JP6873150B2 - 高外圧下で用いられるフィードスルーおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、高外圧下で用いられるフィードスルーおよびその製造方法に関する。
様々な用途に、高外圧に確実に耐えなければならないフィードスルーが用いられる。特に、これらのフィードスルーが一方の側で高圧の流体と接触する場合、安全性という面でも、それらの動作信頼性のある使用およびそれらの長期間にわたる動作安定性が非常に重要である。これらの用途には、深海設備、例えば開発および探査設備、すなわち、特に石油および／もしくはガス鉱床の調査および／もしくは探査の設備、または化学的にもしくは放射線により汚染された環境、例えば化学工業もしくはエネルギープラントおよび反応器技術(Reaktortechnik)におけるそれらの使用が含まれる。更なる用途には、例えば、有人および無人の船舶、例えば潜水ロボットおよび潜水艇ならびに特殊ガスタンク、例えばＣＯ２貯蔵タンクまたはＬＮＧタンク（液体天然ガス、液化ガスとも呼ばれる）またはＨ２タンクであって、特に、例えば７００ｂａｒの耐圧性を必要とする燃料電池搭載の自動車用のタンクも含まれる。
米国特許第４，７９７，１１７号明細書（ＵＳ４，７９７，１１７）には、円錐台形開口部を有する要素を用いた圧着により、ウェッジ状の断面形状をなすシールリップリングが絶縁導体上に密封係合されているゴムシースを有するコネクタが開示されている。コネクタのこの構成は、特に、現場での設置およびその修理を可能にすることを意図している。
米国特許出願公開第２００６／０１７９９５０号明細書（ＵＳ２００６／０１７９９５０Ａ１）は、圧力センサーを含むコンポーネント用のハウジング内フィードスルーを示しており、実質的にウェッジ状の断面形状をなす流体シールリングを備え、流体シールリングが該コンポーネントをハウジングの円錐台形開口部内にシールして取り囲んでいる。より簡単な製造プロセスを提供するために、ハウジングまたはコンポーネントのいずれかの少なくとも１つの弾性変形限界を超えるほど高い力でウェッジ状の流体シールリングを押し付けることが提案されている。
独国特許出願公開第１０２００６０５４６４３号明細書（ＤＥ１０２００６０５４８４３Ａ１）は、特に圧力用途のための電気フィードスルーを開示しており、少なくとも第１のハウジング端部の領域にハウジング通路を備え、圧力を受けるハウジング側は、ハウジング外面の部分に少なくとも２つのオリフィスを形成する。これに関する少なくとも２つのオリフィスは、好ましくは同じ表面積または実質的に同じ表面積を有する。さらに、少なくとも２つのオリフィスは、ハウジング軸の周りに等角度間隔で、すなわち好ましくは、オリフィスの軸ひいては圧力側の圧力に起因する力の力線も共通の点で、有利にはハウジング軸と一緒に交差するようにずらして置かれている。この構成は、圧力用途においてオリフィスに作用する圧力の補償をもたらすことを意図している。このフィードスルーの欠点は、圧力が加えられることによって生じる力が、各導体を取り囲む絶縁材料を通してガイドされ、補償がそのつど２つの導体による対でのみ達成され得ることである。さらに、この配置では、各導体はハウジング開口部内で約９０°曲げられてガイドされ、このことが製造を困難にするばかりでなく、導体ガイドの幾何学的形状も複雑にする。さらに、この幾何学的寸法の場合、まっすぐな導体ガイドの場合に必要とされるよりも何倍も多くのスペースが消費される。
国際公開第２０１２／１６７９２１号（ＷＯ２０１２／１６７９２１Ａ１）には、基体がハウジング内に溶接されたバッテリーハウジング用のフィードスルーが記載されている。導体のガラス封止部(Einglasung)が熱および／または圧力負荷の影響を受けないようにするために、ハウジングの境界で基体に溝が設けられており、この溝は、溶接時にヒートシンクの冷却フィンのように作用することを意図している。バッテリーが熱暴走した場合、フィードスルーは特に熱負荷にさらされる。生じる圧力は、フィードスルーにそれほど重要な役割を果たさない。なぜなら、その前にハウジングが通常破損するからである。したがって、図示されたフィードスルーの全動作範囲にわたって圧縮ガラス封止部が保証されるべきであり、そのために基体の材料の大部分は、溝とガラス封止部との間に設けられている。外圧が加わると、特にガラス封止部がこれの影響を受けないように意図されている。
独国特許出願公開第１４９０５０８号明細書（ＤＥ１４９０５０８Ａ）には、環状凹部を同様に環状フランジ内に配置してなる高電流負荷用の真空気密電気フィードスルーが記載されている。この環状凹部は、銅ピンからなる導体の熱的に誘発された膨張に対応するために、弾性の性質を持つ。この場合、環状凹部の必然的に与えられた変形性に起因して、これは高外圧下での使用には適していない。横方向の遊びをいくらか伴った状態でクロム鋼製の管内に保持されている銅ピンにも同じことが当てはまる。ここでも基体の材料の大部分は、溝とガラス封止部との間に設けられている。
独国特許出願公開第２２６３２２２号明細書（ＤＥ２２６３２２２Ａ）は、溶接リップに隣接して配置された半径方向の溝によって取り囲まれている多数の圧縮ガラス封止フィードスルー(Druckglasdurchfuehrung)を有する真空密封または気密封止された容器用の、溶接可能な電気圧縮ガラス封止フィードスルーを開示している。このフィードスルーの軸方向の中心線に対しては圧縮ガラス封止接合部が半径方向に並んで配置されているので、この溝は、圧力補償手段としては有効でなく、ひいては高外圧に対するこのフィードスルーの耐圧性を改善しない。同じことが、独国特許出願公開第１４９０３３３号明細書（ＤＥ１４９０３３３Ａ）に示された、それぞれ中性導体を備えた２つの３相導体システム用の気密フィードスルーにも当てはまる。なぜなら、特に、この場合も基体の材料の大部分は溝とガラス封止部との間に設けられているからである。
米国特許第４２１３００４号明細書（ＵＳ４２１３００４Ｂ）からは、コバール（Ｋｏｖａｒ）フィードスルー内に配置された気密接合部を参照することができ、コバール製シリンダーが横方向の遊びをいくらか伴った状態でアルミニウム溶接リップ内に電子ビーム溶接によって保持されている。溶接リップは、ニッケルボンドラインによってコバールスリーブにアルミニウムフランジの溶接性を付与するように適合されている。このフィードスルーは高圧に耐えることができない。
導電性ピンが中空円筒形の絶縁体によって取り囲まれている独国特許出願公開第１６６５５６４号明細書（ＤＥ１６６５５６４Ａ）の真空密封フィードスルーは、外圧側にカラーを有し、これが導電性ピンを取り囲んでいるが、漏斗状に外側に向かって開いていることから、高圧流体がこのカラーと導電性ピンとの間に浸透する傾向にある。
さらに、先行技術からは、予め製造され、次いで熱プロセス、例えば溶接によってハウジングに接合された導体のガラス封止部を基体に取り付けることも知られている。この場合、ガラス封止部の熱過負荷は、基体の負荷軽減機構(Entlastungseinrichtungen)によって回避され、これらの負荷軽減機構は、基体の表面を局所的に増大させ、そうしてガラス封止部の前方でヒートシンクとして作用する。このような負荷軽減機構は、同様に、ガラス封止部が損傷しないように、これがハウジングおよび／または基体の熱膨張による基体の溶接時に生じる応力の影響を受けないようにすることもできる。この場合、既知の基体は、ガラス封止部に半径方向に作用する圧力が、周囲温度とは無関係に可能な限り一定に保持されるように設計されるか、または低い上限閾値を超えない程度に少なくとも低減されるように設計される。このために、負荷軽減機構は、通常、ガラス封止部から安全な距離で、ハウジングに対する基体のインターフェイス付近に設けられる。このようなフィードスルーは、通常、高外圧、特に１０００ｂａｒを超える圧力に耐えることに適していない。なぜなら、フィードスルーの外部フランジの弱化が、この弱化を高圧に対して補償することなく頻繁に行われているからである。
本発明によるフィードスルーの構造設計の場合、圧力補償手段、特に環状溝の幅は、有利には可能な限り狭くなるように設計されている。達成可能な圧力補償手段の幅は、主に製造プロセスに依存する。侵食加工の場合、約１ｍｍ以下の溝幅を達成することができる。フライス加工の場合、通常、数ミリメートルが達成可能である。したがって、圧力補償手段の幅（その半径方向の広がりＢＮ）は、非常に狭くなり得るが、半径方向に作用する、耐圧性を増加させる力が依然として同じように生じることから、すべての好ましい効果を示すことができる。したがって、基体に及ぼす加圧力の影響は、溝の幅ＢＮをより小さくすることによって減らすこともできる。なぜなら、これらの力は各環状溝の底面の大きさに比例して増加するからである。したがって、同じ内径でより幅広の溝は、その外径の二乗に比例して、ひいては溝の幅ＢＮの増加に伴って、フィードスルーの外径が増加したときにこの耐圧性を減少させ、これは溝の幅が広くなった場合には基体の厚さの増加に伴って補償される。
この場合、環状溝、止まり孔型の開口部または突出部分の下に残っている材料は、動作状態下で生じる外圧にそのつど確実に耐えるように寸法決定されている。
好ましい実施形態では、特に、フィードスルーを後で取り付けるために更なるモジュールに溶接することが意図されている場合、溝と絶縁材料との間の材料の容積は、溝とフィードスルーの外縁との間の基体の材料の容積よりもはるかに小さい。
本発明は、個々の機能素子、例えば導体を含む機能性素子も、確実にかつ長期間にわたり動作安定性で、高圧下でも流体密封して簡単に保持することができるフィードスルーを提供することを意図している。本開示の文脈において、高圧とは、特に１０００ｂａｒを超える圧力、有利には特に１５００ｂａｒを超える圧力または２０００ｂａｒを超える圧力を意味する。さらに、この場合、例えば導体を含む機能性素子のための複雑なガイド形状を回避できることが有利である。さらに、スペースを消費する幾何学的形状を回避し、フィードスルーにおいて互いに隣接する複数の機能性素子を配置することを可能にすることも有利である。
