JP2023004951A - 高温使用のためのユニット - Google Patents

Abstract

【課題】高温使用のための、特に７００℃超の使用のためのユニットを提供する。【解決手段】ユニット１は、ハウジング１００と少なくとも１つの電気的機能要素１０とを備え、電気的機能要素は、少なくとも１つの接続ワイヤ１４または少なくとも１つの接続パッドを含み、電気的機能要素の第１の区分１１が、ハウジング内に収容されて、電気的機能要素の第２の区分１２が、外部からアクセス可能であり、第１の区分と第２の区分との間に、ハウジングの電気絶縁材料１０２内に埋め込まれた第３の区分１３を含む。さらに、電気絶縁材料が、ハウジングを電気的機能要素から封止しており、電気絶縁材料は、ガラス、ガラスセラミック、複数の前記材料の組み合わせから、またはその主成分としてガラスもしくはガラスセラミックを有する複合材料から選択され、絶縁材料は、少なくとも１つの電気的機能要素上に融着される。【選択図】図２

Description

本発明は、ハウジングと少なくとも１つの電気的機能要素とを備える、高温使用のための、特に７００℃超の使用のためのユニットに関する。少なくとも１つの電気的機能要素は、特に、センサ要素または加熱要素として設計され得る。

このユニットは、特に、約７００℃超の高温のみならず、腐食性および／または分解性の化学物質および／または分子を含有する高温ガスなどの攻撃的な媒体が存在し得る過酷な環境での使用のために構成されている。そのような過酷な環境の例は、例えば、自動車などの車両および産業プラントにおける、発電所および燃焼機関のオフガス系である。

従来技術において、センサ要素、例えば温度センサ要素が、例えば保護管を含むハウジング内に収容されているユニットが公知である。そのようなハウジングは、多くの場合、特に高温で気密封止されておらず、その結果、センサ要素が、例えば腐食性ガスによって損傷を受ける。これによって、特に、センサ要素によって決定される測定値のドリフトがもたらされる。

欧州特許出願公開第３３０１４２０号明細書には、攻撃的なガスに対して高い耐久性を有する温度センサの構成であって、測定要素を有する測定インサートが、パージガスが流れることができる介在空間を生じさせるように保護管内に収容されている温度センサの構成が開示されている。さらに、前記介在空間における吸収ユニットの構成が提供される。この吸収ユニットは、測定インサートを少なくとも部分的に囲んでおり、介在空間内に存在する汚染物質をゲッター材料で吸収する。

気密封止された温度センサの構成は、欧州特許出願公開第３３０１４２０号明細書には記載されていない。

欧州特許出願公開第３５５９６２０号明細書には、センサヘッド内に配置された温度センサ要素を有するセンサデバイスが記載されている。センサヘッドの内部には２つの材料が満たされており、第１の材料は、温度センサ要素の構成要素をセンサヘッド内の所定の位置に固定する役割を果たし、第２の材料は、センサヘッドの内部に熱を伝導する役割を果たす。第１の材料は、セラミック粉末またはセラミックグラウトであり得る。

センサデバイスの固定材料によっては、温度センサ要素の気密封止されたカプセル化が可能にならない。

独国特許発明第１０２００６０１５４２７号明細書には、物理値を決定するための測定プローブが開示されている。測定プローブは管を含み、その端部に測定プローブが配置されている。この管は、固定スリーブを通っており、ガラスパッキンによって電気的に絶縁されるように固定スリーブ内の所定の位置に保持されている。

通常のガラス材料は、７００℃超の高温には適していない。

国際公開第２０２０／０９４７５５号には、少なくとも部分的に結晶化したガラスを絶縁構成要素として含む、２つの接合相手間の接合接続が開示されている。少なくとも部分的に結晶化したガラスによって、高温でも機械的に安定している安定した微細構造の形成が可能になる。絶縁構成要素は、２つの接合相手間の絶縁構成要素の表面に沿って直接的な経路を延長する構造をさらに含み得る。

国際公開第２０２０／２６００９９号には、７００℃超の温度での使用のためのブッシング要素を有するセンサ構成要素が記載されている。ブッシング要素は貫通開口を含み、接続ピンはこれを通って、絶縁要素によって所定の位置に保持されている。

センサ要素が高温での使用において持続的な機能を確保できるようにするには、センサ要素の機能を損なわせ、それによって、センサにより提供される測定値の歪みおよびドリフトをもたらし得る、局所環境の汚染物質からセンサ要素を保護する必要がある。このためには、センサ要素またはその能動構成要素をセンサユニット内に収容し、気密封止することが望ましい。

したがって、本発明の目的は、ハウジングと少なくとも１つの電気的機能要素とを備える、高温用途のためのユニットを提供することであると考えることができる。

発明の開示
提案されているのは、ハウジングと少なくとも１つの電気的機能要素とを備える、高温使用のための、特に７００℃超の使用のためのユニットである。少なくとも１つの電気的機能要素は、非伝導性基材、導電性要素、および少なくとも１つの接続ワイヤまたは接続パッドを含む。この設計は、少なくとも１つの電気的機能要素が、ハウジング内で用いられ、それにより、電気的機能要素の第１の区分が、ハウジング内に収容されて、ハウジングによって局所環境から遮蔽され、かつ少なくとも１つの接続ワイヤまたは接続パッドの少なくとも一部分を含む電気的機能要素の第２の区分が、外部からアクセス可能である。この設計はさらに、少なくとも１つの電気的機能要素が、第１の区分と第２の区分との間に、ハウジングの電気絶縁材料内に埋め込まれた第３の区分を含み、電気絶縁材料は、ハウジングを電気的機能要素から封止しており、電気絶縁材料は、ガラス、ガラスセラミック、複数の前記材料の組み合わせから、またはその主成分としてガラスもしくはガラスセラミックを有する複合材料から選択され、絶縁材料は、少なくとも１つの電気的機能要素上に融着されており、その結果、それらの間の界面に物理的および／または化学的結合が形成される。

電気絶縁材料と少なくとも１つの機能要素との間のこの密接な接続によって、更なる封止要素が不要になる。少なくとも１つの電気的機能要素は、特に、センサ要素または加熱要素として設計され得る。

少なくとも１つの電気的機能要素への絶縁材料の融着によって、気密封止されたブッシングが形成され、このブッシングを通して、電気的機能要素の第２の区分がハウジングから出て、外部からアクセス可能となる。ここで、気密封止とは、１・１０^－５ｍｂａｒ・ｌ／秒未満、好ましくは１・１０^－１０ｍｂａｒ・ｌ／秒～１・１０^－６ｍｂａｒ・ｌ／秒の範囲内のヘリウム漏出速度を有するブッシングを意味すると理解される。ヘリウム漏出速度は、好ましくは、ＤＩＮ ＥＮ６００６８－２－１７またはＭＩＬ－ＳＴＤ－８８３法１０１４．９条件Ａ４に従って測定される。

少なくとも１つの電気的機能要素の第１の区分は、ユニットのハウジングの内側に位置している。少なくとも１つの電気的機能要素の気密封止されたブッシングは、ハウジングを気密封止で閉鎖しており、このことは、電気的機能要素の第１の区分が、ハウジングの外側の物質による汚染から保護されていることを意味する。

