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WO2005066082A1 - Technisches system, verwendung des technischen systems und verfahren zur herstellung von hohlzylindrischen elementen aus glaskeramik - Google Patents

Technisches system, verwendung des technischen systems und verfahren zur herstellung von hohlzylindrischen elementen aus glaskeramik Download PDF

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WO2005066082A1
WO2005066082A1 PCT/EP2005/000014 EP2005000014W WO2005066082A1 WO 2005066082 A1 WO2005066082 A1 WO 2005066082A1 EP 2005000014 W EP2005000014 W EP 2005000014W WO 2005066082 A1 WO2005066082 A1 WO 2005066082A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
technical system
glass
cross
hollow cylindrical
glass ceramic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2005/000014
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Peuchert
Jörg Fechner
Thilo Zachau
Uwe Kolberg
Paul Kissl
Rainer Liebald
Dirk Sprenger
Wolfram Beier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schott AG
Original Assignee
Schott AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority claimed from DE200410024017 external-priority patent/DE102004024017A1/de
Priority claimed from DE200410024022 external-priority patent/DE102004024022A1/de
Priority claimed from DE202004009227U external-priority patent/DE202004009227U1/de
Application filed by Schott AG filed Critical Schott AG
Priority to DE112005000116T priority Critical patent/DE112005000116A5/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B17/00—Forming molten glass by flowing-out, pushing-out, extruding or drawing downwardly or laterally from forming slits or by overflowing over lips
    • C03B17/04—Forming tubes or rods by drawing from stationary or rotating tools or from forming nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B32/00—Thermal after-treatment of glass products not provided for in groups C03B19/00, C03B25/00 - C03B31/00 or C03B37/00, e.g. crystallisation, eliminating gas inclusions or other impurities; Hot-pressing vitrified, non-porous, shaped glass products
    • C03B32/02—Thermal crystallisation, e.g. for crystallising glass bodies into glass-ceramic articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
    • C03C10/0009—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing silica as main constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
    • C03C10/0018—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and monovalent metal oxide as main constituents
    • C03C10/0027—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and monovalent metal oxide as main constituents containing SiO2, Al2O3, Li2O as main constituents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03C10/0036—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and a divalent metal oxide as main constituents
    • C03C10/0045—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and a divalent metal oxide as main constituents containing SiO2, Al2O3 and MgO as main constituents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/32—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type
    • F02B33/42—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with driven apparatus for immediate conversion of combustion gas pressure into pressure of fresh charge, e.g. with cell-type pressure exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/166—Selection of particular materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/38—Selection of materials for insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
    • F05C2203/08—Ceramics; Oxides

Definitions

  • the invention relates to a technical system, in particular with the features from the preamble of claim 1; further uses of the technical system and a method for producing hollow cylindrical elements made of glass ceramic.
  • Technical systems in the form of sliding systems, friction systems, functional systems, in particular sealing systems and measuring systems, for stationary or mobile systems and vehicles as well as machine parts are known in a large number of designs.
  • Technical systems of this type comprise at least one assembly and / or a component composed of at least two individual parts and / or an individual part, which can be exposed to high mechanical stress and / or high temperatures in the range up to 1000 ° C. or more, for example up to 1100 ° C.
  • This presupposes that the assemblies and / or components and / or individual parts are designed to meet the demands and, furthermore, can be able to meet the above-mentioned stresses, in particular high pressures and temperatures, through the suitable choice of materials.
  • Measurement systems as part of control and / or
  • the control and monitoring of temperature belongs among the most important measuring tasks.
  • the right set temperature for example, is crucial for ensuring the quality and efficiency of the entire process.
  • a precise temperature determination in the rules for monitoring installations and as protection against dangerous states of enormous importance.
  • economical and comfortable operation would be impossible
  • Temperature measurement and control not conceivable. But even in vehicles, a variety of control and regulation tasks are only taking into account the current available temperature in the respective measuring range. In particular, the reliable and sensitive monitoring of temperatures of various functions of automotive engines is essential for ensuring the long-term availability and reliability of the entire vehicle. For example, facilities for
  • the devices for detecting such physical quantities in the form of temperature in the form of sensors can be constructed differently. Depending on the version, they work on the principle of changing electrical currents / resistances or charge states with the temperature in metals / alloys, often based on platinum, in particular for measuring high temperatures or semiconductors.
  • the measurement of temperatures of hot housing parts such as e.g. B. the cylinder head, the camshaft or the engine block itself.
  • the document DE 200 08 664 U1 describes a concrete device for detecting the temperature which is a temperature sensor with
  • connection element has connection element and a holding body which at least partially surrounds the temperature sensor and the connection elements.
  • the holding body is as ⁇
  • the connection elements of at least one temperature sensor, which is at least partially enclosed by the enclosing body, are connected by a carrier profile.
  • the molded body and the hollow housing body are preferably made of an insulating material, for example plastic. The use of plastic ensures the simple and sealing connection of the individual parts of the device.
  • bearing for example ceramic plain bearings and / or roller bearings -
  • metalworking industry for example as a guide system or line system for low-melting metals, such as. B. aluminum.
  • a disadvantage of the ceramic materials was that a ceramic powder generally has to be pressed first in order to produce molded ceramic parts. Due to the abrasive effect of the ceramic powder, the pressing process can only be carried out in complex and expensive manufacturing tools. Furthermore, the tolerances that can be achieved by pressing and green machining often do not meet the requirements for dimensional accuracy and surface quality.
  • the invention is therefore based on the object of specifying technical devices which have good thermal shock resistance, high temperature resistance, low thermal shock resistance, practically no magnetizability, very good biocompatibility, very good corrosion resistance and high chemical resistance, a device for detecting physical quantities, in particular of temperatures and pressures that can be positioned exactly in a measuring range and that are as insensitive as possible with regard to the prevailing conditions.
  • the sensor device according to the invention withstands high temperatures and is dimensionally stable. Furthermore, it is characterized by a low level of constructional, production-related complexity and low costs, and the function of the sensor component is reliably guaranteed regardless of the prevailing temperature and the temperature fluctuations.
  • the inventors have found that technical means have these properties when a module and / or component are at least partially executed one item of technical means as a glass ceramic.
  • the glass ceramics can either be transparent or non-transparent. Are the glass ceramics not transparent, e.g. B. MAS glass ceramics, temperatures up to 1100 ° C or higher can be reached. Glass ceramics have the previously required properties, but are easier to manufacture than ceramic materials. Molds for manufacturing or pressed parts are generally not required. The parts may be first prepared as a green glass parts and the green glass parts and after they have been brought into shape after their preparation, are partially to completely ceramized glass ceramic, or to.
  • the technical systems according to the invention which comprise at least one assembly and / or a component made of at least two individual parts and / or individual parts, made of glass ceramic, can be exposed to high mechanical stress and / or high temperatures up to 1100 ° C. or more.
  • the individual item is made entirely of glass ceramic.
  • Individual part is understood to mean a closed unit with regard to the geometry and preferably also the material.
  • the components consist of at least two or more individual parts.
  • An assembly comprises at least one or more components and / or individual parts.
  • the use of glass ceramics offers the advantage of utilizing the spectrum of the properties inherent in this material, which result from targeted, controlled, temperature-controlled and partial crystallization.
  • Thermal shock cycle resistance is, which is higher than the example continuous multicomponent glasses.
  • guidance systems eg pipelines or a sensor sleeve for the aluminum industry...
  • combinations of properties can be used in the case of glass ceramics, since glass ceramics are partially crystallized glasses which use the advantageous properties of glass in combination with crystals.
  • the crystallites are so small, for example ⁇ 1 ⁇ m, preferably ⁇ 200 nm, particularly preferably ⁇ 100 nm, so that the material - if required for the application - remains transparent like glass, but causes a number of improved properties, such as high temperature resistance, height (
  • Non-transparent glass ceramics are also conceivable.
  • Li 2 O-SiO 2 -AI 2 O 3 glass ceramics can be produced in such a way that they have an expansion coefficient of 0 to 2 ppm / K or preferably ⁇ 1 ppm / K.
  • the temperature stability is higher than that of tempered glass.
  • Common glasses which are for example of the type aluminosilicate glass, have transformation temperatures (Tg) in the range of 700 ° C to 800 ° C. At such temperatures, the glass is still in a solid state. Since no transformation temperature (Tg) can be determined for glass ceramics, it makes sense to determine a still dependent state on the temperature on the basis of the viscosity of the glass ceramic as a function of the temperature.
  • Tg transformation temperature
  • a suitable glass ceramic should not be viscous even at higher temperatures flow and withstand operating temperatures of> 800 ° C, preferably of> 900 ° C, and more preferably of> 1000 ° C.
  • the viscose flow of a glass ceramic used at high temperatures only begins at significantly higher temperatures than with silica glass. It is particularly preferred if the glass ceramic is similarly stable or even more stable than translucent ceramics, e.g. B. is based on AI 2 O 3 .
  • alkali-free glass ceramics can also be used, also referred to as “AF-GC” with the following composition in percent by weight:
  • compositions of the alkali-free glass ceramics are characterized by the main crystal phases spinel, sapphirine, high quartz mixed crystal (HQMK), alpha-quartz, cordierite and corresponding mixed crystals (in particular Zn-spinels / sapphirine; Mg / Zn-HQMK).
  • compositions for example, as alkali-containing glass ceramics, referred to as “AH-GC”:
  • 0-4 common refining agents are e.g. B. SnO 2 , CeO 2 , SO 4 , Cl, As 2 O 3 , Sb 2 O 3
  • compositions of the alkaline glass ceramics are characterized by the main crystal phases HQMK (high quartz mixed crystal), keatite.
  • HQMK high quartz mixed crystal
  • keatite high quartz mixed crystal
  • this comprises at least two assemblies and / or components and / or individual parts which can be non-positively connected to one another at least directly or indirectly via further transmission means.
  • At least one partial area of at least one area of the subassemblies and / or components and / or individual parts and / or the transmission means to be connected that is involved in the frictional connection is made according to the invention from glass ceramic.
  • the assemblies and / or individual parts and / or components consisting of glass ceramics which can be non-positively connected to one another have tubular or tube-like shapes.
  • not only a partial area, but rather the entire area that is involved in the adhesion is made of glass ceramic, which may be a continuous area or an interrupted area.
  • the surface area made of glass ceramic intended for the frictional connection, in particular the frictional connection is characterized by a higher coefficient of friction compared to conventional materials and an increased material rigidity.
  • Another advantage of glass ceramics, especially compared to ceramics, is the very good thermal shock resistance, especially with low-stretch LAS
  • the friction system can be designed as a dry-running or wet-running friction system. In the latter case, especially when the friction system is designed on one Coupling device, the frictional connection takes place on surface areas wetted with a lubricant.
  • sliding systems are generally characterized by two surface areas forming sliding surfaces that are movable relative to one another.
  • the sliding surfaces are usually used for power transmission.
  • the surface areas forming the sliding surfaces are at least partially, preferably completely, made of glass ceramic.
  • the force transmission over the relatively mutually movable surface areas is realized by solid-state friction or liquid friction or mixed friction.
  • the main area of application of the slide systems are slide bearings or designs that enable a slide bearing function. These are in particular axial slide bearings, radial slide bearings or a combined axial-radial slide bearing design. For use in drive units, such sliding systems will be used primarily in cylinder piston configurations.
  • the technical system can be embodied as a sealing system, comprising at least one surface area forming a sealing pair on assemblies and / or components and / or individual parts to be sealed against one another or on a sealing element and an assembly and / or component and / or an individual part, wherein at least a partial area of a surface area of the sealing pair is made of glass ceramic.
  • the seals can thereby as a contactless seal, in particular in the form of gap or labyrinth seals to be carried out, the latter are characterized by an annular geometry. Such seals can be obtained by separating them from a glass ceramic tube become. It is also possible to design the individual seal as a contact seal. In this case, the geometric shape can vary depending on the application.
  • the seal can be designed as a sealing ring or flat seal or in another form.
  • sealing devices only one of the two surface areas involved in the pairing of seals consists of glass ceramic, while the other can be made of a different material.
  • the use in sealing devices offers the advantage that they can be used in areas with high temperature as well as strong temperature changes and high pressures.
  • Another possibility is the use in a technical system in the form of a conveyor system, at least one conveyor element, which comes into contact with a conveying medium, at least partially, in particular in the
  • the conveyor element can be designed as a rotating or oscillating or axially movable conveyor element.
  • the medium to be conveyed which can be solid, gaseous or liquid, this also results in the specific stress on the conveying element.
  • This can be designed as a rotating or oscillating or axially movable conveyor element.
  • gears or paddle wheels or worm helices are used. This can be, for example, turbine wheels, paddle wheels for turbochargers, paddle wheels for hydrodynamic components, in particular hydrodynamic clutches, speed / torque converters and / or hydrodynamic retarders.
  • the formation of the glass ceramic contact surface offers the advantage that it works with high availability regardless of the quality of the medium used.
  • Possible areas of use are also gasoline or diesel pumps in the conventional gearwheel design, the chemical influence of the medium to be conveyed on the conveying element being largely excluded by, for example, the formation of the contact areas or the surfaces made of glass ceramic.
  • biodiesel is characterized as a fuel by its high residual acid content, which attacks certain materials such as metals and especially plastics. When forming conveyor elements from these materials, the wear caused by the residual acid content must also be taken into account.
  • the surface area can either be due to the design of the solid element
  • Glass ceramic are formed or by appropriate coating and implementation of a preferably non-detachable connection with a base material.
  • ceramic is used in a technical system in the form of a device for detecting physical quantities, in particular status and movement sizes.
  • This comprises at least one measuring or detection element, which is the one measured or detected size can be exposed, connecting elements, in particular electrical connecting elements for coupling with the detected variables processing unit.
  • the electrical connecting elements are at least partially, preferably completely, guided in a holding and / or guide body consisting at least partially of glass ceramic.
  • the holding and / or guiding body is designed as a hollow cylindrical or tubular element.
  • Such devices are used primarily as temperature and / or pressure sensors, which can also be used in areas of high temperature and mechanical stress due to the inherent properties of the glass ceramic.
  • the surface areas formed from glass ceramic for the individual applications can, through the complete formation of the individual element made of glass ceramic, the partial configuration of the individual element made of glass ceramic
  • Glass ceramic elements or sheet-like structures can also be in different shapes, geometries and dimensions.
  • the partial and surface areas formed from glass ceramics are formed of the module or component, or of the item by a hollow body-like element.
  • the hollow-body-like element is designed as a hollow cylindrical or tubular or tube-like element comprising at least two end portions in the longitudinal direction.
  • tubular is understood to mean a hollow body with an outer wall and at least one opening, the cross section of which is circular, whereas “similar to a tube” corresponds to corresponding cross sections of other closed ones Geometry, e.g. B. elliptical, oval or rounded-angular.
  • the hollow cylindrical or tubular or tube-like element viewed in the longitudinal direction, is characterized a) by a constant cross section b) by a variable cross section.
  • the wall thickness changes can be sudden or continuous. For example, holding or stop surfaces for fixing projections on the outer circumference are conceivable.
  • the changes in wall thickness between individual partial areas take place as a function of the change in the outside diameter d a and / or inside diameter dj of the hollow cylindrical or tubular element.
  • the tubular elements with a special shape can be produced in different ways.
  • the method can be subdivided into the method steps of producing a ceramized semi-finished tube product and mechanical post-processing, in particular machining for producing the final geometry.
  • a semi-finished tube made of glass is formed from a glass melt and the semi-finished tube is ceramized in a second step. Only the ceramized semis for tubes subjected to further mechanical processing.
  • the first and second method steps can be carried out spatially and / or chronologically separately from one another or in immediate succession, which avoids unnecessary intermediate storage capacities.
  • the ceramized semi-finished tube then describes the ceramized hollow cylindrical element in the final state.
  • a semi-finished product made of glass is formed from a glass melt and in a second process step, the semi-finished product is ceramized.
  • the shape can be summarized with the ceramization.
  • the drawn material created from the glass melt becomes heated and reshaped by means of a shaping unit comprising at least one shaping tool.
  • the drawn material is heated over a predefinable length in the feed direction by means of infrared radiation with a wavelength in the range of including 760 nm to 1 mm.
  • the shaping unit acts on the drawn material during the heating process. Different geometries can be created. Versions with different geometries and the same geometries with the same or dimensions are distinguished.
  • a change in the area alone between the starting cross-section AA of the drawn material and the end cross-section AE is a function of at least one of the following variables
  • the change in the basic geometry between the starting cross section A A of the drawn material and the final cross section can be controlled as a function of the feed rate of the shaping tool and / or the shape of the shaping tool.
  • a preferred application of the present invention is the use of tubular or tube-like glass ceramics in systems with glass ceramic tubes as a guide body. On the one hand, lines can be routed in the glass ceramic tubes, and on the other hand liquid / solid or gaseous substances.
  • glass ceramic tubes can also be used in the aluminum manufacturing or aluminum processing industry.
  • a glass ceramic tube can also be used as a guide body in the lightweight aluminum industry.
  • the use of a thermal shock-resistant low to zero-stretching glass ceramic is preferred.
  • ceramic tubes in the aluminum manufacturing industry use can be avoided by ceramics.
  • the disadvantage of ceramics is that they can only be used once when the temperature changes quickly because ceramics are cracked. This disadvantage is avoided with glass ceramics due to the high thermal shock resistance.
  • a further preferred area of application is motor vehicles.
  • the use of glass ceramics in general and in the form of the individual technical systems described can take place in one of the following facilities:
  • Tubular or tube-like glass ceramics can not only be used as described above in a device for recording physical quantities, ie in so-called sensor systems, but also in the field of electrical engineering as an insulator or rinsing body; in the field of glass processing as a suction or burner nozzle; in the field of welding technology as a protective tube and in the field of bearing technology as a bearing shaft, pump piston, valve seat, valve cone or nozzle.
  • Figures 2a-2d illustrate based on axial sections possible
  • FIGS. 3a to 3c illustrate possible methods for producing tubular elements consisting at least partially of glass ceramic using block diagrams
  • FIGS. 4a to 4j illustrate possible areas of application of glass ceramics in technical systems
  • FIGS. 1a and 1b illustrate in a schematically simplified representation two particularly advantageous uses of glass ceramics in control technology using the example of devices for detecting physical variables, in particular state or movement variables 1, as a technical system 55.
  • Such systems become, in particular, temperature - and pressure detection used.
  • FIG. 1 a illustrates the basic structure of a device 1 designed according to the invention for detecting physical variables, in particular state variables or movement variables in the form of a sensor unit, in a schematically highly simplified representation.