このために、本発明は、特に高外圧下で用いられるフィードスルーを提供し、当該フィードスルーは、基体および基体を貫通して延在する少なくとも１つの貫通開口(Durchgangsoeffnung)と、少なくとも１つの機能素子であって、当該少なくとも１つの機能素子は、少なくとも１つの貫通開口内に配置されており、当該少なくとも１つの機能素子は、基体に流体密に接合されている機能素子と、有利には機能性素子を少なくとも部分的に取り囲んで、有利には流体密な接合を形成する絶縁材料と、少なくとも１つの機能素子と基体との流体密な接合のための圧力補償手段、特に外圧補償手段とを含み、この圧力補償手段、特に外圧補償手段によって、有利には、圧力、特に外圧に対する少なくとも１つの機能素子と基体との流体密な接合の耐圧性が高められており、有利には、圧力、特に外圧によって生じる圧力成分が、貫通開口の長手方向に対して垂直に、少なくとも１つの貫通開口を取り囲む基体の材料の周辺領域に向けられ、ここで、これらの周辺領域は、有利には、少なくとも１つの貫通開口の長手軸に対して斜めまたは平行に延在する。
特に有利には、流体密な接合部も同様に気密封止されており、すなわち、動作圧力の範囲内で１ｂａｒの圧力差においてヘリウム漏れ率が１×１０−３ｍｂａｒ＊ｌ／秒未満である。
好ましくは、本発明は、特に高外圧下で用いられるフィードスルーを提供し、当該フィードスルーは、基体および基体を貫通して延在する少なくとも１つの貫通開口と、少なくとも１つの機能素子であって、当該少なくとも１つの機能素子は、少なくとも１つの貫通開口内に配置されており、当該少なくとも１つの機能素子は、基体に流体密に接合されている機能素子と、有利には機能素子を少なくとも部分的に取り囲んで、有利には流体密な接合を形成する絶縁材料と、有利には貫通開口に対して対称的に配置された基体の材料内の環状溝および／または有利には貫通開口に対して対称的に、特に貫通開口を取り囲む完全な円上にそれらの長手軸を伴って配置された基体の材料内の開口部、有利には止まり孔型の開口部および／または有利には貫通開口に対して対称的に配置された基体の突出部分とを含む。
好ましい実施形態では、動作状態においてかかる圧力下で絶縁材料に当接する圧力補償手段の周壁は、貫通開口の軸線の方向に対して垂直に押圧され、それによって、動作状態、特に外圧に依存する締付け力が、絶縁材料に好ましくは生じる。
好ましい実施形態では、圧力補償手段は、絶縁材料に当接する周壁として設けられており、動作状態においてかかる圧力によって少なくとも周壁の領域が、貫通開口の軸線の方向に対して垂直に押圧され、それによって、動作状態、特に外圧に依存する締付け力が、絶縁材料に生じる。
機能素子の用途の機能的多様性をより強調するために、本開示の枠内において、これは機能素子(Funktionselement)と呼ばれるだけでなく、代わりに機能性素子(funktionales Element)とも呼ばれる。
驚くべきことに、これらの手段によって、基体と機能素子との間の接合部、特に絶縁材料と基体との間の接合部は、圧力補償手段、特に外圧補償手段を備えないフィードスルーと比べて、２０％、好ましくは５０％、最も好ましくは１００％増加した動作圧力において流体密封して持ちこたえることができた。同じように、こうして、フィードスルーの耐圧性は、有利には２０％、より好ましくは５０％、最も好ましくは１００％、さらには１００％を超えて増加することさえできた。
特に、本発明によるフィードスルーは、１０００ｂａｒを超える外圧に耐えることができる。本発明者らは、本発明の動作原理の１つは、簡略化して、動作条件下でまたは故障した場合に、フィードスルーに作用する外圧を用いてガラス封止部自体を貫通開口内で安定化させるという事実に基づいていることを認識した。圧力補償手段は、そこに作用する圧力が絶縁材料に半径方向に、すなわちフィードスルーの貫通開口の長手軸または対称軸に対して垂直に作用し、そうして圧力の増加に伴って増加する締付け効果が絶縁材料に及ぼされ、これにより貫通開口の曲げ力を有利には防止することができるように取り付けられている。このために、基体の材料は、少なくとも圧力補償手段の領域で、圧力によって変形可能であり、特に弾性変形可能であり、有利には可逆的に弾性変形可能でなければならない。この場合、圧力補償手段の設計のためのパラメーターには、材料自体の選択の他に、圧力補償手段と絶縁材料との間に残っている材料厚さに限らず、貫通開口の軸に対して平行に測定された圧力補償手段の深さも含まれることができる。本発明者らは、非常に簡略化して表現すると、圧力補償手段による基体の材料の弱化がフィードスルーの耐圧性の増加につながるという驚くべき知見を利用する。
同様に、例えば、ウォータージェット切断機、プレス、液圧システム、コモンレール噴射システム、および特にフィードスルーの一方の側で生じる、高圧流体が生じる類似の用途などのマシンにおける使用が可能である。特に、本発明は、センサーおよび／またはアクチュエーターならびに更なる任意の特に電動機および／または発電機を高圧環境で他の機器に接続することも可能にする。
最も驚くべきことに、本発明者らは、更なる好ましい実施形態では、溝の幅が増加してもよく、特に溝の幅はさらに、材料の除去によって溝がなくなるのではなく、その代わりに、突出部分の前方に横方向で、すなわち半径方向外向きに延在する開放スペースがもたされる程度にまで半径方向に増加してもよいことを見出した。したがって、環状溝の内壁の代わりに、この一部変更された実施形態の場合、外壁を有する突出部分が形成され、突出部分の外壁は、機能的には溝の内壁と実質的に同じように作用する。この同じ作用のために、特に溝の幅を除いて同じ実施形態の場合には、環状溝の内壁に関して以下に述べた各記述は、突出部分の外壁にも当てはまる。
突出部分を有するこのようなフィードスルーの構造的設計の場合、突出部分の外側の領域の基体の材料厚さは、基体が想定圧力に耐えるように選択される。この場合、比較的肉厚の小さい突起部が設けられる。
好ましい実施形態では、特に、フィードスルーを後で取り付けるために更なるモジュールに溶接することが意図されている場合、突出部分の材料の容積は、突出部分とフィードスルーの外縁との間の基体の材料の容積よりもはるかに小さい。
本発明によるフィードスルーは、特に、フィードスルーを使用して構成要素および／もしくは装置を互いに接続すること、ならびに／またはセンサーおよび／もしくはアクチュエーターを動作させるのに適している。このようなフィードスルーは、有利には多岐にわたって、深海設備、例えば、特に石油および／もしくは天然ガスの掘削または探査装置用に、ならびに／または化学的にもしくは放射線により汚染された環境、例えば化学工業もしくはエネルギープラントおよび反応器技術において、特に爆発の危険にさらされている領域において、ハウジングを備えたエネルギー発生装置もしくはエネルギー貯蔵装置において、またはエネルギー発生装置もしくはエネルギー貯蔵装置もしくは反応器もしくは毒性および／もしくは有害物質の貯蔵装置のカプセル化において、特に反応器の格納容器内のフィードスルー手段、または反応器、特に化学反応器もしくは原子炉の格納容器を介したフィードスルー手段として、または宇宙船もしくは宇宙探査車両において、または潜水ロボットおよび／もしくは有人もしくは無人潜水艇、またはセンサーおよび／もしくはアクチュエーターのケーシングにおいて使用することができるので、フィードスルーに作用する圧力は、例えば反応器の場合は内圧であってよく、他の用途の場合、例えば深海では外圧であってよい。したがって、基体の圧力対向面とは、増加した外圧または内圧、すなわち、一般的に増加した圧力を受ける基体の面のことをいう。
有利には、圧力補償手段は、基体の材料内に環状溝を含む。有利には環状溝は、基体の圧力に対向する側（面）、特に外圧に対向する側（面）に、少なくとも１つの貫通開口に対して対称的に配置されている。
同様に有利には、圧力補償手段は、代替的にまたは付加的に、開口部、有利には止まり孔型の開口部を基体の材料内に含むことができる。有利には開口部は、基体の圧力に対向する側、特に外圧に対向する側で、特に貫通開口を取り囲む完全な円上にそれらの長手軸を伴って、少なくとも１つの貫通開口に対して対称的に配置されている。
更なる有利な実施形態では、圧力補償手段は、代替的にまたは追加的に、基体の突出部分を含む。有利には突出部分は、環状隆起部として、基体の圧力に対向する側、特に外圧に対向する側で、貫通開口に対して対称的に形成されている。
第１の好ましい実施形態では、環状溝または止まり孔型の開口部の深さは、機能性素子を取り囲んで、有利には流体密な接合を形成する絶縁材料の深さのほぼ真ん中にある深さまで延在しているか、または基体に近接する突出部分の端部は、有利には基体における流体密な接合を形成する絶縁材料の高さのほぼ半分で終端している。
第２の好ましい実施形態では、環状溝または止まり孔型の開口部の深さは、機能性素子を取り囲んで流体密な接合を形成する絶縁材料が基体に当接し始める深さまで延在しているか、または基体に近接する突出部分の端部は、機能性素子を取り囲んで流体密な接合を形成する絶縁材料が基体に当接し始める基体の高さで終端している。
第３の好ましい実施形態では、環状溝または止まり孔型の開口部の深さは、機能性素子を取り囲んで流体密な接合を形成する絶縁材料が基体に当接し終わる深さまで延在しているか、または基体に近接する突出部分の端部は、機能性素子を取り囲んで流体密な接合を形成する絶縁材料が基体に当接し終わる基体の高さで終端している。
第４の好ましい実施形態では、環状溝または止まり孔型の開口部の深さは、機能性素子を取り囲んで流体密な接合を形成する絶縁材料が基体に当接し終わる深さまで延在しているか、または基体に近接する突出部分の端部は、機能性素子を取り囲んで流体密な接合を形成する絶縁材料が基体に当接し終わる箇所よりも低い基体の箇所で終端している。
