eine derartige Befestigungsvorrichtung.Vorgeschlagen wird eine Befestigungsvorrichtung zum Haltern eines temperaturstabilen Elementes, insbesondere dauerbetriebsfest bei Hochtemperatur-Anwendungen oberhalb von 300 °C, bevorzugt oberhalb von 350 °C und besonders bevorzugt oberhalb von 380 °C, umfassend einen Grundkörper und ein temperaturstabiles Element, wobei der Grundkörper eine durchgehende Öffnung umfasst, welche im Bereich des Halteabschnittes ausgebildet ist zur Aufnahme und Halterung des temperaturstabilen Elementes, und wobei das temperaturstabile Element im Betrieb für elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenspektrum von wenigstens 350 bis 1.000 nm eine Transparenz von wenigstens 80 %, bevorzugt wenigstens 84 % und besonders bevorzugt wenigstens 86 % aufweist.The present invention generally relates to a fastening device for a temperature-stable element with high transparency, such as a glass, a ceramic or a glass-ceramic. The invention also relates to a particle sensor comprising such a fastening device. A fastening device for holding a temperature-stable element, in particular continuous operation in high-temperature applications above 300°C, preferably above 350°C and particularly preferably above 380°C, is proposed a base body and a temperature-stable element, wherein the base body comprises a continuous opening, which is formed in the region of the holding section for receiving and holding the temperature-stable element, and wherein the temperature-stable element is in operation for electromagnetic radiation in a wavelength spectrum of at least 350 to 1,000 nm Transparency of at least 80%, preferably at least 84% and particularly preferably at least 86%.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Befestigungsvorrichtung für ein temperaturstabiles Element mit hoher Transparenz, etwa ein Glas, eine Keramik oder eine Glaskeramik. Die Erfindung betrifft ferner einen Partikelsensor, umfassend eine derartige Befestigungsvorrichtung.The present invention generally relates to a fastening device for a temperature-stable element with high transparency, such as a glass, a ceramic or a glass-ceramic. The invention also relates to a particle sensor comprising such a fastening device.

Im Zuge eines steigenden Umweltbewusstseins kommt den Emissionen von Verbrennungskraftmaschinen eine zunehmende Bedeutung zu. Von besonderem Interesse in diesem Zusammenhang sind häufig Partikel, etwa Rußpartikel, welche sich in dem Abgasstrom derartiger Verbrennungskraftmaschinen befinden können.In the course of increasing environmental awareness, the emissions from internal combustion engines are becoming increasingly important. Of particular interest in this context are often particles, such as soot particles, which can be found in the exhaust gas stream of such internal combustion engines.

So ist aus der US 4,567,750 ein Rußpartikelsensor basierend auf einer Widerstandmessung mit elektrisch beheizbaren Flächen bekannt, wobei eine der Flächen beheizt wird und sich Rußpartikel auf den Flächen ablagern können.That's it U.S. 4,567,750 a soot particle sensor based on a resistance measurement with electrically heatable surfaces is known, one of the surfaces being heated and soot particles being able to deposit on the surfaces.

Eine Weiterentwicklung dieses resistiven Sensorprinzips ist in der DE 103 40 748 dargestellt.A further development of this resistive sensor principle is in the DE 103 40 748 shown.

Weitere Entwicklungen betreffen opto-elektronische Partikelsensoren, wie sie etwa aus der DE 10 2017 104 378 A1 bekannt sind. Diese arbeiten mit einem emittierenden und einem detektierenden opto-elektronischen Halbleiterchip. Nachteilig bei diesen Verfahren ist der Zeitverzug bei der Messung.Further developments relate to opto-electronic particle sensors, such as those from DE 10 2017 104 378 A1 are known. These work with an emitting and a detecting opto-electronic semiconductor chip. The disadvantage of this method is the time delay in the measurement.

Neuere Entwicklungen gehen in Richtung optischer Verfahren, etwa basierend auf der laserinduzierten Inkandeszenz zur Messung oder Analyse von Partikelströmen, etwa zur Bestimmung von Rußvolumenanteilen.Recent developments are moving in the direction of optical methods, for example based on laser-induced incandescence to measure or analyze particle flows, for example to determine soot volume fractions.

Eine gute Datenbasis hinsichtlich der Eigenschaften der Partikelströme, etwa einem Abgas aus einer Verbrennungskraftmaschinen, kann wertvoll sein, um die Funktionalität der Verbrennungskraftmaschine zu überprüfen oder auch die Verbrennungskraftmaschine zu regeln oder zu optimieren. Damit ist es beispielsweise möglich, einen Dieselpartikelfilter in seiner Funktionalität zu überwachen, und, wenn die gewonnenen Daten entsprechend genutzt werden, die Emissionen zu reduzieren.A good database with regard to the properties of the particle flows, for example an exhaust gas from an internal combustion engine, can be valuable in order to check the functionality of the internal combustion engine or to regulate or optimize the internal combustion engine. This makes it possible, for example, to monitor the functionality of a diesel particulate filter and, if the data obtained is used appropriately, to reduce emissions.

Hierzu kann es erforderlich sein, optische Komponenten bzw. die Messeinrichtung oder Teile davon in die Nähe oder sogar in den Partikelstrom einzubringen. In diesen Fällen ist es allerdings notwendig, die zugehörigen Komponenten vor Gas oder Partikeln zu schützen, um Abrasion und Verschmutzungen zu vermeiden, und, etwa bei Abgasströmen von Verbrennungskraftmaschinen, die Komponenten auch vor der auftretenden Wärme, die mehrere 100 °C betragen kann.For this it may be necessary to bring optical components or the measuring device or parts thereof close to or even in the particle stream. In these cases, however, it is necessary to protect the associated components from gas or particles in order to avoid abrasion and contamination, and, for example in the case of exhaust gas streams from internal combustion engines, the components also from the heat that occurs, which can be several 100 °C.

Wünschenswert ist demnach eine Vorrichtung zum Unterbringen und/oder Haltern von Komponenten, etwa optischer Komponenten einer Messeinrichtung, welche zum einen dicht, vorzugsweise fluiddicht oder hermetisch dicht ist, um die Komponenten zu schützen, insbesondere, wenn sie in den Partikelstrom hineinragen. Zum anderen sollte diese Vorrichtung auch hohen Temperaturen und Vibrationen, wie sie etwa in einem Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine auftreten können, widerstehen können.A device for accommodating and/or holding components, such as optical components of a measuring device, is therefore desirable, which is tight, preferably fluid-tight or hermetically tight, in order to protect the components, especially if they protrude into the particle flow. On the other hand, this device should also be able to withstand high temperatures and vibrations, such as can occur in an exhaust system of an internal combustion engine.

Dabei sollte die Vorrichtung auch zumindest in einem Abschnitt oder Bereich eine hohe Transparenz aufweisen, so dass Lichtstrahlen, zum Beispiel Anregungslicht einer Lichtquelle, die Vorrichtung verlassen können bzw. in diese eintreten, etwa reflektierte Lichtstrahlen.The device should also have a high level of transparency, at least in one section or area, so that light beams, for example excitation light from a light source, can leave the device or enter it, for example reflected light beams.

Schließlich sollte die Vorrichtung auch einfach und flexibel in der Nähe des Partikelstromes, also beispielsweise an einem Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine, montiert werden können.Finally, the device should also be able to be mounted easily and flexibly in the vicinity of the particle flow, for example on an exhaust system of an internal combustion engine.

Dabei sollte die Vorrichtung auch dauerbetriebsfest bei den auftretenden Temperaturen sein.The device should also be durable at the temperatures that occur.

Dieser Aufgabe haben sich die Erfinder angenommen.The inventors have taken on this task.

Überraschend einfach wird diese Aufgabe durch eine Befestigungsvorrichtung zum Haltern eines temperaturstabilen Elementes, insbesondere dauerbetriebsfest bei Hochtemperatur-Anwendungen oberhalb von 300 °C, bevorzugt oberhalb von 350 °C und besonders bevorzugt oberhalb von 380 °C, sowie einem Partikelsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.This object is achieved in a surprisingly simple manner by a fastening device for holding a temperature-stable element, in particular for continuous operation in high-temperature applications above 300° C., preferably above 350° C. and particularly preferably above 380° C., and a particle sensor according to one of the preceding claims . Preferred embodiments and developments of the invention can be found in the respective dependent claims.

Das temperaturstabile Element kann von Vorteil eine geringe Wärmeausdehnung aufweisen. Hierunter wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient verstanden, welcher vorliegend als linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient (CTE = „Coefficient of Thermal Expansion“) angegeben wird.The temperature-stable element can advantageously have low thermal expansion. In the context of the present invention, this is understood to mean a low coefficient of thermal expansion, which is given here as a linear coefficient of thermal expansion (CTE=Coefficient of Thermal Expansion).

Eine geringe Wärmeausdehnung des temperaturstabilen Elements meint damit im Sinne der Erfindung einen Wärmeausdehnungskoeffizienten des temperaturstabilen Elements von nicht größer ist als 9 * 10-6/K in einem Temperaturbereich von 20 °C bis 400 °C, bevorzugt nicht größer als 7,5 * 10-6/K, weiterhin bevorzugt nicht größer als 7 * 10-6/K und besonders bevorzugt nicht größer als 6,5 * 10-6/K.In the context of the invention, low thermal expansion of the temperature-stable element means a thermal expansion coefficient of the temperature-stable element of no greater than 9*10-6/K in a temperature range of 20° C. to 400° C., preferably no greater than 7.5*10 -6/K, further preferably not greater than 7*10-6/K and particularly preferably not greater than 6.5*10-6/K.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Befestigungsvorrichtung

  • - einen Grundkörper mit zumindest einem Halteabschnitt, einem an diesen Halteabschnitt angrenzenden Rohrabschnitt mit einer umlaufenden Wandung sowie mit einem an diesen Rohrabschnitt angrenzenden Befestigungsabschnitt, und
  • - ein temperaturstabiles Element,
wobei der Grundkörper eine durchgehende Öffnung umfasst, welche im Bereich des Halteabschnittes ausgebildet ist zur Aufnahme und Halterung des temperaturstabilen Elementes.In a first embodiment of the invention, the fastening device comprises
  • a base body with at least one holding section, a tubular section adjoining this holding section with a peripheral wall and with a fastening section adjoining this tubular section, and
  • - a temperature stable element,
wherein the base body comprises a continuous opening which is formed in the area of the holding section for receiving and holding the temperature-stable element.

Das temperaturstabile Element ist dabei derart ausgewählt, dass es sowohl bei Raumtemperatur als auch im Betrieb, also auch bei hohen Temperaturen, wie sie bei einem bestimmungsgemäßen Gebrauch der Vorrichtung auftreten können, für elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenspektrum von wenigstens 350 bis 1.000 nm eine Transparenz von wenigstens 80 %, bevorzugt wenigstens 84 % und besonders bevorzugt wenigstens 86 % aufweist.The temperature-stable element is selected in such a way that it has a transparency of at least 80%, preferably at least 84% and particularly preferably at least 86%.

Transparenz bedeutet, dass das temperaturstabile Element insbesondere für die angegebene elektromagnetische Strahlung transmittierend ist.Transparency means that the temperature-stable element is particularly transmissive for the specified electromagnetic radiation.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Befestigungsvorrichtung

  • - einen Grundkörper mit zumindest einem Halteabschnitt, einem an diesen Halteabschnitt angrenzenden Rohrabschnitt mit einer umlaufenden Wandung sowie mit einem an diesen Rohrabschnitt angrenzenden Befestigungsabschnitt,
  • - ein temperaturstabiles Element, und
  • - ein Haltemittel,

wobei der Grundkörper eine durchgehende Öffnung umfasst, welche im Bereich des Halteabschnittes ausgebildet ist zur Aufnahme des temperaturstabilen Elementes, wobei
das temperaturstabile Element vorzugsweise über seine Seitenwand mit dem Haltemittel in der Öffnung gehaltert ist und wobei die Öffnung fluiddicht, vorzugsweise hermetisch dicht, verschlossen ist.In a further embodiment of the invention, the fastening device comprises
  • - a base body with at least one holding section, a pipe section adjoining this holding section with a peripheral wall and with a fastening section adjoining this pipe section,
  • - a temperature stable element, and
  • - a holding device,

wherein the base body comprises a continuous opening, which is formed in the region of the holding section for receiving the temperature-stable element, wherein
the temperature-stable element is preferably held in the opening via its side wall with the holding means, and the opening is closed in a fluid-tight, preferably hermetically-tight manner.

Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung ist das temperaturstabile Element derart ausgewählt, dass es sowohl bei Raumtemperatur als auch im Betrieb für elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenspektrum von wenigstens 350 bis 1.000 nm eine Transparenz von wenigstens 80 %, bevorzugt wenigstens 84 % und besonders bevorzugt wenigstens 86 % aufweist.According to this embodiment of the invention, the temperature-stable element is selected in such a way that it has a transparency of at least 80%, preferably at least 84% and particularly preferably at least 86%, both at room temperature and during operation for electromagnetic radiation in a wavelength spectrum of at least 350 to 1000 nm. having.

Eine Verbesserung der Transparenz kann erreicht werden, wenn das temperaturstabile Element beispielsweise auf der dem Partikelstrom abgewandten Seite eine Beschichtung, beispielsweise eine einschichtige Antireflex-Beschichtung, umfasst.An improvement in transparency can be achieved if the temperature-stable element comprises a coating, for example a single-layer antireflection coating, on the side facing away from the particle flow.

Hierdurch kann das Streuverhalten des temperaturstabilen Elements bei Durchtritt von elektromagnetischen Strahlen reduziert werden, so dass die Transparenz um beispielsweise 2 % oder sogar 4 % verbessert werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das temperaturstabile Element demnach eine Transparenz für elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenspektrum von wenigstens 350 bis 1.000 nm von wenigstens 90 %, bevorzugt wenigstens 92 % und besonders bevorzugt wenigstens 94 % auf.As a result, the scattering behavior of the temperature-stable element when electromagnetic radiation passes through can be reduced, so that the transparency can be improved by 2% or even 4%, for example. In a preferred embodiment, the temperature-stable element accordingly has a transparency for electromagnetic radiation in a wavelength spectrum of at least 350 to 1000 nm of at least 90%, preferably at least 92% and particularly preferably at least 94%.

Die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung ermöglicht es, optische Komponenten oder andere Komponenten einer Messeinrichtung in der Nähe eines Partikelstromes anzuordnen oder sogar in einen Partikelstrom einzubringen, wobei sie durch die Befestigungsvorrichtung bzw. den Grundkörper der Befestigungsvorrichtung geschützt sein können. In anderen Worten, die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung kann eine Art Interface zwischen einem Messvolumen und einer Messeinrichtung darstellen.The fastening device according to the invention makes it possible to arrange optical components or other components of a measuring device in the vicinity of a particle flow or even to introduce them into a particle flow, whereby they are held in place by the fastening device or the main body of the fastening tion device can be protected. In other words, the fastening device according to the invention can represent a type of interface between a measurement volume and a measurement device.

Der Partikelstrom kann ein strömendes Fluid umfassen, beispielsweise ein Abgas einer Verbrennungskraftmaschine. Für eine einfache und flexible Montage in der Nähe des Partikelstromes ist der Befestigungsabschnitt des Grundkörpers vorgesehen, über den oder mit dem der Befestigungsabschnitt montiert und fest mit einer den Partikelstrom führenden Einheit verbunden werden kann. Dies kann beispielsweise der Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine sein.The particle flow may comprise a flowing fluid, for example an exhaust gas from an internal combustion engine. The attachment section of the base body is provided for simple and flexible installation in the vicinity of the particle flow, via or with which the attachment section can be installed and firmly connected to a unit guiding the particle flow. This can be the exhaust system of an internal combustion engine, for example.

Die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung kann somit beispielsweise mittels Schweißen dauerhaft fest mit der den Partikelstrom führenden Einheit, also zum Beispiel dem Abgasstrang, verbunden werden, womit eine dichte und dauerbetriebsfeste Verbindung geschaffen werden kann. Die Befestigungsvorrichtung kann somit einfach und flexibel in der Nähe des Partikelstromes angebracht werden. Die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung ist dazu ausgelegt, auch an einer Innenseite eines Abgasstranges, welche zu dem Partikelstrom hinweist, montiert werden zu können, so dass zumindest ein Teil der Befestigungsvorrichtung in den Partikelstrom hineinragt.The fastening device according to the invention can thus be permanently connected to the unit guiding the particle flow, for example the exhaust line, by means of welding, for example, with which a tight connection that is permanently operational can be created. The fastening device can thus be attached easily and flexibly in the vicinity of the particle flow. The fastening device according to the invention is designed to also be able to be mounted on an inner side of an exhaust line, which points towards the particle flow, so that at least part of the fastening device protrudes into the particle flow.

Eine Schweißverbindung ist insofern günstig, als dass sie neben möglicherweise im Betrieb auftretenden hohen Temperaturen auch im Betrieb auftretenden Vibrationen, wie sie etwa in einem Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine auftreten können, widerstehen kann und somit als dauerbetriebsfest, auch bei Hochtemperatur-Anwendungen oberhalb von 300 °C, bevorzugt oberhalb von 350 °C und besonders bevorzugt oberhalb von 380 °C, angesehen werden kann.A welded joint is favorable in that, in addition to the high temperatures that may occur during operation, it can also withstand vibrations that may occur during operation, such as those that can occur in an exhaust system of an internal combustion engine, and are therefore durable, even in high-temperature applications above 300 °C , preferably above 350 °C and more preferably above 380 °C.

Der Grundkörper umfasst ferner einen Rohrabschnitt mit einer umlaufenden Wandung, welcher an den Befestigungsabschnitt angrenzt, sowie einen an den Rohrabschnitt angrenzenden Halteabschnitt, welcher demnach an der dem Befestigungsabschnitt gegenüberliegenden Seite des Rohrabschnittes angeordnet ist. Die durchgehende Öffnung des Grundkörpers ist im Bereich des Halteabschnittes von Vorteil ausgebildet zur Aufnahme und/oder Halterung des temperaturstabilen Elementes.The base body also includes a tubular section with a circumferential wall, which adjoins the fastening section, and a holding section which adjoins the tubular section and is therefore arranged on the side of the tubular section opposite the fastening section. The continuous opening of the base body is advantageously designed in the area of the holding section for receiving and/or holding the temperature-stable element.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das temperaturstabile Element, vorzugsweise mit seiner Seitenwand, mit einem Haltemittel in der Öffnung gehaltert. Das Haltemittel, auf welches weiter unten vertiefend eingegangen wird, ist von Vorteil derart ausgewählt, dass die durchgehende Öffnung des Grundkörpers im Bereich des Halteabschnittes fluiddicht, vorzugsweise hermetisch dicht, verschlossen werden kann.In a preferred embodiment, the temperature-stable element is held in the opening, preferably with its side wall, with a holding means. The holding means, which will be discussed in more detail below, is advantageously selected in such a way that the continuous opening of the base body in the area of the holding section can be closed in a fluid-tight, preferably hermetically-tight manner.

Auf diese Weise ist es möglich, optischen Komponenten oder sonstige Bauteile der Messeinrichtung vor den Partikeln zu schützen, wenn sie auf der dem Partikelstrom entgegengesetzten Seite der Befestigungseinrichtung angeordnet sind, und, etwa bei Abgasströmen von Verbrennungskraftmaschinen, auch vor Wärmeeinwirkung. Die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung kann somit auch derart angeordnet werden, dass sie in den Partikelstrom, beispielsweise einen Abgasstrom, hineinragt bzw. zumindest abschnittsweise in einem Partikelstrom angeordnet ist.In this way, it is possible to protect optical components or other components of the measuring device from the particles if they are arranged on the side of the fastening device opposite the particle stream, and also from the effects of heat, for example in the case of exhaust gas streams from internal combustion engines. The fastening device according to the invention can thus also be arranged in such a way that it protrudes into the particle flow, for example an exhaust gas flow, or is arranged at least in sections in a particle flow.

Die transparente Ausbildung des temperaturstabilen Elementes ermöglicht es, dass elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenspektrum von wenigstens 350 bis 1.000 nm, beispielsweise sichtbares Licht, Anregungslicht oder gestreutes oder reflektiertes Licht, oder Laserlicht, beispielsweise mit einer Wellenlänge von 820 bis 840 nm, aus der Befestigungsvorrichtung austreten bzw. von außen in die Befestigungsvorrichtung durch dieses „Fenster“ eintreten kann.The transparent design of the temperature-stable element enables electromagnetic radiation in a wavelength spectrum of at least 350 to 1,000 nm, for example visible light, excitation light or scattered or reflected light, or laser light, for example with a wavelength of 820 to 840 nm, to exit the fastening device or can enter the fastening device from the outside through this "window".

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Befestigungsvorrichtung dauerbetriebsfest bei Hochtemperatur-Anwendungen ab wenigstens 400 °C, bevorzugt ab wenigstens 500 °C und besonders bevorzugt ab wenigstens 600 °C. Eine derartige Ausbildung der Befestigungsvorrichtung ermöglicht insbesondere die Anordnung in Partikelströmen wie Abgasströmen von Verbrennungskraftmaschinen, bei welchen Temperaturen von mehr als 500 °C oder auch deutlich darüber auftreten können.In a particularly preferred embodiment, the fastening device is permanently operational in high-temperature applications from at least 400°C, preferably from at least 500°C and particularly preferably from at least 600°C. Such a design of the fastening device enables in particular the arrangement in particle streams such as exhaust gas streams from internal combustion engines, at which temperatures of more than 500° C. or even significantly higher can occur.

Als hochtemperaturfest oder hochtemperaturstabil wird vorliegend ein Material und/oder ein Bauteil bezeichnet, wenn es bei der geforderten Temperatur, also ab vorzugsweise wenigstens 400 °C, bevorzugt ab wenigstens 500 °C und besonders bevorzugt ab wenigstens 600 °C und mehr eingesetzt werden kann, insbesondere mehr 100 h oder mehr, vorzugweise 500 h oder mehr und besonders bevorzugt 1000 h oder mehr. Insbesondere kann das Material und/oder das Bauteil bei diesen Temperaturen über die genannten Zeiträume stabil gegen Verformungen ausgebildet sein.A material and/or a component is referred to as high-temperature-resistant or high-temperature-stable if it can be used at the required temperature, i.e. preferably from at least 400 °C, preferably from at least 500 °C and particularly preferably from at least 600 °C and more, in particular more than 100 h or more, preferably 500 h or more and particularly preferably 1000 h or more. In particular, the material and/or the component can be designed to be stable against deformation at these temperatures over the periods of time mentioned.

Eine Dauerbetriebsfestigkeit in diesen Temperaturbereichen ermöglicht es zudem in vorteilhafter Weise, im Betrieb pyrolytische Reinigungsverfahren anzuwenden, also thermochemische Umwandlungsprozesse zur Zersetzung von organischen Verbindungen, welche in der Regel ab etwa 400 °C bis 500 °C stattfinden. Gerade bei sehr warmen Partikelströmen wie etwa Abgasströmen mit beispielsweise Rußpartikeln ist dies ein sehr großer Vorteil, da andernfalls das transparente Element rasch verschmutzen und die Transparenz schnell abnehmen würde.Long-term operational stability in these temperature ranges also advantageously makes it possible to use pyrolytic cleaning processes during operation, ie thermochemical conversion processes for the decomposition of organic compounds, which generally take place from about 400° C. to 500° C. This is a very great advantage, especially in the case of very warm particle flows such as exhaust gas flows with, for example, soot particles, since otherwise the transparent element would quickly become soiled and the transparency would quickly decrease.

Die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung ist demnach dauerbetriebsfest auch bei betrieblich sehr hohen Temperaturen von 400 °C, 500 °C, 600 °C oder mehr. Bevorzugt ist dabei die Befestigungsvorrichtung rüttel- und vibrationsstabil gemessen nach ISO 16750-3.The fastening device according to the invention is therefore durable even at very high operational temperatures of 400° C., 500° C., 600° C. or more. The fastening device is preferably shake and vibration-resistant measured according to ISO 16750-3.

Die durchgehende Öffnung des Grundkörpers ist mittels des temperaturstabilen Elements und/oder mittels des temperaturstabilen Elements und des Haltemittels fluiddicht, vorzugsweise hermetisch dicht, verschlossen.The continuous opening of the base body is sealed in a fluid-tight, preferably hermetically sealed manner, by means of the temperature-stable element and/or by means of the temperature-stable element and the holding means.

Als fluiddicht wird eine solche Verbindungen bezeichnet, beispielsweise eine Metall-Glas-Verbindung, wenn diese Verbindung abdichtet, also gegen den Austritt oder Durchtritt von fluiden Medien dicht ist und bevorzugt im Wesentlichen vollständig (hermetisch) dicht ist. Die Dichtigkeit kann dabei durch einen Lecktest, üblicherweise mittels eines Helium-Lecktesters, bestimmt werden.Such a connection is referred to as fluid-tight, for example a metal-glass connection, if this connection seals, ie is tight against the escape or passage of fluid media and is preferably essentially completely (hermetically) tight. The tightness can be determined by a leak test, usually using a helium leak tester.