  • This comprises at least one measuring or detection element, in particular a sensor, a sensor or a probe, as well as connecting means for forwarding the detected variables to a processing unit, preferably depending on the design of the sensor and the detected variable in the form of at least one electrical connecting element 3 , which is coupled to the measuring or detection element 2.
  • This can be in the form of lines, cables, etc.
  • the one or more connecting elements 3 are at least indirectly electrically or wirelessly connected to the size processing unit.
  • a holding and / or guide body 4 which carries the measuring or detection element 2 and at least partially surrounds the connecting element (s) 3.
  • the holding and / or guide body 4 is at least partly, but preferably completely, from d ceramized glass.
  • FIG. 1b illustrates, by way of example, a further device 1b for detecting physical quantities in the form of a non-contact high-temperature sensor.
  • This also comprises a measuring and detection element 2, preferably in the form of a probe, which is arranged at a distance a from a measuring area, in particular a high-temperature area.
  • the measuring and detection element 2 is coupled to the measuring area via a spacer 54.
  • IR radiation infrared radiation
  • the probe is coupled to a unit that processes the quantity measured with this. The coupling can be done electrically, other possibilities are conceivable.
  • the devices 1, 1b for detecting physical quantities below
  • guide elements for the electrical connecting elements made of glass ceramic can, according to a particularly advantageous embodiment, for detecting temperatures in possible high temperature ranges, for example temperatures up to 1100 ° C or above, depending on the choice of the type of glass ceramic or the stage of ceramization, ie the size, quantity and Type of crystals can be used.
  • Such temperature sensors are used primarily in measurement and automation technology for monitoring systems, system areas or individual elements and protection against dangerous conditions, heating and air-conditioning technology to ensure economical and comfortable operation, and in vehicles, especially in motor vehicles to ensure different functions - Control and regulation tasks, monitoring tasks use. in the These are used in motor vehicles, for example, to record the temperatures mentioned below:
  • the devices for detecting physical variables using holding and guiding elements for the electrical connecting elements made of glass ceramic can also be used for detecting other state variables, for example pressures or movement variables, which are in possible high temperature ranges, for example temperatures up to 1000 ° C. and / or high pressure ranges be tapped, used.
  • the insert can be ensured through the thermally highly stressed areas such as engine, especially the engine block, cylinder head.
  • the electrical connections are guided through the holding and / or guiding body 4. Further areas of application are cooling systems, cooling circuits, especially for
  • Power transmitting or energy converting systems in particular gearboxes, hydrodynamic or hydraulic components, braking devices, electrical systems.
  • spacers 54 there are no restrictions for spacers 54.
  • it is characterized by a hollow-cylindrical basic geometry and is in the form of an at least partially, but preferably entirely ceramized tubular element 5 before.
  • This is characterized by a wall thickness D which, depending on the design, can be kept constant or vary in the longitudinal direction over the length l of the tubular element 5.
  • a wall thickness D which, depending on the design, can be kept constant or vary in the longitudinal direction over the length l of the tubular element 5.
  • versions with constant wall thickness D versions with at least Partially constant wall thickness D over the extent I in the longitudinal direction and designs with continuous or abrupt change in wall thickness.
  • the first possibility is characterized by a constant cross-sectional geometry over the extent in the longitudinal direction I.
  • Designs with a constant wall thickness D are, however, also possible for tubular elements with cross-sectional changes over the extent in the longitudinal direction I. Designs with a change in wall thickness ⁇ D when viewed in the longitudinal direction I lead to changes in cross-section in the case of tubular elements.
  • the holding and / or guide body 4 or the spacer 54 in the form of the tubular element 5 has two end regions, viewed in the longitudinal direction, a first end region 6 and a second end region 7, the wall thickness change taking place between them.
  • the longitudinal direction I is understood to mean the direction of extension, in particular the direction of the central axis describing the course between the end regions 6, 7.
  • the tubular element 5 has a constant wall thickness D over its extension in the longitudinal direction I, but is characterized by a change in cross section between the first and the second end region.
  • first sub-area 8 Guide body 4 or the tubular element 5 on two sub-areas, a first sub-area 8 and a second sub-area 9, wherein the first sub-area 8 is characterized by a continuous change in cross-section, while the second sub-area 9 is characterized by a constant cross-section.
  • the first section 8 extends from the first in the case shown
  • the first section 8 is characterized in cross section by a continuous reduction in cross section in the direction of the second section 9.
  • the first partial area 8 has in the first end area 6 on the outer circumference 10 a diameter d a ⁇ which is larger than the diameter d ax at the end of the first section 8 on the length l ⁇ .
  • the diameter d ax corresponds to the diameter over the length section l 2 that characterizes the outer circumference 10 in the second partial area 9.
  • the tubular element 5 has a continuous reduction in the inner diameter dj.
  • FIG. 2b illustrates an embodiment with a constant wall thickness D and a continuous change in cross-section between the first end region 6 and the second end region 7, that is to say over the entire extent in the longitudinal direction I.
  • This is due to the continuous, ie constant change in diameter of the inside and outside diameter ⁇ d a , ⁇ dj between the two end regions 6, 7 characterized, the change in inner diameter dj and outer diameter dj a always taking place by the same amount in the longitudinal direction at each position l x .
  • FIGS. 2c and 2d illustrate examples of possible designs of tubular elements 5 with a change in wall thickness ⁇ D.
  • FIG. 2c illustrates an example of a partially continuous change in wall thickness ⁇ D over the extent I in the longitudinal direction.
  • the tubular element 5 is characterized by a constant inner diameter dj over the entire extent in the longitudinal direction I and a continuous change in wall thickness ⁇ D over at least a partial area l 2 of the length I in the longitudinal direction.
  • the tubular element is characterized by a constant inner diameter dj over the extent in the longitudinal direction I.
  • the change ⁇ D in the thickness of the wall 11 takes place by varying the outside diameter between the first end region 6 and the second end region 7, in particular by continuously reducing it between the end of the first partial region 8 and the second end portion 7.
  • the first portion 8 is by a constant outer diameter d a characterized, the second by a steady decrease in d a ⁇ .
  • additional continuous or abrupt changes in the wall thickness D of the wall 11 are conceivable, for example by varying the inner diameter dj over partial areas of the axial extent I of the tubular element 5.
  • FIG. 2d illustrates a particularly advantageous embodiment of a holding and guiding body 4 in the form of a tubular element 5.
  • This is characterized by a hollow cylindrical basic geometry and has on the outer circumference 10 protrusions 12 running in the circumferential direction, preferably extending completely in the circumferential direction.
  • the holding and guiding body 4, when viewed in the longitudinal direction I, is characterized on the outer circumference by three areas of different outer dimensions. A first area li, a second area l 2 and a third area l 3 .
  • the partial areas li to l 3 are characterized by constant diameters d a1 , d a2 and d a3 on the outer circumference 10, the areas in the illustrated case differing in terms of the outer diameter d a ⁇ and d a2 , 3 . Between the areas li and l 2 and l 2 and l 3 there is a strong change in the outer diameter d a , this starting from the respective area U or I 2 taking place continuously in the direction of the adjacent area of constant diameter.
  • the partial areas characterizing the individual length ranges are designated here with 13, 14, 15, the partial area 13 extending over the length range, the partial area 14 over the length range l 2 and the partial area 15 over the length range.
  • the projection 12 thus formed in the length range L 2 serves to adjust strong temperature gradients which can positively affect, for example, in the probe through region the temperature regime. Furthermore, these can also be used to hold or position the holding and guiding body in or on a connection element.
  • a change in the inner diameter dj is also provided as an example. Again, only in the end area, Such a change is provided in particular in the second end region 7. This is produced, for example, by subsequent milling and is characterized by an increase in the inner diameter d 1 in the end region 7, which extends over a length region l 4 in the longitudinal direction in the direction of the first end region 6. Following l 4 , the inner diameter dj is constant.
  • This version is exemplary.
  • FIGS. 1b to 1d All of the designs shown in FIGS. 1b to 1d can be combined with one another in one form or another. These represent examples, with further cross-sectional changes in relation to the outer circumference or inner circumference being conceivable. Diameter changes would also be conceivable here, which can be incorporated subsequently, for example, by a corresponding reworking, for example by machining, in particular milling. However, these diameter changes are preferably only found in the
  • first end region 6 and second end region 7, take place and each extend from these in the direction of the other end region.
  • a wall thickness variation in the second portion 9 is represented by way of example only, which is characterized in the outer diameter d a of the change.
  • Figure 2d illustrates an embodiment with both a change in the outer diameter and the inner diameter.
  • An inner diameter dj 4 was selected at the second end region 7, which preferably extends from the second end region 7 in the direction of the first end region 6 and is larger than the diameter dj extending over the remaining length region of the tubular element 5.
  • changes in the thickness D of the wall 11 can be implemented in different ways, ie in particular in the case of tubular elements both by sole or joint continuous or abrupt variation of the inside and outside diameter, these measures being combined with one another can.
  • combinations of properties can be used in the case of glass ceramics, since glass ceramics are partially crystallized glasses which use the advantageous properties of glass in combination with crystals.
  • the crystallites are so small, for example ⁇ 1 ⁇ m, preferably ⁇ 200 nm, particularly preferably ⁇ 100 nm, so that the material, like glass, remains transparent, but produces a multitude of improved properties, such as high temperature resistance, high thermal shock resistance, high mechanical strength, high chemical resistance and high UV blocking.
  • Expansion coefficients ⁇ 2 o / 3oo between 0 and 7 x 10 "6 / K, in particular 0 to ⁇ 6 ppm / K, preferably between 3 x 10 " 6 / K and 5.5 x 10 "6 / K can be achieved.
  • expansion coefficients between 3.8 x 10 _6 / K and 5.2 x 10 6 / K are particularly preferred.
  • Li 2 O-SiO 2 -AI 2 ⁇ 3 glass ceramics can be produced in such a way that they have an expansion coefficient of 0 to 2 ppm / K or preferably ⁇ 1 ppm / K.
  • This glass ceramic can then be easily adapted to common glass materials such as SiO 2 , ie fused or ridden with the latter. As far as temperature stability is concerned, this is higher than that of tempered glass.
  • Common glasses for example of the aluminosilicate glass type, have transformation temperatures (Tg) in the range from 700 to 800 ° C. At such temperatures, the glass is still in a solid state.
  • Tg transformation temperature
  • the viscose flow of a glass ceramic used at high temperatures only begins at significantly higher temperatures than with silica glass. It is particularly preferred if the glass ceramic is similarly stable or even more stable than translucent ceramics, e.g. B. is based on AI 2 O 3 .
  • the glass ceramic or the green glass should be readily fusible with, for example, electrical feedthroughs or lines which, depending on the application, are made of molybdenum, tungsten or alloys such as, for example, CRS Holding Incorporation, which is also known as KOVAR alloy.
  • such glass ceramics can enable a hermetically sealed closure of an electrically and thermally conductive metal bushing and the piston material, and problems that arise due to different properties with regard to the thermal expansion of the materials glass and metal can be avoided.
  • the ceramization takes place in a multi-stage process, which is characterized by heating ramps and holding times.
  • the maximum temperature is 1200 ° C
  • the holding times are adapted to the optimal crystallite growth - based on a given requirement profile of optical and thermal target values.
  • the crystallite size is preferably in the order of 10 to 200 nm
  • the crystal phase is preferably at least 50%, preferably more than 60%, more preferably more than 70%.
  • alkali-free glass ceramics can be used, also referred to as “AF-GC” with the following composition in percent by weight on an oxide basis:
  • 0-4 common refining agents are e.g. B. SnO 2 , CeO 2 , SO 4 , Cl, As 2 O 3,
  • compositions of the alkali-free glass ceramics are characterized by the main crystal phases spinel, sapphirine, high quartz mixed crystal (HQMK), alpha-quartz, cordierite and corresponding mixed crystals (in particular Zn-spinels / sapphirine; Mg / Zn-HQMK).
  • compositions (in% by weight) based on oxide are found as alkali-containing glass ceramics, referred to as “AH-GC”
  • 0-4 common refining agents are e.g. B. SnO, CeO 2, SO 4 , Cl, As 2 O 3 , Sb 2 O 3
  • the compositions of the alkaline glass ceramics are characterized by the main crystal phases HQMK (high quartz mixed crystal), keatite.
  • compositions are to be regarded as examples of the glass ceramics specified above.
  • Example 1 describes compositions of alkali-containing glass ceramics which have proven to be advantageous in tube drawing tests and which can be used in tube form for guiding electrical lines or other components which comprise an electrical line:
  • Ceramicization changes the thermal expansion from 3.9 ppm / K for the green glass to a value ⁇ 1 ppm / K for the ceramicized glass, ie the glass ceramic.
  • Example 2 exemplifies the compositions of alkali-free glass ceramic.
  • the ceramization changes the thermal expansion from 2.8 ppm / K for green glass to 3.8 ppm / K for glass ceramics.
  • compositions given above are compositions of the starting glass, but are retained even after the ceramization.
  • the starting glasses of the glass ceramics can be produced by melting at a temperature 1, refining at a temperature 2, the temperature 2 being higher than the temperature 1, and subsequent working out in a crucible in a one-step process. It is also possible to purify and quench after melting.
  • a two-stage process in a first step, the two-stage process is carried out at high temperatures, for example 1650 ° C., after which, in a second step, it is melted again, refined and worked out. Step 1 of the two-stage process should be carried out in a silica glass crucible, step 2 then being able to be carried out in the platinum crucible.
  • remelting can be carried out for two hours, followed by refining at 1450 ° C for twelve hours and then at 1500 ° C for four hours. Then the nozzle is "melted free" with a burner, with some of the glass ceramic starting glass being discarded. The hot molding is then carried out at, for example, 1475 ° C.-1485 ° C. The resulting glass ceramic tube is heated to 1080 ° C. by means of a subsequent muffle furnace
  • the needle located in the nozzle which can protrude up to 10 mm from the nozzle, is important for forming tubes, and a suitable inner diameter of the nozzle can be 35 mm.
  • Suitable tube dimensions for the glass ceramics obtained are, for example: total diameter of 8 mm with 1 mm wall thickness and 6 mm tube inner diameter, which can be obtained at take-off speeds of approximately 34 cm / min; Total diameter of 10.5 mm with 1, 2 mm wall thickness, obtainable at take-off speeds of about 16 cm / min; Overall diameter of 13.5 mm with 1, 2 - 1, 4 mm wall thickness, to be obtained at take-off speeds of about 10 cm / min.
  • the indication of the total diameter should in no way be understood as restricting the procedure.
  • the final geometry is at least two-stage
  • an at least partially ceramized semi-finished tube product is manufactured in the first method stage and the ceramized semi-finished tube product is subjected to mechanical post-processing in the second method stage, the end result of which is the tubular element 5.
  • the mechanical post-processing is preferably carried out by machining, ie the desired contour is achieved by ablation or cutting.
  • Mechanical post-processing is usually a cutting process, in particular machining with a geometrically defined cutting edge, such as. B. turning or milling. In detail, this means for the production of the geometry on the outer circumference 10 that it is produced, for example, by turning. This also applies to the contour on the inner circumference. It is also conceivable here to produce them by milling.
  • Such methods are preferably used for semi-finished tube products with a constant inside diameter.
  • the outer diameter over the extension in the longitudinal direction and the wall thickness can then be varied in a fixed ratio to one another.
  • the machining can also be used to implement re-entrant geometries.
  • the ceramized semi-finished tube product can also be produced in different ways. According to a first embodiment, this is also a multi-stage process, a distinction being made between the manufacture of a semi-finished tube product and the ceramization in two different stages according to FIG. 3a1. In this case, the melt in the subsequent forming process, usually drawing, becomes a semi-finished tube with a certain geometry, in particular one
  • outside diameter, inside diameter and a certain length I produced are referred to as the data for the semi-finished tube, ADRHZ for the outside diameter, IDRHZ for the inside diameter and IRHZ for the length.
  • a certain geometry can already be created during the forming process, but preferably a semi-finished tube product with a constant geometry, in particular constant inside and outside diameter for the entire length I, is produced for a method for producing the end geometry of the tubular element 5 by mechanical separation processes.
  • This semi-finished tube may then either subsequently or with a time delay, d. H. for example, after an intermediate storage, undergo the ceramization process.
  • the entire semi-finished tube product is heated to a temperature above the melting temperature.
  • the ceramization process would then be carried out preferably in a predetermined shape.
  • a further possibility according to FIG. 3a2 is to carry out the ceramization process after the forming process. in the 30
  • the tubular element is already available as a ceramized semi-finished tube product with the desired geometric dimensions.
  • a melt is produced analogously from the starting materials in the first process step, which in the second process step in the so-called forming process, coupled with the ceramization by appropriate ceramization temperature, leads to the desired final geometry of the tubular element.
  • the glass strand is formed in the drawing process, i. H. here the forming section is heated again and formed using a shaping unit comprising at least one shaping tool.
  • the drawn material is heated over a predefined length in the feed direction, for example by means of infrared radiation, with a wavelength in the range from 760 nm to 1 mm.
  • the shaping unit acts during the
  • the shaping unit then acts on the drawing material at the same time as the heating process begins or, in an alternative embodiment, on the drawing material which has already been preheated. The action of the
  • the basic geometry of the end cross section corresponds to the basic geometry of the initial cross section of the drawn material before the forming process, and there is only a change in the cross-sectional area generates what can be achieved on the one hand by at least one of the following sizes:
  • This change arises as a function of the mold thrust speed of the molding tool and / or the shape of the molding tool.
  • Continuous changes in the cross-sectional areas, contents and / or the basic geometry of the cross-sectional areas can be generated over a specific predefined length of the drawn material.
  • the drawing material itself can be moved at a uniform feed rate, while the shaping tool remains in the same position with respect to the drawing material. Otherwise, it is also possible to change the cross-sectional area and / or the basic geometry discontinuously over a certain predefined length of the drawn material.
  • a discontinuous change in the cross-sectional area and / or the basic geometry of the cross-sectional area can be generated by changing the position of an oscillating shaping tool.
  • Cross-sectional area additionally or alternatively generated by changing the feed rate of the oscillating shaping tool with respect to the drawn material.
  • the discontinuous change in the cross-sectional area and / or the basic geometry of the cross-sectional area can additionally or alternatively by changing the
  • Feed speed of the drawing good can be achieved for a predefined length of the drawing good.
  • Such special forms can thus, for example by compressing the tube in the soft wax stage, for example by using grippers instead of rollers to pull off the tubes. This makes it possible to interrupt the trigger briefly, and then you get a thickening at the nozzle by overflowing glass.
  • Another option is to adjust the roll diameter, for example by means of non-circular or elliptical geometry of the pull-off rollers or circular geometry with cut segments, to give the pulled-off glass tube different pull-off speeds and thus different dimensions on the outer diameter, inner diameter and thus also the wall thickness.