環状溝または止まり孔型の開口部の深さは、フィードスルーの圧力挙動を調整するために使用することができる。特に、環状溝または止まり孔型の開口部の深さは、絶縁材料の領域にある深さまで延在しており、すなわち、環状溝または止まり孔型の開口部の深さは、貫通開口の軸に対して垂直な平面にあり、かつ貫通開口に沿った絶縁材料の伸びと重なる実施形態では、貫通開口の深さは、異なる外圧でフィードスルーの耐圧性を調整可能に仕上げることができる。原則として、環状溝または止まり孔型の開口部が深くなるほど、フィードスルーが耐えることのできる圧力は高くなる。しかしながら、高圧下における耐性は、より低い圧力に対する絶縁材料の耐圧性またはスクイーズアウト耐性(Ausdrucksfestigkeit)にとって負担となる。同様の効果は、突出部分を有する実施形態でも生じる。この実施形態においては、貫通開口の長手軸方向における突出部分の延在部は、溝または止まり孔型の開口部の深さに機能的に対応する。
圧力とは反対側の絶縁材料の表面が圧力に対向する面から基体内に延在する環状溝または止まり孔型の開口部の深さのレベルよりも下にある場合、ガラス封止部の長さのこの範囲は、特に１０００ｂａｒ未満の圧力でフィードスルーのスクイーズアウト耐性および／または気密性に寄与する。環状溝または止まり孔型の開口部に対して平行に延在するガラス封止部の長さに沿った領域は、上記のとおり、圧力にさらされると絶縁材料に締付け効果を及ぼすように適合されている。この領域は、１０００ｂａｒ以上からフィードスルーの気密性に寄与する。したがって、好ましくは、環状溝または止まり孔型の開口部の深さおよびガラス封止部の長さおよび／または重複範囲のバランスがとれている。環状溝または止まり孔型の開口部の深さ、または貫通開口の長手軸の方向における突出部分の長さが、ガラス封止部の長さの約半分に相当し、好ましくは±３０％、特に好ましくは±２０％、最も好ましくは±１０％の偏差を有する範囲で好ましい妥協に達する。これに関して、「ガラス封止部の長さ」とは、貫通開口の長手方向における各貫通開口内で絶縁材料が基体に当接し、有利には機能性素子に当接して延在した長さのことをいう。
特に好ましくは、機能性素子は導電体であるか、または機能性素子は導電体を含む。
更なる有利な実施形態では、圧力補償手段は、有利には貫通開口に対して対称的に配置されている円形の環状溝および／または開口部、有利には止まり孔型の開口部を基体の材料内に含み、かつ／または有利には貫通開口に対して対称的に配置されている基体の突出部分を含む。
有利には流体密な接合を形成する絶縁材料がガラスおよび／またはガラスセラミック材料および／またはセラミック材料を含み、かつフィードスルーが有利には圧縮ガラス封止部を含み、ガラスおよび／またはガラスセラミック材料および／またはセラミック材料が、基体および機能性素子のそれぞれに少なくとも部分的に流体密に接合されている場合、これにより長期間にわたり動作安定性の気密封止接合部を実現することができる。
基体の材料の熱膨張係数が、貫通開口内に溶着された絶縁材料の材料の熱膨張係数よりも大きい場合に圧縮ガラス封止部が得られる。従来の圧縮ガラスの製造では、機能素子の熱膨張係数は、絶縁材料の熱膨張係数以下である。僅かに高い熱膨張も可能であるが、絶縁材料が半径方向で機能素子に及ぼすガラス封止部の圧力、ひいては耐圧性および引抜き抵抗を低下させる可能性がある。溝または突出部分により、膨張性がより高い機能素子用の材料を同様に使用することができる。なぜなら、追加の圧力が絶縁材料を介して機能性素子に伝えられ、ひいては本発明によるフィードスルーは、従来の実施形態では不整合が見受けられるにもかかわらず、依然としてより高い圧力に適しているからである。
好ましくは、機能素子の材料は、金属、特に鋼、特殊鋼、チタン、チタン合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金、合金の中でも特にＮｉＦｅ合金、好ましくはＣＦ２５、ＦｅＣｏ合金、特に好ましくはまたベリリウム銅合金、コバール、ＣＦ２５、タングステンまたはインコネル、例えばインコネル６９０、インコネル６２５、インコネル７４０、インコネル７４０Ｘ、インコネル７５０、インコネル７５０Ｘなどを含む。
特に好ましくは、フィードスルーの動作圧力範囲内で基体の材料が受ける圧力は、基体の材料内および機能性素子の材料内の弾性変形限界を超えない。
環状溝および／または突出部分は、非矩形、特に円錐台形の横断面を有していてもよく、かつ／または止まり孔型の開口部は斜めに延在するように配置されていてもよい。この実施形態では、異なる深さにそれぞれ適合された少なくとも１つの貫通開口の長手軸に対して垂直に作用する圧力成分の作用を有利に調整することができる。
特に高外圧下で用いられるフィードスルーであって、ＤＡが環状溝の内壁の外径または突出部分の外壁の外径を指し、Ｄｉが絶縁材料の直径ひいては特に貫通開口の直径を示し、ＤＡ／Ｄｉの比は、ＤＡ／Ｄｉが２以下１．０５以上の範囲である好ましい値を有し、ＤＡ／Ｄｉが１．６以下１．１０以上の範囲である特に好ましい値を有し、ＤＡ／Ｄｉが１．３５以下１．１５以上の範囲である最も好ましい値を有するフィードスルーが特に好ましい。
さらに、特に高外圧下で用いられるフィードスルーであって、圧力補償手段とガラス封止部ひいては貫通開口の長手方向における絶縁材料のガラス封止部の長さとの重複範囲が、ガラス封止部の長さＬの０％、５０％または１００％の値を有し、この重複範囲の更なる好ましい値は、ガラス封止部の長さの１０％、１５％、２０％、特に好ましくは３０％でもあるフィードスルーが好ましい。
特に高外圧下で用いられるフィードスルーの製造方法では、フィードスルーの基体上に圧力補償手段が形成され、これによってフィードスルーの耐圧性が高められ、圧力補償手段の形成のために、基体の材料は、基体の圧力対向面の貫通開口の近傍で減らされる。
有利には、この方法では、基体の材料を減らすことで、特に材料除去により減らすことで、環状溝、止まり孔型のボアを形成するか、または突出部分を形成することができる。有利な方法は、侵食加工および／またはフライス加工である。しかしながら、基体を製造するために同様に考えられるのは、成形によって必要な形状を提供する方法である。例えば、基体は、鋳造法、特にダイカスト法、または冷間成形法によっても製造することができる。
本発明によるフィードスルーは、驚くほど高い耐圧性に加えて、その用途において更なる利点を有する。圧力補償手段を備えないフィードスルーと、絶縁材料用の保持手段を表す貫通開口の円錐状または階段状のプロファイルとの比較試験から、圧力補償手段を備えた本発明によるフィードスルーの場合、絶縁材料の自発的破断の傾向はより低くなることがわかった。このような自発的破断の場合、圧力限界に達すると絶縁材料が破壊され、貫通開口から破裂して出てくる。この破裂圧力は、試験において多数の構成要素で測定され、結果は、破裂圧力の平均値付近の分布幅を有するガウス分布である。保持手段を有するフィードスルーと比較して、本発明による圧力補償手段を備えたフィードスルーは、平均値付近でかなり小さい分布幅を示す。これは、本発明によるフィードスルーの形状設計において、要求される耐圧性に対して考慮しなければならない安全マージンがより小さいことを意味する。同様に、本発明によるフィードスルーの動作中に自発的な故障が予想されることが少なく、そのため乱暴に使用されてもその長期間にわたる動作安定性およびその信頼性が改善される。
本発明による圧力補償手段を備えたフィードスルーの明らかに改善された自発的破断挙動および／または破裂圧力挙動は、その作用機構によって説明することができると考えられる。貫通開口内で脆性の絶縁材料、特にガラス材料および／または少なくとも部分結晶性材料が用いられる場合、それらの破断は、通常、絶縁材料中でさらに伝搬する初期亀裂の形成によって開始される。初期亀裂は、絶縁材料の体積の異方性および／または欠陥によって、特にその表面の欠陥および／または損傷によっても誘発される可能性がある。特に、流体および／または異物との相互作用によって動作中に表面損傷が生じる可能性もあり、状態次第では避けられないことがある。特に貫通開口の軸に対して平行な本質的な部分を有する初期亀裂は、上記の自発的破断にとって決定的なものとなり得る。しかしながら、本発明によるフィードスルーの圧力補償手段は、圧力にさらされると、貫通開口の軸に対して垂直に、したがって絶縁材料中での重大な初期クラックの伝搬方向に対して垂直に生じる圧力成分を引き起こす。生じる初期亀裂は、いわば押さえ付けられ、したがって、その伝搬が防止されるか、または少なくとも妨げられると仮定される。
本明細書にその様々な実施形態で開示されており、特に本発明に従って構成されたものとしても開示されているフィードスルーは、深海設備および／もしくは石油および／もしくは天然ガスの掘削または探査装置用に、ならびに／または化学的にもしくは放射線により汚染された環境、例えば化学工業もしくはエネルギープラントおよび反応器技術において、特に爆発の危険にさらされている領域において、ハウジングを備えたエネルギー発生装置もしくはエネルギー貯蔵装置において、またはエネルギー発生装置もしくはエネルギー貯蔵装置もしくは反応器もしくは毒性および／もしくは有害物質の貯蔵装置のカプセル化において、特に反応器の格納容器内のフィードスルー手段、または反応器、特に化学反応器もしくは原子炉の格納容器を介したフィードスルー手段として、または宇宙船もしくは宇宙探査車両において、または有人および無人船舶、例えば潜水ロボットおよび潜水艇において使用することが特に好ましい。特に、本発明は、トランスミッターおよび／もしくはレシーバー装置の接続ならびに／またはセンサーおよび／もしくはアクチュエーターのハウジングにおいて、これらすべての用途において、またはガスタンク、特にＣＯ２貯蔵タンクもしくはＨ２タンクもしくはＬＮＧタンクにおいて、または有利には燃料電池もしくはコモンレールなどの高圧噴射システムを搭載した自動車、または特に好ましくはプレスもしくは油圧機器および／もしくは装置などのマシンにおいて適している。