Helium-Leckraten kleiner 2 * 10-8mbar*l/s oder 1 * 10-8 mbar*l/s bei Raumtemperatur zeigen an, dass eine im Wesentlichen vollständig hermetische Dichtung vorliegt. Vorzugsweise kann diese Messung mit einer Druckbeaufschlagung von einem Bar erfolgen.Helium leak rates of less than 2 * 10 -8 mbar*l/s or 1 * 10 -8 mbar*l/s at room temperature indicate that an essentially completely hermetic seal is present. This measurement can preferably be carried out with an application of pressure of one bar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Befestigungsvorrichtung eine Helium-Leckrate von höchstens 5 * 10-8 mbar*l/s auf. Besonders niedrige Helium-Leckraten der Befestigungsvorrichtung von höchstens 2 * 10-8 mbar*l/s und besonders bevorzugt höchstens 1 * 10-8 mbar*l/s können erreicht werden, wenn zwischen Grundkörper und temperaturstabilen Element ein besonderes Haltemittel eingebracht ist, wobei gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein zumindest teilweise kristallisiertes Glas, auf welches weiter unten näher eingegangen wird, als Haltemittel verwendet wird.According to a preferred embodiment, the fastening device has a helium leak rate of at most 5*10 -8 mbar*l/s. Particularly low helium leak rates of the fastening device of at most 2 * 10 -8 mbar * l / s and particularly preferably at most 1 * 10 -8 mbar * l / s can be achieved if a special holding means is introduced between the base body and temperature-stable element according to one embodiment of the invention, an at least partially crystallized glass, which will be discussed in more detail below, is used as the holding means.

Eine solche Ausgestaltung ist vorteilhaft, da auf diese Weise sowohl eine ausreichende mechanische Steifigkeit erzielt wird, jedoch eine solche Verbindung noch über eine gewisse Elastizität verfügt. Dies ist vorteilhaft bei Temperaturwechselbelastungen und führt daher in vorteilhafter Weise zu einer besonders temperaturstabilen Verbindung in der Verbindungszone, in welcher der Halteabschnitt des Grundkörpers mit dem temperaturstabilen Element und/oder dem Haltemittel in Kontakt steht.Such a configuration is advantageous because in this way sufficient mechanical rigidity is achieved, but such a connection still has a certain elasticity. This is advantageous in the case of thermal cycling and therefore advantageously leads to a particularly temperature-stable connection in the connection zone in which the holding section of the base body is in contact with the temperature-stable element and/or the holding means.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Öffnung und/oder der Grundkörper, insbesondere der Halteabschnitt, der Rohrabschnitt und/oder der Befestigungsabschnitt kreisförmig, bevorzugt zylindersymmetrisch, ausgebildet. Dies führt, gerade bei hohen Temperaturen und Temperaturwechselbelastungen, zu einer vergleichsweise homogenen Temperaturverteilung in dem Grundkörper, so dass Temperaturspitzen oder Bereiche mit stärkeren Temperaturdifferenzen, wie sie etwa bei Ecken oder Kanten entstehen können, vermieden und mechanische Spannungen reduziert werden können.In a preferred embodiment, the opening and/or the base body, in particular the holding section, the tube section and/or the fastening section are circular, preferably cylindrically symmetrical. This leads to a comparatively homogeneous temperature distribution in the base body, especially at high temperatures and thermal cycling loads, so that temperature peaks or areas with greater temperature differences, such as those that can occur around corners or edges, can be avoided and mechanical stresses can be reduced.

Der Grundkörper kann demnach von Vorteil hülsenförmig ausgebildet sein mit einer Mittenachse, wobei die Öffnung zur Aufnahme und Halterung des temperaturstabilen Elementes vorzugsweise ebenfalls kreisförmig, bevorzugt zylindersymmetrisch, ausgebildet und koaxial zu dem Grundkörper angeordnet ist.The base body can therefore advantageously be sleeve-shaped with a central axis, the opening for receiving and holding the temperature-stable element preferably also being circular, preferably cylindrically symmetrical, and arranged coaxially to the base body.

Grundsätzlich sind auch andere Geometrien bzw. Querschnitte vorstellbar, etwa viereckige oder mehreckige, mit geraden oder gebogenen Wandabschnitten. Allerdings sind diese zum einen aufwendiger in der Fertigung, zum anderen auch ungünstiger in Bezug auf die Temperaturverteilung wie vorstehend ausgeführt. Es versteht sich, dass die Öffnung zumindest im Bereich des Halteabschnitts von Vorteil passgenau gegengleich zu dem aufzunehmenden temperaturstabilen Element ausgebildet ist.In principle, other geometries or cross sections are also conceivable, for example square or polygonal, with straight or curved wall sections. However, on the one hand, these are more complex to manufacture and, on the other hand, they are also less favorable with regard to the temperature distribution, as explained above. It goes without saying that the opening, at least in the region of the holding section, is advantageously designed with an exact fit opposite to the temperature-stable element to be accommodated.

Geeignete, hochtemperaturstabile und transparente oder im Wesentlichen transparente Elemente, beispielsweise bestimmte Gläser oder Glaskeramiken, verfügen häufig über einen niedrigen oder sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten.Suitable elements that are stable at high temperatures and are transparent or essentially transparent, for example certain glasses or glass ceramics, often have a low or very low coefficient of thermal expansion.

Da das temperaturstabile Element bzw. das temperaturstabile Element mit dem Haltemittel bündig und im Betrieb dauerhaft abdichtend in die Öffnung des Grundkörpers eingepasst werden muss, um die Öffnung fluiddicht bzw. hermetisch dicht auch bei den geforderten Temperaturen zu verschließen, kann es daher günstig sein, für den Grundkörper ebenfalls ein Material zu wählen, welches über einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten verfügt wie das temperaturstabile Element.Since the temperature-stable element or the temperature-stable element must be fitted flush with the holding means and permanently sealed during operation in the opening of the base body in order to open the tion to be fluid-tight or hermetically sealed even at the required temperatures, it can therefore be beneficial to also select a material for the base body which has a similar coefficient of thermal expansion as the temperature-stable element.

Derartige Materialien sind aber häufig nicht hinreichend temperaturstabil, um dauerbetriebsfest bei den geforderten hohen Temperaturen zu sein. So kann es bei einigen grundsätzlich geeigneten Werkstoffen zu einem Kriechen kommen, was zu irreversiblen Verformungen des Grundkörpers führen und damit die Dichtigkeit beeinträchtigen kann. Des Weiteren sind derartige Materialien häufig kostenintensiv in der Beschaffung und/oder aufwendig in der Bearbeitung oder auch bei der Montage.However, such materials are often not sufficiently thermally stable to be durable at the required high temperatures. With some fundamentally suitable materials, creeping can occur, which can lead to irreversible deformations of the base body and thus impair the tightness. Furthermore, such materials are often expensive to procure and/or complex to process or to assemble.

Überraschend haben die Erfinder herausgefunden, dass eine bestimmte Gestaltung des Grundkörpers dazu führen kann, dass für den Grundkörper auch Materialien bzw. Werkstoffe ausgewählt werden können, welche über einen höheren oder sogar deutlich höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten verfügen als das temperaturstabile Element, und wobei dennoch auch bei den geforderten Temperaturen die Öffnung dauerbetriebsfest fluiddicht bzw. hermetisch dicht verschlossen werden kann.The inventors have surprisingly found that a specific design of the base body can mean that materials or materials can also be selected for the base body which have a higher or even significantly higher coefficient of thermal expansion than the temperature-stable element, and still also with the required temperatures, the opening can be permanently sealed in a fluid-tight or hermetically sealed manner.

Von Vorteil umfasst der Grundkörper dazu Kompensationsmittel, welche es ermöglichen, Kräfte, welche bei größeren Temperaturwechseln entstehen können, derart abzufangen bzw. zu kompensieren, dass sie nicht in vollem Umfang auf das temperaturstabile Element bzw. die Verbindungszone einwirken. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass in der Verbindungszone zu hohe mechanische Spannungen auftreten, welche zu Rissen oder Ablösungen führen können, und welche in der Konsequenz zu Undichtigkeiten führen können.Advantageously, the base body includes compensation means that make it possible to intercept or compensate for forces that can arise during major temperature changes in such a way that they do not fully affect the temperature-stable element or the connection zone. In this way, it is possible to prevent excessive mechanical stresses from occurring in the connection zone, which can lead to cracks or detachments and which, as a consequence, can lead to leaks.

Der erfindungsgemäße Grundkörper ist daher in einer besonders bevorzugten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt zumindest einen ersten Abschnitt umfasst, welcher an den Befestigungsabschnitt angrenzt und als Übergangsabschnitt ausgebildet ist, und einen zweiten Abschnitt, welcher als Kompensationsabschnitt ausgebildet ist. Der Kompensationsabschnitt grenzt an den Halteabschnitt des Grundkörpers an. Im Sinne der Erfindung stellt der Kompensationsabschnitt Kompensationsmittel zur Verfügung, um Unterschiede im Wärmeausdehnungsverhalten bei Temperaturwechseln in den geforderten Bereichen zumindest zum Teil zu kompensieren. Der Übergangsabschnitt und der Kompensationsabschnitt bilden demnach zusammen den Rohrabschnitt des Grundkörpers und umfassen jeweils eine umlaufende Wandung, welche aneinander grenzt.In a particularly preferred embodiment, the basic body according to the invention is therefore characterized in that the tubular section comprises at least a first section which adjoins the fastening section and is designed as a transition section, and a second section which is designed as a compensation section. The compensation section is adjacent to the holding section of the base body. In terms of the invention, the compensation section provides compensation means in order to at least partially compensate for differences in the thermal expansion behavior in the event of temperature changes in the required areas. Accordingly, the transition section and the compensation section together form the tubular section of the base body and each comprise a peripheral wall which adjoins one another.

In axialer Richtung kann der Kompensationsabschnitt eine Ausdehnung aufweisen, welche wenigstens 30 %, bevorzugt wenigstens 50 % und besonders bevorzugt wenigstens 70 % der axialen Ausdehnung des Übergangsabschnitts entspricht. Dies ermöglicht eine entsprechend kompakte Bauform, da aus Stabilitätsgründen eine gewisse Mindestlänge bzw. Ausdehnung in axialer Richtung für den Übergangsabschnitt günstig sein kann.The compensation section can have an extent in the axial direction which corresponds to at least 30%, preferably at least 50% and particularly preferably at least 70% of the axial extent of the transition section. This enables a correspondingly compact design, since a certain minimum length or extension in the axial direction can be favorable for the transition section for reasons of stability.

Der Kompensationsabschnitt kann auch eine axiale Ausdehnung von 100 % der axialen Ausdehnung des Übergangsabschnitts aufweisen, was bedeutet, dass in diesem Fall beide Abschnitte in ihrer axialen Ausdehnung gleich sind. Die axiale Ausdehnung des Kompensationsabschnitts kann grundsätzlich auch größer sein als die axiale Ausdehnung des Übergangsabschnitts, wobei hier aber darauf zu achten ist, dass die Gesamtlänge des Grundkörpers nicht zu groß wird. Im Allgemeinen kann es hinreichend sein, wenn die axiale Ausdehnung des Kompensationsabschnitts nicht mehr als das Fünffache der axialen Ausdehnung des Übergangsabschnitts beträgt.The compensation section can also have an axial extent of 100% of the axial extent of the transition section, which means that in this case the axial extent of both sections is the same. In principle, the axial extent of the compensation section can also be greater than the axial extent of the transition section, but care must be taken here that the overall length of the base body does not become too large. In general, it can be sufficient if the axial extent of the compensation section is no more than five times the axial extent of the transition section.

In einer Ausführungsform weist der Kompensationsabschnitt zumindest einen verjüngten Abschnitt als Kompensationsmittel mit einer Querschnittsfläche auf, welche kleiner ist als die Querschnittsfläche des Übergangsabschnitts. Dies führt dazu, dass Hebelkräfte, welche bei den Temperaturwechseln entstehen und welche in radialer Richtung wirken können, nicht vollständig bzw. deutlich abgeschwächt von dem Befestigungsabschnitt auf den Halteabschnitt des Grundkörpers übertragen werden können. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform grenzt daher der Kompensationsabschnitt mit der verringerten Querschnittsfläche direkt an den Halteabschnitt an.In one embodiment, the compensation section has at least one tapered section as a compensation means with a cross-sectional area that is smaller than the cross-sectional area of the transition section. The result of this is that lever forces, which arise during temperature changes and which can act in the radial direction, cannot be transmitted completely or significantly weakened from the fastening section to the holding section of the base body. In a particularly preferred embodiment, the compensation section with the reduced cross-sectional area is therefore directly adjacent to the holding section.

Dies reduziert die mechanischen Spannungen, welche auf die Verbindungszone einwirken können, deutlich, wodurch die Gefahr von Ablösungen oder Rissen in der Verbindungszone minimiert und die Gefahr von Undichtigkeiten im Betrieb verringert werden kann.This significantly reduces the mechanical stresses that can act on the connection zone, as a result of which the risk of detachments or cracks in the connection zone can be minimized and the risk of leaks during operation can be reduced.

Diese Ausgestaltung ermöglicht es zudem auch, den Grundkörper kostengünstig aus mehreren Teilen zu fertigen, beispielsweise den Rohrabschnitt einerseits und den Halteabschnitt andererseits, und dann beide Bauteile dauerhaft fest miteinander zu verbinden, etwa mittels Schweißen oder Löten. Hierdurch kann auch in einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Halteabschnitt mit dem temperaturstabilen Element verbunden werden, bevor der Rohrabschnitt gefügt wird.This configuration also makes it possible to manufacture the base body inexpensively from several parts, for example the tube section on the one hand and the holding section on the other hand, and then to permanently connect both components to one another, for example by welding or soldering. In this way, also in a likewise preferred embodiment, the holding section can be connected to the temperature-stable element before the pipe section is joined.

Es hat sich gezeigt, dass bereits eine geringe Reduzierung der Querschnittsfläche um ca. 1 %, besser wenigstens 5 %, bevorzugt um wenigstens 10 % und besonders bevorzugt um wenigstens 20 % diese Hebelwirkung deutlich reduziert. Eine zu große Reduzierung der Querschnittsfläche, beispielsweise um mehr als 70 %, hat sich als ungünstig herausgestellt, da die Struktur des Grundkörpers dann insgesamt geschwächt werden oder die Steifigkeit nicht mehr gegeben sein könnte.It has been shown that even a slight reduction in the cross-sectional area by approximately 1%, better still at least 5%, preferably by at least 10% and particularly preferably by at least 20%, significantly reduces this leverage effect. Too great a reduction in the cross-sectional area, for example by more than 70%, has proven to be unfavorable since the structure of the base body could then be weakened overall or the rigidity could no longer be given.

Wenn der Halteabschnitt des Grundkörpers den gleichen Querschnitt aufweist wie der Übergangsabschnitt, führt die Verjüngung der Querschnittsfläche im Kompensationsabschnitt dazu, dass der Halteabschnitt nicht außen bündig mit dem Kompensationsabschnitt verbunden ist, sondern nach innen zur Mittenachse des Grundkörpers hin versetzt. Eine radial wirkende Kraft wird dadurch von dem Rohrabschnitt des Grundkörpers nicht mehr auf die Außenkanten des Halteabschnittes übertragen, was einer ungünstigen Krafteinleitung ähnlich einem Biegebalken entspricht, sondern die Krafteinleitung erfolgt nach innen versetzt, was die Durchbiegung verringert.If the holding section of the base body has the same cross-section as the transition section, the tapering of the cross-sectional area in the compensation section means that the holding section is not flush with the compensation section on the outside, but offset inwards towards the central axis of the base body. As a result, a radially acting force is no longer transmitted from the tubular section of the base body to the outer edges of the holding section, which corresponds to an unfavorable introduction of force similar to a bending beam, but instead the introduction of force takes place inwards, which reduces deflection.

Auf diese Weise ist es etwa auch möglich, die Befestigungsvorrichtung mittels Schweißen an einem Abgasstrang zu befestigen, ohne durch die hierbei erforderliche Wärmeeinwirkung bereits eine Vorschädigung in der Verbindungszone zwischen temperaturstabilen Element, Haltemittel und Halteabschnitt zu bewirken.In this way, it is also possible, for example, to attach the attachment device to an exhaust line by means of welding without already causing pre-damage in the connection zone between the temperature-stable element, holding means and holding section as a result of the heat action required for this.

In einer weiteren ebenfalls bevorzugten Ausführungsform umfasst der Kompensationsabschnitt zumindest einen reduzierten Abschnitt als Kompensationsmittel, bei welchem die Dicke der Wandung des Kompensationsabschnittes gegenüber der Dicke der Wandung des Übergangsabschnitts reduziert ist.In a further likewise preferred embodiment, the compensation section comprises at least one reduced section as compensation means, in which the thickness of the wall of the compensation section is reduced compared to the thickness of the wall of the transition section.

Bereits eine geringe Reduzierung der Wanddicke, etwa in einem Längenbereich von 5-10 %, kann dazu beitragen, dass der Rohrabschnitt insgesamt elastischer reagiert, insbesondere bei den geforderten Temperaturwechseln. Auch hierdurch kann die Krafteinleitung von dem Rohrabschnitt in den Halteabschnitt reduziert werden, wodurch ebenfalls unerwünschte mechanische Spannungen, welche zu Ablösungen und/oder Rissen in der Verbindungszone führen können, verringert werden können. Mechanische Spannungen infolge unterschiedlichen Ausdehnungsverhaltens von Rohrabschnitt und Halteabschnitt können als Querkraft im Übergang zum Halteabschnitt wirken und für eine hochtemperaturstabile und dauerbetriebsfeste Abdichtung ungünstig sein.Even a slight reduction in the wall thickness, for example in a length range of 5-10%, can contribute to the pipe section reacting more elastically overall, especially with the required temperature changes. In this way, too, the introduction of force from the pipe section into the holding section can be reduced, as a result of which undesired mechanical stresses, which can lead to detachments and/or cracks in the connection zone, can also be reduced. Mechanical stresses as a result of different expansion behaviors of the pipe section and the holding section can act as a transverse force in the transition to the holding section and can be unfavorable for a seal that is stable at high temperatures and has a long service life.

Dies ist dem Umstand geschuldet, dass der Halteabschnitt mit dem eingebetteten temperaturstabilen Element eine geringere Wärmeausdehnung in radialer Richtung aufweisen kann als der Grundkörper in den übrigen Abschnitten. Die Querkontraktion bei Temperaturbeanspruchung kann in dem Halteabschnitt demnach anders ausgeprägt sein als in den übrigen Abschnitten, insbesondere, sofern das temperaturstabile Element einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das Material des Grundkörpers.This is due to the fact that the holding section with the embedded temperature-stable element can have less thermal expansion in the radial direction than the base body in the other sections. The transverse contraction under thermal stress can therefore be different in the holding section than in the other sections, particularly if the temperature-stable element has a lower coefficient of thermal expansion than the material of the base body.

Eine geringe Reduzierung der Wanddicke hat insofern Vorteile, da die Strukturstabilität des Grundkörpers dadurch kaum oder nur wenig beeinträchtigt wird. Es hat sich gezeigt, dass, eine entsprechende Wandstärke im Übergangsabschnitt vorausgesetzt, eine Reduzierung um wenigstens 25 %, bevorzugt um wenigstens 35 % und besonders bevorzugt um wenigstens 40 %, insbesondere um etwa oder genau 50 %, in Verbindung mit den geforderten Temperaturen, den zusätzlichen Belastungen durch Vibrationen und den raschen Temperaturwechseln einen sehr guten Kompromiss zur Erhöhung der Elastizität ohne Schwächung der Strukturstabilität des Grundkörpers darstellt. Dies gilt beispielsweise für Grundkörper mit einer Wanddicke im Rohrabschnitt bzw. im Übergangsabschnitt von etwa 0,6 mm, wobei die Wanddicken aber auch zwischen zum Beispiel 0,4 mm und 1 mm liegen können. In einer besonders günstigen Ausführungsform beträgt die Wanddicke im Übergangsabschnitt 0,6 mm und im Kompensationsabschnitt 0,3 mm, was einer Reduzierung um 50 % entspricht. Es ist allgemein günstig, im Übergang zwischen Übergangsabschnitt zu Kompensationsabschnitt keine Kanten oder scharfkantige Einstiche vorzusehen, sondern Radien bzw. Übergangsradien, um eine Kerbwirkung zu vermeiden.A slight reduction in the wall thickness has advantages in that the structural stability of the base body is hardly or only slightly impaired. It has been shown that, assuming a corresponding wall thickness in the transition section, a reduction of at least 25%, preferably at least 35% and particularly preferably at least 40%, in particular approximately or exactly 50%, in connection with the required temperatures, the additional loads from vibrations and the rapid temperature changes represents a very good compromise for increasing the elasticity without weakening the structural stability of the base body. This applies, for example, to base bodies with a wall thickness in the tube section or in the transition section of approximately 0.6 mm, although the wall thicknesses can also be between 0.4 mm and 1 mm, for example. In a particularly favorable embodiment, the wall thickness is 0.6 mm in the transition section and 0.3 mm in the compensation section, which corresponds to a reduction of 50%. It is generally favorable not to provide any edges or sharp-edged indentations in the transition between the transition section and the compensation section, but instead to provide radii or transition radii in order to avoid a notch effect.

Eine zu starke Reduzierung der Wanddicke, etwa um mehr als 75 %, erscheint ungünstig, da dann die Querkontraktion und die sich daraus ergebenden mechanischen Spannungen in den beiden Abschnitten zu unterschiedlich ist und die Steifigkeit des Grundkörpers insgesamt gefährdet sein könnte. Die Reduzierung der Wanddicke sollte daher nicht mehr als 75 %, bevorzugt nicht mehr als 65 % und besonders bevorzugt nicht mehr als 60 % betragen.An excessive reduction in wall thickness, for example by more than 75%, appears unfavorable, since then the transverse contraction and the resulting mechanical stresses in the two sections is too different and the rigidity of the base body as a whole could be endangered. The reduction in wall thickness should therefore be no more than 75%, preferably no more than 65% and particularly preferably no more than 60%.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Kompensationsabschnitt zumindest einen auskragenden Abschnitt als Kompensationsmittel, bei welchem die Wandung in einem Winkel α mit α > 0° zu der Mittenachse des Grundkörpers steht. Die Auskragung erfolgt dabei vorzugsweise in Richtung des Halteabschnitts. In einer besonders günstigen Ausführungsform grenzt der auskragende Abschnitt direkt an den Halteabschnitt an. Dies führt in vorteilhafter Weise dazu, dass Kräfte von dem Rohrabschnitt des Grundkörpers abgefangen werden und Querkräfte besser kompensiert werden können, da der auskragende Abschnitt eine zusätzliche elastische Komponente bei unterschiedlicher Querkontraktion zur Verfügung stellt. Der Winkel α kann dabei zwischen 5° und 75°, bevorzugt zwischen 10° und 70°, und besonders bevorzugt zwischen 15° und 65 °, beispielsweise 5°, 10°, 15°, 20°, 25°, 30°, 35°, 40° oder 45°, betragen.In a further preferred embodiment, the compensation section comprises at least one projecting section as a compensation means, in which the wall is at an angle α with α>0° to the central axis of the base body. The overhang preferably takes place in the direction of the holding section. In a particularly favorable embodiment, the projecting section is directly adjacent to the holding section. This advantageously means that forces are absorbed by the tubular section of the base body and transverse forces can be better compensated for, since the projecting section provides an additional elastic component with different transverse contractions. The angle α can be between 5° and 75°, preferably between 10° and 70°, and particularly preferably between 15° and 65°, for example 5°, 10°, 15°, 20°, 25°, 30°, 35° °, 40° or 45°.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können auch mehrere Kompensationsmittel wie vorstehend dargestellt miteinander kombiniert werden, beispielsweise die Reduzierung der Wanddicke mit der Auskragung. In anderen Worten, der auskragende Rohrabschnitt umfasst den Kompensationsabschnitt mit der reduzierten Wanddicke. Auf diese Weise kann die Auskragung besonders einfach realisiert werden, und die Elastizität kann nochmals gesteigert werden.In a particularly advantageous embodiment, several compensation means can also be combined with one another as described above, for example reducing the wall thickness with the overhang. In other words, the cantilevered pipe section includes the compensation section with the reduced wall thickness. In this way, the projection can be realized in a particularly simple manner, and the elasticity can be increased again.

Der Grundkörper kann aus einem temperaturstabilen Material ausgebildet sein, bevorzugt einem temperaturstabilen Metall aus der Gruppe der Stähle, beispielsweise der Normalstähle, Edelstähle, nichtrostenden Stähle und der hochtemperaturstabilen ferritischen oder austenisitschen Stähle. Bevorzugt sind dabei Stähle, welche gut schweißbar sind und bei der Durchführung der Erfindung rostfrei bleiben.The base body can be made of a temperature-stable material, preferably a temperature-stable metal from the group of steels, for example normal steels, high-grade steels, stainless steels and high-temperature-stable ferritic or austenitic steels. Preference is given to steels which are readily weldable and remain rust-free when the invention is implemented.

Die Erfindung ermöglicht es wie vorstehend ausgeführt, in besonders vorteilhafter Weise Materialien bzw. Werkstoffe für den Grundkörper auszuwählen, welche über einen anderen, auch höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das temperaturstabile Element verfügen. Dies bedeutet, dass auch Materialien ausgewählt werden können, welche sich besonders einfach an die den Partikelstrom führenden Einheit befestigen lassen und bei den geforderten Temperaturen dauerbetriebsfest sind.As explained above, the invention makes it possible to select materials for the base body in a particularly advantageous manner, which have a different, also higher, coefficient of thermal expansion than the temperature-stable element. This means that materials can also be selected which can be attached particularly easily to the unit guiding the particle stream and which are permanently operational at the required temperatures.

Wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient des Grundkörpers größer ist als der des temperaturstabilen Elements, übt dieser eine mit ansteigender Temperatur zunehmende Zug- bzw. Druckspannung infolge unterschiedlicher Querkontraktion auf das temperaturstabile Element aus. Um dennoch auch bei den geforderten Temperaturen die Öffnung dauerbetriebsfest fluiddicht bzw. hermetisch dicht zu verschließen, ist es günstig, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials des Grundkörpers nicht höher ist als 15 * 10-6/K in einem Temperaturbereich von 20 °C bis 400 °C, bevorzugt nicht höher als 14 * 10-6/K und besonders bevorzugt nicht höher als 13 * 10-6/K.If the coefficient of thermal expansion of the base body is greater than that of the temperature-stable element, this exerts a tensile or compressive stress that increases with increasing temperature as a result of different transverse contractions on the temperature-stable element. In order to still be able to seal the opening fluid-tight or hermetically tight at the required temperatures, it is favorable if the coefficient of thermal expansion of the material of the base body is not higher than 15 * 10-6/K in a temperature range of 20 °C to 400 °C C, preferably not higher than 14*10-6/K and more preferably not higher than 13*10-6/K.

Es versteht sich, dass ein geringerer Wärmeausdehnungskoeffizient die Differenz zu dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des temperaturstabilen Elements weiter reduzieren kann und somit grundsätzlich günstiger ist, sofern die übrigen Werkstoffeigenschaften für den vorgesehenen Einsatz hinreichend sind.It goes without saying that a lower coefficient of thermal expansion can further reduce the difference to the coefficient of thermal expansion of the temperature-stable element and is therefore fundamentally more favorable if the other material properties are sufficient for the intended use.

Das Material für den Grundkörper kann somit ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend die folgenden Stähle: Thermax, beispielsweise Thermax 4016, Thermax4742, oder Thermax4762 oder Crofer22 APU oder CroFer22 H oder NiFe-basierte Materialien, beispielsweise NiFe45, NiFe47, oder bekannt unter dem Markennamen Inconel, beispielsweise Inconel 718 oder X-750, oder Stähle, beispielsweise bekannt unter den Bezeichnungen CF25, Alloy 600, Alloy 625, Alloy 690, SUS310S, SUS430, SUH446 oder SUS316, oder austenitische Stähle wie 1.4828 oder 1.4841 oder ferritische Stähle wie 1.4762 oder Incolloy 909.The material for the base body can thus be selected from the group comprising the following steels: Thermax, for example Thermax 4016, Thermax4742, or Thermax4762 or Crofer22 APU or CroFer22 H or NiFe-based materials, for example NiFe45, NiFe47, or known under the brand name Inconel , for example Inconel 718 or X-750, or steels, for example known under the designations CF25, Alloy 600, Alloy 625, Alloy 690, SUS310S, SUS430, SUH446 or SUS316, or austenitic steels such as 1.4828 or 1.4841 or ferritic steels such as 1.4762 or Incolloy 909

Das temperaturstabile Element kann scheibenförmig ausgebildet sein und insbesondere planparallele Hauptoberflächen aufweisen. Ferner verfügen auch zumindest die Hauptoberflächen vorzugsweise über eine optische Politur.The temperature-stable element can be disc-shaped and in particular have plane-parallel main surfaces. Furthermore, at least the main surfaces preferably also have an optical polish.

In anderen Ausführungsformen ist es auch möglich, das temperaturstabile Element plankonvex, plankonkav, bikonvex, bikonkav, konvexkonkav oder konkavkonvex zu formen. Hierbei kann das temperaturstabile Element auch ein Teil eines diesem zugeordneten bildgebenden Systems sein.In other embodiments, it is also possible to shape the temperature-stable element in a plano-convex, plano-concave, biconvex, biconcave, convex-concave or concave-convex manner. In this case, the temperature-stable element can also be part of an imaging system assigned to it.

Das temperaturstabile Element kann Glas, Glaskeramik oder Keramik umfassen oder daraus bestehen.The temperature-stable element can include or consist of glass, glass ceramic or ceramic.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das temperaturstabile Element Saphirglas, also synthetisches Korund. Gründe hierfür liegen in den sehr guten optischen Eigenschaften aufgrund des kristallinen Aufbaus, der hohen Härte und der besonders hohen Temperaturbeständigkeit. Aus optischen Gründen ist es günstig, wenn das temperaturstabile Element im Wesentlichen monokristallin ausgebildet ist.In a particularly preferred embodiment, the temperature-stable element comprises sapphire glass, ie synthetic corundum. The reasons for this are the very good optical properties due to the crystalline structure, the high degree of hardness and the particularly high temperature resistance. For optical reasons, it is favorable if the temperature-stable element is designed to be essentially monocrystalline.

Zudem erweist sich auch der Wärmeausdehnungskoeffizient von Saphirglas als günstig, welcher etwa 7,5 * 10-6/K (Temperaturbereich von 20 °C bis 400 °C) beträgt, da hierdurch die Differenz zu dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Grundkörpers nicht zu hoch wird.In addition, the thermal expansion coefficient of sapphire glass has also proven to be favorable, which is around 7.5 * 10-6/K (temperature range from 20 °C to 400 °C), since the difference to the thermal expansion coefficient of the base body is not too high.

In einer anderen, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform umfasst das temperaturstabile Element Quarzglas bzw. Kieselglas, welches mittels Aufschmelzen und Wiedererstarren von Quarz hergestellt werden kann. Auch hier lassen sich besonders gute optische Eigenschaften erzielen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient liegt allerdings mit etwa 0,5 * 10-6/K deutlich niedriger, was dazu führt, dass die mechanischen Spannungen bei Temperaturwechseln zwischen temperaturstabilen Element und Grundkörper im Vergleich zu Saphirglas größer sind.In another, likewise preferred embodiment, the temperature-stable element comprises quartz glass or quartz glass, which can be produced by melting and resolidifying quartz. Particularly good optical properties can also be achieved here. However, the coefficient of thermal expansion is significantly lower at around 0.5 * 10-6/K, which means that the mechanical stresses during temperature changes between the temperature-stable element and the base body are greater compared to sapphire glass.

Allgemein wird im Sinne der Erfindung daher bevorzugt, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient des temperaturstabilen Elements nicht größer ist als 9 * 10-6/K in einem Temperaturbereich von 20 °C bis 400 °C, bevorzugt nicht größer als 7,5 * 10-6/K, weiterhin bevorzugt nicht größer als 7 * 10-6/K und besonders bevorzugt nicht größer als 6,5 * 10-6/K.In general, it is therefore preferred within the meaning of the invention if the thermal expansion coefficient of the temperature-stable element is not greater than 9*10-6/K in a temperature range from 20° C. to 400° C., preferably not greater than 7.5*10-6/K. K, further preferably not greater than 7*10-6/K and particularly preferably not greater than 6.5*10-6/K.

Erfindungsgemäß kann der Betrag der Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem temperaturstabilen Element und dem Grundkörper wenigstens 2,5 * 10-6/K, bevorzugt mehr als 3 * 10-6/K und besonders bevorzugt mehr als 4 * 10-6/K betragen. Diese Differenz sollte allerdings auch nicht zu hoch sein, da sonst selbst die vorstehend beschriebenen Kompensationsmittel nicht ausreichen könnten, um die auftretenden Spannungen sicher abzufangen. Die Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem temperaturstabilen Element und dem Grundkörper sollte daher nicht mehr als 20 * 10-6/K, bevorzugt nicht mehr als 15 * 10-6/K betragen.According to the invention, the amount of the difference in thermal expansion coefficients between the temperature-stable element and the base body can be at least 2.5*10 -6 /K, preferably more than 3*10 -6 /K and particularly preferably more than 4*10 -6 /K . However, this difference should not be too high either, since otherwise even the compensation means described above might not be sufficient to reliably absorb the stresses that occur. The difference in the thermal expansion coefficients between the temperature-stable element and the base body should therefore not be more than 20*10 -6 /K, preferably not more than 15*10 -6 /K.

Zum Haltern des temperaturstabilen Elementes in der Öffnung des Grundkörpers kann ein Haltemittel vorgesehen oder umfasst sein, vorzugsweise zur Ausbildung einer hochtemperaturstabilen und/oder mechanisch hochfesten Fügeverbindung.A holding means can be provided or included for holding the temperature-stable element in the opening of the base body, preferably for forming a high-temperature-stable and/or mechanically high-strength joint.

Grundsätzlich sind beispielsweise Laserschweißen oder Metalllote, insbesondere Hartlote, denkbar. Zur Herstellung von stabilen Fügeverbindungen, die betrieblich sehr hohen Temperaturen ausgesetzt sein sollen, beispielsweise Temperaturen von 400 °C oder mehr, bieten sich bestimmte Lotgläser an, die zum einen diesen hohen Temperaturen standhalten und zum anderen in ihrem Ausdehnungsverhalten den zu fügenden Materialien angepasst sein können. Dies ermöglicht es, die Fügeverbindungen fluiddicht bzw. hermetisch dicht auszubilden und dabei auch dauerbetriebsfest.In principle, for example, laser welding or metal solders, in particular hard solders, are conceivable. For the production of stable joints that are to be exposed to very high temperatures during operation, for example temperatures of 400 °C or more, certain solder glasses are available which on the one hand withstand these high temperatures and on the other hand can be adapted in their expansion behavior to the materials to be joined . This makes it possible to design the joints to be fluid-tight or hermetically-tight and, at the same time, to be durable.

Kommerziell erhältliche Glaslote mit hoher thermischer Ausdehnung weisen allerdings im Allgemeinen niedrige Einschmelztemperaturen auf, womit ihre thermische Stabilität begrenzt ist und diese Glaslote somit nicht bei hohen Temperaturen einsetzbar sind.However, commercially available glass solders with high thermal expansion generally have low melting temperatures, which means that their thermal stability is limited and these glass solders cannot therefore be used at high temperatures.

Erfindungsgemäß wird daher als Haltemittel ein kristallisierbares oder zumindest teilweise kristallisiertes Glas vorgeschlagen. Ein derartiges kristallisierbares oder zumindest teilweise kristallisiertes Glas wird in der Patentanmeldung EP 19 181 866.5 der Anmelderin vorgeschlagen, welche hiermit vollumfänglich inkorporiert und zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.According to the invention, a crystallizable or at least partially crystallized glass is therefore proposed as the holding means. Such a crystallizable or at least partially crystallized glass is described in the patent application EP 19 181 866.5 proposed by the applicant, which is hereby fully incorporated and made the subject of the present application.

Das kristallisierbare bzw. zumindest teilweise kristallisierte Glas nach den in diesem Dokument beschriebenen Ausführungsformen erlaubt die Ausbildung von hochtemperaturstabilen und/oder mechanisch hochfesten Fügeverbindungen. So ist es mit einem kristallisierbaren bzw. zumindest teilweise kristallisierten Glas möglich, ein besonders stabiles Gefüge im zumindest teilweise kristallisierten Glas auszubilden, insbesondere ein Gefüge, welches auch bei hohen Temperaturen oberhalb von 400 °C, bevorzugt oberhalb von 500 °C und besonders bevorzugt oberhalb von 600 °C oder sogar bis 1000 °C oder darüber mechanisch stabil ausgebildet ist.The crystallizable or at least partially crystallized glass according to the embodiments described in this document allows the formation of high-temperature-stable and/or mechanically high-strength joints. With a crystallizable or at least partially crystallized glass, it is possible to form a particularly stable structure in the at least partially crystallized glass, in particular a structure which is stable even at high temperatures above 400° C., preferably above 500° C. and particularly preferably above is mechanically stable from 600 ° C or even up to 1000 ° C or more.

Die Erfindung umfasst demnach in einer bevorzugten Ausführungsform ein temperaturstabiles Element, welches über ein Haltemittel zur Ausbildung einer Fügeverbindung in einer Öffnung eines Grundkörpers gehaltert ist, umfassend ein zumindest teilweise kristallisiertes Glas, wobei das zumindest teilweise kristallisierte Glas einen Restglasanteil von weniger als 10 %, vorzugsweise von weniger als 5 %, bezogen auf das Volumen, umfasst. Das zumindest teilweise kristallisierte Glas umfasst dabei Kristallaggregate. Die Kristallaggregate sind gebildet aus einer Vielzahl von Kristalliten. Vorzugsweise sind die Kristallite nadelig und/oder plättchenförmig ausgebildet. Vorzugsweise können die Kristallite radialstrahlig, wie sphärolithisch und/oder fächerförmig, und/oder stabförmig und/oder plättchenförmig das zumindest teilweise kristallisierte Glas durchsetzend angeordnet sein.The invention therefore comprises, in a preferred embodiment, a temperature-stable element which is held in an opening of a base body by means of a holding means for forming a joint, comprising an at least partially crystallized glass, the at least partially cris tallized glass comprises a residual glass content of less than 10%, preferably less than 5% by volume. The at least partially crystallized glass includes crystal aggregates. The crystal aggregates are formed from a large number of crystallites. The crystallites are preferably needle-like and/or plate-like. Preferably, the crystallites can be arranged radially, such as spherulitic and/or fan-shaped, and/or rod-shaped and/or flake-shaped, penetrating the at least partially crystallized glass.

Eine derartige Ausgestaltung der Fügeverbindung zum Haltern des temperaturstabilen Elementes weist eine Reihe von Vorteilen auf.Such a design of the joint for holding the temperature-stable element has a number of advantages.

Insbesondere wird durch den geringen Restglasanteil von weniger als 10 Vol.-%, vorzugsweise sogar von weniger als 5 Vol.-%, eine hohe Formstabilität der Fügeverbindung erzielt. Die hohe Formstabilität der Fügeverbindung wird weiterhin vorteilhaft dadurch gewährleistet, dass die vom kristallisierten Glas umfassten Kristallite aggregiert sind. Eine nadelige und/oder plättchenförmige Ausbildung der Kristallite ist dabei besonders vorteilhaft. Die Erfinder haben herausgefunden, dass die nadelige und/oder plättchenförmige Ausbildung der Kristallite in den Kristallaggregaten zu einer mechanisch stabilen Ausbildung des zumindest teilweise kristallisierten Glases führt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die vorzugsweise nadelig und/oder plättchenförmig ausgebildeten Kristallite beispielsweise sphärolithisch und/oder fächerförmig und/oder stabförmig bzw. plättchenförmig das zumindest teilweise kristallisierte Glas durchsetzend angeordnet sind.In particular, due to the low residual glass content of less than 10% by volume, preferably even less than 5% by volume, high dimensional stability of the joint is achieved. The high dimensional stability of the joint is furthermore advantageously ensured by the fact that the crystallites comprised by the crystallized glass are aggregated. A needle-like and/or lamellar formation of the crystallites is particularly advantageous. The inventors have found that the needle-like and/or lamellar formation of the crystallites in the crystal aggregates leads to a mechanically stable formation of the at least partially crystallized glass. This is particularly the case when the crystallites, which are preferably needle-shaped and/or platelet-shaped, are arranged, for example, spherulitically and/or fan-shaped and/or rod-shaped or platelet-shaped, penetrating the at least partially crystallized glass.

Es wird vermutet, dass es durch die vorzugsweise nadelige und/oder plättchenförmige Ausbildung der Kristallite und deren Anordnung in beispielsweise Sphärolithen oder radialstrahlig oder auch stabförmig-regellos das zumindest teilweise kristallisierte Glas durchsetzend es zu einer Verzahnung der Kristallite kommt, was die mechanische Stabilität des zumindest teilweise kristallisierten Glases, beispielsweise gegen Scher-, Druck- oder Zugkräfte, vorteilhaft erhöht. Diese Verzahnung kann auch in der Form erfolgen, dass eine Art „Kartenhausstruktur“ vorliegt.It is assumed that the preferably needle-like and/or platelet-shaped formation of the crystallites and their arrangement in spherulites, for example, or radially or also rod-shaped-randomly penetrating the at least partially crystallized glass, results in interlocking of the crystallites, which affects the mechanical stability of the at least partially crystallized glass, for example against shearing, compressive or tensile forces, advantageously increased. This interlocking can also take the form of a kind of "house of cards" structure.

Die Kristallite können auch plättchenförmig ausgebildet sein, also als kleine Plättchen das kristallisierte Glas durchsetzen. Im Schnittbild stellt sich eine solche Ausbildung ebenfalls als Stab dar, weswegen eine Unterscheidung im Einzelfall schwierig ist. Als Plättchen wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eine geometrische Form verstanden, bei welchem die laterale Abmessung in einer Raumrichtung eines kartesischen Koordinatensystems (die Dicke) eine Größenordnung geringer ausgebildet ist als die lateralen Abmessungen (Länge, Breite) in den beiden anderen, zur ersten Richtung senkrechten Richtungen.The crystallites can also be in the form of flakes, ie penetrate the crystallized glass as small flakes. In the sectional view, such a design also appears as a rod, which is why it is difficult to distinguish in individual cases. In the context of the present disclosure, a platelet is understood to be a geometric shape in which the lateral dimension in one spatial direction of a Cartesian coordinate system (the thickness) is an order of magnitude smaller than the lateral dimensions (length, width) in the other two, to the first direction perpendicular directions.

Das Glas umfasst dabei vorzugsweise: La2O3 größer 0,3 Mol-% bis kleiner 5 Mol-%, vorzugsweise kleiner oder gleich 4,5 Mol-%, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 4 Mol-%, Nb2O5 0 Mol-% bis 9 Mol-%, Ta2O5 0 Mol-% bis 7 Mol-%, wobei Σ (A2O5) größer 0,2 Mol-% bis 9 Mol-%, wobei A ein Element ist, welches in Oxiden üblicherweise die Oxidationszahl V+ aufweist, und beispielsweise Nb und/oder Ta oder P und / oder Mischungen hiervon umfasst oder umfassen kann.The glass preferably includes: La2O3 _ greater than 0.3 mol% to less than 5 mol%, preferably less than or equal to 4.5 mol%, particularly preferably less than or equal to 4 mol%, Nb2O5 _ 0 mole % to 9 mole %, Ta2O5 _ 0 mole % to 7 mole %, whereby Σ (A 2 O 5 ) greater than 0.2 mol% to 9 mol%, where A is an element which usually has the oxidation number V+ in oxides, and includes or can include, for example, Nb and/or Ta or P and/or mixtures thereof.

Es hat sich gezeigt, dass eine feste Fügeverbindung, beispielsweise eine hochtemperaturstabile und/oder eine mechanisch hochbelastbare Fügeverbindung, durch eine ausreichende, d.h. eine in den oben genannten Grenzen liegende, Zugabe der Oxide La2O3, Ta2O5 und / oder Nb2O5 sowie ggf. weiterer Oxide des Zusammensetzung A2O5 erzielt werden kann.It has been shown that a strong joint, for example a high-temperature stable and/or mechanically highly resilient joint, can be achieved by adding the oxides La 2 O 3 , Ta 2 O 5 and/or Nb 2 O 5 and optionally other oxides of the composition A 2 O 5 can be achieved.

Die Oxide La2O3, Nb2O5 und Ta2O5 sowie gegebenenfalls weitere vom Glas umfasste Oxide A2O5 werden dabei im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auch als „Glasmatrix bildende Oxide“ bezeichnet, wobei unter diesem Begriff zu verstehen ist, dass solche Oxide nach der thermischen Behandlung des kristallisierbaren Glases, also wenn das Glas als zumindest teilweise kristallisiertes Glas vorliegt, zunächst in der Glasmatrix verbleiben. Der Begriff der „Glasmatrix-bildende Oxide“ unterscheidet sich damit vom allgemeineren Begriff der „glasbildenden Oxide“.The oxides La 2 O 3 , Nb 2 O 5 and Ta 2 O 5 and possibly other oxides A 2 O 5 comprised by the glass are also referred to as “glass matrix-forming oxides” within the scope of the present disclosure, which is to be understood by this term That such oxides after the thermal treatment of the crystallizable glass, so when the glass is present as at least partially crystallized glass, first in the glass matrix remain. The term “glass matrix-forming oxides” thus differs from the more general term “glass-forming oxides”.

Insbesondere sind die Oxide von MgO und CaO im Rahmen der vorliegenden Offenbarung keine Glasmatrix-bildenden Oxide, auch wenn beispielsweise CaO ein üblicher Bestandteil herkömmlicher Gläser, beispielsweise von Kalk-Natron-Gläsern, ist. In den Gläsern gemäß Ausführungsformen der Erfindung werden Oxide wie CaO und MgO in die Kristallphasen eingebaut, verbleiben also gerade nicht in der Glasmatrix und sind daher auch keine Glasmatrix-bildenden Oxide.In particular, in the context of the present disclosure, the oxides of MgO and CaO are not oxides that form a glass matrix, even if, for example, CaO is a common component of conventional glasses, for example of soda-lime glasses. In the glasses according to embodiments of the invention, oxides such as CaO and MgO are incorporated into the crystal phases, ie they just do not remain in the glass matrix and are therefore also not glass matrix-forming oxides.

Es ist aber durchaus möglich, dass zumindest ein Teil der Glasmatrix-bildenden Oxide, beispielsweise La2O3, im weiteren Verlauf der Keramisierung zumindest teilweise in Kristallphasen eingebaut werden können. Jedoch verbleibt normalerweise ein wenn auch geringer Restgehalt an glasiger Phase, welcher insbesondere durch die Glasmatrix-bildenden Oxide gebildet wird.However, it is quite possible that at least some of the oxides forming the glass matrix, for example La 2 O 3 , can be incorporated at least partially in crystal phases in the further course of the ceramization. However, a residual content of the glassy phase, albeit a small one, usually remains, which is formed in particular by the oxides forming the glass matrix.

Die Ausbildung der Fügeverbindung mit den Oxiden La2O3 sowie Nb2O5 und/oder Ta2O5 sowie ggf. weiterer Oxide A2O5 in den oben genannten Grenzen ist vorteilhaft, da das zumindest teilweise kristallisierte Glas auf diese Weise besonders günstig so ausgestaltet ist, dass während einer Temperaturbehandlung zur Erzeugung der Verbindung ein Anglasen erfolgt. Auf diese Weise wird also besonders vorteilhaft eine feste Verbindung zwischen den einzelnen Teilen der Fügeverbindung erzeugt, insbesondere eine feste Verbindung des zumindest teilweise kristallisierten Glases an den Fügepartner, vorliegend also dem Grundkörper und dem temperaturstabilen Element, ermöglicht.The formation of the joint with the oxides La 2 O 3 and Nb 2 O 5 and / or Ta 2 O 5 and possibly other oxides A 2 O 5 within the above limits is advantageous because the at least partially crystallized glass in this way particularly is favorably designed in such a way that glazing takes place during a heat treatment to produce the connection. In this way, a firm connection between the individual parts of the joint is particularly advantageously produced, in particular a firm connection of the at least partially crystallized glass to the joint partner, in this case the base body and the temperature-stable element, is made possible.

Die Begrenzung der Glasmatrix bildenden Oxide in den vorgenannten Grenzen stellt jedoch vorteilhaft sicher, dass gleichzeitig eine hohe Temperaturstabilität und/oder eine hohe mechanische Festigkeit des Fügeverbundes gegeben ist.However, limiting the oxides forming the glass matrix within the above-mentioned limits advantageously ensures that high temperature stability and/or high mechanical strength of the joint compound is provided at the same time.

Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird als kristallisierbares Glas ein Glas verstanden, welches einer Kristallisation, insbesondere einer gesteuerten oder zumindest steuerbaren Kristallisation, zugänglich ist. Unter einer gesteuerten Kristallisation wird hierbei verstanden, dass durch eine gezielte Temperaturbehandlung das kristallisierbare Glas in einen Zustand überführt werden kann, in welchem das Glas zumindest teilweise kristallisiert vorliegt und wobei die kristallographischen Zusammensetzung des zumindest teilweise kristallisierten Glases und / oder dessen Gefüge, d.h. die räumliche Anordnung und / oder die Größe der vom zumindest teilweise kristallisierten Glas umfassten Kristalle und / oder Kristallite vorzugsweise gezielt eingestellt wird.Within the scope of the present disclosure, crystallizable glass is understood to mean a glass which is accessible to crystallization, in particular to controlled or at least controllable crystallization. Controlled crystallization is understood here to mean that the crystallizable glass can be converted into a state in which the glass is at least partially crystallized and where the crystallographic composition of the at least partially crystallized glass and/or its structure, i.e. the spatial Arrangement and / or the size of the at least partially crystallized glass comprised crystals and / or crystallites is preferably adjusted in a targeted manner.

Vorzugsweise kann durch eine gesteuerte Kristallisation beispielsweise ein Gefüge erhalten werden, bei welchem die Kristallite eine im Wesentlichen einheitliche Größe beispielsweise im einstelligen Mikrometerbereich aufweisen, also beispielsweise alle Kristallite einen Äquivalentdurchmesser von etwa 1 µm bis 3 µm aufweisen. Selbstverständlich sind auch andere Gefüge mit größeren oder kleineren Kristalliten möglich.Controlled crystallization can preferably be used, for example, to obtain a structure in which the crystallites have an essentially uniform size, for example in the one-digit micrometer range, ie for example all crystallites have an equivalent diameter of about 1 μm to 3 μm. Of course, other structures with larger or smaller crystallites are also possible.

Sofern das zumindest teilweise kristallisierte Glas mehrere unterschiedliche Kristallphasen umfasst, ist es auch möglich, dass die durchschnittliche Kristall- oder Kristallitgröße innerhalb einer Kristallphase relativ ähnlich ist, jedoch möglicherweise zwischen den einzelnen Kristallphasen hinsichtlich der Kristallitgröße starke Unterschiede bestehen.If the at least partially crystallized glass comprises several different crystal phases, it is also possible that the average crystal or crystallite size within a crystal phase is relatively similar, but there may be strong differences between the individual crystal phases in terms of crystallite size.