  • all of these dimensions change simultaneously in such processes.
  • the transitions between the different diameter ranges are then fluid. Similar effects can be achieved if, for example, the corresponding nozzle temperature is changed periodically or via a short-time switchable heating device.
  • Another possibility involves shaping using a gaseous medium, for example blown air.
  • a gaseous medium for example blown air.
  • the drawn material or the semi-finished tube product that has already arisen is reheated above the melting temperature by means of a suitable heating device. With the help of blowing air, this is then stretched.
  • the use of external boundary shapes can then be used to implement relatively narrowly defined and sharply formed geometries.
  • a distinction is made between a simultaneous or relative change in the outside diameter, inside diameter and wall thickness.
  • the diameter variations are deductible and / or temperature-controlled conducted.
  • the third variant involves the production of the final geometry of the tubular element 5 from at least two, preferably several, individual ones Semi-finished tube products, which are preferably already available as ceramicized semi-finished tube products.
  • Two semi-finished tube products preferably two ceramicized semi-finished tube products, are produced with the desired different geometries, such that the outer diameter of the first semi-finished tube product corresponds to the inner diameter of the second semi-finished tube product to be connected to it.
  • the individual semi-finished tubes are then fused together, possibly with the aid of a glass solder.
  • the outside diameter also varies, and the wall thickness can be varied freely. Particularly in the case of strong abrupt projections which run in the circumferential direction and extend over the entire circumference of the tubular element, it is possible to set a strong temperature gradient in a relatively short way.
  • Feed direction During the movement direction of the drawing material
  • Heating section corresponds geometrically at least to the dimensions of the heating unit in the feed direction between
  • Discharge line is in by the distance of the drawn material
  • the shaping section is formed by the action of the shaping tool on the drawing material
  • Direction of feed considered and corresponds geometrically to the dimensions of the forming unit in the feed direction combined heating and shaping line: is in the feed direction by the superposition of
  • the drawing material starts to heat up
  • Cross-sectional basic geometry remains the same or can also be changed if the shaping tool is designed accordingly.
  • the possibility of changing the basic geometry of the cross section during the drawing process represents a particularly advantageous application of the method according to the invention, it being possible for any initial cross sections to be transferred into any end cross sections.
  • Particularly common Cross-sectional geometry changes are changes from round cross-sections to square cross-sections.
  • the change in the cross-sectional dimensions, d. H. the cross-sectional area contents with the same cross-sectional geometry are preferably controllable.
  • the control is effected by variation of these sizes. In this regard, no special modifications are required, but the conventionally known possibilities can be used.
  • changes in the geometry of the cross-sectional areas of the drawn material can also be achieved when viewed over its length.
  • the geometry changes are due to the
  • Shaping unit in particular the shaping tool.
  • Continuous cross-sectional geometry changes ie a uniform setting of a different geometry over the entire length of the drawn product, or discontinuous changes in cross-sectional geometry changes over the length of the drawn product, are achieved over the length of the drawn product.
  • a continuous cross-sectional geometry over the entire length of the drawn material is at
  • a discontinuous change in the cross-sectional geometry over a certain length of the drawn material can be achieved by means of one of the measures mentioned below or else a combination of these:
  • the device according to the invention for reshaping fiber rods during the drawing process comprises a feed section, a discharge section, a heating unit and a shaping unit.
  • the heating unit can have at least one infrared heating device with at least one infrared heating element which is arranged around the Have circumference of the drawn goods is arranged when passing through the heating unit.
  • the effective range of the heating unit on the drawn material viewed in the feed direction defines a heating section. Because of the radiation, this is generally considered larger than the geometric dimension of the heating unit in the feed direction.
  • the shaping unit comprising at least one shaping tool, is at least partially arranged within the heating section.
  • the shaping tool is made of quartz glass, at least with the part acting on the drawn material, preferably completely.
  • the quartz glass is characterized by the following composition:
  • Quartz glass consists of at least 90%, preferably at least 95%, of SiO 2 .
  • Impurities can be of metallic or non-metallic origin. For example, these are predominantly Li, Na, K, Ca, Mg, Fe, Cu, Cr, Mn, Al, Ti, etc.
  • the press stamps can be any material.
  • a) be fixed in terms of their position in the combined heating and shaping unit or b) be changeable in terms of their position.
  • the possibility according to b) is achieved by mounting the press rams so as to be displaceable at an angle to the direction of advance of the drawing material.
  • the press punches are preferably guided and stored in the combined heating and shaping unit so as to be displaceable perpendicularly to the drawn material.
  • the geometry of the shaping tool is determined in the press ram by designing the mutually facing outer surfaces.
  • recesses with, for example, an angular or semicircular cross section, angular or circular cross sections can be achieved in the final state, regardless of the geometry of the drawn goods in the initial state.
  • profile rolls When profile rolls are used as the shaping tool, they are preferably mounted stationary in the combined heating and shaping unit.
  • the design of the outer surface in the circumferential direction determines the geometry of the drawn goods after the forming process.
  • the profile roller For continuous drawing processes with a continuous change in cross-section, the profile roller always has the same cross-section in the circumferential direction.
  • the roll in the circumferential direction is viewed characterized by a sequence of different cross-sections.
  • the combined forming and shaping process for semi-finished tube products is also suitable for discontinuous drawing processes in which the feed section corresponds to the discharge section.
  • the feed section corresponds to the discharge section.
  • only a preformed fiber rod element is fed to the combined heating and shaping unit, the front part in the feed direction is only subjected to shaping and, after the shaping process has ended, the drawn material is moved out of the combined heating and shaping unit against the direction of advance.
  • the discharge section corresponds to the combined heating and shaping section and the supply section.
  • the shaping tool when viewed in the direction of the drawn material, is preferably made in several parts.
  • D. h. There are several Pressstempel- or profile roller assemblies downstream of each other. This makes it possible to use smaller individual tools, which have a shorter one
  • Tubular glass ceramic parts as described above, can also be used as a nozzle guide for electrical lines, as insulators, coil formers, nozzles, in particular as suction or burner nozzles, protective tubes, bearing shafts, rump pistons, valve cones or valve seats.
  • the glass ceramic When using glass ceramics in devices for recording physical quantities, the glass ceramic offers the following useful properties and advantages: high temperature resistance and high temperature change / shock resistance as well as high mechanical strength, high chemical resistance and a broadly adjustable spectrum
  • Glass ceramic surface One advantage of using kIR radiation compared to using a normal gas flame is the very rapid and local heating of the glass items. For example, simple tube melting or tube melting can take place very quickly and locally, without annoying and uncontrolled crystal precipitations. With the help of kIR radiation, even during the manufacture of bandages, in particular glass-ceramic metal bandages, stress states can be largely avoided by fusing, since these only heat the glass-ceramic item, but the relevant metal element only insignificantly, but not at all for short exposure times.
  • FIG. 4 illustrates in a schematically simplified representation possible applications of the basic idea according to the invention of the use of subassemblies and / or components and / or individual parts made from glass ceramics in different technical systems which can be used in vehicles, plant construction, in particular in mobile and stationary plants.
  • FIG. 4a illustrates in a schematically simplified representation a first possible application for glass ceramics in technical systems in the form of sliding systems 16 for use, for example, in vehicle construction or in stationary or mobile systems.
  • the sliding system 16 is supported by a bearing 20, in particular a radial slide bearing 21 is formed.
  • 22 illustrates the shaft to be supported.
  • the bearing body is designated 23.
  • At least part of a surface area 56 on the bearing body 23 and 57 on the shaft 22 forming an individual sliding surface 18 on the bearing body 23, 19 on the shaft 22 is at least partially or completely made of glass ceramic.
  • the housing ie the connection element in which the storage takes place, is identified here by 24.
  • a pairing of different materials is also conceivable for the sliding surfaces 18, 19 which at least indirectly come into operative connection with one another.
  • the shaft 22 can be made of metal.
  • the bearing body 23 can be made in one or more parts in the form of bearing shells 23.1, as also shown in detail in FIG. 4a.
  • a multi-component composition being selected here, which includes the fusion of the glass ceramic with another material.
  • a radial sliding bearing preferably only the sliding surface 18 on the bearing body is made of glass ceramic.
  • FIG. 4a only represents an application in a radial sliding bearing
  • an application in an axial sliding bearing or a combined radial axial sliding bearing device is also conceivable.
  • FIG. 4b illustrates a possibility of using a housing disc 25 made of at least partially glass ceramic for mounting a shaft 22 in an axial sliding bearing 26.
  • the housing disc 25 is designed as a tubular element, although in the case shown this has a constant inner diameter and different dimensions Outside diameter ranges is executed.
  • the shaft washer 25 is supported in the housing 24.
  • a combination of axial and radial sliding bearings is also conceivable, but is not shown here.
  • FIG. 4c illustrates, in a schematically highly simplified representation, a further registration area for glass ceramics in a technical system 55 in the form of a sealing system 58, comprising at least one sealing device 27.
  • a sealing system 58 comprising at least one sealing device 27.
  • these can be designed as a contactless or touching seal. In the latter case, training as a gap or labyrinth seal is conceivable.
  • sealing ring 28a being able to be used in a gap seal, as shown or as a contact seal, while the design 28b functions as a labyrinth seal.
  • At least one sealing surface 29a or 29b of the elements forming the sealing pair is at least partially made of glass ceramic.
  • the sealing devices are preferably made entirely of glass ceramic.
  • FIG. 4d illustrates an embodiment of a technical system 55 in the form of a friction system 17 for realizing a frictional connection between two elements rotating at relative speed to one another or a rotating and a stationary element 30, 31 with at least some of them
  • Such frictional connections can be used, for example, in clutches or braking devices. It is preferably conceivable to use glass ceramic as a brake lining in disc or shoe brakes and as a friction lining in clutch discs.
  • the friction lining can be made in one piece or can be formed from a large number of individual elements, in particular pellets. The frictional engagement takes place between surfaces which can be moved relative to one another, with rotating, oscillating, axial movements or others being conceivable.
  • FIG. 4e illustrates, in a schematically simplified representation, the possible application in spark plugs 32 as an example.
  • This has the task that of the Ignition coil to conduct generated ignition voltage in a cylinder.
  • the ignition voltage generates the so-called spark between the electrodes of the spark plug.
  • Figure 4e schematically illustrates the structure of a spark plug. This shows a center electrode 35 which is mounted and guided in an insulator unit 36, and also an electrically conductive glass melt in the insulator unit for the connecting bolt 37, which has the task of connecting the central electrode to the connecting bolt in a gas-tight manner.
  • the candle insulator unit 36 is also mounted in a candle housing 34.
  • the ground electrode 33 is fastened to this.
  • a leakage current barrier 38 is provided which surrounds the candle insulator unit 36 and has the task of preventing the generation of leakage currents which reduce the ignition voltage and lead to misfires if contaminated or when the insulator is wet.
  • components of the candle insulator unit 36, the leakage current barrier 38, and the candle housing can be made of glass ceramic.
  • Components of the ignition system, in particular of the ignition distributor, can be regarded as further possible uses for the formation of partial areas or the complete formation of areas made of glass ceramic.
  • components of motors 39 can be made from glass ceramic. It can be z. B. are housing components, in particular the combustion chamber 41 delimiting surfaces, the combustion chamber in this case preferably also being hollow cylindrical.
  • FIG 4f is shown schematically, the outer construction of an example of a reciprocating motor shown in an exploded view, in which case a cylinder head cover 42,
  • FIG. 4e also shows the cylinder crankcase 46, which also contains the combustion chambers 41 and the oil pan seal 47 and the oil pan 48.
  • FIG. 4g illustrates a turbocharger wheel 49 of a conveyor system 61, which at least partially, but preferably at least the surface areas contacting the medium, are made of glass ceramic.
  • FIG. 4g illustrates a valve tappet 50 by way of example.
  • FIG. 4h illustrates an injection valve 51 by way of example, FIG.
  • FIG. 4i shows a lambda sensor 52 in a catalytic converter
  • FIG. 4j shows a paddle wheel 53
  • the use of glass ceramics according to the invention in high-temperature areas or areas of high stress not being limited to these.
  • components of drive machines regardless of the type, whether internal combustion engine and / or electrical machine and / or hydrostatic drives, can contain elements made of glass ceramic in the region of high temperature stress. This also applies to power transmission elements, especially for transmission designs, clutches, brakes, turbines or other paddle wheels.
  • glass ceramics as materials in technical systems, for example instead of aluminum oxide, zinc oxide, silicon nitride, silicon carbide, titanium diboride ceramics, are that they have the properties of these ceramics, such as good insulation behavior, very good wear resistance, high temperature resistance, very good thermal shock resistance , but are also much easier to manufacture, have low thermal conductivity and great homogeneity. Furthermore, both transparent and transucent glass ceramics can be obtained and, in contrast to ceramics, glass ceramics have practically no porosity. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Glaskeramikrohren, wobei ein Rohrhalbzeug gezogen und dann keramisiert wird. Die Endgeometrie kann durch mechanische Nachbearbeitung oder während des Ziehens mittels einer Formgebungseinheit erzielt werden. Die Erfindung betrifft auch die technischen Systeme, die solche Rohren umfassen und ihre Verwendung.

Description

Technisches System, Verwendung des technischen Systems und Verfahren zur Herstellung von hohizylindrischen Elementen aus Glaskeramik
Die Erfindung betrifft ein technisches System, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 ; ferner Verwendungen des technischen Systems und ein Verfahren zur Herstellung von hohizylindrischen Elementen aus Glaskeramik.
Technische Systeme in Form von Gleitsystemen, Friktionssystemen, Funktionssystemen, insbesondere Dichtsystemen und Meßsystemen, für stationäre oder mobile Anlagen und Fahrzeuge sowie Maschinenteile sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt. Derartige technische Systeme umfassen mindestens eine Baugruppe und/oder eine Komponente aus wenigstens zwei Einzelteilen und/oder ein Einzelteil, welche hoher mechanischer Beanspruchung und/oder hohen Temperaturen im Bereich bis 1000 °C oder mehr beispielsweise bis zu 1100 °C ausgesetzt sein können. Dies setzt voraus, dass die Baugruppen und/oder Komponenten und/oder Einzelteile beanspruchungsgerecht gestaltet sind und ferner durch die geeignete Materialauswahl den genannten Beanspruchungen, insbesondere hohen Drücken und Temperaturen, gerecht werden können. Meßsysteme als Bestandteil von Steuer- und/oder
Regelsystemen finden dabei häufig Anwendung in der Automatisierungs- und Prozesstechnik.
Die Regelung und Überwachung der Temperatur gehört dabei zu den wichtigsten Messaufgaben. In verfahrenstechnischen Anlagen ist beispielsweise die richtig eingestellte Temperatur maßgeblich für die Gewährleistung der Qualität und Wirtschaftlichkeit des gesamten Prozesses. Ferner ist eine exakte Temperaturbestimmung in der Regel zur Überwachung von Anlagenteilen und zum Schutz vor gefährlichen Zuständen von enormer Bedeutung. In Heizungs- und Klimasystemen wäre ein wirtschaftlicher und komfortabler Betrieb ohne
Temperaturmessung und Regelung nicht denkbar. Aber auch in Fahrzeugen sind vielfältige Steuer- und Regelungsaufgaben nur unter Berücksichtigung der aktuell vorliegenden Temperatur im jeweiligen Messbereich durchführbar. Insbesondere ist die zuverlässige und sensible Überwachung von Temperaturen von verschiedenen Funktionen von Kfz-Motoren eine wesentliche Voraussetzung für die Gewährleistung der Langzeitverwendbarkeit und der Zuverlässigkeit des gesamten Fahrzeuges. So werden beispielsweise Einrichtungen zur
Temperaturmessung von Öl, Kühlwasser, Bremsflüssigkeit, des Kraftstoffes, in Kühl- und Klimaanlagen sowie für die Lade- und Ansaugluft und den Ventilhub im Kfz-Bereich benötigt. Die Einrichtungen zur Erfassung derartiger physikalischer Größen in Form der Temperatur in Form von Sensoren können dabei unterschiedlich aufgebaut sein. Je nach Ausführung arbeiten diese dabei auf dem Prinzip der Änderung von elektrischen Strömen/Widerständen bzw. Ladungszuständen mit der Temperatur in Metallen/Legierungen, oft auf Basis von Platin, insbesondere für die Messung hoher Temperaturen oder Halbleiter. Besonders hohe Anforderungen stellt dabei die Messung von Temperaturen von heißen Gehäuseteilen, wie z. B. des Zylinderkopfes, der Nockenwelle oder des Motorblocks an sich dar. Dabei spielt neben der Temperaturbelastbarkeit des eigentlichen Messelements in Form des Sensorkopfes auch die Frage der Temperaturbelastbarkeit der umgebenden Bauteile, insbesondere der Zuführung der elektrischen Anschlussleitungen von und zum Sensor, eine erhebliche Rolle. Sind in sehr ungünstigen Fällen die geometrischen Zustände im Bereich des abzutastenden Messpunktes, insbesondere Motorblock, derart nachteilig, dass die elektrischen Durchführungen relativ lange durch heiße Bereiche geführt werden müssen, ergibt sich die Gefahr des Abschmelzens der Isolation und damit ein erhöhtes Kurzschluss- und Ausfallrisiko der gesamten Messeinheit. Sensoren in unterschiedlichster Ausführung sind dabei beispielsweise aus den Druckschriften DE 100 36 474, DE 100 36495, DE 100 37 014, DE 101 59 437, DE 199 03 490 sowie DE 298 01 030 und DE 299 05 723 vorbekannt.
Die Druckschrift DE 200 08 664 U1 beschreibt konkret eine Vorrichtung zur Erfassung der Temperatur, welche einen Temperatursensor mit einem
Anschlusselement aufweist und einen Haltekörper, der den Temperatursensor und die Anschlusselemente wenigstens teilweise umschließt. Der Haltekörper ist als ό
Umspritzungskörper und Umschließungskörper ausgebildet. Die Anschlusselemente wenigstens eines Temperatursensors, der durch den Umschließungskörper wenigstens teilweise umschlossen ist, sind durch ein Trägerprofil verbunden. Der Umspritzungskörper sowohl der Gehäusehohlkörper ist dabei vorzugsweise aus einem isolierenden Material hergestellt, beispielsweise Kunststoff. Dabei sichert der Einsatz von Kunststoff die einfache und abdichtende Verbindung der einzelnen Teile der Einrichtung.