本発明を、好ましい実施形態により、添付の図面を参照してより詳細に以下で説明する。
フィードスルーの第１の好ましい実施形態の横断面図であって、断面平面がフィードスルーの真ん中をほぼ垂直に通って延在しており、圧力補償手段が環状溝を含む図を示す。 図１に示される第１の好ましい実施形態の詳細Ａの横断面図を示す。 図１に示される第１の好ましい実施形態の詳細Ａの更なる横断面図であって、特に、この実施形態では溝を含む各圧力補償手段とのガラス封止部の長さＬおよび重複範囲Ｂを具体的に示すための図を示す。 断面平面がフィードスルーの真ん中をほぼ垂直に通って延在する、圧力補償手段を備えないフィードスルーの横断面図を示す。 第２の好ましい実施形態の詳細Ａの横断面図であって、圧力補償手段が環状溝を含む図を示す。 第３の好ましい実施形態の詳細Ａの横断面図であって、圧力補償手段が環状溝を含む図を示す。 第３の好ましい実施形態の詳細Ａの横断面図であって、圧力補償手段が環状溝を含む図を示す。 図１の矢印Ｘの方向における好ましい各実施形態の図１および４〜６にそれぞれ示されるフィードスルーの平面図であって、圧力補償手段がそれぞれ環状溝を含む図を示す。 図１の矢印Ｘの方向における好ましい各実施形態の図１および４〜６にそれぞれ示される機能性素子の平面図であって、機能性素子を取り囲む環状溝も確認することができる図を示す。 図１の矢印Ｘの方向における好ましい各実施形態の図９〜１３にそれぞれ示されるフィードスルーの機能性素子の平面図であって、機能性素子を取り囲む突出部分も確認することができ、分かりやすくするためにフィードスルーの基体の更なる部分は示されていない図を示す。 図１の矢印Ｘの方向に対応する方向における更なる好ましい実施形態のフィードスルーの平面図であって、圧力補償手段が基体の材料内に止まり孔型の開口部を含む図を示す。 図１の矢印Ｘの方向に対応する方向における図８ａに示されるフィードスルーの機能性素子の平面図であって、基体の材料内に機能性素子を取り囲む止まり孔型の開口部も確認することができる図を示す。 フィードスルーの第１の好ましい実施形態の横断面図であって、断面平面がフィードスルーの真ん中をほぼ垂直に通って延在しており、圧力補償手段が、環状隆起部として形成されている基体の突出部分を含む図を示す。 図９からフィードスルーの第１の好ましい実施形態の詳細Ｂの横断面図を示す。 図９からフィードスルーの第１の好ましい実施形態の詳細Ｂの更なる横断面図であって、特に、この実施形態では突出部分を含む各圧力補償手段とのガラス封止部の長さＬおよび重複範囲Ｂを具体的に示すための図を示す。 第２の好ましい実施形態の詳細Ｂの横断面図を示す。 第３の好ましい実施形態の詳細Ｂの横断面図を示す。 第３の好ましい実施形態の詳細Ｂの横断面図を示す。 突出部分の横断面形状を示す。 突出部分の横断面形状を示す。 突出部分の横断面形状を示す。 突出部分の横断面形状を示す。 突出部分の横断面形状を示す。 突出部分の横断面形状を示す。 突出部分の横断面形状を示す。 突出部分の横断面形状を示す。
好ましい実施形態の以下の詳細な説明
好ましい実施形態の以下の詳細な説明では、同じ参照番号はそれぞれ同じ機能要素を示しており、図面は分かりやすくするために縮尺通りに描かれているとは限らない。
最初に図３を参照して、圧力補償手段を備えないフィードスルーについて説明し、この説明に基づき、本発明による効果および利点を以下でより理解することが可能になる。
図３における参照番号１は、記載されるフィードスルー１の全体を指し、基体３の圧力に対向する面、特に外圧に対向する面からフィードスルー１により制御される圧力を受ける。
機能素子６および７がそれぞれ内部に配置されており、以下でさらに詳述するように、これらの素子が圧縮ガラス封止部によって保持されている貫通開口４および５は、基体３を貫通して延在している。
更なる機能素子８、９および１０は、平面図で確認することができるが、それぞれに関連した貫通開口は、断面平面の位置に基づき見えない。この場合は機能的に等価であるため、機能性素子６および７に関して以下で言及したことは、機能性素子８、９および１０にも同様に当てはまる。各機能性素子６および７の少なくとも一部を取り囲む絶縁材料１１および１２は、機能性素子６および７と基体３との間に流体密な接合を形成する。
絶縁材料がガラスまたはガラスセラミック材料を含む場合、この流体密な接合は、基体３内の機能性素子６および７の圧縮ガラス封止部として実施されていてもよい。
本開示の文脈において、フィードスルーは、例えば、その全体の動作圧力範囲において、１ｂａｒの圧力差でＨｅに対して１×１０−３ｍｂａｒ＊ｌ／秒未満の漏れ率を有する場合に流体密と見なすことができる。
これまで、フィードスルーの設計は、通常、例えば、電気的接続を形成することに使用される機能素子を保持した絶縁材料が貫通開口内で基体の表面の後方にわずかに引っ込められるように行われてきた。
この領域に入る高圧下の流体は、貫通開口を「曲げる」ことができ、それにより絶縁材料が基体から押し出され、フィードスルーが結果として故障し、すなわち、これはその流体密または気密性を失った可能性があることがわかる。この効果は、フィードスルーの最大圧力負荷限界を十分に決定することができる。
本開示の文脈において、「耐圧性」という用語はまた、各フィードスルーが依然として耐える最大圧力を示す最大圧力負荷限界として使用される。
このようなフィードスルーの１つでは、指定されたガラス以外のガラスが用いられる場合、約２７００ｂａｒで、時には早くも２０００ｂａｒで故障が記録され、すなわち、これは、２７００ｂａｒではもはや気密性または流体密性の接合が提供されなかったことを意味する。なぜなら、機能性素子６、７と絶縁材料１１、１２との間の接合部は実質的に損傷されなかったものの、加圧流体は基体３と絶縁材料１２との間に浸透することができたからである。
このフィードスルー１の基体３はインコネル６２５からなり、圧縮ガラス封止部に使用されるガラスは、軟化点またはガラス転移点Ｔｇが９９２℃であるホウケイ酸ガラスＧ０１８−３８５であった。図３の二重矢印１３で示される基体３の厚さは３ｃｍであった。貫通開口４、５の直径ひいては絶縁材料１１、１２として使用されるガラスの外径も４．５ｍｍであった。
ここで、材料をこの基体３から適切な方法で、以下により詳細に記載されるように除去した場合、このフィードスルーの耐圧性を著しく高めることができた。
次に図１を参照し、本発明の本質的な態様を、単なる例として、基体３の貫通開口４、５およびそこに保持された各絶縁材料１１、１２および各機能性素子６、７を用いて説明する。しかしながら、この態様は、以下でさらに詳細に説明される更なる好ましい実施形態でも同じように実現することができた。
図１に示されるフィードスルー１のこの第１の好ましい実施形態は、以下に説明する圧力補償手段を除けば、図２を参照して説明されるフィードスルー１に完全に対応していた。したがって、更なる実施形態でも、二重矢印１３は、軸方向で圧力補償手段の部分が存在せず、すなわち、環状溝が存在せず、止まり孔型の開口部が存在せず、突出部分が存在しない場所での軸方向における基体３の厚さを示し、これは例示的に図１および９の二重矢印にも見ることができる。構造的に基体３のこの厚さＤ１３は、環状溝１６、１７または止まり孔型の開口部２３〜２９の深さＴの範囲の減少がフィードスルー１の耐圧性の低下につながらないように選択される。同じことが、突出部分３０〜３４の下側および横側にある基体３の各領域にも当てはまる。
本開示の文脈において、軸線または中心線とも呼ばれる貫通開口４、５の長手方向は、図１においてそれぞれ一点鎖線１４、１５で示されており、円形の横断面を有する貫通開口、すなわち円筒形の貫通開口の場合には、その対称線に相当し、対象線はその円筒軸線とも呼ばれる。本開示の文脈において、長手方向を参照する場合、これは線１４、１５の方向である。しかしながら、長手軸を参照する場合、これは一点鎖線１４、１５の実際の局所位置、すなわち対称軸、特に円筒軸の実際の局所位置も一緒に含み、したがって空間的位置の参照も、特に寸法情報のために可能になる。
圧力補償手段として、環状溝１６、１７は、例えば火花侵食によって基体３内に導入され、これらの各溝は、基体３の圧力に対向する面、特に外圧に対向する面上で、特にそれらの各円筒軸が重なり合うように、貫通開口４、５に対して対称的に配置された。
環状溝１６、１７内に外圧によって生じる圧力成分は、貫通開口５の長手方向１５に対して垂直に、すなわち半径方向または長手方向軸に対して半径方向に、少なくとも１つの貫通開口を取り囲む基体３の材料の周辺（縁）領域に向けられる。一例として溝１７に生じる圧力は、最初は全方向に作用し、したがって特に貫通開口５の長手方向１５に対して垂直に延在する矢印１８および１９の方向にも作用する。しかしながら、これらの力成分は、存在する圧力の上向きの曲げ力を圧力補償により打ち消し、更なる実施形態で同じように示されており、これらの場合も圧力補償効果が具体的に説明される。
好ましくは、基体３の材料には金属が使用され、金属は、特に、鋼、特殊鋼、ＦｅＣｏ合金、チタン、チタン合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金、コバールまたはインコネル、例えばインコネル６９０および／もしくはインコネル６２５および／もしくはインコネル７４０および／もしくはインコネル７４０Ｘおよび／もしくはインコネル７５０および／もしくはインコネル７５０Ｘを含むかまたはこれらからなり、有利にはそれによって所定の弾性を提供する。
この場合、圧力の力成分が圧力補償により作用するこれらの周辺領域、例えば、環状溝１７の内壁２０は、有利には、少なくとも１つの貫通開口の長手軸に対して斜めにまたは平行に延在する。
以下では、まず図７ｂを参照し、これは図１の矢印Ｘの方向における好ましい各実施形態の図１および３〜６にそれぞれ示されるフィードスルーの機能性素子７の平面図を示し、機能性素子を取り囲む内壁２０を有する環状溝１７も確認することができる。