Im Gegensatz zur vorzugsweise gesteuerten oder steuerbaren Kristallisation ist die spontane Kristallisation eines Glases zu sehen, bei der unerwartet Kristallphasen, häufig auch unerwünschte Kristallphasen auftreten und insbesondere auch eine vollständige Entglasung auftreten kann.In contrast to the preferably controlled or controllable crystallization, the spontaneous crystallization of a glass is to be seen in which unexpected crystal phases, frequently also undesired crystal phases, occur and, in particular, complete devitrification can also occur.

Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird unter einem Kristallaggregat oder unter einer Kristallvergesellschaftung eine Verwachsung von mindestens zwei Kristallen oder Kristalliten verstanden. Die Kristalle oder Kristallite können dabei insbesondere regellos miteinander verwachsen sein. Dies bedeutet, dass die einzelnen Kristallite oder Kristalle eines Aggregats nicht entlang einer Vorzugsrichtung oder entlang einer bestimmten Kristallebene miteinander verwachsen sein müssen.In the context of the present disclosure, a crystal aggregate or a crystal association is understood to mean an intergrowth of at least two crystals or crystallites. The crystals or crystallites can, in particular, grow together randomly. This means that the individual crystallites or crystals of an aggregate do not have to grow together along a preferred direction or along a specific crystal plane.

Unter einer nadeligen Ausbildung eines Kristalls oder eines Kristallits wird verstanden, dass der Kristall oder Kristallit eine Richtung aufweist, in der seine Abmessung mindestens eine Größenordnung größer ist als die Abmessungen in den beiden anderen Raumrichtungen. Mit anderen Worten kann ein Kristall oder Kristallit mit einer nadeligen Ausbildung nadelförmig oder stabförmig oder in Form eines Prismas ausgebildet sein, wobei die lateralen Abmessungen der prismatischen Grundform mindestens eine Größenordnung kleiner sind als die Länge des Kristalls oder Kristallits. Solche Kristalle oder Kristallite werden auch als prismatisch ausgebildet bezeichnet.A needle-like formation of a crystal or a crystallite is understood to mean that the crystal or crystallite has a direction in which its dimensions are at least one order of magnitude larger than the dimensions in the other two spatial directions. In other words, a crystal or crystallite with an acicular formation can be acicular or rod-shaped or in the form of a prism, the lateral dimensions of the prismatic basic shape being at least one order of magnitude small ner than the length of the crystal or crystallite. Such crystals or crystallites are also referred to as having a prismatic design.

Die Kristallite können auch plättchenförmig ausgebildet sein, also als kleine Plättchen das kristallisierte Glas durchsetzen. Im Schnittbild stellt sich eine solche Ausbildung ebenfalls als Stab dar, weswegen eine Unterscheidung im Einzelfall schwierig ist.The crystallites can also be in the form of flakes, ie penetrate the crystallized glass as small flakes. In the sectional view, such a design also appears as a rod, which is why it is difficult to distinguish in individual cases.

Unter einer radialstrahligen Anordnung von Kristallen oder Kristalliten wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung verstanden, dass nadelig oder plättchenförmig ausgebildete Kristalle, beispielsweise nadelförmige oder prismatische Kristalle oder Kristallite um ein Zentrum herum angeordnet sind, sodass ein Ende in Richtung desselben Punktes zeigt und das jeweilige andere Ende in unterschiedliche Raumrichtungen radial nach außen zeigt. Beispielsweise können sich die Enden, welche in Richtung des Zentrums zeigen, am zentralen Punkt berühren.In the context of the present disclosure, a radial arrangement of crystals or crystallites is understood to mean that crystals of needle or platelet form, for example needle-shaped or prismatic crystals or crystallites, are arranged around a center so that one end points in the direction of the same point and the respective other end points radially outwards in different spatial directions. For example, the ends pointing toward the center may touch at the central point.

Dies ist jedoch nicht notwendig. Eine solche Ausbildung von Kristallaggregaten, die von einem Zentrum aus radial nach außen zeigen, liegt beispielsweise in Form einer sphärolithischen Ausbildung eines Kristallaggregats vor. Eine solche sphärolithische Ausbildung ist eine annähernd kugelige oder ellipsoide Ausgestaltung des Kristallaggregats und kann in zweidimensionaler Darstellung annähernd die Form eines Kreises aufweisen. In der Praxis kommt es jedoch aufgrund der Verwachsungen von Kristallen und Kristallaggregaten in einem Gefüge oft zur Abweichung von der idealen kugeligen oder kreisförmigen Ausbildung eines Sphäroliths. Insbesondere können die den Sphärolith bildenden Kristalle oder Kristallite unterschiedliche Längen und/oder Dicken aufweisen.However, this is not necessary. Such a formation of crystal aggregates, which point radially outwards from a center, is present, for example, in the form of a spherulitic formation of a crystal aggregate. Such a spherulitic formation is an approximately spherical or ellipsoidal configuration of the crystal aggregate and can have approximately the shape of a circle in a two-dimensional representation. In practice, however, due to the intergrowth of crystals and crystal aggregates in a structure, there is often a deviation from the ideal spherical or circular shape of a spherulite. In particular, the crystals or crystallites forming the spherulite can have different lengths and/or thicknesses.

Eine weitere Ausgestaltung einer radialstrahligen Anordnung ist eine fächerförmige Ausbildung im zweidimensionalen Schnitt. Beispielsweise ist es möglich, dass eine Ausbildung der Kristalle oder Kristallite in einer bestimmten Raumrichtung im Gefüge nicht möglich ist. Die Kristallite oder Kristalle streben auch hier von einem Zentrum nach außen, jedoch nur innerhalb eines bestimmten Raumwinkels.A further configuration of a radial arrangement is a fan-shaped design in a two-dimensional section. For example, it is possible that it is not possible for the crystals or crystallites to form in a specific spatial direction in the structure. Here, too, the crystallites or crystals strive outwards from a center, but only within a certain solid angle.

Unter einer stabförmig oder plättchenförmig durchsetzenden Anordnung wird verstanden, dass die einzelnen Kristalle oder Kristallite nicht von einem gemeinsamen Zentrum aus in unterschiedliche Raumrichtungen nach außen streben, sondern regellos, beispielsweise ohne ausgesprochene Vorzugsrichtung, angeordnet sind. Insbesondere können die Kristallite oder Kristalle gegeneinander verzahnt angeordnet sein. Eine solche Struktur kann beispielsweise auch mit dem Aufbau eines „Kartenhauses“ verglichen werden, bei welchem die einzelnen Plättchen (wie die Karten eines Kartenhauses) gegeneinander angeordnet sind und eine stabile Struktur bilden.A rod-shaped or platelet-shaped arrangement is understood to mean that the individual crystals or crystallites do not strive outwards from a common center in different spatial directions, but are arranged randomly, for example without a pronounced preferred direction. In particular, the crystallites or crystals can be arranged interlocked with one another. Such a structure can also be compared, for example, to the construction of a "house of cards", in which the individual tiles (like the cards in a house of cards) are arranged opposite one another and form a stable structure.

Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird unter einem Kristallisationskeim ein Ausgangspunkt für eine Kristallisation verstanden. Der Kristallisationskeim begünstigt die Anlagerung von Atomen zum Aufbau eines kristallinen Gitters beispielsweise thermodynamisch oder kinetisch. Insbesondere kann es sich bei einem Kristallisationskeim um eine Gitterfehlstehle und/oder eine Anordnung von Atomen handeln. Häufig können Grenzflächen Ausgangspunkte für Kristallisation sein bzw. umfassen Grenzflächen solche Ausgangspunkte für eine Kristallisation.In the context of the present disclosure, a crystallization nucleus is understood to mean a starting point for crystallization. The crystallization nucleus favors the addition of atoms to build up a crystalline lattice, for example thermodynamically or kinetically. In particular, a crystallization nucleus can be a lattice defect and/or an arrangement of atoms. Frequently, interfaces can be starting points for crystallization or include such starting points for crystallization.

Gemäß einer Ausführungsform der Fügeverbindung umfassen die Kristallite zumindest teilweise an den Korngrenzen Kristallisationskeime und/oder sind an den Korngrenzen der Kristallite zumindest teilweise Anreicherungen umfassend Lanthan, insbesondere umfassend Lanthanverbindungen, angeordnet.According to one embodiment of the joint, the crystallites at least partially comprise crystallization nuclei at the grain boundaries and/or at least partially enrichments comprising lanthanum, in particular comprising lanthanum compounds, are arranged at the grain boundaries of the crystallites.

Eine solche Ausgestaltung einer Fügeverbindung ist vorteilhaft, um die Ausbildung einer besonders festen Verbindung zwischen zumindest teilweise kristallisiertem Glas und Fügepartner zu ermöglichen. Sofern die Kristallite zumindest teilweise an den Korngrenzen Kristallisationskeime umfassen, fördert dies die Ausbildung des Gefüges des zumindest teilweise kristallisierten Glases umfassend Kristallaggregate mit beispielsweise radialstrahliger oder stabförmig oder plättchenförmig durchsetzender Anordnung, beispielsweise in der Art eines Kartenhauses.Such an embodiment of a joint connection is advantageous in order to enable the formation of a particularly strong connection between at least partially crystallized glass and the joint partner. If the crystallites at least partially include crystallization nuclei at the grain boundaries, this promotes the formation of the structure of the at least partially crystallized glass comprising crystal aggregates with, for example, a radial or rod-shaped or platelet-shaped arrangement, for example in the manner of a house of cards.

Dies ist ebenfalls der Fall, wenn an den Korngrenzen der Kristallite zumindest teilweise Anreicherungen umfassend Lanthan, insbesondere umfassend Lanthanverbindungen, angeordnet sind. Die Erfinder vermuten, dass Anreicherungen von Lanthan, beispielsweise von Lanthanverbindungen, als effektive Kristallisationskeime wirken können.This is also the case if at least some enrichments comprising lanthanum, in particular comprising lanthanum compounds, are arranged at the grain boundaries of the crystallites. The inventors suspect that accumulations of lanthanum, for example lanthanum compounds, can act as effective crystallization nuclei.

Gemäß einer Ausführungsformen umfasst das Glas SiO2 30 Mol-% bis 40 Mol-%, Al2O3 3 Mol-% bis 12 Mol-%, CaO 32 Mol-% bis 46 Mol-%, MgO 5 Mol-% bis 15 Mol-%, ZnO 0 Mol-% bis 10 Mol-%, sowie optional ZrO2 0 Mol-% bis 4 Mol-%, vorzugsweise höchstens 3 Mol-%, und/oder TiO2 0 Mol-% bis 4 Mol-%, vorzugsweise höchstens 3 Mol-%, und/oder MnO2 0 Mol-% bis 5 Mol-%. According to one embodiment, the glass comprises SiO 2 30 mol% to 40 mol%, Al2O3 _ 3 mole % to 12 mole %, CaO 32 mol% to 46 mol%, MgO 5 mole % to 15 mole %, ZnO 0 mol% to 10 mol%, as well as optional ZrO 2 0 mol% to 4 mol%, preferably at most 3 mole %, and/or TiO 2 0 mol% to 4 mol%, preferably at most 3 mole %, and/or MnO 2 0 mole% to 5 mole%.

Optional können gemäß einer Ausführungsform TiO2, ZrO2 und/oder MnO2 vom Glas umfasst sein. Jedoch ist der Gehalt dieser Komponenten im Glas begrenzt. Insbesondere werden TiO2 und ZrO2, welches bekannte Keimbildner sind, im kristallisierbaren Glas als Keimbildner nicht benötigt. Darüber hinaus kann ihre Anwesenheit störend sein, da im ungünstigsten Fall für die vorliegende Anwendung unerwünschte niedrigdehnende Kristallphasen entstehen können.According to one embodiment, TiO 2 , ZrO 2 and/or MnO 2 can optionally be included in the glass. However, the content of these components in the glass is limited. In particular, TiO 2 and ZrO 2 , which are known nucleating agents, are not required as nucleating agents in the crystallizable glass. In addition, their presence can be disruptive since, in the most unfavorable case, undesired low-expansion crystal phases can form for the present application.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt der Gehalt des Glases an CaO zwischen mindestens 35 Mol-% und höchstens 46 Mol-%, vorzugsweise zwischen mindestens 35 Mol-% und weniger als 43,5 Mol-% und/oder der Gehalt des Glases an MgO beträgt zwischen 5 Mol-% und weniger als 13 Mol-%.According to a further embodiment, the CaO content of the glass is between at least 35 mol % and at most 46 mol %, preferably between at least 35 mol % and less than 43.5 mol % and/or the glass has an MgO content between 5 mole % and less than 13 mole %.

Die gemäß einer Ausführungsform begrenzten Gehalte des Glases an CaO und/oder an MgO sind darauf zurückzuführen, dass auf diese Weise die Stabilität des kristallisierbaren Glases gegen spontane Kristallisation weiter erhöht wird. So handelt es sich bei CaO und MgO jeweils um Komponenten, welche in die Kristallphasen eingebaut werden, die durch thermische Behandlung des kristallisierbaren Glases entstehen. Wie vorstehend ausgeführt, ist es hierbei für die adressierten Anwendungen von besonderer Bedeutung, dass Kristallphasen mit einem hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten erhalten werden. Um zu fördern, dass überwiegend gerade die gewünschten Kristallphasen mit hohem thermischen Ausdehnungskoeffizienten erhalten werden, werden daher bevorzugt die Gehalte des Glases an CaO und MgO wie vorstehend ausgeführt weiter begrenzt. Diese Begrenzung dient insbesondere dazu, die Entstehung von Wollastonit, Enstatit oder Diopsid bzw. von Mischkristallen dieser kristallinen Phasen zumindest soweit als möglich zu verhindern oder sogar gänzlich zu unterbinden.The limited contents of CaO and/or MgO in the glass according to one embodiment are due to the fact that in this way the stability of the crystallizable glass against spontaneous crystallization is further increased. Thus, CaO and MgO are components that are incorporated into the crystal phases that result from thermal treatment of the crystallizable glass. As explained above, it is of particular importance for the addressed applications that crystal phases with a high thermal expansion coefficient are obtained. In order to promote the fact that predominantly precisely the desired crystal phases with a high thermal expansion coefficient are obtained, the contents of CaO and MgO in the glass are therefore preferably further limited, as explained above. This limitation serves in particular to prevent or even completely prevent the formation of wollastonite, enstatite or diopside or mixed crystals of these crystalline phases at least as far as possible.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt das Glas als kristallisierbares Glas vor und weist eine Transformationstemperatur von mehr als 720 °C auf.According to a further embodiment, the glass is present as a crystallizable glass and has a transformation temperature of more than 720°C.

Die Transformationstemperatur eines Glases ist eine wichtige charakteristische Größe, in der sich sowohl Verarbeitungseigenschaften dieses Glases als auch dessen thermische Beständigkeit widerspiegeln. Insbesondere geht mit einer hohen Transformationstemperatur des Glases auch eine hohe Formbeständigkeit des Glases einher.The transformation temperature of a glass is an important characteristic value that reflects both the processing properties of this glass and its thermal stability. In particular, a high glass transformation temperature is also accompanied by high dimensional stability of the glass.

Vorzugsweise weist daher das kristallisierbare Glas gemäß einer Ausführungsform eine besonders hohe Formstabilität auf, was sich in der angegebenen hohen Transformations- oder Glasübergangstemperatur Tg von 720 °C oder mehr widerspiegelt.According to one embodiment, therefore, the crystallizable glass preferably has a particularly high dimensional stability, which is reflected in the indicated high transformation or glass transition temperature T g of 720° C. or more.

Gemäß einer Ausführungsform des Haltemittels beträgt der Wärmeausdehnungskoeffizient des kristallisierbaren Glases in einem Temperaturbereich von 20 °C bis 300 °C mehr als 8 * 10-6/K sowie vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 20 °C bis 700 °C mehr als 9 * 10-6/K. Auf diese Weise ist vorteilhaft bereits mit dem kristallisierbaren Glas vor dem Abschluss der thermischen Behandlung zur Herstellung der vorzugsweise hermetisch dichten Verbindung eine gute Anpassung des glasigen Materials an den Wärmeausdehnungskoeffizienten der zu fügenden Materialien des Grundkörpers möglich.According to one embodiment of the holding means, the thermal expansion coefficient of the crystallizable glass is more than 8*10 -6 /K in a temperature range from 20 °C to 300 °C and preferably in a temperature range from 20 °C to 700 °C more than 9*10 - 6 /K In this way, good adaptation of the vitreous material to the coefficient of thermal expansion of the materials of the base body to be joined is advantageously already possible with the crystallizable glass before the end of the thermal treatment for producing the preferably hermetically sealed connection.

Die Transformationstemperatur Tg ist bestimmt durch den Schnittpunkt der Tangenten an die beiden Äste der Ausdehnungskurve beim Messung mit einer Heizrate von 5K/min. Dies entspricht einer Messung nach ISO 7884-8 bzw. DIN 52324.The transformation temperature T g is determined by the point of intersection of the tangents on the two branches of the expansion curve when measured at a heating rate of 5 K/min. This corresponds to a measurement according to ISO 7884-8 or DIN 52324.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Haltemittel ein kristallisierbares oder zumindest teilweise kristallisiertes Glas vorgeschlagen, wobei das zumindest teilweise kristallisierte Glas eine Porosität aufweist. Diese kann zur Grenzfläche des zumindest teilweise kristallisierten Glases mit dem Fügepartner hin abnehmen, und/oder strukturiert verteilt angeordnet sein.According to a further preferred embodiment of the invention, a crystallizable or at least partially crystallized glass is proposed as the holding means, the at least partially crystallized glass having a porosity. This can decrease towards the interface of the at least partially crystallized glass with the joining partner and/or be distributed in a structured manner.

Ein derartiges kristallisierbares oder zumindest teilweise kristallisiertes Glas wird in der Patentanmeldung WO 2017/220700 der Anmelderin vorgeschlagen, welche hiermit vollumfänglich inkorporiert und zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.Such a crystallizable or at least partially crystallized glass is described in the patent application WO 2017/220700 proposed by the applicant, which is hereby fully incorporated and made the subject of the present application.

Die Poren sind in dem zumindest teilweise kristallisierten Glas strukturiert verteilt angeordnet. Wenn dabei vorzugsweise die Poren des zumindest teilweise kristallisierten Glases nicht bereits im Sinterkörper vollständig angelegt oder vorhanden sind, sondern vielmehr zum Großteil gleichzeitig mit oder während der Kristallisation entstehen, kann ein vollständiges oder nahezu vollständiges Verschmelzen der glasigen Phase vorliegen, welches zu einer homogeneren und festeren Ausgestaltung des Verbundes aus glasiger Phase und insbesondere später kristallisierenden und nachfolgend kristallisierten Anteilen führt, welche insbesondere Sinterglaskeramiken an Festigkeit, insbesondere Druckfestigkeit überlegen sind.The pores are distributed in a structured manner in the at least partially crystallized glass. If the pores of the at least partially crystallized glass are not already completely created or present in the sintered body, but rather arise for the most part at the same time as or during the crystallization, there can be a complete or almost complete fusion of the glassy phase, which leads to a more homogeneous and solid one Configuration of the composite of glassy phase and in particular later crystallizing and subsequently crystallized portions, which in particular sintered glass ceramics are superior in terms of strength, in particular compressive strength.

Der Ausdruck, „im Sinterling angelegte oder vorhandene Poren“, oder auch der Ausdruck „in einem Sinterkörper angelegte oder vorhandene Poren“, bezeichnet im Rahmen dieser Offenbarung jeweils die beim Sintern gebildeten Poren, welche insbesondere durch den mechanischen Vorgang des Pressens des Sinterlings oder Sinterkörpers, jedoch nicht durch eine Kristallisation entstanden sind. Bei dem vorliegend offenbarten Verfahren kommt es zu einer homogeneren Verteilung der Poren und diese homogenere Verteilung führt zu einer nochmals verbesserten mechanischen Beständigkeit sowie zu einer nochmals erhöhten Thermoschockbeständigkeit.The term "pores created or present in the sintered body" or also the expression "pores created or present in a sintered body" refers in the context of this disclosure to the pores formed during sintering, which in particular are caused by the mechanical process of pressing the sintered body or sintered body , but not caused by crystallization. In the method disclosed here, the pores are distributed more homogeneously, and this more homogeneous distribution leads to even better mechanical resistance and even greater thermal shock resistance.

Vorteilhaft ist es bei den bevorzugten zumindest teilweise kristallisierbaren Gläsern auch, dass diese nicht einem zweistufigen thermischen Verfahren, umfassend eine Keimbildungsphase und bei erhöhter Temperatur eine Phase des Kristallwachstums, unterzogen werden müssen, da diese bereits in einem einstufigen thermischen Verfahren, als sogenannte selbstkristallisierende Gläser bereits in glaskeramisches oder keramisches Material überführt werden können. Hierbei kann vorteilhaft beispielsweise eine konstante Temperaturerhöhung mit einer definierten, insbesondere nahezu konstanten Aufheizrate erfolgen. Derartige Temperatur-Zeit-Profile bieten auch prozesstechnische Vorteile, da diese einfacher zu beherrschen sind und mit größeren thermischen Toleranzen eingesetzt werden können.In the case of the preferred at least partially crystallizable glasses, it is also advantageous that they do not have to be subjected to a two-stage thermal process, comprising a nucleation phase and a phase of crystal growth at elevated temperature, since they are already in a one-stage thermal process, as so-called self-crystallizing glasses can be converted into glass-ceramic or ceramic material. In this case, for example, a constant temperature increase can advantageously take place with a defined, in particular almost constant, heating rate. Such temperature-time profiles also offer advantages in terms of process technology, since they are easier to control and can be used with larger thermal tolerances.

Im Unterschied zu Kristallisation durch hinzugegebene Kristallisationskeime, keimt die Kristallisation bei diesen selbstkristallisierenden Gläsern auf der Oberfläche des Pulvers des teilweise kristallisierbaren Glases. Dies geschieht bei den erfindungsgemäßen selbstkristallisierenden Gläsern bei den genannten Heizraten ohne weitere Haltezeit. Dadurch wird eine effektive Fertigung ermöglicht. Diese Keimung geschieht zeitlich versetzt und bei niedrigeren Temperaturen als der tatsächliche Kristallisationsprozess.Different from crystallization by added nuclei, in these self-crystallizing glasses, the crystallization nucleates on the surface of the powder of the partially crystallizable glass. In the case of the self-crystallizing glasses according to the invention, this occurs at the heating rates mentioned without any further holding time. This enables effective production. This germination occurs at different times and at lower temperatures than the actual crystallization process.

Das für eine hermetische Einglasung erforderliche Benetzen des zumindest einen Fügepartners, etwa des temperaturstabilen Elements, geschieht nach der Keimung, jedoch vor dem eigentlichen Kristallisationsprozess. Dadurch kann eine hermetische, hochtemperaturstabile Einglasung erzielt werden.The wetting of the at least one joining partner, for example the temperature-stable element, which is required for hermetic glazing, takes place after germination, but before the actual crystallization process. As a result, a hermetic, high-temperature stable glazing can be achieved.

Die Porosität gemäß dieser Ausführungsform kann maßgeblich zur mechanischen Thermoschockbeständigkeit beitragen. Dabei besteht ein Gradient in der Porendichte in Richtung der Grenzfläche zum eingeglasten Material, der eine defektfreie und blasenfreie Benetzung gewährleistet. Die Kombination aus der Porositätsverteilung und homogenen Kristallisation führt zu einer sehr hohen mechanischen Beständigkeit bei Temperaturen bis zu 900 °C oder sogar darüber.The porosity according to this embodiment can contribute significantly to mechanical thermal shock resistance. There is a gradient in the pore density in the direction of the interface to the vitrified material, which ensures wetting free of defects and bubbles. The combination of the porosity distribution and homogeneous crystallization leads to a very high mechanical resistance at temperatures up to 900 °C or even higher.

Die Porosität tritt im zumindest teilweise kristallisierten Glas strukturiert verteilt auf, vorzugsweise in Form einer gesteuerten Porosität. Eine gesteuerte Porosität ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität, insbesondere die Poren, nicht überall im Volumen des betreffenden Formkörpers, welcher ein geformter Sinterkörper oder geformter Sinterling ist, in gleicher Form ausgebildet vorliegen.The porosity occurs in the at least partially crystallized glass in a structured distribution, preferably in the form of a controlled porosity. Controlled porosity is characterized in that the porosity, in particular the pores, are not present in the same form everywhere in the volume of the shaped body in question, which is a shaped sintered body or shaped sintered part.

Insbesondere ist eine gesteuerte Porosität im Sinne der vorliegenden Erfindung dann gegeben, wenn in einem Grenzbereich des Formkörpers die Porosität einen sehr geringen Wert von beispielsweise höchstens 3% annimmt. Insbesondere weist die Oberfläche des zumindest teilweise kristallisierten Glases mit einer gesteuerten Porosität im Wesentlichen keine offenen Poren auf, also Poren, welche sich hin zum die Grenzfläche umgebenden Medium, beispielsweise Luft, öffnen, welches die hohe Hermetizität oder Fluiddichtigkeit nochmals unterstützt.In particular, there is controlled porosity within the meaning of the present invention when the porosity in a border area of the shaped body assumes a very low value of, for example, at most 3%. In particular, the surface of the at least partially crystallized glass with a controlled porosity has essentially no open pores, i.e. pores which open towards the medium surrounding the interface, for example air, which further supports the high hermeticity or fluid tightness.