少なくとも１つの電気的機能要素は、少なくとも１つの非導電性基材、導電性要素、および少なくとも１つの接続ワイヤまたは少なくとも１つの接続パッドを含む。そのような接続ワイヤまたは接続パッドは、電気的機能要素との電気的接触を提供する。ここで、接続パッドは、導電体、例えばワイヤによって接触されるように構成された金属化された表面として設計され得る。例えば、ワイヤは、はんだ付けまたは溶接によって接続パッドに接続され得る。接続パッドは、特に、複数の異なる層から構成される列を含み得て、例えば、最上層は、金からなり得る。

非伝導性基材は、好ましくは、耐熱性かつ非導電性の材料から、例えば、セラミック、ガラス、および／またはガラスセラミックから製造される。セラミック基材に通常使用されるセラミックとしては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）およびジルコニア（ＺｒＯ_２）が挙げられる。

非伝導性基材は、例えば、平坦な、好ましくは長方形の基材として設計され得る。しかしながら、円筒形の設計も可能であり、例えば、円柱の形状にある。

導電性要素は、好ましくは、基材上に配置されているか、またはその内部に埋め込まれている。導電性要素は、好ましくは、厚層、薄層の形態、または導電性材料から作製されたワイヤの形態で提供される。導電性要素の材料は、好ましくは、金属もしくは金属合金、または少なくとも１つの金属もしくは金属合金を含む材料混合物である。

薄層は、例えば、蒸着、化学蒸着、電着、または物理蒸着などのコーティングプロセスによって得ることができる。薄層は、例えば、数ナノメートル～数マイクロメートルの範囲の厚さを有する。薄層は、通常１μｍよりも薄い。厚層は、例えば、導電性材料とバインダーとを含むペーストを塗布し、続いて、熱処理することによって得ることができる。厚層は、典型的には、薄層よりも１～２桁厚い。

電気的機能要素が、センサ要素、特に温度センサ要素として設計されている場合、導電性要素に使用される材料は、好ましくは、白金または白金合金である。

電気的機能要素が加熱要素として設計されている場合、高融点および高電気抵抗を有する金属または金属合金を導電性要素として用いることが好ましい。特に、熱導体合金、例えば、８０％のニッケルと２０％のクロムとを含有するニッケル－クロム合金、例えば、Constantanという名称で入手可能な、５５％の銅と、４４％のニッケルと、１％のマンガンとの合金が材料として使用され得る。金属を使用する場合の適切な例は、タングステンまたは白金である。しかしながら、炭化ケイ素などの半導体を導電性要素として使用することも可能である。加熱要素において、導電性要素は、好ましくは、ワイヤまたは厚層の形態で設計される。

導電性要素が層の形態で構成される場合、これは、好ましくは構造化されており、それによって、１つ以上の導体トラックが形成され得る。ここで、この層は、好ましくは、単一の導体トラックが形成されるように構造化されており、これは、非伝導性基材上に蛇行経路を有する。導電性要素がワイヤの形態で提供されている場合、これは、好ましくは巻き付けられており、ワイヤは、基材の周りに少なくとも部分的に巻き付けることができる。しかしながら、巻き付けられたワイヤを基材内に埋め込むことも可能である。

電気的機能要素がセンサ要素または加熱要素として設計されている場合、導体トラックの蛇行部分またはワイヤの巻き付けられた部分は、電気的機能要素の能動構成要素を表す。この能動構成要素は、好ましくは、電気的機能要素の第１の区分に完全に位置しており、連結部につながる導体トラックの小さな一部分が、隣接する第３の区分へと延在することが可能である。接続パッドが提供されている場合、導体トラックの一部分は、隣接する第３の区分を通って第２の区分内の接続パッドまで延在しており、それによって、接続パッドを導体トラックの蛇行部分と接続することができる。

導体トラックが接続ワイヤによって接触させられている連結部は、好ましくは、電気的機能要素の第３の区分に位置している。これによって、この連結部がハウジングの電気絶縁材料内に埋め込まれることが確実になる。

非伝導性基材は、導電性要素のベースを形成しており、その設計は、導電性要素の特定の実施形態に応じる。したがって、平坦な基材は、好ましくは、厚層または薄層として設計された導電性要素と組み合わされる場合に用いられ、円筒形の基材は、好ましくは、ワイヤの形態で設計された導電性要素と組み合わせて用いられる。

層の形態で設計された導電性要素の場合、少なくとも１つの接続ワイヤが、例えばはんだ付けまたは溶接によって、更なる要素として接触点でこの層に接続される。導電性要素がワイヤとして設計されている場合、少なくとも１つの接続ワイヤは、導電性要素の延長部として構成され得て、非伝導性基材を越えて突出する導電性要素の一部分は、接続ワイヤとしての役割を果たす。

更なる接続ワイヤが使用される場合、好ましくは、耐熱金属または耐熱合金が材料として選択される。接続ワイヤに適切な材料としては、特に、ニッケル、白金、またはニッケル／白金合金が挙げられる。接続ワイヤはコーティングされていてもよく、例えば、白金めっきニッケルワイヤが使用され得る。

導電性要素、および／または少なくとも１つの機能要素の少なくとも１つの接続ワイヤと導電性要素との間の電気的接触点は少なくとも、被覆材料で被覆されていることが好ましく、被覆材料は、好ましくは、電気絶縁材料とは異なる。

被覆材料は、特に、層または層列の形態にあり得る。被覆材料は、特に、保護層および／または不動態化層を含み得る。特に、厚層または薄層の形態で設計された導電性要素の場合、導電性要素、特に導電性層を絶縁し、これを局所環境の物質によって引き起こされる変化から保護する少なくとも１つの不動態化層がそこに存在することが好ましい。異なる材料から作製された複数の層がそこに存在することも可能である。不動態化層に特に適切な材料は、ガラスまたはセラミックである。さらにまたはあるいは、保護層および／または不動態化層はまた、接続ワイヤが導電層に接続される接触点を被覆していてもよい。

電気的機能要素が温度センサ要素として設計されている場合、これは、特に、標準温度測定抵抗体、より具体的にはＰｔ１００、Ｐｔ２００、Ｐｔ５００、Ｐｔ１０００、またはＰｔ１００００温度測定抵抗体として構成されている。ここで、温度測定抵抗体は電気的機能要素であり、その電気抵抗は、温度とともに特徴的に変化する。

電気的機能要素に複数の機能を統合することが可能である。例えば、平坦なセラミック基材は、第１の面上に、温度センサとしての役割を果たす白金の薄層を有し得て、第１の面の反対の第２の面上に、セラミック基材は、加熱要素としての役割を果たす厚層を有し得る。

同様に、電気的機能要素は、１つ以上の導電性要素をそれぞれ有し、したがって複数の機能を単一の電気的機能要素に一緒に組み合わせた、複数の基材を備えると考えられる。

電気絶縁材料は、好ましくは、ガラスもしくはガラスセラミック、または複数のそのような材料の組み合わせから選択される。あるいは、電気絶縁材料はまた、その主成分としてガラスまたはガラスセラミックを有する複合材料であり得て、この複合材料は、セラミック粉末などの凝集体をさらに含み得る。ここで好ましくは、複合材料は、７０重量％超、好ましくは８０重量％超、より好ましくは９０重量％超の程度でガラスおよび／またはガラスセラミックからなる。