絶縁材料１２は、フィードスルー１のすべての実施形態において、貫通開口４、５内で、長手軸１５を起点としてその半径方向の広がりＲ１を示す矢印２１で示されるその端部まで半径方向に延在している。
貫通開口４、５のこの縁部の直径、ひいては突出部分３０〜３４の内径Ｄｉまたは溝１６、１７の裏で半径方向内側にある基体３の材料（すなわち周（縁）壁３６）の内径については、この場合、Ｄｉ＝２＊Ｒ１の値が得られる。フィードスルー１の好ましい実施形態では、この直径Ｄｉはまた、貫通開口４、５内の絶縁材料１１、１２の外径に対応する。
図７ｂおよび図７ｃには、直径Ｄｉがそれぞれ参照番号３８で示されており、図７ｃは、図１の矢印Ｘの方向における好ましい各実施形態の図９〜１３にそれぞれ示されるフィードスルーの機能性素子７の平面図を示し、絶縁材料１２を取り囲む突出部分３４およびこれにより画定された周壁３６も確認することができる。
矢印２２は、長手軸１５を起点として環状溝１７の内壁２０まで、または長手軸１５を起点として突出部分３０〜３４の外壁２０’までのそれぞれの半径方向の広がりＲ２を示す。環状溝１７の内壁２０または突出部分３０〜３４の外壁２０’の直径または外径ＤＡについては、ＤＡ＝２＊Ｒ２の値が得られる。
図７ｂおよび図７ｃでは、直径ＤＡは、それぞれ参照番号３７で示されている。
有利には、絶縁材料１２のために、特に図７ｂおよび図７ｃにそれぞれ示される実施形態においても、ガラス材料および／またはガラスセラミック材料および／またはセラミック材料が使用される。
好ましくは、絶縁材料１２を用いて圧縮ガラス封止部が製造され、これを製造するために、ガラスまたはガラスセラミック材料は、その軟化点またはガラス転移点Ｔｇよりも高い温度まで、これが貫通開口５内で基体３および各機能性素子６〜１０の両方に融着するように加熱される。その後の冷却に際して、ガラスまたはガラスセラミック材料は凝固し、基体３の材料およびガラスまたはガラスセラミック材料の異なる熱膨張係数のために、圧縮応力が基体３を起点としてガラスまたはガラスセラミック材料に作用する。この場合、各基体３は、特にガラスまたはガラスセラミック材料を耐圧的に保持するためにも、圧縮応力を発生させるそのような力を生成できる必要があり、基体は、ガラスまたはガラスセラミック材料の周りの領域で特定の厚さＤＧを有していなければならない。
しかしながら、この厚さは、図７ｂに見られるように、半径Ｒ１とＲ２との差：ＤＧ＝Ｒ２−Ｒ１に対応し、この厚さを画定する基体３の材料は、すでに上述したとおり、周壁とも呼ばれ、参照番号３６で示されている。厚さを画定する基体３の材料は、突出部分３０〜３４の材料または溝２０の裏で半径方向内側に位置する基体３の材料である。
本発明者らは、こうした力を鋼製の基体３において発生させるためには、厚さＤＧが１．１５＊Ｒ１、好ましくは１．３＊Ｒ１の値を超えないようにする必要があり、こうした力を特殊鋼製の基体３において発生させるためには、厚さＤＧが１．２５＊Ｒ１、好ましくは１．６＊Ｒ１の値を超えないようにする必要がある、ということを見出した。
ここでは、絶縁材料１２の長手方向における広がりは、約５＊Ｒ１である、ことから出発している。
記載された更なるすべての実施形態でも、圧力補償がある場合とそうでない場合の両方とで、この値は、特に記載がない限り、およそ５＊Ｒ１の範囲であった。しかしながら、有利には、１＊Ｒ１〜１０＊Ｒ１の、各貫通開口４、５の長手方向１４、１５における絶縁材料１２の広がりに関する値も可能である。
好ましい実施形態では、溝１６、１７と絶縁材料１２との間の材料の体積は、溝とフィードスルー１の外縁部４０との間の基体３の材料の体積よりもはるかに小さい。各体積のこの比較のために、深さＴに至るまでの周壁３６の体積は、「溝１６、１７と絶縁材料１２との間の材料の体積」を考慮する。「溝１６、１７とフィードスルー１の外縁４０との間の基体３の材料の体積」は、基体３内で幅Ｄｉの溝１６、１７の間で外縁部４０まで半径方向外側に（例えば図１参照）、同様にＴの深さで延在する材料の体積に基づく。
このような実施形態は、フィードスルーを後で取り付けるために更なるモジュールに溶接することが意図されている場合に特に有利である。なぜなら、この場合、溶接プロセス中に絶縁材料１２の減少した加熱のみが生じるからである。
更なる好ましい実施形態では、突出部分３０〜３４の材料の体積は、突出部分３０〜３４とフィードスルー１の基体３の外縁部４０との間の基体３の材料の体積よりもはるかに小さい。各体積のこの比較のために、深さＴに至るまでの周壁３６の体積は、これらの実施形態の場合も「突出部分３０〜３４の体積」と考えられる。「突出部分３０〜３４とフィードスルー１の外縁部４０との間の基体３の材料の体積」は、基体３内で幅Ｄｉの突出部分３０〜３４の外壁２０’から外縁部４０まで半径方向外側に（例えば図９参照）、同様にＴの深さで延在する材料の体積に基づく。
このような実施形態も、フィードスルーを後で取り付けるために更なるモジュールに溶接することが意図されている場合に特に有利である。なぜなら、この場合、溶接プロセス中に絶縁材料１２の減少した加熱のみ生じるからである。
基体３の材料とガラスまたはガラスセラミック材料との熱膨張係数を互いに一致させた場合、例えば、ガラス基体の材料として、有利にはＦｅ：５４％、Ｎｉ：２８％、Ｃｏ：１８％の合金成分を有するコバールを使用し、絶縁材料１２としてホウケイ酸ガラスを使用したときには、この厚さＤＧは、１．１＊Ｒ１を超えない。
すなわち、圧縮ガラス封止部の場合、環状溝１７の内壁２０の半径を任意に小さくすることはできないが、これは可能な限り良好な圧力補償効果のためにまずは最も明白であると考えられる。
驚くべきことに、本発明者らは、特殊鋼の場合、他の点では同一のフィードスルーに環状溝１７の形状の圧力補償手段を付け加えた後、１．７＊Ｒ１の内壁２０の半径Ｒ２が、２７００ｂａｒで破裂していたフィードスルー１の耐圧性を非常に高め、４０００ｂａｒの圧力ですら耐えることを見出した。
さらに、本発明者らは、ＤＡ／Ｄｉの比、ひいては半径Ｒ２／Ｒ１の比が、有利には１．０５〜２の範囲であってよいことを見出した。
ＤＡ／Ｄｉの比の特に好ましい値は、１．６以下１．１０以上の範囲であり、ＤＡ／Ｄｉの比の最も好ましい値は、１．３５以下１．１５以上の範囲であり、同じことが半径Ｒ２／Ｒ１の比にも当てはまる。
Ｒ２／Ｒ１の比およびＤＡ／Ｄｉの比に関する上記の値が使用された場合、環状溝の内壁２０の領域において、また更なる実施形態では、突起部分の外壁２０’の領域において、特に高圧範囲、すなわち１０００ｂａｒを超える圧力範囲で、機能性素子に圧縮力が加えられ、これがフィードスルー１の耐圧性を高めることがわかった。
漏れ率、特にヘリウム漏れ率の測定に加えて、またはこれに代えて、例えば蛍光体が混ぜられた水を用いた静水圧試験を実施してよく、この水を用いてフィードスルー１に作用する外圧を生成する。外圧とは逆向きのフィードスルー１の側、特に絶縁材料１１、１２の裏で、水によって生成された外圧が増加し続けている間、フィードスルー１を通過した蛍光体をＵＶ光によって確認することができたと同時に、存在する圧力に対してフィードスルー１の耐圧性が十分ではないことの基準になる。
本開示の文脈において、外側とは、各圧力補償手段の方を向いたフィードスルー１の側、すなわち、環状溝１６、１７もしくは止まり孔型の開口部２３〜２９が開口する側、または突出部分３０〜３４が延在する側を指す。したがって、外圧とは、動作状態においてフィードスルー１のこの側に作用する圧力、すなわち外部から作用する圧力を意味する。
フィードスルー１が故障するまで実施されるこの静水圧試験は、耐圧性に関する安全マージンを持つ要求される仕様からどのくらい離れているのかを確認することができるという利点を有し、製造時にこの所定のマージンを確実に維持できるように、耐圧性の分布を確実に突き止めることも可能になる。
上記で環状溝の内壁に言及している限り、これは環状溝が設けられていない実施例にも同じように適用されるが、この場合、上記の記述は、内壁２０の外径ＤＡではなく、突出部分３０〜３４の外壁２０’の外径ＤＡに適用される。
上記の記述は、内壁２０が実質的に円筒形の形状を有するすべての開示された実施形態に適用され、円筒形の代わりに円錐台形が与えられる実施形態でも同じように適用される。更なる実施形態で内壁２０が長手軸１５に対して傾斜している場合、そこで示される半径はすべて、少なくとも上記の好ましい範囲であるべきである。
一般的に、Ｒ２はＲ１の値の１０倍を超えるべきではない。なぜなら、これらの値を超えると圧力補償効果が低くなると考えられるからである。好ましくは、Ｒ２はＲ１の値の３倍以下であり、最も好ましくは、Ｒ２はＲ１の値の２倍以下である。
有利には材料除去により内壁２０の半径Ｒ２を段階的に減少させることによって、可能な限り良好な圧力補償効果を達成することができ、これは早くも１／１０ｍｍの溝の深さから確認することができ、ここで、深さとは、基体３の材料内に向かって延在する貫通開口５の長手方向１５に対する平行な方向を意味する。
このようにして、フィードスルー１の動作圧力範囲内で基体３の材料が受ける圧力が、基体３の材料内の弾性変形限界を超えないようにすることも可能であった。ここでの動作圧力の範囲は、耐圧性を表す最大限可能な圧力を下回る圧力に確実に留まり、ひいては実際の製造公差も考慮に入れた圧力範囲を意味する。
上述の範囲内では、不可逆的ではない、特に非弾性の変形を確認することはできなかった。
圧力補償手段の寸法、特に内壁２０の半径Ｒ２の寸法に応じて、基体３と機能素子６〜１０との間の接合、特に絶縁材料１２と基体との間の接合は、圧縮補償手段、特に外圧圧縮補償手段を備えないフィードスルーと比べて、２０％、より好ましくは５０％、最も好ましくは１００％増加した動作圧力に耐え、流体密封されており、一様に長期間にわたる動作安定性も備えている。
要約すると、非常に驚くべきことに、機能性素子への気密封止接合を確立する絶縁材料１２を取り囲む基体３の材料の厚さを減衰または減少させると、フィードスルー１の耐圧性の増加につながり得る。