Eine gesteuerte Porosität und ein Gradient der Porosität ist insbesondere dann erreichbar, wenn die tatsächliche Dichte des Sinterkörpers oder Sinterlings höchstens um 10 % geringer, vorteilhaft höchstens um 5% geringer, als die theoretische Dichte des Glases oder des zumindest teilweise kristallisierenden, aber noch nicht kristallisierten Glases ist. Der Sintergrad beträgt in diesem Fall mindestens 90 %, bevorzugt mindestens 95 %. Hierbei sind die durch den Sinterling oder Sinterkörper eingetragenen Poren in der Regel von geringer Anzahl und können häufig auch aus dem kristallisierbaren oder zumindest teilweise kristallisierten Glas austreten, sodass durch die bei der Kristallisation entstehenden Poren eine strukturierte Anordnung dieser Poren entsteht.A controlled porosity and a porosity gradient can be achieved in particular when the actual density of the sintered body or sintered compact is at most 10% lower, advantageously at most 5% lower, than the theoretical density of the glass or the at least partially crystallizing but not yet crystallized glass is. In this case, the degree of sintering is at least 90%, preferably at least 95%. In this case, the pores introduced by the sintered compact or sintered body are generally few in number and can frequently also emerge from the crystallizable or at least partially crystallized glass, so that a structured arrangement of these pores arises from the pores formed during crystallization.

Das Verhältnis der bereits im Sinterkörper, Sinterling oder Formkörper angelegten oder vorhandenen Poren relativ zu den erfindungsgemäß entstandenen Poren beträgt beispielsweise bei einem Sintergrad von etwa 99% bei den hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beträgt etwa mindestens 1,8 oder kann auch höher liegen. Dies bedeutet, dass etwa für jede im Sinterkörper verbliebene Pore zumindest 1,8 Poren entstehen, welche dann zusätzlich im zumindest teilweise kristallisierten Glas vorhanden sind. Dieser Wert ist eine äußerst vorsichtige Angabe der Erfinder, da hierbei vernachlässigt wurde, dass bereits im Sinterkörper, Sinterling oder Formkörper vorhandenen Poren auch während der thermischen Behandlung noch entweichen können. Dabei kommt hinzu, dass sich diese während oder gleichzeitig mit der Kristallisation entstandenen Poren noch stark ausdehnen und somit den sich daraus ergebenden Wert der Porosität nochmals deutlich stärker erhöhen, als es diesem Verhältniswert entspricht.The ratio of the pores already created or present in the sintered body, sintered article or shaped body relative to the pores created according to the invention is, for example, at a degree of sintering of about 99% in the preferred embodiments described here is about at least 1.8 or can also be higher. This means that for every pore remaining in the sintered body there are at least 1.8 pores, which are then additionally present in the at least partially crystallized glass. This value is an extremely cautious statement by the inventors, since it was neglected here that pores already present in the sintered body, sintered compact or molded body can still escape even during the thermal treatment. In addition, these pores, which are formed during or at the same time as crystallization, expand considerably and thus increase the resulting porosity value even more than this ratio corresponds to.

Dieses Verhältnis ist durch die maximale Sintertemperatur und die Mahlung, insbesondere auch durch den Mahlgrad des gemahlenen Glases, insbesondere Grünglases, in einem weiten Bereich einstellbar und kann beispielsweise in einem Bereich von mindestens 1,5 bis etwa 5 liegen.This ratio can be set within a wide range by the maximum sintering temperature and the grinding, in particular also by the degree of grinding of the ground glass, in particular green glass, and can be in a range from at least 1.5 to about 5, for example.

Dabei hat sich gezeigt, dass sich Poren des zumindest teilweise kristallisierten Glases nicht bereits im Sinterling oder Sinterkörper, aus welchem das zumindest teilweise kristallisierte Glas hervorgegangen ist, vollständig angelegt oder bereits vorhanden sind, sondern vielmehr zum Großteil während oder gleichzeitig mit der Kristallisation entstehen oder sich vergrößern und ein volumenbezogener Anstieg der Porosität entsteht.It has been shown that the pores of the at least partially crystallized glass are not already fully formed or already present in the sintered compact or sintered body from which the at least partially crystallized glass has emerged, but rather arise for the most part during or at the same time as the crystallization or themselves increase and a volume-related increase in porosity occurs.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Kristallanteil des zumindest teilweise kristallisierten Glases mehr als 50 Vol.%, bevorzugt mehr als 60 Vol.%. Dieser hohe Kristallphasenanteil trägt zusätzlich zur Erhöhung der Viskosität bei und führt somit zu einer erhöhten mechanischen Stabilität bei hohen Temperaturen. Weiterhin führt die hohe Kristallisation und damit teilweise auftretende Verzahnung der Kristallite zu einer Lokalisierung der Poren und ermöglicht somit die gesteuerte Porosität maßgeblich.In a preferred embodiment, the crystal content of the at least partially crystallized glass is more than 50% by volume, preferably more than 60% by volume. This high proportion of crystal phases also contributes to increasing the viscosity and thus leads to increased mechanical stability at high temperatures. Furthermore, the high level of crystallization and the resulting interlocking of the crystallites leads to a localization of the pores and thus enables controlled porosity to a large extent.

Somit umfasst ein zumindest teilweise kristallisiertes Glas gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung zumindest eine Kristallphase sowie Poren, welche in dem zumindest teilweise kristallisierten Glas strukturiert verteilt angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Poren des zumindest teilweise kristallisierten Glases nicht bereits im Sinterkörper, aus welchem das zumindest teilweise kristallisierte Glas hervorgegangen ist, vollständig angelegt oder bereits vorhanden sind, sondern insbesondere vielmehr zum Großteil gleichzeitig oder während der Kristallisation entstanden sind.
Als Sinterkörper oder Sinterling ist ein formstabiler Sinterkörper mit dem kristallisierbaren Glas bezeichnet, welcher nachfolgend dafür geeignet und bestimmt ist, mit einem Körper, der ein Einhausungsmaterial oder auch ein Dichtelement sein kann, eine Verbindung einzugehen.
Thus, an at least partially crystallized glass according to this embodiment of the invention comprises at least one crystal phase and pores which are distributed in a structured manner in the at least partially crystallized glass, with the pores of the at least partially crystallized glass preferably not already being in the sintered body from which the at least partially crystallized Glass has emerged, are completely created or already exist, but in particular have largely arisen at the same time or during crystallization.
A sintered body or sintered body is a dimensionally stable sintered body with the crystallizable glass, which is suitable and intended below for entering into a connection with a body that can be a housing material or a sealing element.

Bevorzugt sind die Poren bzw. ist die Porosität dabei so verteilt, dass im Grenzbereich des zumindest teilweise kristallisierten Glases ein Gradient der Porosität vorliegt in der Form, dass von der Grenzfläche und/oder von der Oberfläche des zumindest teilweise kristallisierten Glases hin zu dessen Mitte die Porendichte zunimmt. Der Grenzbereich variiert dabei vorzugsweise hinsichtlich seiner Ausdehnung zwischen minimal 5 µm und höchstens 200 µm Dicke, bevorzugt zwischen 20 µm und 50 µm.The pores or the porosity are preferably distributed in such a way that in the boundary region of the at least partially crystallized glass there is a porosity gradient in the form that from the boundary surface and/or from the surface of the at least partially crystallized glass to its center the pore density increases. The boundary region preferably varies in terms of its extent between a minimum of 5 μm and a maximum of 200 μm in thickness, preferably between 20 μm and 50 μm.

Soweit im Stand der Technik durch die Verwendung von Sinterkörpern, insbesondere von nicht hoch verdichteten Sinterkörpern, Porositäten in Fügematerialien auftraten, waren diese in der Regel homogen und folglich im Sinne der vorstehenden Definition nicht strukturiert, insbesondere nicht gesteuert strukturiert verteilt angeordnet.Insofar as porosities occurred in joining materials in the prior art through the use of sintered bodies, in particular sintered bodies that were not highly compressed, these were generally homogeneous and consequently not structured in the sense of the above definition, in particular not arranged in a controlled structured distribution.

Als Grünglas wird ein Glas, hier ein zumindest teilweise kristallisierbares Glas bezeichnet, welches im Wesentlichen noch nicht kristallisiert ist, dies bedeutet einen volumenbezogenen Kristallanteil oder Anteil von Kristallphasen von weniger als 0,1 % aufweist.A glass, here at least partially crystallizable glass, is referred to as green glass, which is essentially not yet crystallized, which means that it has a volume-related proportion of crystals or proportion of crystal phases of less than 0.1%.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zumindest teilweise kristallisierte Glas so ausgebildet, dass die Poren zumindest teilweise in der Nähe von Kristallen angeordnet sind. Diese spezielle Erscheinungsform des zumindest teilweise kristallisierten Glases gemäß einer Ausführungsform wird darauf zurückgeführt, dass die Poren während der Kristallisation, insbesondere als Folge der Kristallisation, entstehen.According to a further embodiment, the at least partially crystallized glass is formed in such a way that the pores are at least partially arranged in the vicinity of crystals. This special appearance of the at least partially crystallized glass according to one embodiment is attributed to the fact that the pores arise during crystallization, in particular as a result of crystallization.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt der Kristallgehalt des zumindest teilweise kristallisierten Glases mindestens 25 %, bezogen auf das gesamte Volumen des zumindest teilweise kristallisierten Glases, bevorzugt mindestens 50 % und besonders bevorzugt mindestens 60 %.According to a further embodiment, the crystal content of the at least partially crystallized glass is at least 25%, based on the total volume of the at least partially crystallized glass, preferably at least 50% and particularly preferably at least 60%.

Bevorzugt beträgt die Porosität mindestens 3 % bezogen auf das gesamte Volumen des zumindest teilweise kristallisierten Glases, bevorzugt mindestens 5 %, besonders bevorzugt mindestens 10 % oder sogar 20 %.The porosity is preferably at least 3% based on the total volume of the at least partially crystallized glass, preferably at least 5%, particularly preferably at least 10% or even 20%.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines zumindest teilweise kristallisierten Glases mit Poren umfasst das zumindest teilweise kristallisierte Glas folgende Oxide in Gew.-%: SiO2: 20 bis 60, bevorzugt 25 bis 50 Al2O3 : 0,5 bis 20, bevorzugt 0,5 bis 10 CaO: 10 bis 50 MgO: 0,5 bis 50, bevorzugt 0,5 bis 10 Y2O3: 0,1 bis 20, bevorzugt 3 bis 20 ZrO2: 0,1 bis 25, bevorzugt 3 bis 20 B2O3: 1 bis 15, bevorzugt 3 bis 12, wobei weiterhin HfO2 optional bis zu 0,25 Gew.-% enthalten sein kann.According to a first preferred embodiment of an at least partially crystallized glass with pores, the at least partially crystallized glass comprises the following oxides in % by weight: SiO 2 : 20 to 60, preferably 25 to 50 Al2O3 : 0.5 to 20, preferably 0.5 to 10 CaO: 10 to 50 MgO: 0.5 to 50, preferably 0.5 to 10 Y2O3 : 0.1 to 20, preferably 3 to 20 ZrO 2 : 0.1 to 25, preferably 3 to 20 B2O3 : 1 to 15, preferably 3 to 12, where HfO 2 can optionally be present in amounts of up to 0.25% by weight.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines zumindest teilweise kristallisierten Glases mit Poren umfasst das zumindest teilweise kristallisierte Glas folgende Oxide in Gew.-%: SiO2: 36 bis 54, bevorzugt 40 bis 54 Al2O3 : 8 bis 16, bevorzugt 8 bis 13 CaO: 0 bis 35, bevorzugt 5 bis 25 MgO: 0 bis 17, bevorzugt 3 bis 14 RO: 8 bis39, bevorzugt 8 bis 35 ZrO2: 0 bis 25, bevorzugt 0 bis 17 B2O3: 0 bis3, bevorzugt 0 bis 2, besonders bevorzugt 0 wobei der Anteil RO die Oxide BaO, SrO, MgO, ZnO jeweils einzeln oder in Summe oder in beliebigen Mischungen bezeichnet.According to a second preferred embodiment of an at least partially crystallized glass with pores, the at least partially crystallized glass comprises the following oxides in % by weight: SiO 2 : 36 to 54, preferably 40 to 54 Al2O3 : 8 to 16, preferably 8 to 13 CaO: 0 to 35, preferably 5 to 25 MgO: 0 to 17, preferably 3 to 14 RO: 8 to 39, preferably 8 to 35 ZrO 2 : 0 to 25, preferably 0 to 17 B2O3 : 0 to 3, preferably 0 to 2, especially preferably 0 where the proportion RO designates the oxides BaO, SrO, MgO, ZnO individually or in total or in any mixtures.

Bevorzugt beträgt RO einzeln oder in jeder beliebigen Kombination in Gew.-%: BaO 0 - 36 MgO 0 - 22 CaO 0 - 25.
Ebenso bevorzugt ist Y2O3 = 0. Dies konnte durch einen Ersatz des Y2O3 mittels MgO und/oder CaO beispielsweise in der Stabilisierung der ZrO2-Kristallphase erzielt werden.
Preferably RO is individually or in any combination in % by weight: BaO 0 - 36 MgO 0 - 22 CaO 0 - 25
Y 2 O 3 =0 is also preferred. This could be achieved by replacing the Y 2 O 3 with MgO and/or CaO, for example in the stabilization of the ZrO 2 crystal phase.

Dabei beträgt der Kristallanteil des zumindest teilweise kristallisierten Glases mehr als 50 Vol.%, bevorzugt mehr als 60 Vol.%. Dieser hohe Kristallphasenanteil trägt zusätzlich zur Erhöhung der Viskosität bei und führt somit zu einer erhöhten mechanischen Stabilität bei hohen Temperaturen. Weiterhin führt die hohe Kristallisation und damit teilweise auftretende Verzahnung der Kristallite zu einer Lokalisierung der Poren und ermöglicht somit die gesteuerte Porosität maßgeblich.The crystal content of the at least partially crystallized glass is more than 50% by volume, preferably more than 60% by volume. This high proportion of crystal phases also contributes to increasing the viscosity and thus leads to increased mechanical stability at high temperatures. Furthermore, the high degree of crystallization and the resulting interlocking of the crystallites leads to a localization of the pores and thus enables controlled porosity to a large extent.

Dieses zumindest teilweise kristallisierbare Glas erreicht seine hohe Temperaturbeständigkeit insbesondere auch über eine höhere Viskosität der Restglasphase.This at least partially crystallizable glass achieves its high temperature resistance in particular via a higher viscosity of the residual glass phase.

Eine wichtige Kristallphase des zumindest teilweise kristallisierbaren Glases ist bei Werten des ZrO2 > 0 beispielsweise Ca- oder Mg-stabilisiertes ZrO2. Dies ist eine thermisch stabilere Phase als Y2O3-stabilisiertes ZrO2.An important crystal phase of the at least partially crystallizable glass is, for example, Ca- or Mg-stabilized ZrO 2 at values of ZrO 2 >0. This is a more thermally stable phase than Y 2 O 3 -stabilized ZrO 2 .

Generell ist jedoch ZrO2 thermisch schwierig zu stabilisieren, denn bei Absenkung auf niedrigere Temperaturen kann eine Phasenumwandlung in weniger koordinierte Phasen, beispielsweise von tetraklin zu monoklin, zu einem Volumensprung mit einer dabei einhergehenden Volumenverringerung führen, so dass hierdurch Risse entstehen können.In general, however, ZrO 2 is difficult to stabilize thermally, because when it is lowered to lower temperatures, a phase transformation into less coordinated phases, for example from tetraclinic to monoclinic, can lead to a jump in volume with an associated reduction in volume, so that cracks can form as a result.

Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform werden folglich andere als ZrO2-basierte Kristallphasen in dem zumindest teilweise kristallisierbaren Glas verwendet.Consequently, in the second preferred embodiment, crystal phases other than ZrO 2 -based are used in the at least partially crystallizable glass.

Vorteilhaft beträgt der Anteil von BaO in dem zumindest teilweise kristallisierbaren Glas weniger 36 Gew.%. Hierdurch bildet sich weniger Chromatphase an der Grenzfläche des zumindest teilweise kristallisierbaren Glases mit Cr-haltigen Stählen, beispielsweise Edelstählen, insbesondere, wenn diese Grenzfläche Teil einer Verbindung oder eines Verbindungs- und Durchführungselements ist.The proportion of BaO in the at least partially crystallizable glass is advantageously less than 36% by weight. As a result, less chromate phase is formed at the interface of the at least partially crystallizable glass with Cr-containing steels, for example stainless steels, especially if this interface is part of a connection or a connection and feedthrough element.

Das zumindest teilweise kristallisierbare Glas ist in einer besonders vorteilhaften Version der zweiten bevorzugten Ausführungsform frei von B2O3.In a particularly advantageous version of the second preferred embodiment, the at least partially crystallizable glass is free of B 2 O 3 .

Der mögliche B2O3-Gehalt in der ersten bevorzugten Ausführungsform ist für die Nutzung in vielen Anwendungen und Temperaturbereichen vorteilhaft. So führt dieser B2O3-Gehalt zu einer sehr guten Benetzung an den Fügepartnern schon vor der Kristallisation bei moderaten Temperaturen. Diese Benetzung ist unerlässlich für eine hermetisch dichte Verbindung, die in vielen Anwendungen benötigt wird. Wird hingegen eine Benutzung des Verbunds bei über 1000 °C beabsichtigt, so ist der B2O3-Gehalt nicht unbedingt von Vorteil, da dieser zu einer niedrigen Viskosität der Restglasphase bei diesen Temperaturen führen kann, was zu einer stark verminderten mechanischen Stabilität führen kann.The possible B 2 O 3 content in the first preferred embodiment is advantageous for use in many applications and temperature ranges. This B 2 O 3 content leads to very good wetting of the joining partners even before crystallization at moderate temperatures. This wetting is essential for a hermetically sealed connection, which is required in many applications. If, on the other hand, the composite is to be used at over 1000° C., the B 2 O 3 content is not necessarily an advantage, since this can lead to a low viscosity of the residual glass phase at these temperatures, which can lead to greatly reduced mechanical stability .

In der zweiten bevorzugten Ausführungsform wird daher weitgehend auf die Verwendung von B2O3 in der Zusammensetzung des zumindest teilweise kristallisierbaren oder kristallisierten Glases verzichtet, somit werden Restglasphasen mit hohen Viskositäten bei Temperaturen über 1000 °C und somit einer mechanischen Stabilität bei bis zu 1200 °C oder teilweise sogar mehr als 1200 °C, insbesondere bis zu 1270 °C ermöglicht.In the second preferred embodiment, the use of B 2 O 3 in the composition of the at least partially crystallizable or crystallized glass is therefore largely dispensed with, resulting in residual glass phases with high viscosities at temperatures above 1000° C. and thus mechanical stability at up to 1200° C or sometimes even more than 1200 °C, in particular up to 1270 °C.

Weiterhin konnte auf überraschende Weise bei der zweiten Ausführungsform durch Ersatz mit MgO und CaO sogar auf Y2O3 verzichtet werden, was zu einer erheblichen Kosteneinsparung in der Anwendung führen kann.Furthermore, surprisingly, in the second embodiment, Y 2 O 3 could even be dispensed with by replacing it with MgO and CaO, which can lead to considerable cost savings in the application.

Normalerweise wird B2O3 für die Benetzung eines Metalls mit Gläsern benötigt. Weil das vorliegend offenbarte zumindest teilweise kristallisierbare Glas zumindest der zweiten bevorzugten Ausführungsform bei höheren Temperaturen an einem Metall anschmelzen kann, welches auch als anglasen oder als einglasen bezeichnet wird, kann in überraschender Weise bei einer bevorzugten Version der zweiten bevorzugten Ausführungsform auf B2O3 sogar ganz verzichtet werden. Diese Temperatur, bei welcher das zumindest teilweise kristallisierbare Glas an einem Metall anschmilzt, an- oder in einem Durchführungs- oder Verbindungselement an dessen Einhausung anglast, wird auch als Halbkugeltemperatur bezeichnet.Normally, B 2 O 3 is required for wetting a metal with glasses. Because the at least partially crystallizable glass disclosed here, at least in the second preferred embodiment, can melt at higher temperatures on a metal, which is also referred to as vitrifying or vitrifying, surprisingly in a preferred version of the second preferred embodiment on B 2 O 3 even be dispensed with entirely. This temperature, at which the at least partially crystallizable glass melts on a metal, on or in a lead-through or connecting element on its housing, is also referred to as the hemispherical temperature.

Mit von der Erfindung umfasst ist ein Partikelsensor insbesondere Abgassensor, beispielsweise Rußpartikelsensor, Drucksensor, Temperatursensor, NOx-Sensor oder Sauerstoffsensor, umfassend eine erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung zum Haltern eines temperaturstabilen Elementes mit geringer Wärmeausdehnung.The invention also includes a particle sensor, in particular an exhaust gas sensor, for example a soot particle sensor, pressure sensor, temperature sensor, NO x sensor or oxygen sensor, comprising a fastening device according to the invention for holding a temperature-stable element with low thermal expansion.

Mit von der Erfindung umfasst ist ferner auch ein bildgebendes System, umfassend eine erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung zum Haltern eines temperaturstabilen Elementes mit geringer Wärmeausdehnung.The invention also includes an imaging system, comprising a fastening device according to the invention for holding a temperature-stable element with low thermal expansion.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, in Verbindung mit einer Messeinrichtung und/oder einem bildgebenden System umfangreiche Informationen hinsichtlich der Eigenschaften von Partikelströmen zur Verfügung zu stellen, etwa der Rußkonzentration in einem Abgas aus einer Verbrennungskraftmaschinen. Auf diese Weise kann beispielsweise ein „Fenster“ zur optischen Analyse von Rußpartikelkonzentrationen in einem Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine mittels Laserstrahlung bereitgestellt werden.The present invention makes it possible, in connection with a measuring device and/or an imaging system, to provide extensive information regarding the properties of particle flows, such as the soot concentration in an exhaust gas from an internal combustion engine. In this way, for example, a “window” can be provided for the optical analysis of soot particle concentrations in an exhaust system of an internal combustion engine using laser radiation.

Die Ausbildung von Grundkörper und temperaturstabilen Element ermöglicht ferner eine sichere Abdichtung gegen eindringendes Gas, so dass optische Komponenten oder andere Teile einer Messeinrichtung gut geschützt sind, wenn sie auf der dem Partikelstrom abgewandten Seite der Befestigungsvorrichtung angeordnet sind.The design of the base body and the temperature-stable element also enables a secure seal against penetrating gas, so that optical components or other parts of a measuring device are well protected if they are arranged on the side of the fastening device facing away from the particle flow.

Die so gewonnenen Informationen können sehr wertvoll sein, um die Funktionalität der Verbrennungskraftmaschine zeitnah bzw. in Echtzeit zu überprüfen oder auch die Verbrennungskraftmaschine zu regeln oder zu optimieren.The information obtained in this way can be very valuable in order to check the functionality of the internal combustion engine promptly or in real time or to regulate or optimize the internal combustion engine.

Damit ist es beispielsweise möglich, einen Dieselpartikelfilter in seiner Funktionalität zu überwachen, und, wenn die gewonnenen Informationen entsprechend genutzt werden, die Emissionen zu reduzieren.This makes it possible, for example, to monitor the functionality of a diesel particulate filter and, if the information obtained is used appropriately, to reduce emissions.

Mit von der Erfindung umfasst ist ferner auch die Verwendung der vorgenannten erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung zum Haltern eines temperaturstabilen Elementes mit geringer Wärmeausdehnung in einem Abgassensor, einem Drucksensor, einem Partikelsensor, wie beispielsweise einem Rußpartikelsensor und/oder einem Temperatursensor und/oder in einem NOx-Sensor und/oder in einem Sauerstoffsensor, oder in einer Durchführung für einen Kompressor oder in einem Abgaselement oder in einer Brennstoffzelle oder in einer Durchführung für einen chemischen Reaktor oder in einem bildgebenden System.The invention also includes the use of the aforementioned fastening device according to the invention for holding a temperature-stable element with low thermal expansion in an exhaust gas sensor, a pressure sensor, a particle sensor, such as a soot particle sensor and/or a temperature sensor and/or in a NO x sensor and/or in an oxygen sensor, or in a feedthrough for a compressor, or in an exhaust element, or in a fuel cell, or in a feedthrough for a chemical reactor, or in an imaging system.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der dargestellten Ausführungsbeispiele und den angefügten Ansprüchen.Further details of the invention result from the description of the illustrated exemplary embodiments and the appended claims.