Gerade im Hochtemperaturbereich wird aus heutiger Sicht häufig Keramik eingesetzt, um hinsichtlich des Materials der hohen Temperaturbeanspruchung gerecht zu werden. So ist aus http://www.automagazine.de/ap/news/03095 ein Sensor bekannt, welcher sich direkt in der Glühkerze befindet und in der Lage ist, den Verbrennungsvorgang im Motorinneren direkter und exakter zu messen. Da die Belastungen im Verbrennungsraum selbst durch Hitze, Vibration und Druck enorm hoch sind, wurden die Messgeräte bislang in der Regel außerhalb aus diesem angebracht, was keine vollständig exakte Bestimmung zulässt. Der in dieser Veröffentlichung beschriebene Sensor besteht jedoch aus stark belastbarer Keramik und arbeitet nach dem Piezo-elektrischen Prinzip. Er gibt unter Druckeinwirkung elektrische Signale ab, die von der Motorsteuerung verarbeitet werden können, um den Druckverlauf zu steuern. Derartige Systeme sind jedoch in der Herstellung sehr teuer und auch für den Hochtemperaturbereich nur bedingt geeignet.
Derzeit werden keramische Werkstoffe auch noch in folgenden weiteren Applikationsfeldern diskutiert:
- als keramische Düsen zum Sandstrahlen, in Sprühtürmen, in Kraftwerken zur Rauchgasentschwefelung, zum Versprühen von Chemikalien in der chemischen Industrie, zur Hochdruckreinigung, bei der Lebensmittelherstellung, beim Plasmaspritzen sowie als Gießdüsen; - als keramische Kolben und Ringer beispielsweise in Dosiergeräten,
Hochdruckpumpen, Lebensmittelpumpen
- als Lager, beispielsweise keramische Gleitlager und/oder Wälzlager - in der metallverarbeitenden Industrie bspw. als Führungssystem oder Leitungssystem für niedrigschmelzende Metalle, wie z. B. Aluminium.
Nachteilig an den keramischen Werkstoffen war, dass zur Herstellung von Keramikformteilen in der Regel ein Keramikpulver zunächst gepresst werden muss. Durch die abrasive Wirkung der Keramikpulver kann der Pressvorgang nur in aufwendigen und teuren Herstellwerkzeugen durchgeführt werden. Des weiteren erfüllen die durch Pressen und Grünbearbeitung erzielbaren Toleranzen oftmals nicht die Anforderungen an die Maßhaltigkeit und die Oberflächengüte.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, technische Einrichtung anzugeben, die eine gute Temperaturwechselbeständigkeit, eine hohe Temperaturbeständigkeit, eine geringe Thermoschockbeständigkeit, praktisch keine Magnetisierbarkeit, sehr gute Biokompatibilität, sehr gute Korrosionsbeständigkeit und hohe chemische Beständigkeit aufweisen, eine Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen, insbesondere von Temperaturen und Druck angegeben die exakt ein einem Messbereich positioniert werden kann und hinsichtlich der dort vorherrschenden Gegebenheiten möglichst unanfällig ist. Die erfindungsgemäße Sensor-Einrichtung hält hohen Temperaturen stand und ist formstabil. Des weiteren zeichnet sie sich durch einen geringen konstruktiven, fertigungstechnischen Aufwand sowie geringe Kosten aus und die Funktion des Sensor-Bauteils ist unabhängig von der vorherrschenden Temperatur und den Temperaturschwankungen sicher gewährleistet.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass technische Einrichtungen diese Eigenschaften aufweisen, wenn eine Baugruppe und/oder Komponente ein Einzelteil der technischen Einrichtung wenigstens teilweise als Glaskeramik ausgeführt sind. Die Glaskeramiken können dabei entweder transparent oder nicht transparent sein. Sind die Glaskeramiken nicht transparent, z. B. MAS- Glaskeramiken, so können Temperaturen bis 1100 °C oder höher erreicht werden. Glaskeramiken weisen die zuvor geforderten Eigenschaften auf, sind aber leichter herzustellen als Keramikmaterialien. Formen zur Herstellung bzw. Pressteilen werden in der Regel nicht benötigt. Die Teile können zunächst als Grünglasteile hergestellt und die Grünglasteile nach ihrer Herstellung und nachdem sie in Form gebracht wurden, teilweise oder vollständig zur Glaskeramik keramisiert werden.
Während Glaskeramik bislang in scheibenartiger Form als Kochplatten und Scheiben für Öfen und Kamine Anwendung gefunden haben, gibt es bislang noch keine technische Lösung dafür, diese vorteilhaften Materialien in anderen komplexeren Formen zu fertigen und für andere Anwendungen einzusetzen. Insbesondere sind keine Verfahren zur kostengünstigen und reproduzierbaren Herstellung von Glaskeramikrohren in geeignetem Keramisierungszustand bekannt, ebenso wenig wie die Verwendung von voll keramisierten bzw. teilkeramisierten Rohren.
Die technischen Systeme gemäß der Erfindung, die mindestens eine Baugruppe und/oder eine Komponente aus wenigstens zwei Einzelteilen und/oder Einzelteil, aus Glaskeramik umfassen, sind hoher mechanischer Beanspruchung und/oder hohen Temperaturen bis zu 1100 °C oder mehr aussetzbar. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung ist das einzelne Einzelteil vollständig aus Glaskeramik ausgeführt. Unter Einzelteil wird dabei eine hinsichtlich der Geometrie und vorzugsweise auch des Materials geschlossene Einheit verstanden. Die Komponenten bestehen dabei aus wenigstens zwei oder mehreren Einzelteilen. Eine Baugruppe umfasst mindestens eine oder mehrere Komponenten und/oder Einzelteile. Der Einsatz von Glaskeramik bietet dabei den Vorteil der Ausnutzung des Spektrums an die diesem Werkstoff inhärenten Eigenschaften, welche aus gezielter kontrollierter, temperaturgesteuerter und partieller Kristallisation resultieren. Abhängig von der Zusammensetzung, Art und Weise der Herstellung des Ausgangsglases, das auch „Grünglas" genannt wird, und des Temperaturregimes in der Heißnachverarbeitung können bei einer Glaskeramik dabei unterschiedliche Kristallphasenarten, kristallographische Spezies mit verschiedener Morphologie und Größe sowie unterschiedliche Kristallmengen ausgeschieden werden. Dadurch lassen sich insbesondere die thermische Dehnung, mechanische Eigenschaften sowie Stabilitäten, der optische Cut-off, insbesondere im UV-Bereich, einstellen. Eine herausragende und grundlegende Eigenschaft einer Glaskeramik stellt dabei die hohe thermische Stabilität des Materials sowie eine hohe Temperatur-
/Temperaturschockwechselbeständigkeit dar, welche höher ist als die beispielsweise gängige Multikomponentengläser.
Unter technischen Systemen werden Systeme verstanden, die allein oder im Zusammenwirken mit anderen Systemen oder Einzelteilen beispielsweise in stationären Anlagen oder Maschinen und/oder Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, zum Einsatz gelangen. Derartige Systeme sind in der Regel durch zumindest eine Funktion charakterisierbar. Als derartige Systeme können dabei nachfolgend genannte angesehen werden, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist:
- Gleitsysteme
- Friktionssysteme
- Isolationssysteme - Dichtsysteme
- Meßsysteme
- Fördersysteme
- Führungssysteme, bspw. Leitungssysteme oder eine Sensorhülse bspw. für die Aluminiumindustrie.
Insbesondere können bei Glaskeramiken Eigenschaftskombinationen genützt werden, da Glaskeramiken kontrolliert partiell kristallisierte Gläser sind, welche die vorteilhaften Eigenschaften von Glas in Kombination mit Kristallen nützen. Die Kristallite sind dabei so klein, beispielsweise < 1 μm, bevorzugt < 200 nm , besonders bevorzugt < 100 nm, so dass das Material - sofern für die Applikation erforderlich - wie Glas transparent bleibt, jedoch eine Vielzahl verbesserter Eigenschaften hervorruft, wie hohe Temperaturbeständigkeit, hohe (
Temperaturwechselbeständigkeit, hohe mechanische Festigkeit, hohe chemische Resistenz sowie hohe UV Blockung. Auch nicht transparente Glaskeramiken sind denkbar.
Weiterhin können in Abhängigkeit von der chemischen
Ausgangszusammensetzung sowie der Führung der Keramisierung Art, Volumenanteil und Größenverteilung der Kristallite gezielt bezüglich anderer Eigenschaften eingestellt werden. Hierbei ist insbesondere der thermische Ausdehnungskoeffizient zu nennen, der z. B an ein Durchführungsmaterial angepasst sein kann. So können mit Glaskeramik thermische
Ausdehnungskoeffizienten α20/3oo zwischen 0 und 7 x 10"6/K, bevorzugt zwischen 0 und < 6 ppm/K, insbesondere bevorzugt zwischen 3 x 10"6/K und 5,5 x 10"6/K erreicht werden. Für Verschmelzungen mit Wolfram sind Ausdehnungskoeffizienten zwischen 3,4 x 10"6/K und 4,4 x 10"6/K und für Verschmelzungen mit Molybdän Ausdehnungskoeffizienten zwischen 4,2 x 10"6/K und 5,3 x 10"6/K besonders bevorzugt. Für Fe-Ni-Co Legierungen sind, je nach Zusammensetzung der Legierung (z.B. KOVAR, Alloy 42) Ausdehnungskoeffizienten zwischen 3,8 x 10"6/K und 5,2 x 106/K besonders bevorzugt.
So können beispielsweise Li2O-SiO2-AI2O3-Glaskeramiken so hergestellt werden, dass diese einen Ausdehnungskoeffizienten von 0 bis 2 ppm/K bzw. bevorzugt < 1 ppm/K aufweisen.
Was die Temperaturstabilität betrifft, so ist diese höher als die von Hartglas . Gängige Gläser, die zum Beispiel vom Typ Aluminosilicatglas sind, weisen Transformationstemperaturen (Tg) im Bereich von 700 °C bis 800 °C auf. Bei solchen Temperaturen liegt das Glas also noch in festem Zustand vor. Da für Glaskeramiken keine Transformationstemperatur (Tg) bestimmt werden kann, ist es sinnvoll, einen von der Temperatur abhängigen, noch stabilen Zustand anhand der Viskosität der Glaskeramik in Abhängigkeit von der Temperatur zu bestimmen. Eine geeignete Glaskeramik sollte auch bei höheren Temperaturen nicht viskos fließen und Betriebstemperaturen von > 800 °C, bevorzugt von > 900 °C, und weiter bevorzugt von > 1000 °C standhalten.
Idealerweise setzt das Viskosefließen einer bei hohen Temperaturen eingesetzten Glaskeramik erst bei wesentlich höheren Temperaturen als bei Kieselglas ein. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Glaskeramik ähnlich stabil oder noch stabiler als transluzente Keramiken, z. B. solche auf Basis von AI2O3 ist.
Beispielsweise anwendbar sind alkalifreie Glaskeramiken, bezeichnet auch als „AF-GC" mit folgender Zusammensetzung in Gewichtsprozent:
35 - 70, bevorzugt 35 - 60 SiO2
14 - 40, bevorzugt 16,5 - 40 AI2O3
0 - 20, bevorzugt 4-20 MgO, besonders bevorzugt 6-20 MgO 0-15, bevorzugt 0-9 ZnO, besonders bevorzugt 0-4 MgO
0-10, bevorzugt 1-10 TiO2
0-10, bevorzugt 1-10 ZrO2
0-8, bevorzugt 0-2 Ta2O5
0-10, bevorzugt 0-8 BaO 0-10, bevorzugt 0-5 CaO
0-5, bevorzugt 0-4 SrO
0-10, bevorzugt > 4 - 10 B2O3
0-10 P2O5
0-5 Fe2O3 0-5 CeO2
0-3 Bi2O3
0-3 WO3
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0-4 übliche Läutermittel sind z. B. SnO2, CeO2, SO4, Cl, As2O3, Sb2O3 Die Zusammensetzungen der alkalifreien Glaskeramiken sind charakterisiert durch die Hauptkristallphasen Spinell, Sapphirin, Hochquarzmischkristall (HQMK), alpha- Quarz, Cordierit und entsprechende Mischkristalle (insbesondere Zn- Spinelle/Sapphirine; Mg/Zn-HQMK).
Als alkalihaltige Glaskeramiken, bezeichnet als „AH-GC", finden erfindungsgemäß beispielsweise folgende Zusammensetzungen (in Gew-%) Verwendung:
50-70 SiO2
17-27 AI2O3
>0-5 Li2O
0-5 Na2O
0-5 K2O
0-5 MgO
0-5 ZnO
0-5 TiO2
0-5 ZrO2
0-8 Ta2O5
0-5 BaO
0-5 SrO
Figure imgf000011_0001
0-5 Fe2O3
0-5 CeO2
0-3 Bi2O3
0-3 WO3
Figure imgf000011_0002
0-4 übliche Läutermittel sind z. B. SnO2, CeO2, SO4, Cl, As2O3, Sb2O3
Die Zusammensetzungen der alkalischen Glaskeramiken sind charakterisiert durch die Hauptkristallphasen HQMK(Hochquarzmischkristall), Keatit. Die hier angegebenen Glaskeramiken sind nur beispielhaft und keineswegs abschließend.
Beim Einsatz in Friktionssystemen umfasst dieses wenigstens zwei wenigstens direkt oder indirekt über weitere Übertragungsmittel miteinander kraftschlüssig verbindbare Baugruppen und/oder Komponenten und/oder Einzelteile. Wenigstens ein Teilbereich wenigstens eines am Kraftschluss beteiligten Flächenbereiches der miteinander zu verbindenden Baugruppen und/oder Komponenten und/oder Einzelteile und/oder der Übertragungsmittel ist dabei erfindungsgemäß aus Glaskeramik ausgeführt. Vorzugsweise haben die aus Glaskeramik bestehenden miteinander kraftschlüssig verbindbaren Baugruppen und/oder Einzelteile und/oder Komponenten rohrförmige oder rohrähnliche Formen. Vorzugsweise ist nicht nur ein Teilbereich, sondern der gesamte Flächenbereich, der am Kraftschluß beteiligt ist, aus Glaskeramik ausgeführt, wobei es sich dabei um eine durchgängige Fläche handeln kann oder aber eine unterbrochene. Der für den Kraftschluss, insbesondere Reibschluss, vorgesehene Flächenbereich aus Glaskeramik ist dabei durch eine höhere Reibungszahl gegenüber konventionellen Materialien sowie eine erhöhte Materialsteifigkeit charakterisiert. Ein weiterer Vorteil der Glaskeramik, insbesondere gegenüber Keramiken ist die sehr gute Thermoschockbeständigkeit insbesondere bei niedrigdehnenden LAS-
Glaskeramiken. Die leichtere Herstellbarkeit sowie der niedrigere Preis ist ein weiterer Vorteil der Glaskeramiken gegenüber Keramiken. Derartige Friktionssysteme finden sich dabei beispielsweise in stufenlosen Getrieben, insbesondere kontinuierlich verstellbaren Getrieben, insbesondere kontinuierlich verstellbaren Getrieben. Diese sind durch eine stufenlose Drehmoment- und Drehzahländerung charakterisiert, so dass beispielsweise in bestimmten Betriebssituationen bei annähernd stationärer Betriebsweise der Antriebsmaschine eine Drehzahlanpassung nur durch das Getriebe realisiert werden kann. Diese sind dabei in der Regel als Zugmittelgetriebe ausgeführt, umfassend ein Zugmittel, welches zwischen Mitnahmeelementen geführt wird, wobei die Leistungsübertragung auf das Zugmittel bzw. vom Zugmittel auf die Mitnahmeelemente jeweils durch Reibschluss erfolgt. Wenigstens die an dem Kraftschluss beteiligten Flächenbereiche sind dabei aus Glaskeramik ausgeführt. Dabei ist vorzugsweise die gesamte theoretisch mögliche Funktionsfläche an den Mitnahmeelementen aus Glaskeramik ausgebildet. Friktionssysteme sind ferner auch in Form von Brems- und Kupplungseinrichtungen bekannt. Diese fungieren als leistungsführende Stellglieder und beeinflussen dabei direkt die
Fahreigenschaften beim Einsatz in Fahrzeugen bzw. die Betriebsweise beim Einsatz in den entsprechenden stationären Anlagen. Aufgrund der Glaskeramik eigenen Eigenschaften kann ein neben einer Verbesserung der Übertragungseigenschaften auch eine Erhöhung des Komforts bei der Betätigung derartiger Bauelemente sowie eine Verringerung der Baugröße aufgrund der höheren Leistungsdichte erzielt werden. Dabei wird eine unabhängig von auftretenden Temperaturspitzen und hohen Gleitgeschwindigkeiten hohe und immer konstante Reibungszahlen erwartet. Die Glaskeramik ermöglicht ferner hohe Flächenpressungen, wobei der Verschleiß im Dauerbetrieb derart gering ist, dass eine ausreichende Lebensdauer der Bauteile erzielt wird. Bei Kupplungsund/oder Bremseinrichtungen werden derartige Glaskeramiken vor allem für die Ausbildung der Reibflächen verwendet. Derartige Kupplungs- und/oder Bremseinrichtungen sind im einfachsten Fall in Lamellenbauweise ausgeführt. Denkbar sind auch sogenannte Backenbremsen. Die am Reibschluss beteiligten Flächen können dabei als eine durchgängige Fläche ausgeführt werden oder aber aus einer Vielzahl einzelner Glaskeramikelemente, die den Reibbelag bilden.
Weitere Anwendungen für Friktionssysteme sind kraftschlüssige Welle-Nabe- Verbindungen sowie Greifersysteme. Im letztgenannten Fall ist mindestens ein Greiferelement vorgesehen, deren Kontakt bzw. Greiffläche wenigstens teilweise aus Glaskeramik gebildet wird. Dabei besteht generell die Möglichkeit, jeweils eines der beiden miteinander in Wirkverbindung tretenden Elemente bzw. Flächenbereiche aus Glaskeramik bereitzustellen oder vorzugsweise beide.
Je nach Ausführung, insbesondere der Umgebung, kann das Friktionssystem als trockenlaufendes oder nasslaufendes Friktionssystem ausgebildet werden. Im letztgenannten Fall, insbesondere bei Ausbildung des Friktionssystems an einer Kupplungseinrichtung, findet der Kraftschluss an mit einem Schmiermittel benetzten Flächenbereichen statt.