高温範囲での使用を可能にするために、電気絶縁材料は特に、溶融温度またはガラスの場合はガラス転移温度が、好ましくは７００℃超になるように選択される。ここで、電気絶縁材料は、これが少なくとも１つの電気的機能要素上に融着され、それによって、密接な接続が達成されるように構成されている。これらの接続は、接合部接続（joint connections）または接合接続（joining connections）とも称される。

電気絶縁材料は、特に封止ガラスであり得る。封止ガラスは、接合すべき構成要素間の緊密な接続を達成するために使用される。

電気絶縁材料は、好ましくは、ユニットのハウジングとして、またはユニットのハウジングの一部分としての役割を果たす成形体として設計されている。

電気絶縁材料は、特に、ガラスセラミックまたは部分的に結晶化したガラスであり得る。ガラスセラミックおよび少なくとも部分的に結晶化したガラスは、結晶化、好ましくは制御可能な結晶化、より好ましくは制御された結晶化によって得ることができ、ここで、同じ結晶相に割り当てることが可能な結晶もしくは結晶子の空間において狭い寸法分布を達成することが可能な構造が得られる、かつ／または結晶もしくは結晶子の好ましい配置を達成することが可能である。

結晶化は、結晶化可能なガラスから、少なくとも部分的に結晶化したガラス、すなわち、体積に基づいて０．１％超の結晶相含有量を有するガラスをもたらす。少なくとも１つの結晶相と、またガラス相、例えば、少なくとも部分的に結晶化可能なガラスまたは残留ガラス相とを含むそのような少なくとも部分的に結晶化したガラスは、本発明の文脈において、ガラスセラミックとも称される。結晶化した相が、９９体積％超、例えば９９．９体積％までを占めるという意味合いで、ガラスセラミックが、完全に結晶化された形態で存在することも可能である。残留ガラス相の割合は、好ましくは、接合相手、例えば、特に少なくとも１つの電気的機能要素の良好な濡れを確実にするのになおも十分に高い。したがって、少なくとも部分的に結晶化したガラス中の残留ガラス相の割合が、少なくとも５体積％、好ましくは少なくとも１０体積％であると有利である。

電気絶縁材料の高レベルの結晶化は、電気的機能要素の材料との反応を回避するのに有利であり、特に、高温でのイオン移動が回避される。

この種類の部分的に結晶化したガラスは、例えば、国際公開第２０２０／０９４７５５号に開示されている。そこに記載されている部分的に結晶化したガラスは、高温で安定な接合接続に適切であり、機械的応力を受ける接合接続に有利に用いることも可能である。

好ましくは少なくとも部分的に結晶化したガラスは、ＳｉＯ_２に加えて、
Ｌａ_２Ｏ_３ ０．３ｍｏｌ％超～５ｍｏｌ％未満、好ましくは４．５ｍｏｌ％以下、より好ましくは４ｍｏｌ％以下、
Ｎｂ_２Ｏ_５ ０ｍｏｌ％～９ｍｏｌ％、
Ｔａ_２Ｏ_５ ０ｍｏｌ％～７ｍｏｌ％
を含み、
Σ（Ａ_２Ｏ_５） ０．２ｍｏｌ％超～９ｍｏｌ％
であり、
式中、Ａは、酸化物において通常酸化状態Ｖ＋にあり、かつ例えばＮｂおよび／もしくはＴａもしくはＰならびに／またはそれらの混合物を含むまたは含み得る、元素である。

強固な接合接続、例えば、高温で安定なかつ／または機械的応力に対して耐久性の高い接合接続は、適切な量、すなわち、先に定義した限度内の量の、酸化物Ｌａ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５および／またはＮｂ_２Ｏ_５、ならびに任意選択的に組成物Ａ_２Ｏ_５の更なる酸化物を添加することによって達成することができると示されている。

ここで、Ａは、酸化物において通常酸化状態Ｖ＋にある元素を示す。したがって、結晶化可能なガラスまたは少なくとも部分的に結晶化したガラス中に存在するすべての原子「Ａ」が同じ酸化状態にあるとは限らない可能性がある。

ガラス中に存在する、酸化物Ｌａ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５およびＴａ_２Ｏ_５、ならびに任意選択的な更なる酸化物Ａ_２Ｏ_５はまた、本開示の文脈において、「ガラスマトリックス形成酸化物」とも称され、この用語は、本開示の文脈において、そのような酸化物が、結晶化可能なガラスの熱処理後に、すなわち、ガラスが少なくとも部分的に結晶化したガラスの形態で存在する場合に、最初にガラスマトリックス中に残ることを意味すると理解される。これにより、「ガラスマトリックス形成酸化物」という用語は、より一般的な用語「ガラス形成酸化物」とは異なる。より具体的には、酸化物ＭｇＯおよびＣａＯは、例えばＣａＯが、従来のガラス、例えばソーダライムガラスの標準的な成分であるとしても、本開示の文脈において、ガラスマトリックス形成酸化物ではない。本開示の実施形態によるガラスにおいて、ＣａＯおよびＭｇＯなどの酸化物は、結晶相に組み込まれるものの、これらは、ガラスマトリックス中には残らず、したがって、ガラスマトリックス形成酸化物でもない。

しかしながら、ガラスマトリックス形成酸化物の少なくとも一部分、例えば、Ｌａ_２Ｏ_３が、セラミック化の更なる過程で少なくとも部分的に結晶相に組み込まれ得ることは大いに可能である。しかしながら、ガラス相の残留物は、少量ではあるが、通常は残り、これは、特にガラスマトリックス形成酸化物によって形成されている。

先に定義した限度内の、酸化物Ｌａ_２Ｏ_３、ならびにまたＮｂ_２Ｏ_５および／またはＴａ_２Ｏ_５、ならびにまた任意選択的に更なる酸化物Ａ_２Ｏ_５を使用する本開示による接合接続の形成は、それによって、少なくとも部分的に結晶化したガラスが、融着が次いで熱処理中に起こって接続を形成するように特に有利に構成されているため、有利である。したがって、これは、接合接続の個々の部材間の強固な接続、特に、接合相手への少なくとも部分的に結晶化したガラスの強固な接続を形成する特に有利な手法である。しかしながら、ガラスマトリックス形成酸化物を先に定義した限度内に制限することによって、有利には、接合部接続が高い熱安定性および／または高い機械的強度を同時に有することが確実になる。

本開示の文脈において、以下の定義が適用される。

本開示の文脈において、結晶化可能なガラスとは、結晶化、特に、制御されたまたは少なくとも制御可能な結晶化を受けるガラスを意味すると理解される。ここで、制御された結晶化とは、結晶化可能なガラスを、選択的熱処理によって、ガラスが少なくとも部分的に結晶化された形態で存在している状態へと変換することが可能であることを意味し、ここで、少なくとも部分的に結晶化したガラスの結晶学的組成および／またはその微細構造、すなわち、少なくとも部分的に結晶化したガラス中に存在する結晶および／または結晶子の空間および／またはサイズにおける構成は、好ましくは選択的に設定される。好ましくは、制御された結晶化によって、例えば、結晶子が、本質的に均一なサイズである、例えば、１桁のマイクロメートル範囲にある、すなわち、すべての結晶子が、例えば、約１μｍ超～３μｍの等価直径を有する、微細構造を得ることが可能である。

当然のことながら、より大きなまたはより小さな結晶子を含む他の微細構造も可能である。

少なくとも部分的に結晶化したガラスが、１つより多くの異なる結晶相を有する場合、平均結晶または結晶子サイズが、１つの結晶相内で比較的類似している可能性もあるが、個々の結晶相間で結晶子サイズが著しく異なることもある。