Die Zeichnungen zeigen:

  • 1 eine erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung zum Haltern eines temperaturstabilen Elementes in einer Schnittansicht,
  • 2 ein Detail der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung gemäß Ausschnitt A,
  • 3 ein Detail der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung gemäß Ausschnitt B,
  • 4 eine erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung zum Haltern eines temperaturstabilen Elementes in einer Schnittansicht mit einem verjüngten Abschnitt als Kompensationsmittel,
  • 5 eine erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung zum Haltern eines temperaturstabilen Elementes in einer Schnittansicht mit einer reduzierten Wanddicke und einer Auskragung als Kompensationsmittel,
  • 6 ein Detail der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung gemäß Ausschnitt C,
  • 7 eine erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung zum Haltern eines temperaturstabilen Elementes in einer Schnittansicht mit einer reduzierten Wanddicke, einer Auskragung sowie einer Verjüngung der Querschnittsfläche als Kompensationsmittel,
  • 8 ein Detail der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung gemäß Ausschnitt D, und
  • 9 eine erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung zum Haltern eines temperaturstabilen Elementes in einer Schrägansicht.
The drawings show:
  • 1 a fastening device according to the invention for holding a temperature-stable element in a sectional view,
  • 2 a detail of the fastening device according to the invention according to section A,
  • 3 a detail of the fastening device according to the invention according to section B,
  • 4 a fastening device according to the invention for holding a temperature-stable element in a sectional view with a tapered section as compensation means,
  • 5 a fastening device according to the invention for holding a temperature-stable element in a sectional view with a reduced wall thickness and a projection as compensation means,
  • 6 a detail of the fastening device according to the invention according to detail C,
  • 7 a fastening device according to the invention for holding a temperature-stable element in a sectional view with a reduced wall thickness, a projection and a narrowing of the cross-sectional area as compensation means,
  • 8th a detail of the fastening device according to the invention according to detail D, and
  • 9 a fastening device according to the invention for holding a temperature-stable element in an oblique view.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter AusführungsformenDetailed description of preferred embodiments

Bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen bezeichnen um der Klarheit willen gleiche Bezugszeichen im Wesentlichen gleiche Teile in oder an diesen Ausführungsformen. Zur besseren Verdeutlichung der Erfindung sind die in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsformen jedoch nicht immer maßstabsgerecht gezeichnet.In the following detailed description of preferred embodiments, like reference characters designate substantially like parts in or on these embodiments for the sake of clarity. However, in order to better explain the invention, the preferred embodiments shown in the figures are not always drawn to scale.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung 10 zum Haltern eines temperaturstabilen Elementes 20 mit geringer Wärmeausdehnung in einer Schnittansicht. 1 shows a fastening device 10 according to the invention for holding a temperature-stable element 20 with low thermal expansion in a sectional view.

Die Befestigungsvorrichtung 10 ist dauerbetriebsfest bei Hochtemperatur-Anwendungen oberhalb von 300 °C, bevorzugt oberhalb von 350 °C und besonders bevorzugt oberhalb von 380 °C.The fastening device 10 is permanently operational in high-temperature applications above 300° C., preferably above 350° C. and particularly preferably above 380° C.

Die Befestigungsvorrichtung 10 umfasst

  • - einen Grundkörper 40 mit zumindest einem Halteabschnitt 41, einem an diesen Halteabschnitt angrenzenden Rohrabschnitt 42 mit einer umlaufenden Wandung sowie mit einem an diesen Rohrabschnitt angrenzenden Befestigungsabschnitt 43,
  • - ein temperaturstabiles Element 20, und
  • - ein Haltemittel 30,
wobei der Grundkörper 40 eine durchgehende Öffnung 44 umfasst, welche im Bereich des Halteabschnittes 41 als Öffnung 45 ausgebildet ist zur Aufnahme des temperaturstabilen Elementes 20, wobei
das temperaturstabile Element 20 vorzugsweise über seine Seitenwand 21 mit dem Haltemittel 30 in der Öffnung 45 gehaltert ist und wobei die Öffnung 45 fluiddicht, vorzugsweise hermetisch dicht, verschlossen ist.The fastening device 10 includes
  • - a base body 40 with at least one holding section 41, a tubular section 42 adjoining this holding section with a peripheral wall and with a fastening section 43 adjoining this tubular section,
  • - a temperature stable element 20, and
  • - a holding means 30,
wherein the base body 40 includes a continuous opening 44, which is formed in the region of the holding portion 41 as an opening 45 for receiving the temperature-stable element 20, wherein
the temperature-stable element 20 is preferably held via its side wall 21 with the holding means 30 in the opening 45 and the opening 45 is fluid-tight, preferably hermetically sealed, closed.

In der in 1 gezeigten Ausführungsform der Befestigungsvorrichtung 10 umfasst diese bereits ein Haltemittel 30, wobei auch eine andere Ausführungsform denkbar ist, in welcher auf dieses Haltemittel 30 verzichtet und eine andere Verbindungsart zur Aufnahme und Halterung des temperaturstabilen Elementes 20 vorgesehen ist.in the in 1 The embodiment of the fastening device 10 shown in the drawing already includes a holding means 30, although another embodiment is also conceivable in which this holding means 30 is dispensed with and another type of connection for receiving and holding the temperature-stable element 20 is provided.

Das temperaturstabile Element 20 ist dabei derart ausgewählt, dass es sowohl bei Raumtemperatur als auch im Betrieb, also auch bei hohen Temperaturen, wie sie bei einem bestimmungsgemäßen Gebrauch der Vorrichtung auftreten können, für elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenspektrum von wenigstens 350 bis 1.000 nm eine Transparenz von wenigstens 80 %, bevorzugt wenigstens 84 % und besonders bevorzugt wenigstens 86 % aufweist.The temperature-stable element 20 is selected in such a way that it is transparent to electromagnetic radiation in a wavelength spectrum of at least 350 to 1,000 nm both at room temperature and during operation, i.e. also at high temperatures, as can occur when the device is used as intended of at least 80%, preferably at least 84% and particularly preferably at least 86%.

Gemäß einer Ausführungsform kann eine beispielsweise einschichtige Antireflex-Beschichtung zum Beispiel auf der dem Partikelstrom abgewandten Seite 22 aufgebracht sein.According to one embodiment, an antireflection coating, for example a single layer, can be applied, for example, to the side 22 facing away from the particle flow.

Die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung 10 ermöglicht es, optische Komponenten oder andere Komponenten einer Messeinrichtung (nicht dargestellt) in der Nähe eines Partikelstromes, welcher mit dem Bezugszeichen 11 in der 1 angedeutet ist, anzuordnen oder sogar in einen Partikelstrom 11 einzubringen, wobei diese durch die Befestigungsvorrichtung 10 bzw. den Grundkörper 40 der Befestigungsvorrichtung 10 geschützt sind. Es versteht sich, dass die zu schützenden Komponenten hierzu auf der dem Partikelstrom 11 abgewandten Seite der Befestigungsvorrichtung 10 angeordnet sein sollten.The fastening device 10 according to the invention makes it possible to mount optical components or other components of a measuring device (not shown) in the vicinity of a particle flow, which is given the reference number 11 in FIG 1 is indicated to be arranged or even to be introduced into a particle stream 11, these being protected by the fastening device 10 or the base body 40 of the fastening device 10. It goes without saying that for this purpose the components to be protected should be arranged on the side of the fastening device 10 facing away from the particle flow 11 .

Der Partikelstrom 11 kann ein strömendes Fluid umfassen, beispielsweise ein Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel angenommen.The particle flow 11 can comprise a flowing fluid, for example an exhaust gas from an internal combustion engine, as assumed in the present exemplary embodiment.

Für eine einfache und flexible Montage in der Nähe des Partikelstromes 11 ist der Befestigungsabschnitt 43 des Grundkörpers 40 vorgesehen, über den oder mit dem der Grundkörper 40 montiert und fest mit einer den Partikelstrom führenden Einheit (nicht dargestellt) verbunden werden kann.The fastening section 43 of the base body 40 is provided for simple and flexible assembly in the vicinity of the particle stream 11, via or with which the base body 40 can be mounted and firmly connected to a unit (not shown) guiding the particle stream.

3 zeigt ein Detail des Befestigungsabschnittes 43 gemäß Ausschnitt B, wobei dies allein eine beispielhafte Ausführungsform darstellt. Selbstverständlich sind verschiedene andere Ausführungsformen des Befestigungsabschnittes 43 vorstellbar und möglich, um die Befestigungsvorrichtung 10 mit einer anderen Einheit, etwa einem Abgasstrang, zu verbinden. Von Vorteil ist sie derart ausgebildet, dass eine dichte und dauerbetriebsfeste Verbindung geschaffen werden kann. 3 FIG. 12 shows a detail of the fastening section 43 according to section B, this alone representing an exemplary embodiment. Of course, various other embodiments of the fastening section 43 are conceivable and possible in order to connect the fastening device 10 to another unit, such as an exhaust system. It is advantageously designed in such a way that a tight and permanent connection can be created.

Die Befestigungsvorrichtung 10 kann somit einfach und flexibel in der Nähe des Partikelstromes 11, also beispielsweise an einem Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine, angebracht werden. Die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung 10 ist dazu ausgelegt, auch an einer Innenseite eines Abgasstranges, welche zu dem Partikelstrom hinweist, angeordnet zu werden, so dass zumindest ein Teil der Befestigungsvorrichtung 10 in den Partikelstrom 11 hineinragt, wie in der 1 angedeutet.The fastening device 10 can thus be attached easily and flexibly in the vicinity of the particle flow 11, for example on an exhaust system of an internal combustion engine. The fastening device 10 according to the invention is designed to also be arranged on an inner side of an exhaust line, which points to the particle flow, so that at least a part of the fastening device 10 protrudes into the particle flow 11, as in FIG 1 implied.

Der Grundkörper 40 umfasst den Rohrabschnitt 42 mit einer umlaufenden Wandung, welcher an den Befestigungsabschnitt 43 angrenzt, sowie einen an den Rohrabschnitt 42 angrenzenden Halteabschnitt 41, welcher demnach an der dem Befestigungsabschnitt 43 gegenüberliegenden Seite des Rohrabschnittes 42 angeordnet ist. Die durchgehende Öffnung 44 des Grundkörpers ist im Bereich des Halteabschnittes 41 als Öffnung 45 ausgebildet zur Aufnahme und Halterung des temperaturstabilen Elementes 20.The base body 40 comprises the tubular section 42 with a peripheral wall, which adjoins the fastening section 43, and a holding section 41 adjoining the tubular section 42, which is therefore arranged on the side of the tubular section 42 opposite the fastening section 43. The continuous opening 44 of the base body is designed as an opening 45 in the area of the holding section 41 for receiving and holding the temperature-stable element 20.

In der abgebildeten Ausführungsform ist das temperaturstabile Element 20 mit der Seitenwand 21 mit dem Haltemittel 30 in der Öffnung des Halteabschnittes 41 gehaltert. Das Haltemittel 30 umgibt die Seitenwand 21 vollständig, so dass die durchgehende Öffnung 44 im Bereich des Halteabschnittes 41 fluiddicht, vorzugsweise hermetisch dicht, verschlossen ist.In the illustrated embodiment, the temperature-stable element 20 is held with the side wall 21 with the holding means 30 in the opening of the holding section 41 . The holding means 30 completely surrounds the side wall 21, so that the continuous opening 44 in the region of the holding section 41 is sealed in a fluid-tight, preferably hermetically-tight manner.

2 zeigt ein Detail der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung gemäß Ausschnitt A in einem Schnitt, wobei die Verbindungszone zwischen temperaturstabilen Element 20 und Halteabschnitt 41 zusammen mit einem Haltemittel 30 dargestellt ist. In einer günstigen Ausführungsform ist das Haltemittel 30 derart angeordnet, dass eine annähernd axiale Kontaktfläche zu dem temperaturstabilen Element 20 einerseits und eine weitere annähernd axiale Kontaktfläche zu der der Öffnung zugewandten Seite des Halteabschnittes 41 ausgebildet wird. Demnach weist das Haltemittel in axialer Richtung parallel zur Mittenachse 12 eine gewisse Ausdehnung auf, welche günstigerweise wenigstens der Hälfte der Dicke des temperaturstabilen Elements 20 entspricht. Hierdurch kann eine entsprechend sichere Fügeverbindung realisiert werden. 2 shows a detail of the fastening device according to the invention according to section A in a section, the connection zone between temperature-stable element 20 and holding section 41 being shown together with a holding means 30 . In a favorable embodiment, the holding means 30 is arranged in such a way that an approximately axial contact surface is formed with the temperature-stable element 20 on the one hand and another approximately axial contact surface with the side of the holding section 41 facing the opening. Accordingly, the holding means has a certain extent in the axial direction parallel to the center axis 12 , which advantageously corresponds to at least half the thickness of the temperature-stable element 20 . As a result, a correspondingly secure joint connection can be implemented.

Auf diese Weise ist es möglich, optischen Komponenten oder Bauteile der Messeinrichtung (nicht dargestellt), welche u.a. auch in der Öffnung 44 der Befestigungsvorrichtung 10 angeordnet sein können, vor den Partikeln zu schützen. Ferner kann auch ein Schutz vor direkter Wärmeeinwirkung gewährleistet werden.In this way it is possible to protect optical components or parts of the measuring device (not shown), which can also be arranged in the opening 44 of the fastening device 10, from the particles. Furthermore, protection against the direct effects of heat can also be guaranteed.

Die transparente Ausbildung des temperaturstabilen Elementes 20 ermöglicht es, dass elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenspektrum von wenigstens 350 bis 1.000 nm, beispielsweise sichtbares Licht, Anregungslicht oder gestreutes oder reflektiertes Licht, oder Laserlicht, aus der Befestigungsvorrichtung 10 austreten bzw. von außen in die Befestigungsvorrichtung 10 durch dieses „Fenster“ eintreten kann. Rein beispielhaft sind in der 1 ein in die Befestigungsvorrichtung 10 eintretender Strahl 13 und ein aus der Befestigungsvorrichtung 10 austretender Strahl 14 angedeutet.The transparent design of the temperature-stable element 20 enables electromagnetic radiation in a wavelength spectrum of at least 350 to 1,000 nm, for example visible light, excitation light or scattered or reflected light, or laser light, to exit the fastening device 10 or enter the fastening device 10 from the outside can enter through this "window". Purely exemplary are in the 1 a beam 13 entering the fastening device 10 and a beam 14 exiting from the fastening device 10 are indicated.

Die Befestigungsvorrichtung 10 gemäß der abgebildeten Ausführungsform ist dauerbetriebsfest bei Hochtemperatur-Anwendungen ab wenigstens 400 °C, bevorzugt ab wenigstens 500 °C und besonders bevorzugt ab wenigstens 600 °C. Sie ist damit stabil gegen Verformungen bei den geforderten Temperaturen.The fastening device 10 according to the illustrated embodiment is durable in high-temperature applications from at least 400° C., preferably from at least 500° C. and particularly preferably from at least 600° C. It is therefore stable against deformation at the required temperatures.

Im Betrieb ist die Befestigungsvorrichtung 10 auch geeignet zur Durchführung pyrolytischer Reinigungsverfahren.In operation, the fastening device 10 is also suitable for carrying out pyrolytic cleaning processes.

Ferner ist die abgebildete Befestigungsvorrichtung 10 rüttel- und vibrationsstabil gemessen nach ISO 16750-3.Furthermore, the fastening device 10 shown is stable against shaking and vibrations, measured according to ISO 16750-3.

Die abgebildete Befestigungsvorrichtung 10 weist eine Helium-Leckrate von höchstens 5 * 10-8 mbar*l/s auf, bevorzugt höchstens 2 * 10-8 mbar*l/s und besonders bevorzugt höchstens 1 * 10-8 mbar*l/s.The fastening device 10 shown has a helium leak rate of at most 5*10 -8 mbar*l/s, preferably at most 2*10 -8 mbar*l/s and particularly preferably at most 1*10 -8 mbar*l/s.

Begünstigend hierzu ist insbesondere die Anordnung und Ausbildung des Haltemittels 30. Eine solche Ausgestaltung der Befestigungsvorrichtung 10 ist vorteilhaft, da auf diese Weise sowohl eine ausreichende mechanische Steifigkeit erzielt wird, jedoch eine solche Verbindung noch über eine gewisse Elastizität verfügt. Dies ist vorteilhaft bei Temperaturwechselbelastungen und führt daher in vorteilhafter Weise zu einer besonders temperaturstabilen Verbindung in der Verbindungszone.The arrangement and design of the holding means 30 is particularly beneficial for this. Such a design of the fastening device 10 is advantageous because in this way sufficient mechanical rigidity is achieved, but such a connection still has a certain elasticity. This is advantageous in the case of thermal cycling and therefore advantageously leads to a particularly temperature-stable connection in the connection zone.

In der dargestellten Ausführungsform sind die Öffnungen 44, 45 sowie der Grundkörper 40 und dementsprechend der Halteabschnitt 41, der Rohrabschnitt 42 und der Befestigungsabschnitt 43 zylindersymmetrisch ausgebildet. Dies führt, gerade bei hohen Temperaturen und Temperaturwechselbelastungen, zu einer vergleichsweise homogenen Veränderung der Temperatur in dem Grundkörper 40, so dass Temperaturspitzen oder Bereiche mit stärkeren Temperaturdifferenzen, wie sie etwa bei Ecken oder Kanten entstehen können, vermieden werden.In the illustrated embodiment, the openings 44, 45 and the base body 40 and accordingly the holding section 41, the tube section 42 and the fastening section 43 are cylindrically symmetrical. This leads, especially at high temperatures and thermal cycling loads, to a comparatively homogeneous change in temperature in the base body 40, so that the temperature peak zen or areas with greater temperature differences, such as those that can occur around corners or edges, are avoided.

Der Grundkörper 40 ist, wie dargestellt, hülsenförmig ausgebildet mit einer Mittenachse 12, wobei die Öffnung 45 zur Aufnahme und Halterung des temperaturstabilen Elementes 20 zylindersymmetrisch ausgebildet und koaxial zu dem Grundkörper 40 angeordnet ist.As shown, the base body 40 is sleeve-shaped with a center axis 12 , the opening 45 for receiving and holding the temperature-stable element 20 being cylindrically symmetrical and arranged coaxially with the base body 40 .

Grundsätzlich sind auch andere Geometrien bzw. Querschnitte des Grundkörpers 40 vorstellbar, etwa viereckige oder mehreckige, mit geraden oder gebogenen Wandabschnitten. Allerdings sind diese zum einen aufwendiger in der Fertigung, zum anderen auch ungünstiger in Bezug auf die Temperaturverteilung wie vorstehend ausgeführt. Es versteht sich, dass die Öffnung 45 passgenau gegengleich zu dem aufzunehmenden temperaturstabilen Element 20 ausgebildet ist, wobei selbstverständlich ein entsprechender Raum für das Haltemittel 30 vorzusehen ist, sofern ein Haltemittel 30 eingesetzt wird.In principle, other geometries or cross sections of the base body 40 are also conceivable, for example square or polygonal, with straight or curved wall sections. However, on the one hand, these are more complex to manufacture and, on the other hand, they are also less favorable with regard to the temperature distribution, as explained above. It goes without saying that the opening 45 is designed to be exactly the same as the temperature-stable element 20 to be accommodated, with a corresponding space for the holding means 30 obviously having to be provided if a holding means 30 is used.

Die Erfindung ermöglicht es, hochtemperaturstabile und transparente oder im Wesentlichen transparente Elemente 20, beispielsweise bestimmte Gläser oder Glaskeramiken, zu haltern, welche auch über einen niedrigen oder sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten verfügen. Das temperaturstabile Element 20 bzw. das temperaturstabile Element 20 mit dem Haltemittel 30 ist im Betrieb dauerhaft abdichtend in die Öffnung 45 des Halteabschnittes 41 eingepasst und verschließt damit die Öffnung 45 fluiddicht bzw. hermetisch dicht auch bei den geforderten Temperaturen.The invention makes it possible to hold high-temperature-stable and transparent or essentially transparent elements 20, for example certain glasses or glass-ceramics, which also have a low or very low coefficient of thermal expansion. The temperature-stable element 20 or the temperature-stable element 20 with the holding means 30 is permanently fitted into the opening 45 of the holding section 41 in a sealing manner during operation and thus closes the opening 45 in a fluid-tight or hermetically sealed manner even at the required temperatures.

Von Vorteil ist der Grundkörper 40 mit hierzu mit Kompensationsmitteln ausgebildet, welche es ermöglichen, Kräfte, die bei größeren Temperaturwechseln und/oder höheren Temperaturen entstehen können, derart abzufangen bzw. zu kompensieren, dass sie nicht in vollem Umfang auf das temperaturstabile Element 20 oder die Verbindungszone einwirken. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass in der Verbindungszone zu hohe mechanische Spannungen auftreten, welche zu Rissen oder Ablösungen führen können, und welche in der Konsequenz zu Undichtigkeiten führen können.The base body 40 is advantageously designed with compensation means for this purpose, which make it possible to intercept or compensate for forces that can arise with larger temperature changes and/or higher temperatures in such a way that they do not fully affect the temperature-stable element 20 or the affect connection zone. In this way, it is possible to prevent excessive mechanical stresses from occurring in the connection zone, which can lead to cracks or detachments and which, as a consequence, can lead to leaks.

Der erfindungsgemäße Grundkörper 40 ist daher in einer besonders bevorzugten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt 42 zumindest einen ersten Abschnitt umfasst, welcher an den Befestigungsabschnitt 43 angrenzt und als Übergangsabschnitt 53 ausgebildet ist, und einen zweiten Abschnitt, welcher als Kompensationsabschnitt 51 ausgebildet ist. Der Kompensationsabschnitt grenzt an den Halteabschnitt 41 des Grundkörpers 40 an. Im Sinne der Erfindung stellt ein Kompensationsabschnitt 51 Kompensationsmittel zur Verfügung, um Unterschiede im Wärmeausdehnungsverhalten einzelner Abschnitte oder Teile der Befestigungsvorrichtung 10 zumindest zum Teil zu kompensieren. Der Übergangsabschnitt 53 und der Kompensationsabschnitt 51 bilden zusammen den Rohrabschnitt 42 des Grundkörpers 40.In a particularly preferred embodiment, the basic body 40 according to the invention is therefore characterized in that the tubular section 42 comprises at least a first section which adjoins the fastening section 43 and is designed as a transition section 53, and a second section which is designed as a compensation section 51. The compensation section borders on the holding section 41 of the base body 40 . In terms of the invention, a compensation section 51 provides compensation means in order to at least partially compensate for differences in the thermal expansion behavior of individual sections or parts of the fastening device 10 . The transition section 53 and the compensation section 51 together form the tube section 42 of the base body 40.

In axialer Richtung kann der Kompensationsabschnitt eine Ausdehnung aufweisen, welche wenigstens 30 %, bevorzugt wenigstens 50 % und besonders bevorzugt wenigstens 70 % der axialen Ausdehnung des Übergangsabschnitts 53 entspricht. Dies ermöglicht eine entsprechend kompakte Bauform, da aus Stabilitätsgründen eine gewisse Mindestlänge bzw. Ausdehnung in axialer Richtung für den Übergangsabschnitt 53 günstig sein kann.The compensation section can have an extent in the axial direction which corresponds to at least 30%, preferably at least 50% and particularly preferably at least 70% of the axial extent of the transition section 53 . This enables a correspondingly compact design, since a certain minimum length or extent in the axial direction for the transition section 53 can be favorable for reasons of stability.

Der Kompensationsabschnitt 51 kann auch eine axiale Ausdehnung von 100 % der axialen Ausdehnung des Übergangsabschnitts 53 aufweisen, was bedeutet, dass in diesem Fall beide Abschnitte in ihrer axialen Ausdehnung gleich sind. Die axiale Ausdehnung des Kompensationsabschnitts 51 kann grundsätzlich auch größer sein als die axiale Ausdehnung des Übergangsabschnitts 53, wobei hier aber darauf zu achten ist, dass die Gesamtlänge des Grundkörpers 40 nicht zu groß wird. Im Allgemeinen kann es hinreichend sein, wenn die axiale Ausdehnung des Kompensationsabschnitts 51 nicht mehr als das Fünffache der axialen Ausdehnung des Übergangsabschnitts 53 beträgt.The compensation section 51 can also have an axial extent of 100% of the axial extent of the transition section 53, which means that in this case the axial extent of both sections is the same. In principle, the axial extent of the compensation section 51 can also be greater than the axial extent of the transition section 53, but care must be taken here that the overall length of the base body 40 does not become too large. In general, it can be sufficient if the axial extent of the compensation section 51 is no more than five times the axial extent of the transition section 53 .

Eine bevorzugte Ausführungsform eines Kompensationsabschnitts zeigt 4, wobei der dort abgebildete Kompensationsabschnitt 51 zumindest einen verjüngten Abschnitt als Kompensationsmittel mit einer Querschnittsfläche aufweist, welche kleiner ist als die Querschnittsfläche des Übergangsabschnitts 53. Dies führt dazu, dass Hebelkräfte, welche bei den Temperaturwechseln entstehen können und welche in radialer Richtung wirken können, nicht vollständig bzw. deutlich abgeschwächt von dem Befestigungsabschnitt auf den Halteabschnitt 41 des Grundkörpers 40 übertragen werden.A preferred embodiment of a compensation section is shown in FIG 4 , wherein the compensation section 51 shown there has at least one tapered section as a compensation means with a cross-sectional area that is smaller than the cross-sectional area of the transition section 53. This means that lever forces, which can arise during temperature changes and which can act in the radial direction, do not be transferred completely or significantly weakened from the fastening section to the holding section 41 of the base body 40 .

Dies reduziert die mechanischen Spannungen, welche auf die Verbindungszone einwirken können, deutlich, wodurch die Gefahr von Ablösungen oder Rissen in der Verbindungszone minimiert und die Gefahr von Undichtigkeiten, insbesondere im Bereich der Verbindungszone, im Betrieb verringert werden kann.This significantly reduces the mechanical stresses that can act on the connection zone, as a result of which the risk of detachment or cracks in the connection zone is minimized and the risk of leaks, particularly in the region of the connection zone, during operation can be reduced.