非常に驚くべきことに、この耐圧性の増加は、それが倍増するどころか、さらにそれを超えて増加する可能性もあることもわかった。
しかしながら、この場合、先行技術で提案されているような不可逆的な変形が生じてはならず、特に、基体の材料に、例えば既に上記で述べた金属、例えば鋼、特殊鋼、ＦｅＣｏ合金、チタン、チタン合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金、コバールまたはインコネル、例えばインコネル６９０および／もしくはインコネル６２５のものといった弾性を有する材料が用いられる場合には生じてはならない。
上述したとおり、本開示の文脈において機能性素子とも呼ばれる機能素子に適した材料には、一般的に、鋼および／または特殊鋼の他に、チタンおよび／またはチタン合金、ＮｉＦｅ合金、有利にはＣＦ２５、ＦｅＣｏ合金、特にベリリウム銅合金、コバール、ＣＦ２５、タングステンまたはインコネル、例えばインコネル６９０、インコネル６２５、インコネル７４０、インコネル７４０Ｘ、インコネル７５０、インコネル７５０Ｘなどがある。
ＤＡ／Ｄｉの比が、上記で好ましい、特に好ましい、または最も好ましい値として示された高い方の値に近い場合、機能性素子６〜１０のために、例えばＮｉＦｅ合金、コバール、ＣＦ２５およびタングステンを含む低膨張合金が好ましいと判明した。
ＤＡ／Ｄｉの比が、上記で好ましい、特に好ましい、または最も好ましい値として示された低い方の値に近い場合、機能性素子６〜１０のために、例えばインコネル７４０、インコネル７４０Ｘ、インコネル７５０および／またはインコネル７５０Ｘを含む高膨張合金が好ましいと判明した。なぜなら、この場合、機能性素子６〜１０に対する圧力は、特にフィードスルー１の外部に面した領域においてより低くなるからである。
上述したとおり、絶縁材料１２の材料として適しているのは、一般的に、ガラス、ガラスセラミック材料および／またはセラミック材料である。ガラスとして特に有利なものは、非晶質材料、特に多成分ガラスである。しかしながら、本発明によって同様に可能かつ包含されるのは、石英材料、例えば、いわゆる石英ガラスである。
好ましいガラスには、硬質ガラス、したがって硬質ガラスとも呼ばれるホウケイ酸ガラスが含まれる。好ましいガラスは、例えば、Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧのガラスＧ０１８−３８５であり、９９２℃のＴｇを有する。
更なる好ましい材料には、部分的または完全に結晶化可能なガラス、例えば以下の酸化物を質量％で含む少なくとも部分的に結晶化または結晶化可能なガラスが含まれる：
ＳｉＯ２：２０〜６０、好ましくは２５〜５０
Ａｌ２Ｏ３：０．５〜２０、好ましくは０．５〜１０
ＣａＯ：１０〜５０
ＭｇＯ：０．５〜５０、好ましくは０．５〜１０
Ｙ２Ｏ３：０．１〜２０、好ましくは３〜２０
ＺｒＯ２：０．１〜２５、好ましくは３〜２０
Ｂ２Ｏ３：１〜１５、好ましくは３〜１２
ここで、さらに、必要に応じてＨｆＯ２が０．２５質量％まで含まれていてよい。
別の実施形態によれば、上記の少なくとも部分的に結晶化されたガラスは、少なくとも１つの結晶相が中間サイズのカチオンを有する金属酸化物および／または有利には鎖状シリケートを含むように形成されている。本発明の文脈において、中間サイズのカチオンとは、酸素による六配位、例えば八面体配位において０．５Å〜０．９Åのイオン半径を有するカチオンを意味する。本開示の文脈において、中間サイズのカチオンを有する金属酸化物とは、有利には、Ｓｔｒｕｎｚ、第９版による鉱物分類に従った中間サイズのカチオンを有する金属酸化物を意味する。特に中間サイズのカチオンという用語は、４価のジルコニウムイオンＺｒ４＋を包含する。
「鎖状シリケート」という用語は、ＳｉＯ４ ４−四面体が角で連結されて無限のリボンまたは鎖を形成するケイ酸塩を意味する。このような鎖状シリケートの例には、例えば、輝石群の鉱物が含まれる。鎖状シリケートの更なる例は、ケイ灰石である。
有利な実施形態によれば、金属酸化物は、ＺｒＯ２、有利にはさらにイットリウムを含む。極めて好ましくは、金属酸化物は、イットリウムで安定化されたＺｒＯ２を含み、これは最も好ましくは正方晶変態で存在する。
さらに別の実施形態によれば、鎖状シリケートは、シリケート構造単位としてＳｉＯ３ ２−を含み、好ましくはアルカリ土類金属酸化物を含む鎖状シリケートとして形成されている。
さらに好ましい実施形態によれば、アルカリ土類金属酸化物ＣａＯおよび鎖状シリケートならびに好ましくはさらにイットリウムが含まれている。例えば、鎖状シリケートは、ケイ灰石として、好ましくはイットリウムを含むケイ灰石として形成されていてよい。
さらに別の実施形態によれば、鎖状シリケートは、輝石構造を有するアルカリ土類金属酸化物を含む鎖状シリケートであり、ここで、アルカリ土類金属酸化物は、好ましくはＣａＯおよびＭｇＯを含む。例えば、鎖状シリケートは、透輝石として形成されていてよい。
さらに、本発明の１つの実施形態によれば、２つの異なる鎖状シリケートが少なくとも部分的に結晶化されたガラスに含まれることが可能である。例えば、少なくとも部分的に結晶化されたガラスは、ケイ灰石またはＹを含むケイ灰石および透輝石を含むことができる。同様に、１つまたは２つの鎖状シリケートが、中間サイズのカチオンを有する金属酸化物、例えばＺｒＯ２、好ましくはＹがドープされたＺｒＯ２と一緒に存在することも可能である。
ガラスセラミック材料は、特に、少なくとも部分的に結晶化されたガラス、ガラス、またはガラスセラミック、または有利には３５０℃の温度で１．０×１０１０Ωを超える体積抵抗率を有するガラスベースの結晶化材料を含む。
更なる好ましい実施形態を以下に記載し、このためにまず図８ａおよび図８ｂを参照する。
図８ａは、図１の矢印Ｘの方向に対応する方向における更なる好ましい実施形態のフィードスルーの平面図を示し、この場合、圧力補償手段が基体３の材料内に止まり孔型の開口部を含み、この図ではまず黒色の点としてか見ることができないため、図８ｂの詳細図でさらに拡大して示されている。
これらの止まり孔型の開口部２３〜２４は、有利には、少なくとも１つの各貫通開口５、６に対して対称的に、特に、基体３の圧力に対向する面、特に外圧に対向する面で、貫通開口を取り囲む完全な円上にそれらの長手軸を伴って配置されている。
図８ｂは、同様に図１の矢印Ｘの方向に対応する方向における図８ａに示されるフィードスルーの機能性素子の平面図であって、この場合、基体３の材料内に機能性素子を取り囲む止まり孔型の開口部２３〜２９も確認することができる。基体３の材料内のこれらの止まり孔型の開口部２３〜２９は、上述した環状溝１６、１７に代えて、またはそれに加えて圧力補償手段として基体内に配置されていてよく、特に、重なり合う環状溝よりも製造技術の点で製造が容易でもあり得るため、各機能性素子を互いに横方向でより密接した配置を可能にする。
さらに、これらの環状溝は、貫通開口の環状溝の内側における基体の各材料の所望のＤｇ、すなわち、所望の半径方向の広がりが、例えば、貫通する環の場合のように、下回るかまたは減じられる程に過度に交差するまたは重なり合わないようにしたい。なぜなら、この場合、圧縮ガラス封止部の耐圧性が望ましくない形で損なわれる可能性があるからである。しかしながら、これは、環状溝の代わりに止まり孔型の開口部を、環状溝と止まり孔型の開口部を交互にまたは環状溝と一緒に適宜混ぜ合わせて使用することによって回避することができる。
基体の材料内の止まり孔型の開口部は、局所的に、有利には所定の形で分配して、圧力、特に外圧によって生成される、例えば矢印１８、１９の平面にある横方向の力成分を導入することができ、これらはフィードスルー１の基体３の圧力に起因した曲げ力を打ち消すことができる。このような止まり孔型の開口部は、貫通開口の近傍に配置されている必要はなく、むしろ独立した設計要件に従って最適化して使用することができる。
したがって、図示されていない１つの実施形態の構造設計は、機能性素子内に少なくとも１つの止まり孔型の開口部を含み、有利には機能性素子に対して軸対称に位置合わせされた実施形態を含み、これにより機能性素子から半径方向外側に向かう圧力補償効果を提供することができる。
この止まり孔型の開口部も、機能性素子を取り囲んで流体密な接合を形成する絶縁材料が機能性素子に当接し始める深さまで延在するか、もしくは機能性素子を取り囲んで流体密な接合を形成する絶縁材料の深さのほぼ真ん中にある深さまで延在するか、または機能性素子を取り囲んで流体密な接合を形成する絶縁材料が機能性素子に当接し終わる深さまで延在するか、もしくは機能性素子を取り囲んで流体密な接合を形成する絶縁材料が機能性素子に当接し終わる深さを超えて延在していてよい。
以下では、図２ａおよび１０ａを参照する。各場合において、絶縁材料１２は、ガラス封止部の長さとも呼ばれる長さＬにわたって、機能性素子７および基体３の両方に当接することが分かる。
図２ａに示される実施形態では、基体３に導入された溝１７の内壁２０は深さＴまで延在している。
図１０ａに示される実施形態では、突出部分３２の外壁２０’もまた、軸方向の長さＴだけ、基体３の圧力に対向する面、特に外圧に対向する面２から貫通開口５の長手方向に向かって延在している。
絶縁材料１２は、基体３の圧力に対向する面、特に外圧に対向する面２に対して貫通開口５の長手方向でオフセットＶだけ引き戻されているので、ガラス封止部の長さＬと圧力補償手段の深さＴとの重複範囲は、ＢがＬ以下である限り、次式によって求められる：Ｂ＝Ｔ−Ｖ。
上述の実施形態では、Ｂの値は、ガラス封止部の長さＬの０％、５０％および１００％である。この重複範囲Ｂの更なる好ましい値は、ガラス封止部の長さＬの１０％、１５％、２０％、特に好ましくは３０％である。