好ましく制御されたまたは制御可能な結晶化とは反対の状況は、ガラスの自発的結晶化であると考えることができ、この場合、予期されない結晶相、しばしば、不所望な結晶相も生じ得て、特に、完全な失透も起こり得る。

本開示の文脈において、結晶凝集体または結晶会合体は、少なくとも２つの結晶または結晶子の連晶を意味すると理解される。ここで、結晶または結晶子は、特に、不規則に一緒に成長したものであり得る。これは、凝集体の個々の結晶または結晶子が、必ずしも、好ましい方向に沿ってまたは特定の結晶面に沿って一緒に成長したわけではないことを意味する。

結晶または結晶子が針状の形状を有する場合、これは、結晶または結晶子が、その寸法が空間内の他の２つの方向のその寸法よりも少なくとも１桁大きい方向を有することを意味すると理解される。言い換えるなら、針状の形状を有する結晶または結晶子は、尖るようにもしくは棒状に、または角柱の形状に形成され得て、角柱の基本形状の横方向の寸法は、結晶または結晶子の長さよりも少なくとも１桁小さい。そのような結晶または結晶子はまた、角柱の形状であるとも説明されている。

結晶子はまた、板状に、すなわち、結晶性ガラスに散在する小板の形状に形成されたものであってもよい。断面において、そのような形状は、同様に棒の外観を有し、それによって、それらを個々の場合で区別することが困難になる。板とは、本開示の文脈において、デカルト座標系の空間における１つの方向の横方向の寸法（厚さ）が、第１の方向に垂直なその他の２つの方向における横方向の寸法（長さ、幅）よりも一桁小さく形成されている幾何学的形態を意味すると理解される。

本開示の文脈において、結晶または結晶子の放射配置とは、針状または板状に形成された結晶、例えば、尖ったまたは角柱の結晶または結晶子が、一方の終点が前記点に向き、もう一方の端部が、それぞれの場合で、空間において異なる方向で外側へと放射状に向くように、中心の周りに配置されていることを意味すると理解される。例えば、中心に向いた端部は中心点に接触していてもよい。しかしながら、これは必須ではない。中心から放射状に外側に向いている結晶凝集体のそのような形成は、例えば、結晶凝集体が球晶状に形成されている場合に存在する。そのような球晶状の形成において、結晶凝集体は、形状がほぼ球形または楕円形であり、２次元で見たときにほぼ円形であり得る。しかしながら、実際には、微細構造における結晶および結晶凝集体の連晶は、しばしば、理想的な球形または円形の形状の球晶からの逸脱を生じさせる。特に、球晶を形成する結晶または結晶子は、様々な長さおよび／または厚さを有し得る。

放射配置の別の実施形態は、２次元断面における扇形の形成である。例えば、空間内の特定の方向への結晶または結晶子の形成は、微細構造において可能ではない場合がある。ここでも、結晶子または結晶は、中心から外側に延在しているが、空間内の特定の角度内のみにある。

棒状または板状の散在配置とは、個々の結晶または結晶子が、共通の中心から外側へと空間内の異なる方向に延在してはいないが、不規則に、例えば、著しい優先方向なく配置されていることを意味すると理解される。特に、結晶子または結晶は、連動的に配置され得る。この種類の構造は、例えば、（ハウス・オブ・カーズ（house of cards）のカードのように）個々の板が互いに配置されて安定した構造を形成するハウス・オブ・カーズ構造と比較することもできる。

本開示の文脈において、結晶化核は、結晶化の開始点を意味すると理解される。結晶化核は、原子の降着を促進して、例えば熱力学的または動力学的に、結晶化格子を構築する。より具体的には、結晶化核は、格子欠陥および／または原子配列であり得る。しばしば、界面は、結晶化の開始点になることもあれば、これらは、結晶化のそのような開始点を含むこともある。

接合接続の一実施形態において、結晶子の少なくともいくつかは、粒界に結晶化核を含み、かつ／または少なくともいくつかの場合において、ランタンを含む、より具体的にはランタン化合物を含む濃縮部が、結晶子の粒界に配置されている。

接合接続のそのような構成は、少なくとも部分的に結晶化したガラスと接合相手との間の特に強固な接続の形成を可能にするのに有利である。結晶子の少なくとも一部が粒界に結晶化核を含む場合、これは、例えば放射配列を有するまたは例えばハウス・オブ・カーズのように散在した棒状もしくは板状結晶の配列を有する結晶凝集体を含む少なくとも部分的に結晶化したガラスにおける微細構造の形成を促進する。

これは、ランタンを含む、より具体的にはランタン化合物を含む濃縮部が、少なくともいくつかの場合において、結晶子の粒界に配置される場合も同様である。本発明者等は、ランタン、例えばランタン化合物の濃縮部が、効果的な結晶化核として作用することができると推定している。

更なる好ましいガラスセラミックは、酸化物に基づいて、ｍｏｌ％で、
ＳｉＯ_２ ２５～５５、好ましくは３５～５０、
Ｂ_２Ｏ_３ ０．１～１５、好ましくは５～１５、
Ａｌ_２Ｏ_３ ０～１５、好ましくは０～５、より好ましくは０～２未満、
ＭＯ ２０～５０、好ましくは３０～５０
［式中、ＭＯは、個別にまたは任意の所望の組み合わせで、ＭｇＯおよび／またはＣａＯおよび／またはＳｒＯおよび／またはＢａＯからなる群から選択され、
ＳｒＯおよび／またはＢａＯは０超であり、ＭｇＯは１２未満である］
Ｍ_２Ｏ ０～２未満、好ましくは０～１未満であり、
［式中、Ｍ_２Ｏは、個別にまたは任意の望ましい組み合わせで、Ｌｉ_２Ｏおよび／またはＮａ_２Ｏおよび／またはＫ_２Ｏからなる群から選択される］
を含有する。

このガラスセラミックは、例えば、ブッシング要素に関連する独国特許出願公開第１０２０１４２１８９８３号明細書に記載されており、特に、１．０・１０^１０Ωｃｍ超の比体積抵抗という特徴的な特性を有する。

別の好ましいガラスセラミック／別の少なくとも部分的に結晶化したガラスは、重量％で指定される以下の酸化物：
ＳｉＯ_２：２０～６０、好ましくは２５～５０
Ａｌ_２Ｏ_３：０．５～２０、好ましくは０．５～１０
ＣａＯ：１０～５０
ＭｇＯ：０．５～５０、好ましくは０．５～１０
Ｙ_２Ｏ_３：０．１～２０、好ましくは３～２０
ＺｒＯ_２：０．１～２５、好ましくは３～２０
Ｂ_２Ｏ_３：１～１５、好ましくは３～１２
を含有しており、
ＨｆＯ_２が、０．２５重量％の含有量までで任意選択的にさらに存在し得る。