Ein weiteres Anwendungsgebiet für Glaskeramik sind technische Systeme in Form von Gleitsystemen. Diese sind allgemein durch zwei in ihrer Lagezuordnung zueinander relativ zueinander bewegbare Gleitflächen bildende Flächenbereiche charakterisiert. Dabei dienen die Gleitflächen in der Regel der Kraftübertragung. Die die Gleitflächen bildenden Flächenbereiche sind dabei wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, aus Glaskeramik ausgeführt. Je nach Lagezuordnung sowie Art und Weise des Zusammenwirkens wird die Kraftübertragung über die relativ gegeneinander bewegbaren Flächenbereiche durch Festkörperreibung oder Flüssigreibung oder Mischreibung realisiert. Der Haupteinsatzbereich der Gleitsysteme sind Gleitlager bzw. Ausführungen, die eine Gleitlagerfunktion ermöglichen. Dabei handelt es sich insbesondere um Axialgleitlager, Radialgleitlager oder eine kombinierte Axial-Radialgleitlagerausführung. Für den Einsatz in Antriebseinheiten werden derartige Gleitsysteme vor allem in Zylinderkolbenkonfigurationen zum Einsatz gelangen. Auch für die Gleitsysteme gilt, dass jeweils die beiden wenigstens mittelbar miteinander in Wirkverbindung tretenden Gleitflächen aus dem gleichen Material, d. h. jeweils aus Glaskeramik oder einer Glaskeramik/beliebiges Material - Paarung, gebildet wird. Als mögliche Gleitpartner kommt dabei insbesondere eine Keramik Metallpaarung in Frage.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das technische System als Dichtsystem ausgeführt sein, umfassend wenigstens eine Dichtpaarung bildende Flächenbereiche an gegeneinander abzudichtende Baugruppen und/oder Komponenten und/oder Einzelteilen oder an einem Dichtelement und einer Baugruppe und/oder Komponente und/oder einem Einzelteil, wobei wenigstens ein Teilbereich eines Flächenbereiches der Dichtpaarung aus Glaskeramik ausgeführt ist. Die Dichtungen können dabei als berührungslose Dichtung, insbesondere in Form von Spalt- oder Labyrinthdichtungen, ausgeführt sein, wobei letztere durch eine ringförmige Geometrie charakterisiert sind. Derartige Dichtungen können durch Vereinzeln aus einem Glaskeramikrohr gewonnen werden. Ferner ist es möglich, die einzelne Dichtung als berührende Dichtung auszuführen. In diesem Fall kann je nach Anwendungsfall die geometrische Form variieren. Die Dichtung kann als Dichtring oder flächige Dichtung oder in einer anderen Form ausgebildet werden.
Auch bei der Dichtpaarung gilt, dass lediglich nur einer der beiden an der Dichtpaarung beteiligten Flächenbereiche aus Glaskeramik besteht, während der andere aus einem anderen Material ausgeführt sein kann. Der Einsatz in Dichteinrichtungen bietet den Vorteil, dass diese in Bereichen mit hoher Temperatur sowie starken Temperaturänderungen und hohen Drücken zum Einsatz gelangen können.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung in einem technischen System in Form eines Fördersystems, wobei wenigstens ein Förderelement, welches mit einem Fördermedium in Kontakt tritt, wenigstens teilweise, insbesondere im
Bereich der theoretisch möglichen Kontaktfläche von Glaskeramik, ausgeführt ist. Das Förderelement kann dabei als rotierendes oder oszillierendes oder axial bewegbares Förderelement ausgeführt sein. Im Hinblick auf das zu fördernde Medium, welches fest, gasförmig oder flüssig sein kann, ergibt sich dabei auch die konkrete Beanspruchung des Förderelementes. Dieses kann als rotierendes oder oszillierendes oder axial bewegbares Förderelement ausgeführt sein. Im einfachsten Fall finden Zahnräder oder Schaufelräder oder Schneckenwendel Verwendung. Bei diesem kann es sich dabei beispielsweise um Turbinenräder, Schaufelräder für Turbolader, Schaufelräder für hydrodynamische Komponenten, insbesondere hydrodynamische Kupplungen, Drehzahl-/Drehmomentwandler und/oder hydrodynamische Retarder handeln. Dabei bietet die Ausbildung der Kontaktfläche aus Glaskeramik aufgrund der hohen Verschleißbeständigkeit und der guten tribologischen Eigenschaften sowie der chemischen Beständigkeit den Vorteil, dass diese unabhängig von der eingesetzten Fördermediumqualität mit hoher Verfügbarkeit arbeitet. Mögliche Einsatzgebiete sind auch Benzin- bzw. Dieselpumpen in der herkömmlichen Zahnradausführung, wobei durch beispielsweise die Ausbildung der Kontaktbereiche oder der Oberflächen aus Glaskeramik der chemische Einfluss des zu fördernden Mediums auf das Förderelement weitestgehend ausgeschlossen werden kann. Insbesondere ist Biodiesel als Kraftstoff durch hohe Restsäuregehalte charakterisiert, welcher bestimmte Materialien, wie Metalle und vor allem auch Kunststoffe, angreift. Bei Ausbildung von Förderelementen aus diesen Materialien muss dabei der durch den Restsäuregehalt bedingte Verschleiß mit berücksichtigt werden. Aufgrund seiner chemischen Resistenz bietet jedoch der Einsatz von Glaskeramik den Vorteil, dass hier eine Fertigung konkret auf die geforderten Einbaumaße erfolgen kann und auch die tribologischen Eigenschaften dieses Materials über einen Großteil des Betriebsbereiches konstant bleiben. Dies bietet auch den Vorteil, dass die Fördereinrichtungen auf ihren optimalen Wirkungsgrad ausgelegt werden können und somit das Gesamtkonzept unter Berücksichtigung des bei anderen Materialien sich ergebenden Verschleißes insgesamt preisgünstiger ist. Dies gilt in Analogie auch für hydraulische oder hydrodynamische Komponenten, insbesondere hydraulische Pumpen oder Motoren sowie hydrodynamische Kupplungen, Retarder oder Drehzahl-/Drehmomentwandler. Auch diese sind entsprechenden Betriebsmitteln ausgesetzt, die je nach Art der Zusammensetzung unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, welche das Material mehr oder weniger angreifen.
Bei allen Ausführungen von Flächenbereichen aus Glaskeramik kann der Flächenbereich entweder aufgrund der Ausgestaltung des Vollelementes aus
Glaskeramik gebildet werden oder aber durch entsprechende Beschichtung und Realisierung einer vorzugsweise unlösbaren Verbindung mit einem Grundmaterial.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird Glaskeramik in einem technischen System in Form einer Vorrichtung zur Erfassung von physikalischen Größen, insbesondere Zustands- und Bewegungsgrößen eingesetzt. Diese umfasst wenigstens ein Mess- oder Erfassungselement, welches der zu messenden oder erfassenden Größe aussetzbar ist und Verbindungselemente, insbesondere elektrische Verbindungselemente zur Koppelung mit einer die erfassten Größen verarbeitenden Einheit. Die elektrischen Verbindungselemente sind wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig in einem wenigstens teilweise aus Glaskeramik bestehenden Halte- und/oder Führungskörper geführt. Der Halte- und/oder Führungskörper ist als hohlzylindrisches oder rohrförmiges Element ausgeführt. Derartige Vorrichtungen finden vor allem als Temperatur und/oder Drucksensoren Verwendung, wobei diese aufgrund der der Glaskeramik inhärenten Eigenschaften auch in Bereichen hoher Temperatur und mechanischer Beanspruchung eingesetzt werden können.
Die aus Glaskeramik für die einzelnen Anwendungen gebildeten Flächenbereiche können dabei durch die vollständige Ausbildung des jeweiligen Einzelelementes aus Glaskeramik die teilweise Ausgestaltung des Einzelelementes aus Glaskeramik im
Verbund mit anderen Materialen, beispielsweise Stoffschluss gebildet werden.
Im letztgenannten Fall sind insbesondere Beschichtungen möglich.
Glaskeramikelemente oder flächenartige Gebilde können ferner in unterschiedlichen Formen, Geometrien und Dimensionen vorliegen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung, werden die aus Glaskeramik gebildeten Teil- und Flächenbereiche der Baugruppe oder Komponente oder des Einzelteils von einem hohlkörperartigen Element gebildet. Das hohlkörperartige Element ist als hohlzylindrisches oder rohrförmiges oder rohrähnliches Element, umfassend wenigstens zwei Endbereiche in Längsrichtung ausgeführt. Unter „rohrförmig" wird vorliegend ein Hohlkörper mit einer äußeren Wand und mindestens einer Öffnung verstanden, dessen Querschnitt kreisrund ist, wohingegen „rohrähnlich" entsprechende Querschnitte anderer geschlossener Geometrie, z. B. elliptisch, oval oder verrundet-eckig, bezeichnet. Je nach Anwendung und gewünschter Ausführung ist das hohlzylindrische oder rohrförmige oder rohrähnliche Element in Längsrichtung betrachtet a) durch einen konstanten Querschnitt b) durch einen veränderlichen Querschnitt charakterisiert.
Im ersten Fall ist immer eine konstante Wanddicke gegeben, während im zweiten Fall sowohl Ausführungen mit konstanter als auch veränderlicher Wanddicke denkbar sind. Je nach gewünschter Zusatzfunktion können die Wanddickenänderungen sprunghaft oder stetig erfolgen. Denkbar sind beispielsweise Halte- oder Anschlagflächen zur Fixierung bildende Vorsprünge am Außenumfang. Die Wanddickenänderungen zwischen einzelnen Teilbereichen erfolgt als Funktion der Änderung des Außendurchmessers da und/oder Innendurchmessers dj des hohizylindrischen oder rohrförmigen Elementes.
Die Herstellung der rohrförmigen Elemente mit Sonderform kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Gemäß einer ersten Ausführung ist das Verfahren in die Verfahrensschritte Herstellung eines keramisierten Rohrhalbzeuges und mechanische Nachbearbeitung, insbesondere spanende Bearbeitung zur Herstellung der Endgeometrie unterteilbar. In einem ersten
Verfahrensschritt wird dabei ein Rohrhalbzeug aus Glas aus einer Glasschmelze gebildet und in einem zweiten Verfahrensschritt das Rohrhalbzeug keramisiert. Erst das keramisierte Rohrhalbzeug wird der weiteren mechanischen Bearbeitung unterzogen. Der erste und zweite Verfahrensschritt können räumlich und/oder zeitlich getrennt voneinander oder unmittelbar aufeinanderfolgend durchgeführt werden, was unnötige Kapazitäten zur Zwischenlagerung vermeidet.
Das keramisierte Rohrhalbzeug beschreibt dann das keramisierte hohlzylindrische Element im Endzustand. In einem ersten Verfahrensschritt wird ein Rohrhalbzeug aus Glas aus einer Glasschmelze gebildet und in einem zweiten Verfahrensschritt das Rohrhalbzeug keramisiert. Dabei kann die Formgebung mit der Keramisierung zusammengefasst werden. Das aus der Glasschmelze entstandene Ziehgut wird erwärmt und mittels einer Formgebungseinheit, umfassend wenigstens ein Formgebungswerkzeug umgeformt. Das Ziehgut wird über eine vordefinierbare Länge in Vorschubrichtung mittels Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von einschließlich 760 nm bis 1 mm erwärmt. Die Formgebungseinheit wirkt während des Erwärmungsvorganges auf das Ziehgut ein. Dabei können unterschiedliche Geometrien erzeugt werden. Dabei werden Ausführungen mit unterschiedlichen Geometrien und gleichen Geometrien mit gleichen oder Abmessungen unterschieden. Eine Änderung allein der Flächeninhalte zwischen Ausgangsquerschnitt AA des Ziehgutes und Endquerschnitt AE ist als Funktion wenigstens einer der folgenden Größen
a. der Vorschubgeschwindigkeit des Ziehgutes b. der Form des Formgebungswerkzeuges c. der Vorschubgeschwindigkeit des Formgebungswerkzeuge
steuerbar. Die Änderung der Grundgeometrie zwischen Ausgangsquerschnitt AA des Ziehgutes und Endquerschnitt ist als Funktion der Vorschubgeschwindigkeit des Formgebungswerkzeuges und/oder der Form des Formgebungswerkzeuges steuerbar.
Erfindungsgemäß kann der Einsatz der technischen Systeme in Maschinen, stationären oder mobilen Anlagen z. B. solchen zur Herstellung von niedrigschmelzenden Metallen wie Aluminium oder Fahrzeugen erfolgen. Die Aufzählung ist nicht abschließend. Eine bevorzugte Anwendung der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von rohrförmigen bzw. rohrähnlichen Glaskeramiken in Systemen mit Glaskeramik-Rohren als Führungskörper. Zum einen können in den Glaskeramikrohren Leitungen, zum anderen flüssige/feste bzw. gasförmige Stoffe geführt werden.
Beispielsweise können Glaskeramikrohre auch in der aluminiumherstellenden bzw. aluminiumweiterverarbeitenden Industrie angewendet werden. Auch in der Leichtgewichts- Aluminiumindustrie ist ein Glaskeramikrohr als Führungskörper verwendbar. Hierbei ist eine Verwendung einer thermoschockbeständigen niedrig- bis nulldehnenden Glaskeramik bevorzugt.
Durch den Einsatz von Glaskeramikrohren in der aluminiumherstellenden Industrie kann die Verwendung von Keramiken vermieden werden. Keramiken haben den Nachteil, dass sie bei schnellem Temperaturwechsel nur einmal verwendet werden können, da Keramiken springen. Dieser Nachteil wird bei Glaskeramiken aufgrund der hohen Thermoschockbeständigkeit vermieden.
Bei Verwendung von Glaskeramiken anstelle von Keramiken in der Leichtsgewichts- Aluminiumindustrie wird ein Springen der Keramik, die beispielsweise durch das Abschrecken der AI-Schaum-Kokille bedingt ist, vermieden.
Ein bevorzugtes weiteres Anwendungsgebiet stellen Kraftfahrzeuge dar. Bei diesen kann die Anwendung von Glaskeramik allgemein und in Form der beschriebenen einzelnen technischen Systeme in einer der nachfolgenden Einrichtungen erfolgen: - Kraftstoffversorgungseinrichtung,
- Einspritzdüse.
- Zündkerze
- Motorblock
- Zylinder - Einspritzpumpe
- Gehäuse
- Ventileinrichtung
- Pumpen
- Bremseinrichtungen - Leistungsübertragungssystemen, wie Getrieben, Kupplungen und drehfesten Verbindungen Rohrförmige bzw. rohrähnliche Glaskeramiken können nicht nur wie zuvor beschrieben in einer Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen, d. h. in sogenannten Sensorsystemen eingesetzt werden, sondern auch im Bereich der Elektrotechnik als Isolator oder Spülkörper; im Bereich der Glasbearbeitung als Ansaug- oder Brennerdüse; im Bereich der Schweißtechnik als Schutzrohr und im Bereich der Lagertechnik als Lagerwelle, Pumpenkolben, Ventilsitz, Ventiikegel oder Düse.
Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungen beschränkt. Glaskeramiken können generell aufgrund der Eigenschaften in
Anwendungen im Hochtemperatur- und/oder Druckbereich eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
Figuren 1a und 1b verdeutlichen in schematisierter und stark vereinfachter
Darstellung zwei besonders vorteilhafte Anwendungen von wenigstens teilweise keramisierten Einzelelementen aus Glas, insbesondere Glaskeramik in einem technischen System in Form einer Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen, insbesondere Zustandsgrößen und Bewegungsgrößen;
Figuren 2a bis 2d verdeutlichen anhand von Axialschnitten mögliche
Ausführungen erfindungsgemäß gestalteter und wenigstens teilweise aus Glaskeramik bestehender rohrförmiger Elemente;
Figuren 3a bis 3c verdeutlichen anhand von Blockschaltbildern mögliche Verfahren zur Herstellung von wenigstens teilweise aus Glaskeramik bestehenden rohrförmigen Elementen;
Figuren 4a bis 4j verdeutlichen beispielhaft mögliche Einsatzgebiete von Glaskeramiken in technischen Systemen; Die Figuren 1a und 1 b verdeutlichen in schematisiert vereinfachter Darstellung zwei besonders vorteilhafte Verwendungen von Glaskeramik in der Steuer- und Regelungstechnik am Beispiel von Vorrichtungen zur Erfassung von physikalischen Größen, insbesondere Zustande- oder Bewegungsgrößen 1 als technisches System 55. Derartige Systeme werden insbesondere zur Temperatur- und Druckerfassung eingesetzt.
Die Figur 1 a verdeutlicht in schematisiert stark vereinfachter Darstellung den Grundaufbau einer erfindungsgemäß gestalteten Vorrichtung 1 zur Erfassung physikalischer Größen, insbesondere Zustandsgrößen oder Bewegungsgrößen in Form einer Sensoreinheit. Diese umfasst mindestens ein Mess- oder Erfassungselement, insbesondere einen Sensor, einen Fühler oder eine Sonde sowie Verbindungsmittel zur Weitergabe der erfassten Größen an eine, diese verarbeitende Einheit, vorzugsweise je nach Ausführung des Sensors und der erfassten Größe in Form von mindestens einem elektrisches Verbindungselement 3, welches mit dem Mess- oder Erfassungselement 2 gekoppelt ist. Dieses kann in Form von Leitungen, Kabeln etc. vorliegen. Das bzw. die Verbindungselemente 3 sind wenigstens mittelbar elektrisch oder drahtlos mit der die Größe verarbeitenden Einheit verbunden. Ferner ist ein Halte- und/oder Führungskörper 4 vorgesehen, der das Mess- oder Erfassungselement 2 trägt und das bzw. die Verbindungselemente 3 wenigstens teilweise umschließt. Erfindungsgemäß ist der Halte- und/oder Führungskörper 4 wenigstens teilweise, vorzugsweise jedoch vollständig aus keramisierten Glas, d. h. Glaskeramik ausgeführt. Glaskeramik unterscheidet sich gegenüber Keramik dabei durch das Herstellungsverfahren sowie bedingt durch dieses in der Textur des Materials. Im Gegensatz zu Keramik existiert hier noch eine Restglasfaser als Hauptbestandteil, in die auskristallisierte Partikel eingebettet sind. Letztere sind je nach Transparenzanforderungen zwischen wenigen nm und mehreren 100 μm groß. Die Glaskeramik bietet den Vorteil hoher Temperaturbeständigkeit und Temperaturwechsel - und
Temperaturschockbeständigkeiten sowie eine hohe mechanische Festigkeit insbesondere gegenüber Glaswerkstoffen, chemische Resistenz, ferner ein einstellbares Spektrum an Ausdehnungskoeffizienten bis auf Nulldehnung und in Abhängigkeit vom Keramisierungsverhalten auch eine unterschiedliche Transparenz, welche gerade bei der isolierenden Führung von elektrischen Verbindungselementen 3, insbesondere Kabeln, Steckverbindungen auch eine visuelle Kontrolle dieser ermöglicht.