Diese Ausgestaltung ermöglicht es zudem auch, den Grundkörper 40 kostengünstig aus mehreren Teilen zu fertigen, beispielsweise den Rohrabschnitt 42 einerseits und den Halteabschnitt 41 andererseits, und dann beide Bauteile dauerhaft fest miteinander zu verbinden, etwa mittels Schweißen. Hierdurch kann auch in einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Halteabschnitt 41 erst mit dem temperaturstabilen Element 20 mittels An- oder Einglasen verbunden werden, bevor der Rohrabschnitt 42, vorzugsweise mit dem Befestigungsabschnitt 43, gefügt wird.This configuration also makes it possible to manufacture the base body 40 inexpensively from several parts, for example the tubular section 42 on the one hand and the holding section 41 on the other hand, and then to permanently connect both components to one another, for example by welding. In this way, in a likewise preferred embodiment, the holding section 41 can first be connected to the temperature-stable element 20 by means of glazing on or in before the tube section 42, preferably with the fastening section 43, is joined.

Es hat sich gezeigt, dass bereits eine geringe Reduzierung der Querschnittsfläche um ca. 1 %, besser wenigstens 5 %, bevorzugt um wenigstens 10 % und besonders bevorzugt um wenigstens 20 % diese Hebelwirkung deutlich reduziert. Eine zu große Reduzierung der Querschnittsfläche, beispielsweise um mehr als 70 %, hat sich als ungünstig herausgestellt, da die Struktur des Grundkörpers dann insgesamt geschwächt werden oder die Steifigkeit nicht mehr gegeben sein könnte.It has been shown that even a slight reduction in the cross-sectional area by approximately 1%, better still at least 5%, preferably by at least 10% and particularly preferably by at least 20%, significantly reduces this leverage effect. Too great a reduction in the cross-sectional area, for example by more than 70%, has proven to be unfavorable since the structure of the base body could then be weakened overall or the rigidity could no longer be given.

In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel wird der Innendurchmesser von ca. 30 mm auf etwa 27 mm in dem Kompensationsabschnitt 51 reduziert, was einer Reduzierung der Querschnittsfläche um etwa 15 % entspricht. Eine derartige Reduzierung hat sich als günstig für die Wanddicke des Rohrabschnittes 42, welche in dem Ausführungsbeispiel bei 0,6 mm liegt, herausgestellt.In the illustrated embodiment, the inner diameter is reduced from about 30 mm to about 27 mm in the compensation section 51, which corresponds to a reduction in cross-sectional area of about 15%. Such a reduction has proven to be favorable for the wall thickness of the tube section 42, which is 0.6 mm in the exemplary embodiment.

Bei größeren Wanddicken kann die Reduzierung der Querschnittsfläche auch stärker sein, da die Wanddicke genügend Stabilität bietet. Bei geringeren Wanddicken wird eine geringere Reduzierung der Querschnittsfläche günstiger sein.With larger wall thicknesses, the reduction in cross-sectional area can also be greater, since the wall thickness offers sufficient stability. At lower wall thicknesses, a smaller reduction in cross-sectional area will be more beneficial.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Halteabschnitt 41 den gleichen Querschnitt auf wie der Übergangsabschnitt 53, so dass die Verjüngung der Querschnittsfläche im Kompensationsabschnitt 51 dazu führt, dass der Halteabschnitt 41 nicht außen bündig mit dem Kompensationsabschnitt 51 verbunden ist, sondern nach innen zur Mittenachse 12 hin versetzt. Es ergibt sich somit eine umlaufende Freifläche 45. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht die Ausdehnung dieser Freifläche 45 in radialer Richtung wenigstens der Hälfte der Wanddicke des Rohrabschnittes 42, besonders bevorzugt wenigstens dem Einfachen der Wanddicke.In the exemplary embodiment shown, the holding section 41 has the same cross-section as the transition section 53, so that the narrowing of the cross-sectional area in the compensation section 51 means that the holding section 41 is not flush with the compensation section 51 on the outside, but is instead offset inward towards the central axis 12 . This results in a circumferential open area 45. In a preferred embodiment, the extension of this open area 45 in the radial direction corresponds to at least half the wall thickness of the tube section 42, particularly preferably at least to the simple wall thickness.

Eine radial wirkende Kraft wird dadurch von dem Rohrabschnitt 42 des Grundkörpers 40 nicht mehr auf die Außenkanten des Halteabschnittes 41 übertragen, was einer ungünstigen Krafteinleitung ähnlich einem Biegebalken entspricht, sondern die Krafteinleitung erfolgt nach innen versetzt, was die Durchbiegung verringert.A radially acting force is thus no longer transmitted from the tubular section 42 of the base body 40 to the outer edges of the holding section 41, which corresponds to an unfavorable introduction of force similar to a bending beam, but the introduction of force takes place inwardly, which reduces the deflection.

In einer weiteren ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist ein Kompensationsabschnitt 54 vorgesehen mit zumindest einem reduzierten Abschnitt als Kompensationsmittel, bei welchem die Dicke der Wandung des Kompensationsabschnittes 54 gegenüber der Dicke der Wandung des Übergangsabschnitts 53 reduziert ist.In a further likewise preferred embodiment, a compensation section 54 is provided with at least one reduced section as a compensation means, in which the thickness of the wall of the compensation section 54 is reduced compared to the thickness of the wall of the transition section 53 .

Bereits eine geringe Reduzierung der Wanddicke, etwa in einem Bereich von 5-10 %, kann dazu beitragen, dass der Rohrabschnitt 42 insgesamt elastischer reagiert, insbesondere bei den geforderten Temperaturwechseln. Auch hierdurch kann die Krafteinleitung in den Halteabschnitt 41 reduziert werden, wodurch ebenfalls unerwünschte mechanische Spannungen, welche zu Ablösungen und/oder Rissen in der Verbindungszone führen können, verringert werden können.Even a small reduction in the wall thickness, for example in a range of 5-10%, can contribute to the pipe section 42 reacting more elastically overall, in particular with the required temperature changes. In this way, too, the introduction of force into the holding section 41 can be reduced, as a result of which undesired mechanical stresses, which can lead to detachments and/or cracks in the connection zone, can also be reduced.

Eine geringe Reduzierung der Wanddicke hat insofern Vorteile, da die Strukturstabilität des Grundkörpers 40 dadurch kaum oder nur wenig beeinträchtigt wird. Es hat sich gezeigt, dass, eine entsprechende Wandstärke im Übergangsabschnitt 53 vorausgesetzt, eine Reduzierung um wenigstens 25 %, bevorzugt um wenigstens 35 % und besonders bevorzugt um wenigstens 40 %, insbesondere um etwa oder genau 50 %, in Verbindung mit den geforderten Temperaturen, den zusätzlichen Belastungen durch Vibrationen und den raschen Temperaturwechseln einen sehr guten Kompromiss zur Erhöhung der Elastizität ohne Schwächung der Strukturstabilität des Grundkörpers 40 darstellt.A slight reduction in the wall thickness has advantages in that the structural stability of the base body 40 is hardly or only slightly impaired as a result. It has been shown that, assuming a corresponding wall thickness in the transition section 53, a reduction of at least 25%, preferably at least 35% and particularly preferably at least 40%, in particular approximately or exactly 50%, in connection with the required temperatures, the additional stresses caused by vibrations and the rapid changes in temperature represent a very good compromise for increasing the elasticity without weakening the structural stability of the base body 40.

Dies gilt beispielsweise für einen Grundkörper 40 wie in 5 gezeigt mit einer Wanddicke von etwa 0,6 mm, wobei die Wanddicken aber auch zwischen zum Beispiel 0,4 mm und 1 mm liegen können. In einer besonders günstigen Ausführungsform beträgt die Wanddicke im Übergangsabschnitt 53 0,6 mm und im Kompensationsabschnitt 54 0,3 mm. Es ist allgemein günstig, im Übergang zwischen Übergangsabschnitt 53 zu Kompensationsabschnitt keine Kanten oder scharfkantige Einstiche vorzusehen, sondern Radien bzw. Übergangsradien 55, um eine Kerbwirkung zu reduzieren. This applies, for example, to a base body 40 as in 5 shown with a wall thickness of about 0.6 mm, but wall thicknesses can also be between 0.4 mm and 1 mm, for example. In a particularly favorable embodiment, the wall thickness in the transition section 53 is 0.6 mm and in the compensation section 54 is 0.3 mm. It is generally favorable not to provide any edges or sharp-edged indentations in the transition between the transition section 53 and the compensation section, but instead to provide radii or transition radii 55 in order to reduce a notch effect.

Eine zu starke Reduzierung der Wanddicke, etwa um mehr als 75 %, erscheint ungünstig, da dann die Querkontraktion und die sich daraus ergebenden mechanischen Spannungen in den beiden Abschnitten zu unterschiedlich ist und die Steifigkeit des Grundkörpers 40 insgesamt gefährdet sein könnte. Die Reduzierung der Wanddicke sollte daher nicht mehr als 75 %, bevorzugt nicht mehr als 65 % und besonders bevorzugt nicht mehr als 60 % betragen.Too great a reduction in the wall thickness, for example by more than 75%, appears unfavorable since the transverse contraction and the resulting mechanical stresses in the two sections are too different and the rigidity of the base body 40 as a whole could be endangered. The reduction in wall thickness should therefore be no more than 75%, preferably no more than 65% and particularly preferably no more than 60%.

In der in 5 gezeigten Ausführungsform ist der Kompensationsabschnitt 54 nicht nur mit einer reduzierten Wanddicke ausgebildet, sondern umfasst zusätzlich ein weiteres Kompensationsmittel in Gestalt einer Auskragung der Wandung. In anderen Worten, der Kompensationsabschnitt 54 ist mit einer reduzierten Wanddicke und einem auskragenden Abschnitt als Kompensationsmittel ausgebildet und kombiniert damit in besonders günstiger Weise zwei erfindungsgemäße Kompensationsmittel miteinander, welche selbstverständlich auch einzeln angewandt werden können.in the in 5 In the embodiment shown, the compensation section 54 is not only designed with a reduced wall thickness, but also includes a further compensation means in the form of a projection of the wall. In other words, the compensation section 54 is designed with a reduced wall thickness and a projecting section as a compensation means and thus combines two compensation means according to the invention in a particularly favorable manner, which of course can also be used individually.

Bei der Auskragung ist die Wandung unter einem Winkel α mit α > 0° zu der Mittenachse 12 des Grundkörpers 40 ausgerichtet. Die Auskragung erfolgt dabei in Richtung des Halteabschnitts 41. Dies führt in vorteilhafter Weise dazu, dass axiale Kräfte von dem Rohrabschnitt 42 abgefangen und die resultierenden Querkräfte besser kompensiert werden können, da der auskragende Abschnitt eine zusätzliche elastische Komponente bei unterschiedlicher Querkontraktion zur Verfügung stellt. Der Winkel α kann dabei zwischen 5° und 75°, bevorzugt zwischen 10° und 70°, und besonders bevorzugt zwischen 15° und 60° betragen. In dem Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel etwa α = 15°.In the case of the overhang, the wall is aligned at an angle α with α>0° to the central axis 12 of the base body 40 . The overhang is in the direction of the holding section 41. This advantageously means that axial forces are absorbed by the pipe section 42 and the resulting transverse forces can be better compensated, since the overhanging section provides an additional elastic component with different transverse contractions. The angle α can be between 5° and 75°, preferably between 10° and 70°, and particularly preferably between 15° and 60°. In the exemplary embodiment, the angle is approximately α=15°.

6 zeigt ein Detail der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung 10 gemäß Ausschnitt C, wobei die Auskragung und die Wanddickenreduzierung sowie die Übergangsradien 55 und der Winkel α abgebildet sind. 6 shows a detail of the fastening device 10 according to the invention according to detail C, wherein the overhang and the wall thickness reduction as well as the transition radii 55 and the angle α are shown.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform können mehrere Kompensationsmittel miteinander kombiniert werden, beispielsweise die Reduzierung der Wanddicke mit der Auskragung wie in dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel.In a particularly preferred embodiment, several compensation means can be combined with one another, for example reducing the wall thickness with the overhang as in 5 shown embodiment.

7 zeigt ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Befestigungseinrichtung 10, bei der ebenfalls mehrere Kompensationsmittel miteinander kombiniert sind. In dem abgebildeten Beispiel sind dies die Verjüngung der Querschnittsfläche, die Wandstärkenreduzierung sowie die Auskragung. Der abgebildete Kompensationsabschnitt 56 umfasst demnach einen Abschnitt 57 mit einer Verjüngung des Querschnitts, welcher wiederum einen Abschnitt 58 mit einer Wandstärkenreduzierung sowie einer Auskragung umfasst. Wandstärkenreduzierung und Auskragung sind dabei ausgebildet wie unter dem Ausführungsbeispiel zu 5 erläutert, wobei selbstverständlich auch andere Ausbildungen und Kombinationsmöglichkeiten gegeben sind. 7 shows another example of an embodiment of the fastening device 10 according to the invention, in which several compensation means are also combined with one another. In the example shown, these are the taper of the cross-sectional area, the reduction in wall thickness and the overhang. The compensation section 56 shown accordingly comprises a section 57 with a narrowing of the cross section, which in turn comprises a section 58 with a reduction in wall thickness and a projection. Wall thickness reduction and projection are formed as in the embodiment 5 explained, of course, other training and possible combinations are given.

Diese Ausbildung des Kompensationsabschnittes 56 zeigte in Versuchen die höchste Elastizität. Sie ist damit besonders gut geeignet für Befestigungsvorrichtungen 10, bei welchen besonders große Differenzen im Wärmeausdehnungsverhalten zwischen temperaturstabilen Element 20 und Grundkörper 40 vorliegen.This design of the compensation section 56 showed the highest elasticity in tests. It is therefore particularly well suited for fastening devices 10 in which there are particularly large differences in the thermal expansion behavior between the temperature-stable element 20 and the base body 40 .

8 zeigt ein Detail der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung 10 gemäß Ausschnitt D, wobei die Auskragung und die Wanddickenreduzierung sowie die Übergangsradien 55 abgebildet sind. 8th shows a detail of the fastening device 10 according to the invention according to section D, wherein the overhang and the wall thickness reduction as well as the transition radii 55 are shown.

9 schließlich zeigt eine erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung 10 zum Haltern eines temperaturstabilen Elementes 20 in einer Schrägansicht. 9 finally shows a fastening device 10 according to the invention for holding a temperature-stable element 20 in an oblique view.

Der Grundkörper 40 umfasst ein temperaturstabiles Material, bevorzugt ein temperaturstabiles Metall aus der Gruppe der Stähle, beispielsweise der Normalstähle, Edelstähle, nichtrostenden Stähle und der hochtemperaturstabilen ferritischen oder austenisitschen Stähle. Bevorzugt sind dabei Stähle, welche gut schweißbar sind und bei der Durchführung der Erfindung rostfrei bleiben.The base body 40 comprises a temperature-stable material, preferably a temperature-stable metal from the group of steels, for example normal steels, high-grade steels, stainless steels and high-temperature-stable ferritic or austenitic steels. Preference is given to steels which are readily weldable and remain rust-free when the invention is implemented.

Die Erfindung ermöglicht es, in besonders vorteilhafter Weise Materialien bzw. Werkstoffe für den Grundkörper 40 auszuwählen, welche über einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das temperaturstabile Element 20 verfügen.The invention makes it possible to select materials for the base body 40 in a particularly advantageous manner, which have a higher coefficient of thermal expansion than the temperature-stable element 20 .

Da der Wärmeausdehnungskoeffizient des Grundkörpers 40 in diesen Fällen größer ist als der des temperaturstabilen Elements 20, übt dieser eine mit ansteigender Temperatur zunehmende Zug- bzw. Druckspannung infolge unterschiedlicher Querkontraktion auf das temperaturstabile Element 20 aus. Um dennoch auch bei den geforderten Temperaturen die Öffnung dauerbetriebsfest fluiddicht bzw. hermetisch dicht zu verschließen, ist es günstig, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials des Grundkörpers 40 nicht höher ist als 15 * 10-6/K in einem Temperaturbereich von 20 °C bis 400 °C, bevorzugt nicht höher als 14 * 10-6/K und besonders bevorzugt nicht höher als 13 * 10-6/K.Since the coefficient of thermal expansion of the base body 40 is greater than that of the temperature-stable element 20 in these cases, this exerts a tensile or compressive stress that increases with increasing temperature as a result of different transverse contractions on the temperature-stable element 20 . In order to still be able to seal the opening fluid-tight or hermetically tight at the required temperatures, it is favorable if the coefficient of thermal expansion of the material of the base body 40 is not higher than 15 * 10-6/K in a temperature range of 20 °C to 400 °C, preferably not higher than 14*10-6/K and particularly preferably not higher than 13*10-6/K.

Das Material für den Grundkörper 40 kann somit ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend die folgenden Stähle: Thermax, beispielsweise Thermax 4016, Thermax4742, oder Thermax4762 oder Crofer22 APU oder CroFer22 H oder NiFe-basierte Materialien, beispielsweise NiFe45, NiFe47, oder bekannt unter dem Markennamen Inconel, beispielsweise Inconel 718 oder X-750, oder Stähle, beispielsweise bekannt unter den Bezeichnungen CF25, Alloy 600, Alloy 625, Alloy 690, SUS310S, SUS430, SUH446 oder SUS316, oder austenitische Stähle wie 1.4828 oder 1.4841 oder ferritische Stähle wie 1.4762 oder Incolloy 909.The material for the base body 40 can thus be selected from the group comprising the following steels: Thermax, for example Thermax 4016, Thermax4742, or Thermax4762 or Crofer22 APU or CroFer22 H or NiFe-based materials, for example NiFe45, NiFe47, or known by the brand name Inconel, for example Inconel 718 or X-750, or steels, for example known under the names CF25, Alloy 600, Alloy 625, Alloy 690, SUS310S, SUS430, SUH446 or SUS316, or austenitic steels such as 1.4828 or 1.4841 or ferritic steels such as 1.4762 or Incolloy 909.

In den dargestellten Ausführungsbeispielen wurden als Material für den Grundkörper ferritischer Stahl 1.4762 sowie Alloy 600 mit Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen 11 * 10-6/K und 14,5 * 10-6/K in einem Temperaturbereich von 20 °C bis 400 °C mit gutem Erfolg verwendet.In the exemplary embodiments shown, ferritic steel 1.4762 and Alloy 600 with coefficients of thermal expansion between 11*10-6/K and 14.5*10-6/K in a temperature range of 20°C to 400°C were used with good success as the material for the base body used.

Der Grundkörper 40 konnte mit diesen Materialien bei einer Wanddicke von etwa 0,6 mm im Bereich des Übergangsabschnittes 53 und einem Durchmesser von etwa 30 mm im Bereich des Halteabschnittes 41 hinreichend formstabil ausgebildet werden. Selbstverständlich sind auch andere Abmessungen möglich und denkbar.With these materials, the base body 40 could be made sufficiently dimensionally stable with a wall thickness of about 0.6 mm in the area of the transition section 53 and a diameter of about 30 mm in the area of the holding section 41 . Of course, other dimensions are also possible and conceivable.

Das temperaturstabile Element 20 ist scheibenförmig ausgebildet mit planparallelen Hauptoberflächen und verfügt über eine optische Politur, beispielsweise der Güte P3, auf zumindest den Hauptoberflächen.The temperature-stable element 20 is disc-shaped with plane-parallel main surfaces and has an optical polish, for example of quality P3, on at least the main surfaces.

In den Ausführungsbeispielen beträgt der Außendurchmesser des temperaturstabilen Elementes 20 etwa 23 mm bei einer Dicke von etwa 1,5 mm. Selbstverständlich sind auch andere Abmessungen möglich und denkbar.In the exemplary embodiments, the outside diameter of the temperature-stable element 20 is approximately 23 mm with a thickness of approximately 1.5 mm. Of course, other dimensions are also possible and conceivable.

In anderen Ausführungsformen ist es beispielsweise auch möglich, das temperaturstabile Element 20 plankonvex, plankonkav, bikonvex, bikonkav, konvexkonkav oder konkavkonvex zu formen.In other embodiments, it is also possible, for example, to shape the temperature-stable element 20 in a plano-convex, plano-concave, biconvex, biconcave, convex-concave or concave-convex manner.

Dabei kann das temperaturstabile Element 20 auch ein Teil eines diesem zugeordneten bildgebenden Systems sein.The temperature-stable element 20 can also be part of an imaging system assigned to it.

Das temperaturstabile Element 20 kann Glas, Glaskeramik oder Keramik umfassen oder daraus bestehen.The temperature-stable element 20 can comprise or consist of glass, glass-ceramic or ceramic.

In den Ausführungsbeispielen wurden gute Erfahrungen gemacht mit dem Material Saphirglas bzw. synthetischem Korund für das temperaturstabile Element 20, welches sehr gute optische Eigenschaften aufgrund des kristallinen Aufbaus bietet sowie eine hohen Härte und eine besonders hohe Temperaturbeständigkeit aufweist.In the exemplary embodiments, good experiences have been made with the material sapphire glass or synthetic corundum for the temperature-stable element 20, which offers very good optical properties due to the crystalline structure and has a high level of hardness and particularly high temperature resistance.

Zudem erweist sich auch der Wärmeausdehnungskoeffizient von Saphirglas als günstig, welcher etwa 7,5 * 10-6/K (Temperaturbereich von 20 °C bis 400 °C) beträgt, da hierdurch die Differenz zu dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Grundkörpers 40 nicht zu hoch wird.In addition, the coefficient of thermal expansion of sapphire glass has also proven to be favorable, which is approximately 7.5*10-6/K (temperature range from 20° C. to 400° C.), since the difference to the coefficient of thermal expansion of the base body 40 is not too high as a result.

In den Ausführungsbeispielen wurden ferner gute Erfahrungen gemacht mit dem Material Quarzglas bzw. Kieselglas für das temperaturstabile Element 20, welches ebenfalls über besonders gute optische Eigenschaften verfügt.In the exemplary embodiments, good experiences were also made with the material quartz glass or silica glass for the temperature-stable element 20, which also has particularly good optical properties.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient liegt allerdings mit etwa 0,5 * 10-6/K deutlich niedriger, was dazu führt, dass die mechanischen Spannungen bei Temperaturwechseln zwischen temperaturstabilen Element und Grundkörper im Vergleich zu Saphirglas größer sind.However, the coefficient of thermal expansion is significantly lower at around 0.5 * 10-6/K, which means that the mechanical stresses during temperature changes between the temperature-stable element and the base body are greater compared to sapphire glass.

Allgemein wird im Sinne der Erfindung daher bevorzugt, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient des temperaturstabilen Elements 20 nicht größer ist als 9 * 10-6/K in einem Temperaturbereich von 20 °C bis 400 °C, bevorzugt nicht größer als 7,5 * 10-6/K, weiterhin bevorzugt nicht größer als 7 * 10-6/K und besonders bevorzugt nicht größer als 6,5 * 10-6/K.According to the invention, it is generally preferred if the coefficient of thermal expansion of the temperature-stable element 20 is no greater than 9*10-6/K in a temperature range of 20° C. to 400° C., preferably no greater than 7.5*10-6 /K, further preferably not greater than 7*10-6/K and particularly preferably not greater than 6.5*10-6/K.

Bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen beträgt der Betrag der Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem temperaturstabilen Element 20 und dem Grundkörper 40 wenigstens 2,5 * 10-6/K, bevorzugt mehr als 3 * 10-6/K und besonders bevorzugt mehr als 4 * 10-6/K.In the aforementioned exemplary embodiments, the amount of the difference in the thermal expansion coefficients between the temperature-stable element 20 and the base body 40 is at least 2.5*10 -6 /K, preferably more than 3*10 -6 /K and particularly preferably more than 4*10 -6 /K

Dies ermöglicht es, sowohl den Grundkörper 40 hinsichtlich seiner bestimmungsgemäßen Eigenschaften als auch das temperaturstabile Element 20 entsprechend auszubilden.This makes it possible to design both the base body 40 with regard to its intended properties and the temperature-stable element 20 accordingly.

Diese Differenz sollte allerdings auch nicht zu hoch sein, da sonst selbst die vorstehend beschriebenen Kompensationsmittel nicht ausreichend könnten, um die auftretenden Spannungen sicher abzufangen. Die Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem temperaturstabilen Element 20 und dem Grundkörper 40 sollte daher nicht mehr als 20 * 10-6/K, bevorzugt nicht mehr als 15 * 10-6/K und besonders bevorzugt nicht mehr als 13 * 10-6/K betragen.However, this difference should not be too high either, since otherwise even the compensation means described above would not be sufficient to reliably absorb the stresses that occur. The difference in the thermal expansion coefficients between the temperature-stable element 20 and the base body 40 should therefore not be more than 20*10 -6 /K, preferably not more than 15*10 -6 /K and particularly preferably not more than 13*10 -6 /K. amount to K.

Zum Haltern des temperaturstabilen Elementes 20 in der Öffnung 45 des Grundkörpers 40 ist in den abgebildeten Ausführungsbeispielen ein Haltemittel 30 vorgesehen, um eine hochtemperaturstabile und/oder mechanisch hochfeste Fügeverbindung herzustellen.To hold the temperature-stable element 20 in the opening 45 of the base body 40, a holding means 30 is provided in the exemplary embodiments shown, in order to produce a high-temperature-stable and/or mechanically high-strength joint.