別の適切な少なくとも部分的に結晶化したガラスまたはガラスセラミックは、重量％で指定される以下の酸化物：
ＳｉＯ_２：３６～５４、好ましくは４０～５４
Ａｌ_２Ｏ_３：８～１６、好ましくは８～１３
ＣａＯ：０～３５、好ましくは５～２５
ＭｇＯ：０～１７、好ましくは３～１４
ＲＯ：８～３９、好ましくは８～３５
ＺｒＯ_２：０～２５、好ましくは０～１７
Ｂ_２Ｏ_３：０～３、好ましくは０～２、より好ましくは０
を含有しており、
比率ＲＯは、それぞれの場合において、個別にまたは任意の所望の混合物にて、酸化物ＢａＯ、ＳｒＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯを指し、
好ましくは、ＲＯは、個別にまたは任意の所望の混合物にて、重量％で、
ＢａＯ ０～３６
ＭｇＯ ０～２２
ＣａＯ ０
である。

この種類の少なくとも部分的に結晶化したガラスは、例えば、国際公開第２０１７／２２０７００号に開示されている。

少なくとも部分的に結晶化したガラスは、溶融プロセスによって、結晶化可能なガラスとして最初にガラス状の形態で得られ、その後の熱処理においてのみ、少なくとも部分的な結晶化を受ける。

電気絶縁材料と少なくとも１つの電気的機能要素との間の気密封止された接続は、電気絶縁材料を電気的機能要素上に融着することによって達成される。このために、例えば、電気絶縁材料またはその前駆体、例えば結晶化可能なガラスを含むグリーン体を提供することが可能である。次いで、グリーン体は、少なくとも１つの電気的機能要素と一緒に熱処理に供され、その結果、電気絶縁材料は、電気的機能要素上に融着され、物理的および／または化学的結合を形成し、気密封止を提供する。前駆体としての結晶化可能なガラスの場合、結晶化可能なガラスは、このプロセス中に少なくとも部分的に結晶化する。

ここで、結晶化は、例えば少なくとも１つの結晶相のための前駆体相を形成するための選択的熱処理、例えば、いわゆる核形成が実行されるという意味合いで制御され得る。しかしながら、結晶化は、別のプロセスステップ中に、例えば、気密封止を提供する接続が、選択的結晶化のための更なるプロセスステップが行われることなく、材料、例えば容器の材料と少なくとも部分的に結晶化したガラスとの間に形成される熱処理の過程で生じる形式で、制御されずに起こることも可能である。

ユニットのハウジングは、電気絶縁材料を少なくとも部分的に囲む耐熱材料から作製されたキャップを含み得る。このキャップは、特に、カップ形状の設計であり得て、カップ形状の開放側は、少なくとも１つの電気的機能要素の第２の区分に向いている。同様に、保護キャップは、少なくとも１つの電気的機能要素の第１の区分が保護キャップ内に位置するように成形および配置されることが好ましい。

ユニットのハウジングは、電気的機能要素の第２の区分の少なくとも一部分を囲む、耐熱材料から作製された保護管を含み得る。これによって、特に、少なくとも１つの電気的機能要素の接続ワイヤを保護することができる。ハウジングがキャップも含む場合、保護管は、好ましくは、ハウジングのキャップに接続されている。接続は、例えば、レーザー溶接またははんだ付けによって行われ得る。

保護管の耐熱材料および／またはキャップの耐熱材料は、好ましくは、耐熱鋼もしくは合金または耐熱セラミックから選択され、特に、合金６００、鋼１．４７６２、またはＡｌ_２Ｏ_３セラミックから選択される。ハウジングがキャップおよび保護管の両方を含む場合、これらは、実施形態の変形例に応じて、同じ材料または異なる材料から作製され得る。

ユニットのハウジングは、好ましくは、少なくとも１つの電気的機能要素の少なくとも第１の区分がハウジングの金属部分から遮蔽されるように設計および構成されている。これは、第１の区分全体を電気絶縁材料内に埋め込むか、第１の区分を別の非金属材料で被覆するか、または第１の区分を収容し、かつ非金属壁を有する空洞を形成することによって、達成され得る。

好ましくは、ユニットのハウジングは、ガラス、ガラスセラミック、セラミック、または複数の前記材料の組み合わせから作製された保護要素を含む。ハウジングの電気絶縁材料に関連して記載されている材料は、原則的に、保護要素のための材料としても適切である。

この保護要素は、例えば、電気絶縁材料に、または電気絶縁材料から作製された成形体に接続され得る。

好ましくは、電気的機能要素の第１の区分は、ハウジング内の空洞に収容されており、この空洞は、好ましくは、排気されるか、または不活性ガス、例えば窒素もしくはアルゴンで満たされる。

次いで、少なくとも１つの電気的機能要素の第１の区分は、有利には、潜在的に電気的機能要素と相互作用し、それによって、例えば測定値における歪みを生じさせ得る、ハウジングのいずれの材料とも直接接触していない。特に、腐食または移動によって引き起こされる老化が、防止されるか、または少なくとも実質的に低減される。これによって、電気的機能要素から得られる測定値における経時的なドリフトが低減される。

ここで、空洞の壁は、好ましくは、ハウジングの電気絶縁材料から作製されている。ハウジングが保護要素を含む場合、この保護要素は、空洞の壁のうちの１つを形成し得る。

少なくとも１つの電気的機能要素の第１の区分は、好ましくは、その全体がハウジングの電気絶縁材料内に埋め込まれている。それによって、特に、最初の２つの区分は、継ぎ目なしでハウジングの電気絶縁材料によって囲まれている。

特にハウジングが保護キャップを含む場合、これにより、電気的機能要素が影響を受けることが保護キャップの材料によって遮蔽されることも確実になる。

このユニットは、少なくとも１つの接続ワイヤを支持するように特に構成され得る少なくとも１つの保持要素をさらに含み得る。ここで、保持要素は、例えば、少なくとも１本の接続ワイヤが通る管の形態で設計され得る。

少なくとも１つの保持要素は、電気絶縁材料と同じ材料から作製され得て、それとともに単一のユニットとして設計され得る。しかしながら、保持要素はまた、別個のユニットとして設計されていてもよく、電気絶縁材料に接続されていてもよい。その代替として、少なくとも１つの保持要素は、ガラス、ガラスセラミック、またはセラミックから選択される異なる材料からなり得る。この場合、少なくとも１つの保持要素は、好ましくは、電気絶縁材料内に部分的に埋め込まれており、これによって、所定の位置に保持されている。

電気絶縁材料の熱膨張係数は、好ましくは、少なくとも１つの電気的機能要素の熱膨張係数に一致している。ここで、これらの熱膨張係数間の差は、好ましくは、５・１０^－６／Ｋ未満、特に好ましくは３・１０^－６／Ｋ未満、極めて特に好ましくは１・１０^－６／Ｋ未満である。

したがって、電気的機能要素が、白金層を有するジルコニアセラミック基材を有する場合、電気絶縁材料の熱膨張係数が、白金の熱膨張係数、すなわち、約８．８・１０^－６／Ｋに一致していると、かつジルコニアの熱膨張係数、すなわち、約１０．２・１０^－６／Ｋに一致していると好ましい。したがって、電気絶縁材料が、８．８・１０^－６／Ｋ～１０．２・１０^－６／Ｋの範囲の熱膨張係数を有することが好ましい。

電気絶縁材料の熱膨張係数は、より具体的には、材料、すなわち、使用されるガラスまたはガラスセラミックの適切な選択によって調整される。選択される材料、または１つより多くのそのような材料の混合物は、凝集体によって改変され得る。例えば、電気絶縁材料の熱膨張係数は、凝集体としてＭｇＯなどのセラミック粉末を選択的に添加することによって調整され得る。