特定の実施形態では、溝１７の深さは、ガラス封止部の長さＬよりも大きくてよい。その結果、溝と穴との間には薄い壁しか存在しない。原則として、この壁が破損した場合、望ましくない漏れが発生する可能性がある。他方で、壁は、絶縁材料、例えばガラスによって支持されていない。溝１７または突出部分の側面から圧力が加えられると、基体の材料を適切に選択した場合、壁にくびれが生じ得る。絶縁材料の裏のこの変形によって、これは有利には機械的支持を受けることができる。この効果を利用するために、特に、靭性変形能および／または良好な引張強度を示す基体の材料を選択することができる。
好ましい実施形態では、基体１に特殊鋼を使用し、環状溝１６、１７の深さＴは、ガラス封止部の長さＬが３０ｍｍの場合には５ｍｍであった。例えば図から二重矢印で示され、参照番号３９が付けられた溝幅ＢＮは１ｍｍであり、火花侵食により基体１に導入された。
次に、第２の有利な実施形態における図１の詳細Ａの横断面図を示す図４を参照し、この場合、圧力補償手段は、同様に環状溝１６、１７をそれぞれ含むか、または図４には示されていない更なる実施形態では、止まり孔型の開口部２３〜２９を基体３の材料内に含む。
環状溝１６、１７または止まり孔型の開口部２３〜２９の深さが、機能性素子６、７を取り囲んで流体密な接合を形成する絶縁材料１２の深さのほぼ真ん中にある深さまで延在する上記の第１の好ましい実施形態とは対照的に、環状溝１６、１７はここではあまり深くはない。
この第２の好ましい実施形態では、環状溝１６、１７または止まり孔型の開口部２３〜２９の深さは、機能性素子６、７を取り囲んで流体密な接合を形成する絶縁材料１２が基体３に当接し始める深さまでしか延在しない。
図５に示される第３の好ましい実施形態では、環状溝１６、１７または止まり孔型の開口部２３〜２９の深さは、機能性素子を取り囲んで流体密な接合を形成する絶縁材料１２が基体３に当接し終わる深さまで延在している。
図６に示される第４の好ましい実施形態では、環状溝１６、１７または止まり孔型の開口部２３〜２９の深さは、機能性素子６、７を取り囲んで流体密な接合を形成する絶縁材料１２が基体３に当接し終わる深さを超えて延在している。
図９には、フィードスルーの第１の好ましい実施形態の横断面図が示されており、この場合、断面平面がフィードスルー１の真ん中をほぼ垂直に通って延在しており、圧力補償手段が、環状隆起部としてそれぞれ形成されている基体３の突出部分３０〜３４をそれぞれ含む。
環状隆起部は、基体３の圧力に対向する面、特に外圧に対向する面２で、それぞれ貫通開口４、５に対して対称的に形成されている。
機能的には、上述した実施形態と同じように、圧力、特に外圧によって生じる圧力成分は、貫通開口５の長手方向１５に対して垂直に、周辺領域に、この場合は、少なくとも１つの貫通開口５を取り囲む基体３の材料の突出部分３２の環状隆起部の外壁２０’に向けられる。この場合に作用する圧力の方向は、矢印１８および１９で同様に示される。
これらの周辺領域、すなわち突出部分３２の環状隆起部の外壁２０’は、この場合、少なくとも１つの貫通開口５の長手軸１５に対して平行に延在している。
矢印１８、１９で表される圧力の力成分は、環状溝１７の内壁２０を参照して上述したように、存在する圧力の上向きの曲げ力を圧力補償により同様に打ち消す。
したがって、環状溝１７の内壁２０を参照して上述した寸法規定も、各突出部分３０〜３４の外壁２０’の直径に同様に当てはまる。
以下では、図１０に加えて、図１１、図１２および図１３を参照し、これらの各図は、フィードスルー１のそれぞれ好ましい実施形態に関する図９の詳細Ｂの横断面図を示す。
図１０は、基体に近接する突出部分３２の端部３５が、有利には基体３上に流体密な接合を形成する絶縁材料１２の高さのほぼ半分で終端する第１の好ましい実施形態を示す。図１１は、基体３に近接する突出部分３２の端部３５が、機能性素子７を取り囲んで流体密な接合を形成する絶縁材料１２が基体３に当接し始める基体３の高さで終端する第２の好ましい実施形態の詳細Ｂの横断面図を示す。図１２は、基体３に近接する突出部分３２の端部３５が、機能性素子７を取り囲んで流体密な接合を形成する絶縁材料１２が基体３に当接し終わる基体３の高さで終端する第３の好ましい実施形態の詳細Ｂの横断面図を示す。図１３は、基体に近接する突出部分の端部が、機能性素子を取り囲んで流体密な接合を形成する絶縁材料が基体に当接し終わる箇所よりも低い基体の箇所で終端する第３の好ましい実施形態の詳細Ｂの横断面図を示す。
図１４〜図２１は、突出部分３２のそれぞれ異なる断面形状を示す。
図１４によれば、基体３に近接する突出部分３２の端部は丸みを帯びている。
図１５によれば、基体３に近接する突出部分３２の端部は円錐台形状を有している。
図１６によれば、外壁２０’は円錐台形状を有している。
図１７によれば、外壁２０’は基体に向かって先細りの漏斗形状を有している。
図１８によれば、外壁２０’は円錐台形状を有しており、基体３に近接する突出部分３２の端部は丸みを帯びている。
図１９によれば、外壁２０’は円錐台形状を有しており、基体３に近接する突出部分３２の端部も同様に円錐台形状を有しているが、外壁２０’とは異なる傾斜を有する。
図２０によれば、外壁２０’は基体に向かって先細りの漏斗形状を有しており、基体３に近接する突出部分３２の端部は丸みを帯びている。
図２１によれば、外壁２０’は基体に向かって先細りの漏斗形状を有しており、基体３に近接する突出部分３２の端部は円錐台形状を有している。
環状溝１７の内壁２０も、上記と同様の形状を有し、機能的に同等の効果を有していてよい。
厚さＤｇは深さと共に変化するため、異なる深さで異なる圧力補償効果を選択的に生成することができ、それぞれの用途に適合させることができる。
好ましい実施形態では、上述した機能性素子６、７は導電体を含むことができる。
上述した環状溝および／または止まり孔型の開口部は、現場で発生する環境影響によって汚れたり化学的に腐食したりすることを少なくするために、封止材料、有利には弾性材料、特にポリマー、シリコーン化合物および／またはゴムを含む弾性封止材料で充填されていてもよい。
本発明によるフィードスルーは、圧力補償手段によるその機能原理に基づき、外圧が加わったときに、加えられた圧力によって生ずる締付け力が絶縁素子および／または機能素子に及ぼされ、ひいてはフィードスルーの耐圧性を著しく改善するという利点を有する。
１ フィードスルー
２ 圧力に対向する面（圧力対向面）、特に外圧に対向する面（外圧対向面）
３ 基体
４ 貫通開口
５ 貫通開口
６ 機能性素子
７ 機能性素子
８ 機能性素子
９ 機能性素子
１０ 機能性素子
１１ 絶縁材料
１２ 絶縁材料
１３ 基体の厚さを表す二重矢印
１４ 貫通開口の長手方向または長手軸
１５ 貫通開口の長手方向または長手軸
１６ 環状溝
１７ 環状溝
１８ 圧力の方向を示す矢印
１９ 圧力の方向を示す矢印
２０ 環状溝１７の内壁
２０’ 突出部分の外壁
２１ 絶縁材料１１、１２の半径方向の広がりを示す矢印
２２ 溝１７の内壁までの半径方向の広がりを示す矢印
２３ 止まり孔型の開口部
２４ 止まり孔型の開口部
２５ 止まり孔型の開口部
２６ 止まり孔型の開口部
２７ 止まり孔型の開口部
２８ 止まり孔型の開口部
２９ 止まり孔型の開口部
３０ 突出部分
３１ 突出部分
３２ 突出部分
３３ 突出部分
３４ 突出部分
３５ 基体に近接する突出部分３２の端部
３６ 周壁
３７ ＤＡ環状溝１６、１７の内壁２０の外径または突出部分３０〜３４の外壁２０’の外径
３８ Ｄｉ絶縁材料１１、１２を取り囲む基体３の貫通開口４、５の内径
３９ 溝幅ＢＮ
４０ 基体１の外縁
Ｔ 環状溝１６、１７、止まり孔型の開口部２３〜２９の深さおよび突出部分３０〜３４の高さ
Ｌ ガラス封止部の長さ
Ｂ 圧力補償手段とガラス封止部の長さＬとの重複範囲
Ｖ 基体３の圧力対向面、特に外圧対向面に対する貫通開口４、５の長手方向における絶縁材料１２のオフセット

Claims (25)

  1. 高外圧下で用いられるフィードスルーであって、
    ・基体と、
    ・前記基体を貫通して延在する少なくとも１つの貫通開口と、
    ・少なくとも１つの機能素子と、
    を備え、
    前記少なくとも１つの機能素子は、前記少なくとも１つの貫通開口内に配置されており、
    前記少なくとも１つの機能素子は、前記機能素子を少なくとも部分的に取り囲み、かつ、流体密な接合を形成する絶縁材料により前記基体に流体密に接合されており、
    ・前記少なくとも１つの機能素子と前記基体との前記流体密な接合のための圧力補償手段を備え、ここで、外側とは、前記各圧力補償手段を向いた、前記フィードスルーの側を意味し、前記圧力補償手段によって、圧力に対する前記少なくとも１つの機能素子と前記基体との前記流体密な接合の耐圧性が高められており、
    前記絶縁材料は、そのつど前記貫通開口内でそれぞれ縁部まで半径方向に延在し、Ｒ１は、長手軸を起点として半径方向の広がりを表し、
    ・前記基体の材料内の環状溝および／または前記基体の突出部分を備え、
    Ｒ２は、長手軸を起点として前記環状溝の内壁までの半径方向の広がりを表す、または、長手軸を起点として前記突出部分の外壁までの半径方向の広がりを表し、
    Ｒ２は、Ｒ１の値の１０倍を超えず、動作状態下で受ける圧力は、前記貫通開口の長手軸に対して垂直に、前記少なくとも１つの貫通開口を取り囲む前記基体の材料の縁領域に向けられ、
    前記絶縁材料は、前記貫通開口に対して対称的に配置された前記基体の外圧対向面に対して前記貫通開口の長手方向でオフセット（Ｖ）だけ引き戻されている、
    フィードスルー。
  2. 前記フィードスルーは、
    ・基体と、
    ・前記基体を貫通して延在する少なくとも１つの貫通開口と、
    ・少なくとも１つの機能素子と、
    を備え、
    前記少なくとも１つの機能素子は、前記少なくとも１つの貫通開口内に配置されており、
    前記少なくとも１つの機能素子は、前記機能素子を少なくとも部分的に取り囲み、かつ、流体密な接合を形成する絶縁材料により前記基体に流体密に接合されており、
    ・は前記貫通開口に対して対称的に配置された前記基体の外圧対向面に、前記基体の材料内の環状溝および／または前記貫通開口に対して対称的に配置された前記基体の外圧対向面に、前記基体の突出部分を備え、