Figur 1b verdeutlicht beispielhaft eine weitere Einrichtung 1b zur Erfassung von physikalischen Größen in Form eines berührungslosen Hochtemperatursensors. Dieses umfasst ebenfalls ein Mess- und Erfassungselement 2, vorzugsweise in Form einer Sonde, die in einem Abstand a gegenüber einem Messbereich, insbesondere Hochtemperaturbereich angeordnet ist. Dazu ist das Mess- und Erfassungselement 2 über einen Abstandshalter 54 mit dem Messbereich gekoppelt. Dabei wird vom Messbereich abgestrahlte IR-Strahlung (Infrarot- Strahlung) quantitativ über eine Wegstrecke, die dem Erstreckungsbereich des Abstandshalters 54 entspricht, zur Sonde geführt, was minimale Wärmeleitung im Abstandshalter 54 erfordert. Die Sonde wiederum ist mit einer die die mit dieser erfasste Größe verarbeitenden Einheit gekoppelt. Die Kopplung kann elektrisch erfolgen, andere Möglichkeiten sind denkbar.
Die Vorrichtungen 1 , 1b zur Erfassung von physikalischen Größen unter
Verwendung von Führungselementen für die elektrischen Verbindungselemente aus Glaskeramik können dabei gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung zur Erfassung von Temperaturen in möglichen Hochtemperaturbereichen, beispielsweise Temperaturen bis zu 1100 °C oder darüber, je nach Wahl des Glaskeramiktypes bzw. des Keramiserungsstadiums, d. h. der Grosse, Menge und Art der Kristalle eingesetzt werden. Derartige Temperatursensoren finden dabei vor allem in der Mess- und Automatisierungstechnik zur Überwachung von Anlagen, Anlagenbereichen oder einzelnen Elementen und Schutz vor gefährlichen Zuständen, der Heizungs- und Klimatechnik zur Gewährleistung einer wirtschaftlichen und komfortablen Betriebsweise sowie in Fahrzeugen, insbesondere im Kraftfahrzeug zur Gewährleistung unterschiedlicher Funktionen - Steuer- und Regelungsaufgaben, Überwachungsaufgaben Verwendung. Im Kraftfahrzeug dienen diese beispielsweise zur Erfassung der nachfolgend genannten Temperaturen:
Betriebsmittel, Schmiermittel, insbesondere Öl,
Kühlmittel,
Bremsflüssigkeit, des Kraftstoffes,
Kühl- und Klimaanlagen, der Lade- und Ansaugluft
Die Vorrichtungen zur Erfassung von physikalischen Größen unter Verwendung von Halte- und Führungselementen für die elektrischen Verbindungselemente aus Glaskeramik können ferner auch zur Erfassung anderer Zustandsgrößen, beispielsweise von Drücken oder Bewegungsgrößen, die in möglichen Hochtemperaturbereichen, beispielsweise Temperaturen bis zu 1000 °C und/oder Hochdruckbereichen abgegriffen werden, eingesetzt werden. Der Einsatz kann dann in den thermisch hoch beanspruchten Bereichen, wie Antriebsmaschine, insbesondere Motorblock, Zylinderkopf, erfolgen. Die elektrischen Verbindungen werden dabei durch den Halte- und/oder Führungskörper 4 geführt. Weitere Einsatzgebiete sind Kühlanlagen, Kühlkreisläufe, insbesondere für
Leistungsübertragende oder Energieumwandelnde Systeme, insbesondere Getriebe, hydrodynamische oder hydraulische Komponenten, Bremseinrichtungen, elektrischen Systemen.
Bezüglich der Geometrie des Halte- und/oder Führungskörpers 4 bzw. des
Abstandshalters 54 bestehen dabei keine Restriktionen. Vorzugsweise ist dieser durch eine hohlzylindrische Grundgeometrie charakterisiert und liegt in Form eines zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch vollständig keramisierten rohrförmigen Elementes 5 vor. Dieses ist durch eine Wanddicke D charakterisiert, welche je nach Ausführung in Längsrichtung über die Länge l des rohrförmigen Elementes 5 konstant gehalten oder variieren kann. Dabei wird grundsätzlich zwischen Ausführungen mit konstanter Wanddicke D, Ausführungen mit wenigstens teilweise konstanter Wanddicke D über die Erstreckung I in Längsrichtung sowie Ausführungen mit kontinuierlicher oder sprunghafter Wanddickenänderung unterschieden. Die erste Möglichkeit ist dabei im einfachsten Fall durch eine konstante Querschnittsgeometrie über die Erstreckung in Längsrichtung I charakterisiert. Ausführungen mit konstanter Wanddicke D sind jedoch auch für rohrförmige Elemente mit Querschnittsänderungen über die Erstreckung in Längsrichtung I betrachtet möglich. Ausführungen mit Wanddickenänderung ΔD über die Erstreckung in Längsrichtung I betrachtet führen bei rohrförmigen Elementen zu Querschnittsveränderungen. Der Halte- und/oder Führungskörper 4 bzw. der Abstandshalter 54 in Form des rohrförmigen Elementes 5 weist dabei in Längsrichtung betrachtet zwei Endbereiche auf, einen ersten Endbereich 6 und einen zweiten Endbereich 7, wobei zwischen diesen die Wanddickenänderung erfolgt. Unter Längsrichtung I wird dabei die Erstreckungsrichtung, insbesondere die Richtung der den Verlauf beschreibende Mittelachse zwischen den Endbereichen 6, 7 verstanden.
Gemäß Figur 2a weist das rohrförmige Element 5 über seine Erstreckung in Längsrichtung I eine konstante Wanddicke D auf, ist jedoch zwischen dem ersten und dem zweiten Endbereich durch eine Querschnittsveränderung charakterisiert. Bei der in der Figur 2a dargestellten Ausführung weist der Halte- und/oder
Führungskörper 4 bzw. das rohrförmige Element 5 zwei Teilbereiche auf, einen ersten Teilbereich 8 und einen zweiten Teilbereich 9, wobei der erste Teilbereich 8 durch eine kontinuierliche Querschnittsveränderung charakterisiert ist, während der zweite Teilbereich 9 durch einen konstanten Querschnitt charakterisiert ist. Der erste Teilbereich 8 erstreckt sich dabei im dargestellten Fall vom ersten
Endbereich 6 in Längsrichtung des Halte- und/oder Führungskörpers 4 über einen ersten Längenbereich li, während sich der zweite Teilbereich an diesen anschließend über eine Länge l2 bis zum zweiten Endbereich 7 erstreckt. Der erste Teilbereich 8 ist dabei im Querschnitt betrachtet durch eine kontinuierliche Querschnittsverringerung in Richtung des zweiten Teilbereiches 9 charakterisiert. Der erste Teilbereich 8 weist dabei im ersten Endbereich 6 am Außenumfang 10 einen Durchmesser daι auf, welcher größer ist als der Durchmesser dax am Ende des ersten Teilbereiches 8 an der Länge lι. Der Durchmesser dax entspricht dabei dem den Außenumfang 10 im zweiten Teilbereich 9 charakterisierenden Durchmesser über den Längenabschnitt l2. Im ersten Längenbereich weist das rohrförmige Element 5 eine kontinuierliche Verringerung des Innendurchmessers dj auf. Dieser ändert sich von du am ersten Endbereich 6 auf djXam Übergang zum zweiten Teilbereich, d. h. nach h auf dix, welcher dem Innendurchmesser im zweiten Teilbereich l2 entspricht. Demgegenüber verdeutlicht Figur 2b beispielhaft eine Ausführung mit konstanter Wanddicke D und kontinuierlicher Querschnittsveränderung zwischen dem ersten Endbereich 6 und dem zweiten Endbereich 7, d.h. über die gesamte Erstreckung in Längsrichtung I. Diese ist durch die kontinuierliche, d.h. stetige Durchmesseränderung des Innen- und Außendurchmessers Δda, Δdj zwischen den beiden Endbereichen 6, 7 charakterisiert, wobei die Änderung von Innendurchmesser dj und Außendurchmesser dja immer um den gleichen Betrag in Längsrichtung betracht an jeder Position lx erfolgt.
Die Figuren 2c und 2d verdeutlichen beispielhaft mögliche Ausführungen rohrförmiger Elemente 5 mit Wanddickenänderung ΔD. Figur 2c verdeutlicht ein Beispiel für eine teilweise kontinuierliche Wanddickenänderung ΔD über die Erstreckung I in Längsrichtung. Bei der in der Figur 2c dargestellten Ausführung ist das rohrförmige Element 5 dabei durch einen konstanten Innendurchmesser dj über die gesamte Erstreckung in Längsrichtung I und eine kontinuierliche Wanddickenänderung ΔD über wenigstens einen Teilbereich l2 der Länge I in Längsrichtung charakterisiert. Diese verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines Axialschnittes durch ein rohrförmiges Element 5 eine weitere Ausführung mit kontinuierlicher Querschnittsveränderung zwischen dem ersten Endbereich 6 und dem zweiten Endbereich 7 charakterisiert ist. Hier ist beispielhaft das rohrförmige Element durch einen konstanten Innendurchmesser dj über die Erstreckung in Längsrichtung I charakterisiert. Die Änderung ΔD der Dicke der Wand 11 erfolgt dabei durch Variation des Außendurchmessers zwischen dem ersten Endbereich 6 und dem zweiten Endbereich 7, insbesondere durch kontinuierliche Verringerung zwischen dem Ende des ersten Teilbereiches 8 und dem zweiten Endbereich 7. Der erste Teilbereich 8 ist dabei durch einen konstanten Außendurchmesser da charakterisiert, der zweite durch eine stetige Verringerung auf daι. Auch bei dieser Ausführung sind zusätzliche kontinuierliche oder sprunghafte Änderungen der Wanddicke D der Wand 11 denkbar, beispielsweise durch Variation des Innendurchmessers dj über Teilbereiche der axialen Erstreckung I des rohrförmigen Elementes 5.
Die Figur 2d verdeutlicht eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines Halte- und Führungskörpers 4 in Form eines rohrförmigen Elementes 5. Dieses ist durch eine hohlzylindrische Grundgeometrie charakterisiert und weist am Außenumfang 10 in Umfangsrichtung verlaufende, vorzugsweise sich vollständig in Umfangsrichtung erstreckende Vorsprünge 12 auf. Der Halte- und Führungskörper 4 ist über die axiale Erstreckung in Längsrichtung I betrachtet am Außenumfang durch drei Bereiche unterschiedlicher Außenabmessungen charakterisiert. Ein erster Bereich li, ein zweiter Bereich l2 und ein dritter Bereich l3. Die Teilbereiche li bis l3 sind dabei durch konstante Durchmesser da1, da2 und da3 am Außenumfang 10 charakterisiert, wobei im dargestellten Fall die Bereiche hinsichtlich des Außendurchmessers daι und da2, 3 differieren. Zwischen den Bereichen li und l2 sowie l2 und l3 ist eine starke Änderung des Außendurchmessers da vorgesehen, wobei diese ausgehend vom jeweiligen Bereich U bzw. I2 stetig in Richtung des angrenzenden Bereiches konstanten Durchmessers erfolgt. Die einzelnen Längenbereiche charakterisierenden Teilbereiche sind hier mit 13, 14, 15 bezeichnet, wobei der Teilbereich 13 sich über den Längenbereich erstreckt, der Teilbereich 14 über den Längenbereich l2 und der Teilbereich 15 über den Längenbereich . Der so im Längenbereich l2 gebildete Vorsprung 12 dient dabei der Einstellung starker Temperaturgradienten, die das Temperaturregime beispielsweise im Sondendurchführungsbereich positiv beeinflussen können. Ferner können diese auch zur Halterung bzw. Positionierung des Halte- und Führungskörpers in oder an einem Anschlusselement dienen.
Bei der in der Figur 1d dargestellten Ausführung ist beispielhaft auch eine Änderung des Innendurchmessers dj vorgesehen. Auch hier ist nur im Endbereich, insbesondere im zweiten Endbereich 7, eine derartige Änderung vorgesehen. Diese wird beispielhaft durch nachträgliches Ausfräsen hergestellt und ist durch eine Vergrößerung des Innendurchmessers d,- im Endbereich 7 charakterisiert, wobei sich diese über einen Längenbereich l4 in Längsrichtung in Richtung zum ersten Endbereich 6 erstreckt. Anschließend an l4 ist der Innendurchmesser dj konstant. Diese Ausführung ist beispielhaft.
Alle in den Figuren 1b bis 1d dargestellten Ausführungen sind in der ein oder anderen Form miteinander kombinierbar. Diese stellen Beispiele dar, wobei weitere Querschnittsänderungen in Bezug auf den Außenumfang oder Innenumfang denkbar sind. Denkbar wären hier auch Durchmesserveränderungen, welche beispielsweise nachträglich durch eine entsprechende Nachbearbeitung eingearbeitet werden können, beispielsweise durch spanende Bearbeitung, insbesondere Ausfräsen. Diese Durchmesserveränderungen finden jedoch vorzugsweise lediglich in den
Endbereichen, erster Endbereich 6 und zweiter Endbereich 7, statt und erstrecken sich jeweils von diesen in Richtung des anderen Endbereiches. In der Figur 2c ist lediglich beispielhaft eine Wandstärkenvariation im zweiten Teilbereich 9 wiedergegeben, die durch die Änderung des Außendurchmessers da charakterisiert ist. Figur 2d verdeutlicht eine Ausführung sowohl mit Änderung der Außendurchmesser als auch des Innendurchmessers. Dabei wurde am zweiten Endbereich 7 ein Innendurchmesser dj4 gewählt, welcher sich vorzugsweise vom zweiten Endbereich 7 in Richtung des ersten Endbereichs 6 erstreckt und größer als der sich über den restlichen Längenbereich des rohrförmigen Elementes 5 erstreckenden Durchmessers dj ist. Dabei wird ersichtlich, dass Änderungen in der Dicke D der Wand 11 auf unterschiedliche Art und Weise realisiert werden können, d.h. insbesondere bei rohrförmigen Elementen sowohl durch alleinige oder gemeinsame kontinuierliche oder sprunghafte Variation des Innen- als auch des Außendurchmessers, wobei diese Maßnahmen miteinander kombiniert werden können. Insbesondere können bei Glaskeramiken Eigenschaftskombinationen genützt werden, da Glaskeramiken kontrolliert partiell kristallisierte Gläser sind, welche die vorteilhaften Eigenschaften von Glas in Kombination mit Kristallen nützen. Die Kristallite sind dabei so klein, beispielsweise < 1 μm, bevorzugt < 200 nm , besonders bevorzugt < 100 nm, so dass das Material wie Glas transparent bleibt, jedoch eine Vielzahl verbesserter Eigenschaften hervorruft, wie hohe Temperaturbeständigkeit, hohe Temperaturwechselbeständigkeit, hohe mechanische Festigkeit, hohe chemische Resistenz sowie hohe UV Blockung.
Weiterhin können in Abhängigkeit von der chemischen
Ausgangszusammensetzung sowie der Führung der Keramisierung Art, Volumenanteil und Größenverteilung der Kristallite gezielt bezüglich anderer Eigenschaften eingestellt werden. Hierbei ist insbesondere der thermische Ausdehnungskoeffizient zu nennen, der z. B an ein Durchführungsmaterial angepasst sein kann. So können mit Glaskeramik thermische
Ausdehnungskoeffizienten α2o/3oo zwischen 0 und 7 x 10"6/K, insbesondere 0 bis < 6 ppm/K, bevorzugt zwischen 3 x 10"6/K und 5,5 x 10"6/K erreicht werden. Für Verschmelzungen mit Wolfram sind Ausdehnungskoeffizienten zwischen 3,4 x 10" 6/K und 4,4 x 10"6/K und für Verschmelzungen mit Molybdän Ausdehnungskoeffizienten zwischen 4,2 x 10"6/K und 5,3 x 10"6/K besonders bevorzugt.
Für Fe-Ni-Co Legierungen sind, je nach Zusammensetzung der Legierung (z. B. KOVAR, Alloy 42) Ausdehnungskoeffizienten zwischen 3,8 x 10_6/K und 5,2 x 106/K besonders bevorzugt.
So können beispielsweise Li2O-SiO2-AI2θ3-Glaskeramiken so hergestellt werden, dass sie einen Ausdehnungskoeffizienten von 0 bis 2 ppm/K bzw. bevorzugt < 1 ppm/K aufweisen. Diese Glaskeramik kann dann problemlos an gängige Glasmaterialien wie SiO2 angepasst, d. h. mit letzterem verschmolzen bzw. gef rittet werden. Was die Temperaturstabilität betrifft, so ist diese höher als die von Hartglas sein. Gängige Gläser, die zum Beispiel vom Typ Aluminosilicatglas sind, weisen Transformationstemperaturen (Tg) im Bereich von 700 bis 800°C auf. Bei solchen Temperaturen liegt das Glas also noch in festem Zustand vor. Da für Glaskeramiken keine Transformationstemperatur (Tg) bestimmt werden kann, ist es sinnvoll, einen von der Temperatur abhängigen, noch stabilen Zustand anhand der Viskosität der Glaskeramik in Abhängigkeit von der Temperatur zu bestimmen. Eine geeignete Glaskeramik sollte auch bei höheren Temperaturen nicht viskos fließen und Betriebstemperaturen von > 800°C, bevorzugt von > 900°C, und weiter bevorzugt von > 1000°C standhalten.
Idealerweise setzt das Viskosefließen einer bei hohen Temperaturen eingesetzten Glaskeramik erst bei wesentlich höheren Temperaturen als bei Kieselglas ein. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Glaskeramik ähnlich stabil oder noch stabiler als transluzente Keramiken, z. B. solche auf Basis von AI2O3 ist.
Für einige Anwendungen bzw. Einsatzgebiete erfindungsgemäß gestalteter Halte- und Führungskörper wenigstens teilweise aus Glaskeramiken sollte die Glaskeramik bzw. das Grünglas gut verschmelzbar mit beispielsweise elektrischen Durchführungen oder Leitungen sein, welche je nach Anwendung aus Molybdän, Wolfram oder Legierungen wie beispielsweise der CRS Holding Incorporation, die auch als KOVAR-Legierung bezeichnet wird, bestehen. Ferner können derartige Glaskeramiken einen hermetisch dichten Verschluss einer elektrisch und thermisch leitenden Metalldurchführung sowie dem Kolbenmaterial ermöglichen und Probleme, die durch unterschiedliche Eigenschaften bezüglich der thermischen Ausdehnung der Materialien Glas und Metall entstehen, können umgangen werden.