白金層を有する機能要素の場合、電気絶縁材料の熱膨張係数は、好ましくは、白金の熱膨張係数に一致している。その代替として、熱膨張係数は、導電性要素の熱膨張係数および電気的機能要素の基材の膨張係数の平均に一致していてもよい。これは、アルミナをベースとする基材を使用する場合に特に好ましい。

ユニットの電気的機能要素が温度センサ要素として設計されていると好ましく、温度センサ要素は、好ましくは、セラミック基材と、その上に配置された構造化された抵抗層とを含み、温度センサ要素は、より好ましくは、Ｐｔ１００、Ｐｔ２００、Ｐｔ５００、Ｐｔ１０００、またはＰｔ１００００温度センサとして設計されている。したがって、電気的機能要素が、温度耐性構造における標準温度測定抵抗体であることが好ましい。この温度測定抵抗体は、温度測定抵抗体の能動部分全体がハウジング内に収容されるように、電気絶縁材料によってユニットのハウジング内で所定の位置に保持されている。ここで、電気絶縁材料は、ハウジングから突き出ておりかつ接続ワイヤを含む温度測定抵抗体の一部分からハウジングを気密封止しており、それによって、温度測定抵抗体の能動部分を局所環境の影響から保護している。このようにして、耐熱性および耐食性の温度測定ユニットが得られる。

このユニットの電気的機能要素は、好ましくは、加熱要素として設計されている。それによって、耐熱性および耐食性の加熱ユニットが得られる。

温度測定ユニットおよび加熱ユニットは、例えば、気体または液体などの流体の流れを測定するために、一緒に用いられ得る。例えば、温度測定ユニットは、現在の温度を決定し、加熱ユニットは、一定の温度を目指すように制御される。温度を維持するために加熱ユニットが必要とするエネルギーから、次に、どれほどの流体が２つのユニットを通るかを推定することができる。

この種類の熱流量測定は、統合された流量測定ユニットによって実行することもできる。したがって、熱流量計として設計されたユニットが、少なくとも２つの電気的機能要素を含み、このユニットが、温度センサ要素として設計された少なくとも１つの電気的機能要素および加熱要素として設計された少なくとも１つの電気的機能要素を含むことが好ましい。当然のことながら、両方の機能を１つの電気的機能要素に統合することも可能である。したがって、この場合、熱流量計として設計されたユニットは、温度センサ要素と加熱要素とが組み合わされたものとして設計された電気的機能要素を含む。

提案されているユニットは、特に、高温、および腐食性媒体などの悪条件が存在する領域で使用され得る。さらに、提案されているユニットは、機械的に極めて堅牢であり、このことは、これらのユニットが、強い振動などの高い機械的応力のある領域でも使用可能であることを意味する。提案されているユニットの好ましい可能な使用としては、例えば、輸送セクター、特に自動車セクター、発電所セクター、および産業、特に化学産業におけるセンサとしての使用が挙げられる。

提案されているユニットの特に好ましい使用は、排気ガス、特に、発電所、内燃機関、発電ユニット、または産業プラントからの排気ガスの測定に関連する。ここで、ユニットの良好な耐熱性、腐食性媒体に対する耐久性、および高い機械的安定性が特に有利である。

先に言及されている特徴および以下でさらに解明される特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれの場合に示される組み合わせのみならず、他の組み合わせまたはそれら単独でも使用することができると理解される。

本発明の好ましい構成および実施形態は、図面に示されており、以下の説明においてより詳細に解明され、その際、同一の参照記号は、同一または類似または機能的に同一の構成要素または要素を指す。

以下に概略的な形態で図示する。
温度センサ要素として設計された電気的機能要素の概略断面図を示す。 高温使用のための電気的機能要素を有するユニットの第１の実施形態を示す。 保持要素をさらに含むユニットの第２の実施形態を示す。 ユニットの第３の実施形態を示す。 ユニットの第４の実施形態を示す。 ユニットの第５の実施形態を示す。 ユニットの第６の実施形態を示す。 ユニットの第７の実施形態を示す。 ユニットの第８の実施形態を示す。 ユニットの第９の実施形態を示す。 ユニットの第１０の実施形態を示す。 ２つの電気的機能要素を含むユニットの第１１の実施形態を示す。

図１は、側面からの断面図において、温度センサ要素として設計された電気的機能要素１０を概略的な形態で示す。電気的機能要素１０は、非伝導性基材１６を含む。非伝導性基材１６の一方の表面に配置されているのは、薄層の形態の導電性要素１８である。これは、非伝導性基材１６の表面上で蛇行経路を取る導体トラックが形成されるように構造化された温度センサ要素の例にある。ここで、この導体トラックは温度測定抵抗体であり、その電気抵抗は、温度とともに特徴的に変化する。

導電性要素１８および構造化によって形成された導体トラックは、接続ワイヤ１４を介して接触点２０と電気的に接触している。温度センサ要素の場合、例えば、電気抵抗の２点または４点測定を可能にするために２つまたは４つの接続ワイヤ１４が使用され、図１の断面図には、１つだけ見ることができる。

図１に示される例において、導電層１８および接触点２０には、環境の影響からの保護を提供するために、被覆材料２２が備えられている。図１に概説されているように、単層の代わりに、被覆材料２２はまた、複数の異なる層を有する層列として形成されていてもよい。

図２は、電気的機能要素１０およびハウジング１００を含む、高温使用のためのユニット１の第１の実施形態を示す。ここで、ユニット１は、正面からの断面図で示されている。この例示的な実施形態において、ハウジング１００は、例えば耐熱性金属合金から製造されたキャップ１０４を含む。ハウジング１００は、キャップ１０４に加えて、キャップ１０４の開放側を閉鎖する電気絶縁材料１０２を含む。電気絶縁材料１０２は、例えば、部分的に結晶化したガラスまたはガラスセラミックである。

電気的機能要素１０の第１の区分１１は、その全体が電気絶縁材料１０２内に埋め込まれている。図１に示されるような温度センサ要素の場合、この第１の区分は、蛇行導体トラックを含み、したがって、温度センサ要素の能動部分を含む。

ここで、接続ワイヤ１４の一部分を含む電気的機能要素１０の第２の区分１２は、電気絶縁材料１０２によって囲まれておらず、電気的接触のために外部からアクセス可能である。代替的な実施形態の変形例において、電気的機能要素１０はまた、接続ワイヤ１４の代わりに接続パッドを含む。その場合、これらは、図１に示されている接触点２０と同様に非伝導性基材１６上に配置され、したがって、第２の区分が基材１６の一部分を含むことになる。第２の区分１１が非伝導性基材１６の一部分を含む例示的な実施形態もまた、図５を参照して以下に説明される。

図２に示されている実施形態において、第１の区分１１と第２の区分１２との間にあり、かつ図１に示されている接触点２０を含む、電気的機能要素１０の第３の区分１３は、接続ワイヤ１４の一部分のみが電気絶縁材料１０２から突出するように、同様に電気絶縁材料１０２内に埋め込まれている。

電気絶縁材料１０２は、気密封止された接続が存在するように、接続ワイヤ１４上に融着されている。電気絶縁材料１０２は、同様にキャップ１０４上にも融着されており、そのため、気密封止された接続がここにも存在する。電気絶縁材料１０２と少なくとも１つの機能要素１０との間および電気絶縁材料１０２とキャップ１０４との間のこの密接な接続の結果として、更なる封止要素は不要であり、このことは、提案されているユニット１が更なる封止要素を含まないことを意味する。