    前記絶縁材料は、前記貫通開口内でそれぞれ前記貫通開口の縁部まで半径方向に延在し、Ｒ１は、長手軸を起点として半径方向の広がりを表し、
    Ｒ２は、長手軸を起点として前記環状溝の内壁までの半径方向の広がりを表す、または、長手軸を起点として前記突出部分の外壁までの半径方向の広がりを表し、
    Ｒ２は、Ｒ１の値の１０倍を超えず、動作状態下で受ける圧力は、前記貫通開口の長手軸に対して垂直に、前記少なくとも１つの貫通開口を取り囲む前記基体の材料の縁領域に向けられる、
    請求項１記載のフィードスルー。
  3. 前記フィードスルーは、
    ・基体と、
    ・前記基体を貫通して延在する少なくとも１つの貫通開口と、
    ・少なくとも１つの機能素子と、
    を備え、
    前記少なくとも１つの機能素子は、前記少なくとも１つの貫通開口内に配置されており、
    前記少なくとも１つの機能素子は、前記機能素子を少なくとも部分的に取り囲み、かつ、流体密な接合を形成する絶縁材料により前記基体に流体密に接合されており、
    ・前記貫通開口に対して対称的に、前記貫通開口を取り囲む完全な円上にそれらの長手軸を伴って配置された、前記基体の外圧対向面に前記基体の材料内の止まり孔型の開口部を有し、動作状態下で受ける圧力は、前記貫通開口の長手軸に対して垂直に、前記少なくとも１つの貫通開口を取り囲む前記基体の材料の縁領域に向けられる、
    請求項１記載のフィードスルー。
  4. 前記縁領域は、前記少なくとも１つの貫通開口の長手軸に対して斜めまたは平行に延在する、
    請求項１から３までのいずれか１項記載のフィードスルー。
  5. 前記圧力補償手段は、前記絶縁材料に当接する周壁として設けられており、動作状態下で受ける圧力によって前記周壁の少なくとも一部は、前記貫通開口の軸線の方向に対して垂直に押圧されて、外圧に依存する締付け力は、前記絶縁材料に生じる、
    請求項４記載のフィードスルー。
  6. 前記圧力補償手段は、前記基体の材料内に環状溝を含み、前記環状溝は、前記基体の外圧対向面に、前記少なくとも１つの貫通開口に対して対称的に配置されている、
    請求項１、２、４または５記載のフィードスルー。
  7. 前記圧力補償手段は、止まり孔型の開口部を前記基体の材料内に含み、前記開口部は、前記基体の外圧対向面に、前記貫通開口を取り囲む完全な円上にそれらの長手軸を伴って、前記少なくとも１つの貫通開口に対して対称的に配置されている、
    請求項１から６までのいずれか１項記載のフィードスルー。
  8. 前記圧力補償手段は、前記基体の突出部分を含み、前記突出部分は、環状隆起部として、前記基体の外圧対向面に、前記貫通開口に対して対称的に形成されている、
    請求項１から７までのいずれか１項記載のフィードスルー。
  9. 前記環状溝または前記止まり孔型の開口部の深さは、前記機能素子を取り囲みかつ前記流体密な接合を形成する前記絶縁材料が前記基体に当接し始める深さまで延在している、
    または
    前記基体に近接する前記突出部分の端部は、前記機能素子を取り囲みかつ前記流体密な接合を形成する前記絶縁材料が前記基体に当接し始める前記基体の高さで終端している、
    請求項３または７記載のフィードスルー。
  10. 前記環状溝または前記止まり孔型の開口部の深さは、前記機能素子を取り囲みかつ前記流体密な接合を形成する前記絶縁材料が前記基体に当接し終わる深さまで延在している、
    または
    前記基体に近接する前記突出部分の端部は、前記機能素子を取り囲んで前記流体密な接合を形成する前記絶縁材料が前記基体に当接し終わる前記基体の高さで終端している、
    請求項７記載のフィードスルー。
  11. 前記環状溝または前記止まり孔型の開口部の深さは、前記機能素子を取り囲みかつ前記流体密な接合を形成する前記絶縁材料が前記基体に当接し終わる深さを超えて延在している、
    または
    前記基体に近接する前記突出部分の端部は、前記機能素子を取り囲みかつ前記流体密な接合を形成する前記絶縁材料が前記基体に当接し終わる箇所よりも低い前記基体の箇所で終端している、
    請求項３または７記載のフィードスルー。
  12. 前記環状溝または前記止まり孔型の開口部の深さは、前記機能素子を取り囲みかつ前記流体密な接合を形成する前記絶縁材料の深さのほぼ真ん中にある深さまで延在している、
    または
    前記基体に近接する前記突出部分の端部は、前記基体における前記流体密な接合を形成する前記絶縁材料の高さのほぼ半分で終端している、
    請求項３または７記載のフィードスルー。
  13. 前記機能素子は、導電体を含む、
    請求項１から１２までのいずれか１項記載のフィードスルー。
  14. 前記圧力補償手段は、前記貫通開口に対して対称的に配置されている円形の環状溝および／または止まり孔型の開口部を前記基体の材料内に含み、かつ、前記貫通開口に対して対称的に配置されている前記基体の突出部分を含む、
    請求項１から１３までのいずれか１項記載のフィードスルー。
  15. 前記流体密な接合を形成する前記絶縁材料は、ガラスおよび／またはガラスセラミック材料および／またはセラミック材料を含み、前記フィードスルーは、前記ガラスおよび／またはガラスセラミック材料および／またはセラミック材料が前記基体および前記機能素子のそれぞれに少なくとも部分的に流体密に接合されている圧縮ガラス封止部を含む、
    請求項１から１４までのいずれか１項記載のフィードスルー。
  16. 前記基体の材料は、鋼、特殊鋼、ＦｅＣｏ合金、チタン、チタン合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金、コバール、インコネル６９０および／もしくはインコネル６２５および／もしくはインコネル７４０および／もしくはインコネル７４０Ｘおよび／もしくはインコネル７５０および／もしくはインコネル７５０Ｘを含む、
    請求項１から１５までのいずれか１項記載のフィードスルー。
  17. 前記機能素子の材料は、鋼、特殊鋼、ＦｅＣｏ合金、チタン、チタン合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金、ＮｉＦｅ合金、ＦｅＣｏ合金、ベリリウム銅合金、コバール、ＣＦ２５、タングステンまたはインコネル６９０、インコネル６２５、インコネル７４０、インコネル７４０Ｘ、インコネル７５０、インコネル７５０Ｘを含む、
    請求項１から１６までのいずれか１項記載のフィードスルー。
  18. 前記フィードスルーの動作圧力範囲内で前記基体の材料が受ける圧力は、前記基体の材料内の弾性変形限界を超えない、
    請求項１６記載のフィードスルー。
  19. 前記絶縁材料と前記基体との間の接合部は、圧力補償手段を備えないフィードスルーと比べて、１００％増加した動作圧力で流体密に持ちこたえる、
    請求項１から１８までのいずれか１項記載のフィードスルー。
  20. 前記環状溝および／または前記突出部分は、円錐台形の横断面を有し、かつ／または、前記止まり孔型の開口部は、斜めに延在するように配置されている、
    請求項７、９から１２、１４のいずれか１項記載のフィードスルー。
  21. ＤＡは、前記環状溝（１６、１７）の内壁（２０）の外径または前記突出部分（３０〜３４）の外壁（２０’）の外径を指し、Ｄｉは、前記貫通開口（４、５）の直径を示し、かつ
    Ｄ Ａ／Ｄｉ の値は、１．３５以下１．１５以上の範囲にある、
    請求項１から２０までのいずれか１項記載の、高外圧用途のためのフィードスルー。
  22. 前記圧力補償手段と前記貫通開口（４、５）の長手方向における前記絶縁材料（１２）のガラス封止部の長さＬとの重複範囲Ｂは、前記ガラス封止部の長さＬの０％、５０％または１００％の値を有する、
    請求項１から２１までのいずれか１項記載の、高外圧用途のためのフィードスルー。
  23. 請求項１から１９までのいずれか１項記載の、高外圧下で用いられるフィードスルーを製造する方法であって、前記フィードスルーの前記基体に圧力補償手段を形成し、前記圧力補償手段によって前記フィードスルーの耐圧性を高め、前記圧力補償手段の形成のために、前記基体の圧力対向面上で前記貫通開口付近の前記基体の材料を減らす方法。
  24. 前記基体の材料を減らすことで、環状溝、止まり穴タイプの孔部を形成するか、または突出部分を形成する、
    請求項２３記載の、高外圧下で用いられるフィードスルーを製造する方法。
  25. 請求項１から２２までのいずれか１項記載のフィードスルーの使用であって、
    深海設備および／もしくは石油および／もしくは天然ガスの掘削もしくは探査装置用のフィードスルーの使用、ならびに／または
    化学工業もしくはエネルギープラントおよび原子炉技術における装置用のフィードスルーの使用、
    ハウジングを備えたエネルギー発生装置もしくはエネルギー貯蔵装置における、またはエネルギー発生装置もしくはエネルギー貯蔵装置もしくは反応器もしくは毒性および／もしくは有害物質の貯蔵装置のカプセル化における、反応器の格納容器内のフィードスルー手段、または、化学反応器もしくは原子炉の格納容器を介したフィードスルー手段として、または宇宙船もしくは宇宙探査車両における、または有人および無人船舶におけるトランスミッターおよび／もしくはレシーバー装置の接続用のフィードスルーの使用、
    ならびに／または
    センサーおよび／もしくはアクチュエーターのハウジングにおける、または、ＣＯ２貯蔵タンクもしくはＨ２タンクもしくはＬＮＧタンクにおける装置用の使用、または、燃料電池もしくはコモンレールなどの高圧噴射システムを搭載した自動車用の、または、プレスもしくは油圧機器および／もしくは装置などのマシンにおけるフィードスルーの使用。
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