Ferner ist es für die Anwendung insbesondere im Kfz-Bereich vorteilhaft, wenn die Materialien auch chemisch resistent sind. Die Keramisierung erfolgt prinzipiell in einem mehrstufigen Prozess, der durch Heizrampen und Haltezeiten gekennzeichnet ist. Die Maximalttemperatur liegt bei 1200 °C, die Haltezeiten sind dem optimalen Kristallitwachstum - bezogen auf ein gegebenes Anforderungsprofil optischer und thermischer Zielgrößen - angepasst. Die Kristallitgröße liegt bevorzugt in der Größenordnung von 10 bis 200 nm, der Kristallphasenanteil beträgt bevorzugt mindestens 50 %, bevorzugt mehr als 60 %, besonders bevorzugt mehr als 70 %.
Bevor auf die einzelnen Verfahrensabfolgen, insbesondere zur Herstellung von keramisierten rohrförmigen Elementen aus Glas detailliert eingegangen wird, werden zunächst allgemein die Eigenschaften von Glaskeramiken beschrieben, die Verwendung finden können.
Beispielsweise anwendbar sind alkalifreie Glaskeramiken, bezeichnet auch als „AF-GC" mit folgender Zusammensetzung in Gewichtsprozent auf Oxidbasis:
35 - 70, bevorzugt 35 - 60 SiO2
14-40, bevorzugt 16,5 - 40 AI2O3
0 - 20, bevorzugt 4-20 MgO, besonders bevorzugt 6-20 MgO
0-15, bevorzugt 0-9 ZnO, besonders bevorzugt 0-4 MgO 0-10, bevorzugt 1-10 TiO2
0-10, bevorzugt 1-10 ZrO2
0-8, bevorzugt 0-2 Ta2O5
0-10, bevorzugt 0-8 BaO
0-10, bevorzugt 0-5 CaO 0-5, bevorzugt 0 - 4 SrO
0-10, bevorzugt > 4 - 10 B2O3
0-10 P2O5
0-5 Fe2O3
0-5 CeO2 0-3 Bi2O3
0-3 WO3
Figure imgf000031_0001
3Ü
0-4 übliche Läutermittel sind z. B. SnO2, CeO2, SO4, Cl, As2O3,
Sb2O3
Die Zusammensetzungen der alkalifreien Glaskeramiken sind charakterisiert durch die Hauptkristallphasen Spinell, Sapphirin, Hochquarzmischkristall (HQMK), alpha- Quarz, Cordierit und entsprechende Mischkristalle (insbesondere Zn- Spinelle/Sapphirine; Mg/Zn-HQMK).
Als alkalihaltige Glaskeramiken, bezeichnet als „AH-GC", finden erfindungsgemäß beispielsweise folgende Zusammensetzungen (in Gew-%) auf Oxidbasis
Verwendung:
50-70 SiO2
17-27 AI2O3
>0-5 Li2O
0-5 Na2O
0-5 K2O
0-5 MgO
0-5 ZnO
0-5 TiO2
0-5 ZrO2
0-8 Ta2O5
0-5 BaO
0-5 SrO
0-10 P205
0-5 Fe2O3
0-5 CeO2
0-3 Bi2O3
0-3 WO3
Figure imgf000032_0001
0-4 übliche Läutermittelsind z. B. SnO , CeO2, SO4, Cl, As2O3, Sb2O3 Die Zusammensetzungen der alkalischen Glaskeramiken sind charakterisiert durch die Hauptkristallphasen HQMK(Hochquarzmischkristall), Keatit.
Die nachfolgenden Zusammensetzungen sind als beispielhaft für die oben angegebenen Glaskeramiken anzusehen.
Beispiel 1 :
Beispiel 1 beschreibt Zusammensetzungen von alkalihaltigen Glaskeramiken, die sich bei Rohrzugsversuchen als vorteilhaft erwiesen haben und die in Rohrform zur Führung elektrischer Leitungen oder anderer Bauelemente, die eine elektrische Leitung umfassen, Verwendung finden können:
Anteil in Gew.-% auf Oxidbasis Komponente
67,2 SiO2
21 ,4 AI2O3
3,8 Li2O
1.1 MgO 1 ,7 ZnO
2.2 TiO 1 ,7 ZrO2 0,2 As2O3 0,1 K2O 0,4 Na2O 0,016 Fe2O3
Summe: 99,8
Thermische Ausdehnung: 3,9 (Ausgangsglas)
[ppm/K] <1 (keramisiert) Durch Keramisierung ändert sich die thermische Ausdehnung von 3,9 ppm/K für das Grünglas auf einen Wert < 1 ppm/K für das keramisierte Glas, d. h. die Glaskeramik.
Beispiel 2:
Beispiel 2 beschreibt beispielhaft die Zusammensetzungen einer alkalifreien Glaskeramik.
Anteil in Gew.-% auf Oxidbasis Komponente
58,5 SiO2
20,3 AI2O3
4,2 MgO
8,4 ZnO
3,0 TiO2
5,0 ZrO2
0,5 As2O3
Summe: 99,9
Thermische Ausdehnung: 2,8 (Ausgangsglas)
[ppm/K] 3,8 (keramisiert)
Die thermische Ausdehnung ändert sich durch die Keramisierung von 2,8 ppm/K beim Grünglas auf 3,8 ppm/K bei der Glaskeramik.
Die oben angegebenen Zusammensetzungen sind Zusammensetzungen des Ausgangsglases, die aber auch nach der Keramisierung erhalten bleiben.
Die Ausgangsgläser der Glaskeramiken können mittels Einschmelzen bei einer Temperatur 1 , Läutern bei einer Temperatur 2, wobei die Temperatur 2 höher als die Temperatur 1 ist, und anschließendes Ausarbeiten in einem Tiegel in einem einstufigen Verfahren hergestellt werden. Möglich ist auch, nach dem Einschmelzen vorzuläutern und abzuschrecken. Bei einem zweistufigen Verfahren wird in einem ersten Schritt zweistufigen Verfahrens bei hohen Temperaturen, wie beispielsweise 1650 °C das Einschmelzen durchgeführt, wonach während eines zweiten Schrittes dann wiedereingeschmolzen, nachgeläutert und ausgearbeitet wird. Schritt 1 des zweistufigen Verfahrens sollte in einem Kieselglastiegel durchgeführt werden, wobei Schritt 2 dann im Platintiegel durchführbar ist. Beispielsweise kann bei 1450 °C in einem PtRh-io Tiegel (4 Liter Volumen) mit direkt angesetzter Düse für zwei Stunden das Wiedereinschmelzen, gefolgt von Nachläutern bei 1450 °C für zwölf Stunden und dann bei 1500 °C für vier Stunden durchgeführt werden. Dann wird die Düse mit einem Brenner „frei geschmolzen", wobei ein Teil des Glaskeramik- Ausgangsglases verworfen wird. Anschließend erfolgt die Heißformgebung bei beispielsweise 1475 °C - 1485 °C. Das entstandene Glaskeramikrohr wird mittels einem sich anschließenden Muffelofen bei 1080 °C warm gehalten. Wichtig zum Ausbilden von Rohren ist die sich in der Düse befindliche Nadel, welche bis zu 10 mm weit aus der Düse herausragen kann. Ein geeigneter Innendurchmesser der Düse kann 35 mm betragen.
Geeignete Rohrabmessungen für die erhaltenen Glaskeramiken sind beispielsweise: Gesamtdurchmesser von 8 mm bei 1 mm Wandstärke und 6 mm Rohrinnendurchmesser, zu erlangen bei Abzugsgeschwindigkeiten von etwa 34 cm/min; Gesamtdurchmesser von 10,5 mm bei 1 ,2 mm Wandstärke, zu erlangen bei Abzugsgeschwindigkeiten von etwa 16 cm/min; Gesamtdurchmesser von 13,5 mm bei 1 ,2 - 1 ,4 mm Wandstärke, zu erlangen bei Abzugsgeschwindigkeiten von etwa 10 cm/min. Die Angabe des Gesamtdurchmesser soll hier keineswegs beschränkend für die Verfahrensführung verstanden werden. Durch nur in wenigen Schritten modifizierte Verfahren, insbesondere Anwendung von Ziehgeschwindigkeiten unter 10 cm/min und Verwendung optimierter Ziehdüsen, Ziehmuffel und Ziehnadelauslegung ist es auch möglich Außendurchmesser bis 25 mm oder mehr kristallfrei zu prozessieren . Für die erfindungsgemäßen Verwendungen kann es auch sinnvoll sein, Glaskeramikrohre mit anderen Abmessungen, Glaskeramikstäbe oder Glaskeramiken in anderen Ausgestaltungsformen herzustellen. Vorrichtungen wie in der Deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 103 48466.3 beschrieben, können zur Herstellung der hier beschriebenen Glaskeramiken verwendet werden.
Bezüglich der Herstellung der in der Figur 2 beschriebenen Formen, insbesondere Sonderformen für die rohrförmigen Elemente bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten, welche nachfolgend in schematisiert vereinfachter Darstellung anhand von Blockschaltbildern wiedergegeben sind. Dabei werden im wesentlichen zwei grundlegende Verfahrenstypen unterschieden, die sich durch eine räumliche und/oder zeitliche Trennung der Verfahrensschritte Herstellung eines Rohrhalbzeuges, Keramisierung und keramisiert.es Rohr- bzw. Rohrhalbzeug unterscheiden. Dabei wird die Endgeometrie des keramisierten Rohrhalbzeuges im allgemeinen während des Herstellungsverfahrens für das Rohrhalbzeug oder anschließend im Nachgang an die Herstellung des keramisierten Rohrhalbzeuges erfolgen.
Gemäß Figur 3a wird die Endgeometrie in einem zumindest zweistufigen
Verfahren hergestellt, bei welchem in der ersten Verfahrensstufe ein zumindest teilweise keramisiertes Rohrhalbzeug gefertigt wird und in der zweiten Verfahrensstufe das keramisierte Rohrhalbzeug einer mechanischen Nachbearbeitung unterzogen wird, in dessen Endergebnis das rohrförmige Element 5 vorliegt. Die mechanische Nachbearbeitung erfolgt vorzugsweise spanend, d. h. die gewünschte Kontur wird durch Abtrag bzw. Trennen realisiert. Bei der mechanischen Nachbearbeitung handelt es sich in der Regel um ein Trennverfahren, insbesondere Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide, wie z. B. Drehen oder Fräsen. Im einzelnen bedeutet dies für die Herstellung der Geometrie am Außenumfang 10, dass diese beispielsweise mittels Drehen hergestellt wird. Dies gilt auch für die Kontur am Innenumfang. Denkbar ist hier auch, diese durch Fräsen herzustellen. Mit der nachgelagerten mechanischen Bearbeitung, insbesondere spanenden Bearbeitung, können auch komplexe Geometrien mittlerweile präzise eingestellt werden. Vorzugsweise finden derartige Verfahren bei Rohrhalbzeugen mit konstantem Innendurchmesser Anwendung. Der Außendurchmesser über die Erstreckung in Längsrichtung sowie die Wandstärke können dann im festen Verhältnis zueinander variiert werden. Ferner können durch die spanende Bearbeitung auch einspringende Geometrien realisiert werden.
Die Herstellung des keramisierten Rohrhalbzeuges kann ebenfalls auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Gemäß einer ersten Ausführung handelt es sich hierbei ebenfalls um ein mehrstufiges Verfahren, wobei zwischen der Herstellung eines Rohrhalbzeuges und der Keramisierung in zwei unterschiedlichen Stufen gemäß Figur 3a1 unterschieden wird. In diesem Fall wird aus der Schmelze im anschließenden Umformvorgang, in der Regel Ziehen, ein Rohrhalbzeug mit einer bestimmten Geometrie, insbesondere einem
Außendurchmesser, Innendurchmesser und einer bestimmten Länge I hergestellt. Diese sind dabei, da es sich hierbei um die Daten für das Rohrhalbzeug handelt, für den Außendurchmesser mit ADRHZ, für den Innendurchmesser mit IDRHZ und für die Länge IRHZ bezeichnet. Dabei kann bereits auch während des Umformvorganges eine bestimmte Geometrie erzeugt werden, vorzugsweise wird jedoch für ein Verfahren zur Herstellung der Endgeometrie des rohrförmigen Elementes 5 durch mechanische Trennverfahren ein Rohrhalbzeug mit konstanter Geometrie, insbesondere konstantem Innen- und Außendurchmesser für die gesamte Länge I gefertigt. Dieses Rohrhalbzeug kann dann entweder anschließend oder mit zeitlicher Verzögerung, d. h. beispielsweise nach einer Zwischenlagerung, dem Keramisierungsprozess unterzogen werden. Dazu wird das gesamte Rohrhalbzeug auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur erwärmt. Der Keramisierungsprozess würde dann jedoch vorzugsweise in einer vorgegebenen Form erfolgen.
Eine weitere Möglichkeit gemäß Figur 3a2 besteht darin, den Keramisierungsprozess dem Umformverfahren nachgelagert durchzuführen. Im 30
Ergebnis entsteht dann bereits das keramisierte Rohrhalbzeug mit einer bestimmten Grundgeometrie, die durch einen bestimmten Außendurchmesser AKRHz, diKRHz und eine bestimmte Länge IKRHZ charakterisiert ist. Diese Ausführung stellt eine besonders vorteilhafte Ausführung dar, da hier quasi hintereinander das keramisierte Rohrhalbzeug hergestellt wird.
Wird auf die mechanische Nachbearbeitung, insbesondere den Trennvorgang durch spanende Bearbeitung, verzichtet, liegt am Ende der ersten Verfahrensstufe auch bereits das rohrförmige Element als keramisiertes Rohrhalbzeug mit den gewünschten geometrischen Abmessungen vor. In diesem Fall wird analog im ersten Verfahrensschritt eine Schmelze aus den Ausgangsmaterialien hergestellt, die im zweiten Verfahrensschritt in dem sogenannten Umformvorgang gekoppelt mit der Keramisierung durch entsprechende Keramisierungstemperatur zur gewünschten Endgeometrie des rohrförmigen Elementes führt. In der Regel wird dabei der Glasstrang im Ziehprozess geformt, d. h. hier wird die Umformstrecke noch einmal erwärmt und mittels einer Formgebungseinheit, umfassend wenigstens ein Formgebungswerkzeug, umgeformt. Dabei wird das Ziehgut über eine vordefinierte Länge in Vorschubrichtung, beispielsweise mittels Infrarotstrahlung, mit einer Wellenlänge im Bereich von einschließlich 760 nm bis 1 mm erwärmt. Die Formgebungseinheit wirkt dabei während des
Erwärmungsprozesses auf das Ziehgut in Form des erkaltenden Glasstranges ein. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung erfolgt die Einwirkung der Formgebungseinheit auf das Ziehgut dann zeitgleich mit dem Beginn des Erwärmungsvorganges oder gemäß einer alternativen Ausführung auf das bereits vorgewärmte Ziehgut. Vorzugsweise dauert die Einwirkung der
Formgebungseinheit auf das Ziehgut dann noch eine bestimmte Zeitdauer nach Beendigung des Erwärmungsvorganges an. Je nach Ausgestaltung der Formgebungseinheit können unterschiedliche Geometrien der Endquerschnitte des Ziehgutes über die Länge erzielt werden. Gemäß einer ersten Ausführungsform entspricht die Grundgeometrie des Endquerschnittes dabei der Grundgeometrie des Ausgangsquerschnittes des Ziehgutes vor dem Umformvorgang, und es wird nur eine Änderung des Querschnittsflächeninhaltes erzeugt, was zum einen durch wenigstens eine der nachfolgenden Größen erzielt werden kann:
- die Vorschubgeschwindigkeit des Ziehgutes - die Form des Formgebungswerkzeuges und
- die Vorschubgeschwindigkeit des Formgebungswerkzeuges,
wobei diese drei Größen unabhängig voneinander steuerbar sein können.
Gemäß einem zweiten Lösungsansatz ist die Grundgeometrie des
Endquerschnittes des Ziehgutes gegenüber der Grundgeometrie des Ausgangsquerschnittes verändert. Diese Änderung ergibt sich dabei als Funktion der Formschubgeschwindigkeit des Formgebungswerkzeuges und/oder der Form des Formgebungswerkzeuges. Dabei können kontinuierliche Änderungen der Querschnittsflächen Inhalte und/oder der Grundgeometrie der Querschnittsflächen über eine bestimmte vordefinierte Länge des Ziehgutes erzeugt werden. Das Ziehgut selbst kann dazu mit gleichmäßiger Vorschubgeschwindigkeit bewegt werden, während das Formgebungswerkzeug in der gleichen Position gegenüber dem Ziehgut verharrt. Andernfalls ist auch eine diskontinuierliche Änderung des Querschnittsflächeninhaltes und/oder der Grundgeometrie über eine bestimmte vordefinierte Länge des Ziehgutes möglich. So kann eine diskontinuierliche Änderung des Querschnittsflächeninhaltes und/oder der Grundgeometrie der Querschnittsfläche durch Änderung der Position eines oszillierenden Formgebungswerkzeuges erzeugt werden. Ferner kann eine diskontinuierliche Änderung der Grundgeometrie der Querschnittsfläche und/oder des
Querschnittsflächeninhaltes zusätzlich oder alternativ durch Änderung der Vorschubgeschwindigkeit des oszillierenden Formgebungswerkzeuges gegenüber dem Ziehgut erzeugt werden. Die diskontinuierliche Änderung des Querschnittsflächeninhaltes und/oder der Grundgeometrie der Querschnittsfläche kann des weiteren zusätzlich oder alternativ durch Änderung der
Vorschubgeschwindigkeit des Ziehgutes für eine vordefinierte Länge des Ziehgutes erzielt werden. Derartige Sonderformen können somit beispielsweise durch Stauchen des Rohres im Wachsweichstadium erfolgen, indem man beispielsweise statt Rollen Greifer zum Abzug der Rohre verwendet. Dadurch wird es möglich, den Abzug kurz zu unterbrechen, und man erhält dann an der Düse eine Verdickung durch Überfließen von Glas.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, durch Einstellung über Walzendurchmesser, beispielsweise mittels nicht kreisförmiger bzw. elliptischer Geometrie der Abziehwalzen bzw. kreisförmiger Geometrie mit abgeschnittenen Segmenten, werden dem abgezogenen Glasrohr unterschiedliche Abziehgeschwindigkeiten und damit unterschiedlicher Abmessungen am Außendurchmesser, Innendurchmesser und damit auch der Wandstärke aufgeprägt. All diese Maße ändern sich jedoch bei derartigen Vorgängen gleichzeitig. Die Übergänge zwischen den verschiedenen Durchmesserbereichen sind dann fließend. Ähnliche Effekte kann man erzielen, wenn man beispielsweise periodisch die entsprechende Düsentemperatur ändert bzw. über eine kurzzeitige zuschaltbare Heizeinrichtung.