Besonders gute Erfahrungen wurden gemacht mit einem Haltemittel 30, welches ein kristallisierbares oder zumindest teilweise kristallisiertes Glas umfasst, wie es in der Patentanmeldung EP 19 181 866.5 der Anmelderin vorgeschlagen ist.Particularly good experiences have been made with a holding means 30 which comprises a crystallizable or at least partially crystallizable glass, as is described in the patent application EP 19 181 866.5 the applicant is proposed.

Ebenfalls wurden gute Erfahrungen gemacht mit einem Haltemittel 30, welches ein kristallisierbares oder zumindest teilweise kristallisierten Glas umfasst, wobei das zumindest teilweise kristallisierte Glas eine Porosität aufweist. Diese kann zur Grenzfläche des zumindest teilweise kristallisierten Glases mit dem Fügepartner hin abnehmen, und/oder strukturiert verteilt angeordnet sein.Good experiences have also been made with a holding means 30 which comprises a crystallizable or at least partially crystallized glass, the at least partially crystallized glass having a porosity. This can decrease towards the interface of the at least partially crystallized glass with the joining partner and/or be distributed in a structured manner.

Ein derartiges kristallisierbares oder zumindest teilweise kristallisiertes Glas wird in der Patentanmeldung WO 2017/220700 der Anmelderin vorgeschlagen.Such a crystallizable or at least partially crystallized glass is described in the patent application WO 2017/220700 proposed by the applicant.

Derartige kristallisierbare bzw. zumindest teilweise kristallisierte Gläser erlauben die Ausbildung von hochtemperaturstabilen und/oder mechanisch hochfesten Fügeverbindungen. So ist es mit einem kristallisierbaren bzw. zumindest teilweise kristallisierten Glas möglich, ein besonders stabiles Gefüge im zumindest teilweise kristallisierten Glas auszubilden, insbesondere ein Gefüge, welches auch bei hohen Temperaturen oberhalb von 400 °C, bevorzugt oberhalb von 500 °C und besonders bevorzugt oberhalb von 600 °C oder sogar bis 1000 °C oder darüber mechanisch stabil ausgebildet ist.Such crystallizable or at least partially crystallized glasses allow the formation of high-temperature-stable and/or mechanically high-strength joints. With a crystallizable or at least partially crystallized glass, it is possible to form a particularly stable structure in the at least partially crystallized glass, in particular a structure which is stable even at high temperatures above 400° C., preferably above 500° C. and particularly preferably above is mechanically stable from 600 ° C or even up to 1000 ° C or more.

Mit der Erfindung kann ein Partikelsensor, insbesondere Abgassensor, beispielsweise Rußpartikelsensor, Drucksensor, Temperatursensor, NOx-Sensor oder Sauerstoffsensor, zur Verfügung gestellt werden, bei dem optische Komponenten einer Messeinrichtung in der Nähe eines heißen Partikelstromes angeordnet werden können, wobei sie durch die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung 10 geschützt vor Wärme und eindringendem Gas sind.With the invention, a particle sensor, in particular an exhaust gas sensor, for example a soot particle sensor, pressure sensor, temperature sensor, NO x sensor or oxygen sensor, can be made available in which the optical components of a measuring device can be arranged in the vicinity of a hot particle flow, whereby they can be Fastening device 10 are protected from heat and penetrating gas.

Auf diese Weise kann beispielsweise ein „Fenster“ zur optischen Analyse von Rußpartikelkonzentrationen in einem Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine mittels Laserstrahlung bereitgestellt werden.In this way, for example, a “window” can be provided for the optical analysis of soot particle concentrations in an exhaust system of an internal combustion engine using laser radiation.

Mit der Erfindung kann beispielsweise auch ein bildgebendes System zur Verfügung gestellt werden, welches mittels der Befestigungsvorrichtung 10 ein temperaturstabiles „Fenster“ als Interface zwischen Messeinrichtung und Messvolumen umfasst und damit in der Nähe von oder in Partikelströmen 11 oder Fluiden eingesetzt werden kann.With the invention, for example, an imaging system can also be made available which, by means of the fastening device 10, includes a temperature-stable “window” as an interface between the measuring device and the measuring volume and can therefore be used in the vicinity of or in particle streams 11 or fluids.

Mit von der Erfindung umfasst ist ferner die Verwendung der Befestigungsvorrichtung 10 zum Haltern eines temperaturstabilen Elementes 20 mit geringer Wärmeausdehnung in einem Abgassensor, einem Drucksensor, einem Partikelsensor, wie beispielsweise einem Rußpartikelsensor und/oder einem Temperatursensor und/oder in einem NOx-Sensor und/oder in einem Sauerstoffsensor, oder in einer Durchführung für einen Kompressor oder in einem Abgaselement oder in einer Brennstoffzelle oder in einer Durchführung für einen chemischen Reaktor oder in einem bildgebenden System.The invention also includes the use of the fastening device 10 for holding a temperature-stable element 20 with low thermal expansion in an exhaust gas sensor, a pressure sensor, a particle sensor, such as a soot particle sensor and/or a temperature sensor and/or in a NO x sensor and /or in an oxygen sensor, or in a feedthrough for a compressor, or in an exhaust element, or in a fuel cell, or in a feedthrough for a chemical reactor, or in an imaging system.

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Claims (25)

Befestigungsvorrichtung zum Haltern eines temperaturstabilen Elementes insbesondere dauerbetriebsfest bei Hochtemperatur-Anwendungen oberhalb von 300 °C, bevorzugt oberhalb von 350 °C und besonders bevorzugt oberhalb von 380 °C, umfassend - einen Grundkörper mit zumindest einem Halteabschnitt, einem an diesen Halteabschnitt angrenzenden Rohrabschnitt mit einer umlaufenden Wandung sowie mit einem an diesen Rohrabschnitt angrenzenden Befestigungsabschnitt, und - ein temperaturstabiles Element, wobei der Grundkörper eine durchgehende Öffnung umfasst, welche im Bereich des Halteabschnittes ausgebildet ist zur Aufnahme und Halterung des temperaturstabilen Elementes, und wobei das temperaturstabile Element im Betrieb für elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenspektrum von wenigstens 350 bis 1.000 nm eine Transparenz von wenigstens 80 %, bevorzugt wenigstens 84 % und besonders bevorzugt wenigstens 86 % aufweist. Fastening device for holding a temperature-stable element, in particular permanently operational in high-temperature applications above 300° C., preferably above 350° C. and particularly preferably above 380° C., comprising a base body with at least one holding section, a tubular section adjoining this holding section with a peripheral wall and with a fastening section adjoining this tubular section, and - a temperature stable element, wherein the base body comprises a continuous opening which is formed in the region of the holding section for receiving and holding the temperature-stable element, and wherein the temperature-stable element has a transparency of at least 80%, preferably at least 84% and particularly preferably at least 86%, during operation for electromagnetic radiation in a wavelength spectrum of at least 350 to 1000 nm. Befestigungsvorrichtung zum Haltern eines temperaturstabilen Elementes insbesondere dauerbetriebsfest bei Hochtemperatur-Anwendungen oberhalb von 300 °C, bevorzugt oberhalb von 350 °C und besonders bevorzugt oberhalb von 380 °C, insbesondere nach vorstehendem Anspruch, umfassend - einen Grundkörper mit zumindest einem Halteabschnitt, einem an diesen Halteabschnitt angrenzenden Rohrabschnitt mit einer umlaufenden Wandung sowie mit einem an diesen Rohrabschnitt angrenzenden Befestigungsabschnitt, - ein temperaturstabiles Element, und - ein Haltemittel, wobei der Grundkörper eine durchgehende Öffnung umfasst, welche im Bereich des Halteabschnittes ausgebildet ist zur Aufnahme des temperaturstabilen Elementes, wobei das temperaturstabile Element mit dem Haltemittel in der Öffnung gehaltert ist und wobei die Öffnung fluiddicht, vorzugsweise hermetisch dicht, verschlossen ist, und wobei das temperaturstabile Element im Betrieb für elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenspektrum von wenigstens 350 bis 1.000 nm eine Transparenz von wenigstens 80 %, bevorzugt wenigstens 84 % und besonders bevorzugt wenigstens 86 % aufweist.Fastening device for holding a temperature-stable element, in particular permanently operational in high-temperature applications above 300° C., preferably above 350° C. and particularly preferably above 380° C., in particular according to the preceding claim, comprising - a base body with at least one holding section, a pipe section adjoining this holding section with a peripheral wall and with a fastening section adjoining this pipe section, - a temperature stable element, and - A holding means, wherein the base body comprises a continuous opening, which is formed in the region of the holding portion for receiving the temperature-stable element, wherein the temperature-stable element is held in the opening by the holding means and the opening is closed in a fluid-tight, preferably hermetically-tight manner, and wherein the temperature-stable element has a transparency of at least 80%, preferably at least 84% and particularly preferably at least 86%, during operation for electromagnetic radiation in a wavelength spectrum of at least 350 to 1000 nm. Befestigungsvorrichtung nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung dauerbetriebsfest bei Hochtemperatur-Anwendungen ab wenigstens 400 °C, bevorzugt ab wenigstens 500 °C und besonders bevorzugt ab wenigstens 600 °C ist.Fastening device according to one of the two preceding claims, characterized in that the fastening device is permanently operational in high-temperature applications from at least 400 °C, preferably from at least 500 °C and particularly preferably from at least 600 °C. Befestigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung der Befestigungsvorrichtung dicht verschlossen ist, wobei die Helium-Leckrate höchstens 5 * 10-8 mbar*l/s, bevorzugt höchstens 2 * 10-8 mbar*l/s und besonders bevorzugt höchstens 1 * 10-8 mbar*l/s beträgt.Fastening device according to one of the preceding claims, characterized in that the opening of the fastening device is tightly closed, the helium leak rate being at most 5 * 10 -8 mbar*l/s, preferably at most 2 * 10 -8 mbar*l/s and in particular preferably at most 1*10 -8 mbar*l/s. Befestigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung und/oder der Grundkörper, insbesondere der Halteabschnitt, der Rohrabschnitt und/oder der Befestigungsabschnitt zylindersymmetrisch ausgebildet sind.Fastening device according to one of the preceding claims, characterized in that the opening and/or the base body, in particular the holding section, the tube section and/or the fastening section are of cylindrically symmetrical design. Befestigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt zumindest einen ersten Abschnitt umfasst, welcher an den Befestigungsabschnitt angrenzt und als Übergangsabschnitt ausgebildet ist, und einen zweiten Abschnitt, welcher als Kompensationsabschnitt ausgebildet ist, wobei der Kompensationsabschnitt in axialer Richtung eine Ausdehnung aufweist, welche wenigstens 30 %, bevorzugt wenigstens 50 % und besonders bevorzugt wenigstens 70 % der axialen Ausdehnung des Übergangsabschnitts entspricht.Fastening device according to one of the preceding claims, characterized in that the tubular section comprises at least a first section which adjoins the fastening section and is designed as a transition section, and a second section which is designed as a compensation section, the compensation section having an extent in the axial direction , which corresponds to at least 30%, preferably at least 50% and particularly preferably at least 70% of the axial extent of the transition section. Befestigungsvorrichtung nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationsabschnitt zumindest einen verjüngten Abschnitt mit einer Querschnittsfläche aufweist, welche kleiner ist als die Querschnittsfläche des Übergangsabschnitts, wobei die Querschnittsfläche um wenigstens 5 %, bevorzugt um wenigstens 10 % und besonders bevorzugt um wenigstens 20 % kleiner ist.Fastening device according to the preceding claim, characterized in that the compensation section has at least one tapered section with a cross-sectional area which is smaller than the cross-sectional area of the transition section, the cross-sectional area being at least 5%, preferably at least 10% and particularly preferably at least 20% smaller is. Befestigungsvorrichtung nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationsabschnitt zumindest einen reduzierten Abschnitt umfasst, bei welchem die Dicke der Wandung gegenüber der Dicke der Wandung des Übergangsabschnitts reduziert ist um wenigstens 25 %, bevorzugt um wenigstens 35 % und besonders bevorzugt um wenigstens 40 %, und um nicht mehr als 75 %, bevorzugt nicht mehr als 65 % und besonders bevorzugt um nicht mehr als 60 %.Fastening device according to one of the two preceding claims, characterized in that the compensation section comprises at least one reduced section, in which the thickness of the wall is reduced compared to the thickness of the wall of the transition section by at least 25%, preferably by at least 35% and particularly preferably by at least 40%, and by no more than 75%, preferably by no more than 65% and most preferably by no more than 60%. Befestigungsvorrichtung nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationsabschnitt zumindest einen auskragenden Abschnitt umfasst, bei welchem die Wandung in einem Winkel α zu der Mittenachse des Grundkörpers steht und wobei die Auskragung vorzugsweise in Richtung des Halteabschnitts erfolgt.Fastening device according to one of the two preceding claims, characterized in that the compensation section comprises at least one projecting section in which the wall is at an angle α to the central axis of the base body and the projection preferably takes place in the direction of the holding section. Befestigungsvorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Winkel α zwischen 5° und 75°, bevorzugt zwischen 10° und 70°, und besonders bevorzugt zwischen 15° und 60° beträgt.Fastening device according to the preceding claim, characterized in that angle α is between 5° and 75°, preferably between 10° and 70°, and particularly preferably between 15° and 60°. Befestigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper aus einem temperaturstabilen Material ausgebildet ist, bevorzugt einem temperaturstabilen Metall aus der Gruppe der Stähle, beispielsweise der Normalstähle, Edelstähle, nichtrostenden Stähle und der hochtemperaturstabilen Stähle, wobei Wärmeausdehnungskoeffizient CTE des Materials nicht höher ist als 15 * 10-6/K, bevorzugt nicht höher als 14 * 10-6/K und besonders bevorzugt nicht höher als 13 * 10-6/K, und vorzugsweise wenigstens 10 * 10-6/K.Fastening device according to one of the preceding claims, characterized in that the base body is made of a temperature-stable material, preferably a temperature-stable metal from the group of steels, for example normal steels, stainless steels, stainless steels and high-temperature-stable steels, with the thermal expansion coefficient CTE of the material not being higher is than 15 * 10-6/K, preferably not higher than 14 * 10-6/K and more preferably not higher than 13 * 10-6/K, and preferably at least 10 * 10-6/K. Befestigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Grundkörpers ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend die folgenden Stähle: Thermax, beispielsweise Thermax 4016, Thermax4742, oder Thermax4762 oder Crofer22 APU oder CroFer22 H oder NiFe-basierte Materialien, beispielsweise NiFe45, NiFe47, oder bekannt unter dem Markennamen Inconel, beispielsweise Inconel 718 oder X-750, oder Stähle, beispielsweise bekannt unter den Bezeichnungen CF25, Alloy 600, Alloy 625, Alloy 690, SUS310S, SUS430, SUH446 oder SUS316, oder austenitische Stähle wie 1.4828 oder 1.4841, oder ferritische Stähle wie 1.4762 oder Incolloy 909.Fastening device according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the base body is selected from the group comprising the following steels: Thermax, for example Thermax 4016, Thermax4742, or Thermax4762 or Crofer22 APU or CroFer22 H or NiFe-based materials, for example NiFe45, NiFe47, or known by the brand name Inconel, for example Inconel 718 or X-750, or steels, known for example by the names CF25, Alloy 600, Alloy 625, Alloy 690, SUS310S, SUS430, SUH446 or SUS316, or austenitic steels such as 1.4828 or 1.4841, or ferritic steels such as 1.4762 or Incolloy 909. Befestigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturstabile Element scheibenförmig ausgebildet ist und insbesondere planparallele Hauptoberflächen aufweist.Fastening device according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature-stable element is disc-shaped and in particular has plane-parallel main surfaces. Befestigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturstabile Element Glas, Glaskeramik oder Keramik umfasst oder daraus besteht, insbesondere Saphirglas oder Quarzglas.Fastening device according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature-stable element comprises or consists of glass, glass ceramic or ceramic, in particular sapphire glass or quartz glass. Befestigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturstabile Element im Wesentlichen monokristallin ausgebildet ist.Fastening device according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature-stable element is essentially monocrystalline. Befestigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturstabile Element einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht größer als 9 * 10-6/K, bevorzugt nicht größer als 7,5 * 10-6/K, weiterhin bevorzugt nicht größer als 7 * 10-6/K und besonders bevorzugt nicht größer als 6,5 * 10-6/K aufweist.Fastening device according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature-stable element has a thermal expansion coefficient of no greater than 9 * 10-6/K, preferably no greater than 7.5 * 10-6/K, further preferably no greater than 7 * 10 -6/K and particularly preferably not greater than 6.5*10-6/K. Befestigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem temperaturstabilen Element und dem Grundkörper wenigstens 2,5 * 10-6/K beträgt, bevorzugt mehr als 3 * 10-6/K und besonders bevorzugt mehr als 4 * 10-6/K.Fastening device according to one of the preceding claims, characterized in that the amount of the difference in thermal expansion coefficients between the temperature-stable element and the base body is at least 2.5 * 10 -6 /K, preferably more than 3 * 10 -6 /K and particularly preferred more than 4 * 10 -6 /K. Befestigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel ein Glaslot umfasst, vorzugsweise umfassend ein kristallisierbares oder zumindest teilweise kristallisiertes Glas, oder aus diesem besteht.Fastening device according to one of the preceding claims, characterized in that the holding means comprises a glass solder, preferably comprising a crystallizable or at least partially crystallizable glass, or consists of this. Befestigungsvorrichtung nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass (*** P5041) das zumindest teilweise kristallisierte Glas einen Restglasanteil von weniger als 10 %, vorzugsweise von weniger als 5 %, bezogen auf das Volumen, umfasst, wobei das zumindest teilweise kristallisierte Glas Kristallaggregate umfasst, wobei die Kristallaggregate gebildet sind aus einer Vielzahl von Kristalliten, wobei die Kristallite vorzugsweise nadelig und/oder plättchenförmig ausgebildet sind, wobei die Kristallite insbesondere bevorzugt radialstrahlig, wie sphärolithisch und/oder fächerförmig, und/oder stabförmig und/oder plättchenförmig das zumindest teilweise kristallisierte Glas durchsetzend angeordnet sind.Fastening device according to the preceding claim, characterized in that (*** P5041) the at least partially crystallized glass comprises a residual glass content of less than 10%, preferably less than 5%, by volume, the at least partially crystallized glass comprising crystal aggregates , wherein the crystal aggregates are formed from a large number of crystallites, wherein the crystallites are preferably needle-like and/or plate-shaped, the crystallites particularly preferably radially, such as spherulitic and/or fan-shaped, and/or rod-shaped and/or plate-shaped the at least partially crystallized Glass are arranged penetrating. Befestigungsvorrichtung nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas umfasst La2O3 größer 0,3 Mol-% bis kleiner 5 Mol-%, vorzugsweise kleiner oder gleich 4,5 Mol-%, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 4 Mol-%, Nb2O5 0 Mol-% bis 9 Mol-%, Ta2O5 0 Mol-% bis 7 Mol-%,
wobei Σ (A2O5) größer 0,2 Mol-% bis 9 Mol-%,
wobei A ein Element ist, welches in Oxiden üblicherweise die Oxidationszahl V+ aufweist, und Nb und/oder Ta oder P und / oder Mischungen hiervon umfassen kann.
Fastening device according to the preceding claim, characterized in that the glass comprises La 2 O 3 greater than 0.3 mol% to less than 5 mol%, preferably less than or equal to 4.5 mol%, particularly preferably less than or equal to 4 mol%, Nb2O5 _ 0 mole % to 9 mole %, Ta2O5 _ 0 mole % to 7 mole %,
whereby Σ (A 2 O 5 ) greater than 0.2 mol% to 9 mol%,
where A is an element which usually has the oxidation number V+ in oxides, and may comprise Nb and/or Ta or P and/or mixtures thereof.
Befestigungsvorrichtung nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas umfasst SiO2 30 Mol-% bis 40 Mol-%, Al2O3 3 Mol-% bis 12 Mol-%, CaO 32 Mol-% bis 46 Mol-%, MgO 5 Mol-% bis 15 Mol-%, ZnO 0 Mol-% bis 10 Mol-%,
sowie optional ZrO2 0 Mol-% bis 4 Mol-%, vorzugsweise höchstens 3 Mol-%, und/oder TiO2 0 Mol-% bis 4 Mol-%, vorzugsweise höchstens 3 Mol-%, und/oder MnO2 0 Mol-% bis 5 Mol-%.
Fastening device according to the preceding claim, characterized in that the glass comprises SiO 2 30 mol% to 40 mol%, Al2O3 _ 3 mole % to 12 mole %, CaO 32 mol% to 46 mol%, MgO 5 mole % to 15 mole %, ZnO 0 mol% to 10 mol%,
as well as optional ZrO 2 0 mole % to 4 mole %, preferably at most 3 mol%, and/or TiO 2 0 mole % to 4 mole %, preferably at most 3 mol%, and/or MnO 2 0 mole% to 5 mole%.
Befestigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 18-21, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest teilweise kristallisierte Glas eine Porosität umfasst und die folgende Zusammensetzung aufweist, Angaben in Gew.-%: SiO2: 20 bis 60, bevorzugt 25 bis 50 Al2O3: 0,5 bis 20, bevorzugt 0,5 bis 10 CaO: 10 bis 50 MgO: 0,5 bis 50, bevorzugt 0,5 bis 10 Y2O3: 0,1 bis 20, bevorzugt 3 bis 20 ZrO2: 0,1 bis 25, bevorzugt 3 bis 20 B2O3: 1 bis 15, bevorzugt 3 bis 12,
wobei weiterhin HfO2 optional bis zu 0,25 Gew.-% enthalten sein kann.
Fastening device according to any of the preceding claims 18 - 21 , characterized in that the at least partially crystallized glass comprises a porosity and has the following composition, in % by weight: SiO 2 : 20 to 60, preferably 25 to 50 Al2O3 : 0.5 to 20, preferably 0.5 to 10 CaO: 10 to 50 MgO: 0.5 to 50, preferably 0.5 to 10 Y2O3 : 0.1 to 20, preferably 3 to 20 ZrO 2 : 0.1 to 25, preferably 3 to 20 B2O3 : 1 to 15, preferably 3 to 12,
where HfO 2 can optionally be present in amounts of up to 0.25% by weight.
Befestigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 18-22, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest teilweise kristallisierte Glas eine Porosität umfasst und die folgende Zusammensetzung aufweist, Angaben in Gew.-%: SiO2: 36 bis 54, bevorzugt 40 bis 54 Al2O3 : 8 bis 16, bevorzugt 8 bis 13 CaO: 0 bis 35, bevorzugt 5 bis 25 MgO: 0 bis 17, bevorzugt 3 bis 14 RO: 8 bis 39, bevorzugt 8 bis 35 ZrO2: 0 bis 25, bevorzugt 0 bis 17 B2O3: 0 bis 3, bevorzugt 0 bis 2, besonders bevorzugt 0
wobei der Anteil RO die Oxide BaO, SrO, MgO, ZnO jeweils einzeln oder in Summe oder in beliebigen Mischungen bezeichnet und bevorzugt RO einzeln oder in jeder beliebigen Kombination in Gew.-%: BaO 0 - 36 MgO 0 - 22 CaO 0
beträgt.
Fastening device according to any of the preceding claims 18 - 22 , characterized in that the at least partially crystallized glass comprises a porosity and has the following composition, in % by weight: SiO 2 : 36 to 54, preferably 40 to 54 Al2O3 : 8 to 16, preferably 8 to 13 CaO: 0 to 35, preferably 5 to 25 MgO: 0 to 17, preferably 3 to 14 RO: 8 bis 39, preferably 8 to 35 ZrO 2 : 0 to 25, preferably 0 to 17 B 2 O 3 : 0 to 3, preferably 0 to 2, especially preferably 0
where the proportion RO denotes the oxides BaO, SrO, MgO, ZnO individually or in total or in any mixtures and preferably RO individually or in any combination in % by weight: BaO 0 - 36 MgO 0 - 22 CaO 0
amounts to.
Partikelsensor, insbesondere Abgassensor, beispielsweise Rußpartikelsensor, Drucksensor, Temperatursensor, NOx-Sensor oder Sauerstoffsensor, umfassend eine Befestigungsvorrichtung zum Haltern eines temperaturstabilen Elementes nach einem der vorstehenden Ansprüche.Particle sensor, in particular exhaust gas sensor, for example soot particle sensor, pressure sensor, temperature sensor, NO x sensor or oxygen sensor, comprising a fastening device for holding a temperature-stable element according to one of the preceding claims. Verwendung einer Befestigungsvorrichtung zum Haltern eines temperaturstabilen Elementes nach einem der vorstehenden Ansprüche nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 23 oder eines Partikelsensor nach vorstehendem Anspruch in einem Abgassensor, einem Drucksensor, einem Partikelsensor, wie beispielsweise einem Rußpartikelsensor und/oder einem Temperatursensor und/oder in einem NOx-Sensor und/oder in einem Sauerstoffsensor, oder in einer Durchführung für einen Kompressor oder in einem Abgaselement oder in einer Brennstoffzelle oder in einer Durchführung für einen chemischen Reaktor oder in einem bildgebenden System.Use of a fastening device for holding a temperature-stable element according to any one of the preceding claims according to any one of the preceding claims Claims 1 until 23 or a particle sensor according to the preceding claim in an exhaust gas sensor, a pressure sensor, a particle sensor, such as a soot particle sensor and/or a temperature sensor and/or in a NO x sensor and/or in an oxygen sensor, or in a passage for a compressor or in an exhaust element, or in a fuel cell, or in a feedthrough for a chemical reactor, or in an imaging system.
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