電気的機能要素１０の能動部分を含む第１の区分１１は、有利には、その全体が絶縁材料１０２に包まれており、このことは、この第１の区分１１が、局所環境またはキャップ１０４などのユニット１の他の成分のいずれかと相互作用することができないことを意味する。したがって、例えば、キャップ１０４の成分による電気的機能要素１０の汚染が除外される。

図３は、ユニット１の第２の実施形態を示す。これは、保持要素１０６をさらに含むことを除いて、図２を参照して説明した第１の実施形態に本質的に対応する。

ここで、保持要素１０６は、管状の形態にあり、電気絶縁材料１０２によって所定の位置に保持されている。この目的のために、保持要素１０６の一部分は、電気絶縁材料１０２内に埋め込まれている。保持要素１０６は、接続ワイヤ１４を囲み、それによって、これらを機械的に支持するように、配置されている。保持要素１０６は、例えば、セラミックからなり得る。

図４は、ユニット１の第３の実施形態を示す。これは、キャップ１０４を含まないことを除いて、図３を参照して説明した第２の実施形態に本質的に対応する。ここで、ハウジング１００は、電気絶縁材料１０２から作製された成形体のみからなる。

図５は、ユニット１の第４の実施形態を示す。この例示的な実施形態において、ハウジング１００は、キャップ１０４を含み、その開放端には、保護管１０８が接続されている。キャップ１０４および保護管１０８は、例えば、どちらの場合も、耐熱性金属合金からなり、例えば、溶接によって互いに接続されている。

電気的機能要素１０は、保護キャップ１０４の領域まで保護管１０８に挿入されており、所定の位置に保持されており、電気絶縁材料１０２の栓によって保護管１０８から封止されており、その結果、閉鎖された空洞１１２が、キャップ１０４の領域および保護管１０８の端部に存在している。電気的機能要素１０の第１の区分１１は空洞１１２内に位置しており、ここでは接続ワイヤ１４全体を含む、電気的機能要素１０の第２の区分１２は、空洞の外側に位置しており、電気絶縁材料１０２によって被覆されておらず、このことは、接続ワイヤ１４が、ハウジング１００の外側からアクセス可能であることを意味する。接続ワイヤ１４の代わりに、電気的機能要素１０はまた、第２の区分１２内に配置された接続パッドを有していてもよい。

第１の区分１１と第２の区分１２との間にある第３の区分１３は、電気絶縁材料１０２によって所定の位置に保持されており、電気絶縁材料は、この第３の区分において、気密封止の形成によって電気的機能要素１０に接続されている。ここで、より具体的には、電気絶縁材料１０２は、非伝導性基材１６および被覆材料２２上に融着されている（図１参照）。電気絶縁材料１０２は、同様に、気密封止の形成によって保護管１０８に接続されており、その結果、空洞１１２は、気密封止によって閉鎖されている。

図６は、ユニット１の第５の実施形態を示しており、これは、図５を参照して説明した第４の実施形態に本質的に対応する。しかしながら、この場合、電気絶縁材料１０２に接続されている電気的機能要素１０の第３の領域１３は、接続ワイヤ１４の一部分をさらに包み、このことは、より具体的には、導電性要素１８（図１参照）と接続ワイヤとの間の接触点２０が、電気絶縁材料１０２で囲まれた領域内にあることを意味する。これによって、接触点２０に特に良好な保護が提供される。

図７は、ユニット１の第６の実施形態を示す。これは、保持要素１０６をさらに含むことを除いて、図６を参照して説明した第５の実施形態に本質的に対応する。

ここで、保持要素１０６は、管状の形態にあり、電気絶縁材料１０２によって所定の位置に保持されている。この目的のために、保持要素１０６の一部分は、電気絶縁材料１０２内に埋め込まれている。保持要素１０６は、接続ワイヤ１４を囲み、それによって、これらを機械的に支持するように、配置されている。保持要素１０６は、例えば、セラミックからなり得る。

図８は、ユニット１の第７の実施形態を示す。これは、空洞１１２の内部に面するキャップ１０４の壁が非金属材料で裏打ちされていることを除いて、図６を参照して説明した第５の実施形態に本質的に対応する。

この例において、キャップ１０４の閉鎖端における壁は、保護要素１１０で裏打ちされている。保護要素１１０の材料は、例えば、ガラス、セラミック、またはガラスセラミックである。空洞１１２の側壁は、電気絶縁材料１０２で裏打ちされており、図８に示されている例示的な実施形態におけるこれらの側壁は、電気的機能要素１０の第３の区分１３を所定の位置に保持する電気絶縁材料の栓形状の部分１１２を有する単一のユニットとして設計されている。

さらに、第７の実施形態において、電気的機能要素１０の第１の区分１１は、電気的機能要素１０が温度測定抵抗体として設計されている場合に、これが、測定抵抗体全体を構成する導体トラックを含むように選択される。したがって、この実施形態において、電気的機能要素１０の能動部分は、完全に空洞１１２内に位置している。

図９は、ユニット１の第８の実施形態を示す。これは、第８の実施形態がキャップ１０４を含まないことを除いて、図８を参照して説明した第７の実施形態に本質的に対応する。したがって、ハウジング１００は、電気絶縁材料１０２および保護要素１１０からなる。

図１０は、ユニット１の第９の実施形態を示す。これは、保持要素１０６をさらに含むことを除いて、図９を参照して説明した第８の実施形態に本質的に対応する。

ここで、保持要素１０６は、管状の形態にあり、電気絶縁材料１０２によって所定の位置に保持されている。この目的のために、保持要素１０６の一部分は、電気絶縁材料１０２内に埋め込まれている。保持要素１０６は、接続ワイヤ１４を囲み、それによって、これらを機械的に支持するように、配置されている。保持要素１０６は、例えば、セラミックからなり得る。

図１１は、ユニット１の第１０の実施形態を示す。これは、第１０の実施形態がキャップ１０４を含まないことを除いて、図１０を参照して説明した第９の実施形態に本質的に対応する。したがって、ハウジング１００は、カップ状の成形体を形成する電気絶縁材料１０２と保護要素１１０とからなる。

図１２は、側面からの断面図において、ユニット１の第１１の実施形態を示す。これは、図１を参照して説明した第１の実施形態と設計が類似しているが、更なる電気的機能要素１０’をさらに有する。この例において、これは、加熱要素として設計されており、温度センサ要素として設計された電気的機能要素１０の隣に配置されている。

図１２に示されるユニット１は、熱流量センサとして用いられ得る。この場合、温度センサ要素として設計された電気的機能要素１０によって決定される温度を使用して、温度が一定に保たれるように、加熱要素として設計された更なる電気機能要素１０’における加熱電流を調節することができる。ユニット１を流れる流体が多いほど、流体に伝達される熱が多くなり、一定温度に設定する必要のある加熱電流が大きくなる。したがって、流れる流体の体積は、加熱電流から割り出すことができる。

１ ユニット
１０ 電気的機能要素
１０’ 更なる電気的機能要素
１１ 第１の区分
１２ 第２の区分
１３ 第３の区分
１４ 接続ワイヤ
１６ 非伝導性基材
１８ 導電性要素
２０ 接触点
２２ 被覆材料
１００ ハウジング
１０２ 電気絶縁材料
１０４ キャップ
１０６ 保持要素
１０８ 保護管
１１０ 保護要素
１１２ 空洞

Claims (17)

1. 高温使用のための、特に７００℃超の使用のためのユニット（１）であって、ハウジング（１００）と少なくとも１つの電気的機能要素（１０）とを備え、前記少なくとも１つの電気的機能要素（１０）が、非伝導性基材（１６）、導電性要素（１８）、および少なくとも１つの接続ワイヤ（１４）または少なくとも１つの接続パッドを含み、前記少なくとも１つの電気的機能要素（１０）が、ハウジング（１００）内で用いられ、それにより、前記電気的機能要素（１０）の第１の区分（１１）が、前記ハウジング（１００）内に収容されて、前記ハウジング（１００）によって局所環境から遮蔽され、かつ前記少なくとも１つの接続ワイヤ（１４）または前記接続パッドの少なくとも一部分を含む前記電気的機能要素（１０）の第２の区分（１２）が、外部からアクセス可能であり、前記少なくとも１つの電気的機能要素（１０）が、前記第１の区分（１１）と前記第２の区分（１２）との間に、前記ハウジング（１００）の電気絶縁材料（１０２）内に埋め込まれた第３の区分（１３）を含む、ユニット（１）において、
   前記電気絶縁材料（１０２）が、前記ハウジング（１００）を前記電気的機能要素（１０）から封止しており、前記電気絶縁材料（１０２）が、ガラス、ガラスセラミック、複数の前記材料の組み合わせから、またはその主成分としてガラスもしくはガラスセラミックを有する複合材料から選択され、前記絶縁材料（１０２）が、前記少なくとも１つの電気的機能要素（１０）上に融着されており、その結果、それらの間の界面に物理的および／または化学的結合が形成されることを特徴とする、ユニット（１）。
2. 前記ハウジング（１００）が、前記電気絶縁材料（１０２）を少なくとも部分的に囲む耐熱材料から作製されたキャップ（１０４）を含むことを特徴とする、請求項１記載のユニット（１）。
3. 前記ハウジング（１００）が、前記電気的機能要素（１０）の前記第２の区分（１２）の少なくとも一部分を囲む、耐熱材料から作製された保護管（１０８）を含み、前記保護管（１０８）が、好ましくは、特にレーザー溶接またははんだ付けによって前記ハウジング（１００）のキャップ（１０４）に接続されていることを特徴とする、請求項１または２記載のユニット（１）。
4. 前記保護管（１０８）の前記耐熱材料および／または前記キャップ（１０４）の前記耐熱材料が、耐熱鋼もしくは合金または耐熱セラミックから選択され、特に、合金６００、鋼１．４７６２、またはＡｌ_２Ｏ_３セラミックから選択されることを特徴とする、請求項２または３記載のユニット（１）。
5. 前記ハウジング（１００）が、ガラス、ガラスセラミック、セラミック、または複数の前記材料の組み合わせから作製された保護要素（１１０）を含むことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のユニット（１）。
6. 前記電気的機能要素（１０）の前記第１の区分（１１）が、前記ハウジング（１００）内の空洞（１１２）に収容されており、前記空洞（１１２）が、好ましくは、排気されるか、または不活性ガス、例えば窒素もしくはアルゴンで満たされることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のユニット（１）。
7. 前記空洞（１１２）の壁が、前記電気絶縁材料からなり、かつ／または前記空洞（１１２）の１つの壁が、保護要素（１１０）によって形成されていることを特徴とする、請求項６記載のユニット（１）。
8. 前記導電性要素（１８）、および／または前記少なくとも１つの機能要素（１０）の前記少なくとも１つの接続ワイヤ（１４）と前記導電性要素（１８）との間の電気的接触点（２０）が少なくとも、被覆材料（２２）で被覆されており、前記被覆材料（２２）が、好ましくは、前記電気絶縁材料（１０２）とは異なることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載のユニット（１）。
9. 前記少なくとも１つの電気的機能要素（１０）の前記第１の区分（１１）全体が、前記ハウジングの前記電気絶縁材料（１０２）内に埋め込まれていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載のユニット（１）。
10. 電気的機能要素（１０）の前記少なくとも１つの接続ワイヤ（１４）と前記導電性要素（１８）との間の電気的接触点（２０）が、前記第３の区分（１３）内に配置されており、したがって、前記電気絶縁材料（１０２）内に埋め込まれていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載のユニット（１）。
11. 前記ユニット（１）が、前記少なくとも１つの接続ワイヤ（１４）を支持するための少なくとも１つの保持要素（１０６）をさらに含むことを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載のユニット（１）。
12. 前記少なくとも１つの保持要素（１０６）が、前記電気絶縁材料（１０２）と同じ材料から作製されており、それとともに単一のユニットとして設計されているか、または前記少なくとも１つの保持要素（１０６）が、ガラス、ガラスセラミック、またはセラミックから選択される異なる材料からなり、前記少なくとも１つの保持要素（１０６）が、前記電気絶縁材料（１０２）内に部分的に埋め込まれており、これによって、所定の位置に保持されていることを特徴とする、請求項１１記載のユニット（１）。
13. 前記電気絶縁材料（１０２）の熱膨張係数が、前記少なくとも１つの電気的機能要素（１０）の熱膨張係数に一致しており、前記熱膨張係数間の差が、好ましくは５・１０^－６／Ｋ未満、特に好ましくは３・１０^－６／Ｋ未満、極めて特に好ましくは１・１０^－６／Ｋ未満であることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか１項記載のユニット（１）。
14. 電気的機能要素（１０）が、温度センサ要素として設計されており、前記温度センサ要素が、好ましくは、セラミック基材と、その上に配置された構造化された抵抗層とを含み、前記温度センサ要素が、より好ましくは、Ｐｔ１００、Ｐｔ２００、Ｐｔ５００、Ｐｔ１０００、またはＰｔ１００００温度センサとして設計されていることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか１項記載のユニット（１）。
15. 電気的機能要素（１０）が、加熱要素として設計されていることを特徴とする、請求項１から１４までのいずれか１項記載のユニット（１）。
16. 前記ユニット（１）が、少なくとも２つの電気的機能要素（１０，１０’）を含み、前記ユニット（１）が、好ましくは、少なくとも１つの温度センサ要素と少なくとも１つの加熱要素とを有する熱流量計として設計されていることを特徴とする、請求項１から１５までのいずれか１項記載のユニット（１）。
17. 前記電気絶縁材料（１０２）がガラスセラミックであり、
    Ｌａ_２Ｏ_３ ０．３ｍｏｌ％超～５ｍｏｌ％未満、
    Ｎｂ_２Ｏ_５ ０ｍｏｌ％～９ｍｏｌ％、
    Ｔａ_２Ｏ_５ ０ｍｏｌ％～７ｍｏｌ％
    を含み、
    Σ（Ａ_２Ｏ_５） ０．２ｍｏｌ％超～９ｍｏｌ％
    であり、
    式中、Ａが、酸化物において通常酸化状態Ｖ＋にあり、かつ例えばＮｂおよび／もしくはＴａもしくはＰならびに／またはそれらの混合物を含むかまたは含んでよい元素であることを特徴とする、請求項１から１６までのいずれか１項記載のユニット（１）。

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