Eine weitere Möglichkeit beinhaltet die Formgebung durch ein gasförmiges Medium, beispielsweise Blasluft. Auch hier wird das Ziehgut bzw. das bereits entstandene Rohrhalbzeug mittels einer entsprechenden Heizeinrichtung oberhalb der Schmelztemperatur wieder erhitzt. Mit Hilfe von Blasluft wird dieses dann gedehnt. Durch den Einsatz von äußeren Begrenzungsformen können dann relativ eng begrenzte und scharf ausgebildete Geometrien realisiert werden. Bei dieser Ausführung wird dabei zwischen einer gleichzeitigen bzw. verhältnismäßigen Änderung von Außendurchmesser, Innendurchmesser und Wandstärke unterschieden.
In der Regel werden die Durchmesservariationen abzugs- und/oder temperaturgesteuert durchgeführt.
Die dritte Variante beinhaltet die Herstellung der Endgeometrie des rohrförmigen Elementes 5 aus wenigstens zwei, vorzugsweise mehreren einzelnen Rohrhalbzeugen, welche vorzugsweise bereits als keramisierte Rohrhalbzeuge vorliegen. Dabei werden zwei Rohrhalbzeuge, vorzugsweise bereits zwei keramisierte Rohrhalbzeuge, mit den gewünschten unterschiedlichen Geometrien, gefertigt, derart, dass der Außendurchmesser des ersten Rohrhalbzeuges dem Innendurchmesser des mit diesem zu verbindenden zweiten Rohrhalbzeuges entspricht. Die einzelnen Rohrhalbzeuge werden dann, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Glaslotes, miteinander verschmolzen. Bei dieser Ausführung variiert neben dem Innendurchmesser auch der Außendurchmesser, wobei die Wandstärke frei variiert werden kann. Insbesondere bei starken sprunghaften, in Umfangsrichtung verlaufenden und sich über den gesamten Umfang des rohrförmigen Elementes erstreckenden Vorsprüngen ist es möglich, auf relativ kurzem Wege einen starken Temperaturgradienten einzustellen.
Für die häufig verwendete Begriffe werden nachfolgend genannte Erläuterungen zugrunde gelegt:
Vorschubrichtung: Bewegungsrichtung des Ziehgutes währen des
Ziehprozesses Zufuhrstrecke: der Erwärmungseinheit vorgeschaltete Strecke
Undefinierter Länge, welche der Zufuhr des Ziehgutes zur Erwärmungseinheit dient
Erwärmungsstrecke: entspricht geometrisch wenigstens den Abmessungen der Erwärmungseinheit in Vorschubrichtung zwischen
Zufuhr- und Abfuhrstrecke und definiert den
Wirkbereich der Erwärmungseinheit in
Vorschubrichtung auf das Ziehgut
Abfuhrstrecke: wird durch die zurückgelegte Strecke des Ziehgutes bei
Entfernung aus der kombinierten Erwärmungs- und
Formgebungseinheit nach Beendigung des
Umformvorganges charakterisiert und ist der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit nachgeschaltet oder entspricht der Summe aus Erwärmungs- und Formgebungsstrecke und Vorschubstrecke bei diskontinuierlichem Umformprozess
Formgebungsstrecke wird durch das Einwirken des Formgebungswerkzeuges auf das Ziehgut in
Vorschubrichtung betrachtet bestimmt und entspricht geometrisch den Abmessungen der Formgebungseinheit in Vorschubrichtung kombinierte Erwärmungs- und Formgebungsstrecke: wird in Vorschubrichtung durch die Überlagerung von
Erwärmungsstrecke und Formgebungsstrecke bestimmt
Die Erwärmung des Ziehgutes beginnt dabei
a) zeitlich voπterlagert zum Umformvorgang oder b) zeitgleich mit dem Umformvorgang.
Gerade die unter b) genannte Möglichkeit bietet den Vorteil, dass die eigentliche Erwärmungsstrecke relativ klein gehalten werden kann und die kombinierte Erwärmungs- und Umformstrecke sich in einer geringen Baulänge der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungsstrecke widerspiegelt.
Mit der Lösung ist es möglich, das Ziehgut hinsichtlich der Abmessungen ihrer Querschnittsflächen und damit der Flächeninhalte zu verändern, wobei die
Querschnittsgrundgeometrie gleich bleibt oder bei entsprechender Ausgestaltung des Formgebungswerkzeuges auch noch zusätzlich verändert werden kann. Die Möglichkeit der Änderung der Grundgeometrie des Querschnittes während des Ziehprozesses stellt eine besonders vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, wobei beliebige Ausgangsquerschnitte in beliebige Endquerschnitte transferiert werden können. Besonders gängige Querschnittsgeometrieänderungen sind Änderungen von runden Querschnitten in eckige Querschnitte.
Die Änderung der Querschnittsabmessungen, d. h. die Querschnittsflächeninhalte bei gleichbleibender Querschnittsgeometrie sind vorzugsweise steuerbar. Als Funktion der Vorschubgeschwindigkeit des Ziehgutes sowie der Ausgestaltung des Formgebungswerkzeuges, insbesondere bei Ausführung als Profilwalzen oder -Stempel des Abstandes zwischen diesen, erfolgt die Steuerung durch Veränderung dieser Größen. Diesbezüglich sind keine speziellen Modifikationen erforderlich, sondern es kann auf die herkömmlich bekannten Möglichkeiten zurückgegriffen werden.
Gemäss einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung sind auch Änderungen in der Geometrie der Querschnittsflächen des Ziehgutes über dessen Länge betrachtet erzielbar. Die Geometrieänderungen werden durch die
Formgebungseinheit, insbesondere das Formgebungswerkzeug erzeugt. Dabei " werden über die Länge des Ziehgutes betrachtet kontinuierliche Querschnittsgeometrieänderungen, d. h. eine gleichmäßige Einstellung einer anderen Geometrie über die gesamte Länge des Ziehgutes, oder aber diskontinuierliche Querschnittsgeometrieänderungen über die Länge des Ziehgutes erzielt.
Eine kontinuierliche Querschnittsgeometrie über die gesamte Länge des Ziehgutes wird bei
a) gleichmäßiger Vorschubgeschwindigkeit des Ziehgutes und b) Auslegung des Formgebungswerkzeuges für die Erzeugung einer bestimmten Geometrie
erzielt. Eine diskontinuierliche Änderung der Querschnittsgeometrie über eine bestimmte Länge des Ziehgutes kann mittels einer der nachfolgend genannten Maßnahmen oder aber auch Kombination dieser erzielt werden:
a) Variationen der Vorschubgeschwindigkeit über eine bestimmte Länge des Ziehgutes b) Änderung der Lage und evtl. zusätzlich Variation der Geschwindigkeit der Lageveränderung oder der Form des Formgebungswerkzeuges
Werden als Formgebungswerkzeuge Pressstempel verwendet, beschreiben ihre zueinander weisenden Stirnseiten, die auch auf das Ziehgut einwirken, die Geometrie des Ziehgutes im Endzustand. Durch die Führung dieser Pressstempel, verschiebbar in einem Winkel zur Vorschubrichtung, kann die Position der Pressstempel verändert werden, wobei bei Beibehaltung der Querschnittsgrundgeometrie zusätzlich die Größe des Querschnittes verändert werden kann. Durch die Variation der Geschwindigkeit dieser Bewegung gegenüber der Vorschubgeschwindigkeit des Ziehgutes können zusätzlich bestimmte und unbestimmte Übergangsbereiche geschaffen werden. Werden rotierende Walzen verwendet, kann eine Änderung der Querschnittsgeometrie und der Querschnittsgröße durch die Ausgestaltung des Umfanges dieser Walzen geschaffen werden. Über den Umfang betrachtet weist dann die Walze beispielsweise zwei oder mehrere unterschiedliche Querschnittsgeometrien auf. Dadurch wird es möglich, dass während des Abrollvorganges bereits Querschnittsgeometrie- und Querschnittsabmessungsveränderungen vorgenommen werden. Sind die Profilwalzen über den gesamten Umfang mit gleichbleibendem Querschnitt ausgestattet, werden diese im kontinuierlichen Ziehprozess zur kontinuierlichen Querschnittsgeometrieänderung eingesetzt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umformung von Faserstäben während des Ziehprozesses umfasst eine Zufuhrstrecke, eine Abfuhrstrecke, eine Erwärmungsund eine Formgebungseinheit. Die Erwärmungseinheit kann mindestens eine Infrarotheizeinrichtung mit wenigstens einem Infrarotheizelement, welches um den Umfang des Ziehgutes beim Passieren der Erwärmungseinheit angeordnet ist aufweisen. Der Wirkbereich der Erwärmungseinheit auf das Ziehgut in Vorschubrichtung betrachtet, definiert eine Erwärmungsstrecke. Aufgrund der Abstrahlung ist diese in der Regel größer als die geometrische Abmessung der Erwärmungseinheit in Vorschubrichtung betrachtet. Innerhalb der Erwärmungsstrecke ist erfindungsgemäß wenigstens teilweise die Formgebungseinheit, umfassend wenigstens ein Formgebungswerkzeug angeordnet. Das Formgebungswerkzeug ist wenigstens mit dem auf das Ziehgut einwirkenden Teil aus Quarzglas gefertigt, vorzugsweise vollständig. Das Quarzglas ist dabei durch folgende Zusammensetzung gekennzeichnet: Das
Quarzglas besteht zu mindestens 90 %, vorzugsweise zu mindestens 95 % aus Siθ2. Verunreinigungen können metallischen oder nichtmetallischen Ursprungs sein. Beispielsweise sind dies überwiegend Li, Na, K, Ca, Mg, Fe, Cu, Cr, Mn, AI, Ti, etc.
Als Formgebungswerkzeuge finden
a) Pressstempel oder b) Profilwalzen
Verwendung.
Die Pressstempel können dabei
a) hinsichtlich ihrer Lage ortsfest in der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit angeordnet sein oder aber b) hinsichtlich ihrer Lage veränderbar.
Die Möglichkeit gemäss b) wird durch eine Lagerung der Pressstempel verschiebbar in einem Winkel zur Vorschubrichtung des Ziehgutes erzielt. Vorzugsweise sind die Pressstempel senkrecht zum Ziehgut verschiebbar in der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit geführt und gelagert.
Die Geometrie durch das Formgebungswerkzeug wird beim Pressstempel durch Ausgestaltung der zueinander weisenden Außenflächen bestimmt. Durch Einarbeitung von Ausnehmungen mit beispielsweise eckigem oder halbkreisförmigem Querschnitt können unabhängig von der Geometrie des Ziehgutes im Ausgangszustand eckige oder kreisrunde Querschnitte im Endzustand erzielt werden.
Bei gleichbleibender Lage der Pressstempel wird eine kontinuierliche Querschnittsgeometrieänderung erzielt. Bei oszillierenden Pressstempeln, d. h. Führung in einem Winkel oder vorzugsweise senkrecht zum Ziehgut, können gleichmäßige oder ungleichmäßige Querschnittsänderungen über eine definierte Länge des Ziehgutes erzielt werden. Dieser Effekt kann durch die Variation der Geschwindigkeit der Bewegung der Pressstempel erhöht werden.
Bei Verwendung von Profilwalzen als Formgebungswerkzeug sind diese vorzugsweise ortsfest in der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit gelagert. Die Ausgestaltung der Außenfläche in Umfangsrichtung bestimmt dabei die Geometrie des Ziehgutes nach dem Umformvorgang. Für kontinuierliche Ziehprozesse mit kontinuierlicher Querschnittsänderung weist die Profilwalze in Umfangsrichtung immer den gleichen Querschnitt auf. Für kontinuierliche Ziehprozesse mit diskontinuierlichen Querschnittsänderungen ist die Profilwalze in Umfangsrichtung betrachtet durch eine Abfolge unterschiedlicher Querschnitte charakterisiert.
Ferner ist das kombinierte Umform- und Formgebungsverfahren für Rohrhalbzeuge auch für diskontinuierliche Ziehprozesse geeignet, bei welchen die Zufuhrstrecke gleich der Abfuhrstrecke entspricht. In diesem Fall wird lediglich ein vorgeformtes Faserstabelement der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit zugeführt, wobei der in Vorschubrichtung vordere Teil lediglich einer Formgebung unterzogen wird und nach Beendigung des Formgebungsprozesses das Ziehgut entgegen der Vorschubrichtung wieder aus der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit herausgefahren wird. Die Abfuhrstrecke entspricht dabei der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungsstrecke und der Zufuhrstrecke.
Unter einem weiteren Aspekt ist das Formgebungswerkzeug in Richtung des Ziehgutes betrachtet vorzugsweise mehrteilig ausgeführt. D. h., es sind mehrere Pressstempel- oder Profilwalzenanordnungen einander nachgeschaltet. Dies ermöglicht es, kleinere Einzelwerkzeuge einzusetzen, welche eine kürzere
Wirkdauer auf das Ziehgut ausüben, um damit auf eine notwendige Kühlung des Werkzeuges zu verzichten.
Für das in den Figuren 2a bis 2d dargestellte rohrförmige Element, insbesondere die Funktion eines Halte- und Führungskörpers 4 für eine Einrichtung zur
Erfassung mindestens einer physikalischen Zustands- oder Bewegungsgröße, ist es ferner denkbar, derartige Rohre bzw. rohrförmige Elemente aus zumindest teilweise Glaskeramik auch zur Führung, Ummantelung von festen, flüssigen und gasförmigen Medien zu nutzen.
Rohrförmig Glaskeramikteile, wie zuvor beschrieben, können des weiteren verwandt werden als Düsenführung für elektrische Leitungen, als Isolatoren, Spulenkörper, Düse, insbesondere als Ansaug- oder Brennerdüse, Schutzrohr, Lagerwelle, Rumpenkolben, Ventilkegel oder Ventilsitz.
Bei Nutzung von Glaskeramiken in Vorrichtungen zur Erfassung physikalischer Größen bietet die Glaskeramik folgende nutzbringende Eigenschaften und Vorzüge: eine hohe Temperaturbeständigkeit und eine hohe Temperaturwechsel/Schockbeständigkeit sowie hohe mechanische Festigkeit, eine hohe chemische Resistenz sowie ein breit einstellbares Spektrum an
Ausdehnungskoeffizienten bis auf null Ausdehnung sowie in Abhängigkeit von den Keramisierungsstrategien unterschiedlicher Transparenz. Spezielle Daten für LAS sind im Vergleich zu Keramiken in der in Figur 4 dargestellten Tabelle aufgeführt. Glaskeramik unterscheidet sich gegenüber einer Keramik dabei durch das Herstellungsverfahren sowie dadurch bedingt in der Textur des Materiales. Wie bereits ausgeführt, existiert noch eine Restglasfaser als Bestandteil, in welche auskristallisierte Partikel eingebettet sind. Besonders hohe Temperaturbeständigkeiten erreicht man durch MAS-Typen.
Eine Möglichkeit der Keramisierung von Grundglas mittels kIR-Strahlung wird in DE 100 60 987 beschrieben, in DE 100 62 187 unter zusätzlicher Verwendung einer Levitationseinrichtung. Letztere verhindert Kratzer auf der
Glaskeramikoberfläche. Ein Vorteil der Anwendung von kIR-Strahlung im Vergleich zur Verwendung einer normalen Gasflamme liegt in der sehr schnellen und lokalen Erwärmung der Glasposten. So kann beispielsweise sehr schnell und lokal eine einfache Rohrab- oder Rohrdurchschmelzung erfolgen, ohne dass störende und unkontrollierte Kristallausscheidungen erfolgen. Unter Zuhilfenahme von kIR-Strahlung können auch bei der Herstellung von Verbänden, insbesondere Glaskeramik Metallverbänden, durch Verschmelzen Spannungszustände weitestgehend vermieden werden, da diese lediglich den Glaskeramikposten erhitzen, das entsprechende Metallelement jedoch nur unwesentlich, bei kurzen Expositionsdauern jedoch gar nicht.
Die Figur 4 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung mögliche Anwendungen des erfindungsgemäßen Grundgedankens des Einsatzes von teilweise aus Glaskeramik ausgeführten Baugruppen und/oder Komponenten und/oder Einzelteilen in unterschiedlichen technischen Systemen, die im Fahrzeug, Anlagenbau, insbesondere in mobilen und stationären Anlagen Verwendung finden können.
Die Figur 4a verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung eine erste Anwendungsmöglichkeit für Glaskeramik in technischen Systemen in Form von Gleitsystemen 16 für den Einsatz beispielsweise im Fahrzeugbau oder in stationären oder mobilen Anlagen. Das Gleitsystem 16 wird von einem Lager 20, insbesondere ein Radialgleitlager 21 , gebildet. Dabei verdeutlicht 22 die zu lagernde Welle. Der Lagerkörper ist mit 23 bezeichnet. Wenigsten ein Teil eines eine einzelne Gleitfläche 18 am Lagerkörper 23, 19 an der Welle 22 bildenden Flächenbereiches 56 am Lagerkörper 23 und 57 an der Welle 22 ist wenigstens teilweise oder vollständig aus Glaskeramik ausgeführt. Das Gehäuse, d. h. das Anschlusselement, in welchem die Lagerung erfolgt, ist hier mit 24 gekennzeichnet. Denkbar ist auch eine Paarung unterschiedlicher Materialien für die miteinander wenigstens mittelbar in Wirkverbindung tretenden Gleitflächen 18, 19. So kann die Welle 22 metallisch ausgeführt sein. Der Lagerkörper 23 kann dabei einteilig oder mehrteilig in Form von Lagerschalen 23.1, wie als Detail in der Figur 4a ebenfalls dargestellt, ausgeführt werden. Es besteht dabei die Möglichkeit das Vollelement aus Glaskeramik zu fertigen oder aber nur die entsprechenden Flächenbereiche, wobei hier eine Mehrkomponentenzusammensetzung gewählt wird, die die Verschmelzung der Glaskeramik mit einem weiteren Material beinhaltet. Vorzugsweise ist bei einem Radialgleitlager lediglich die Gleitfläche 18 am Lagerkörper aus Glaskeramik gefertigt.
Stellt die Figur 4a lediglich eine Anwendung in einem Radialgleitlager dar, ist auch eine Anwendung in einem Axialgleitlager oder einer kombinierten, radialen Axialgleitlagereinrichtung denkbar. Figur 4b verdeutlicht dabei eine Möglichkeit des Einsatzes einer aus wenigstens teilweise aus Glaskeramik bestehenden Gehäusescheibe 25 zur Lagerung einer Welle 22 in einem Axialgleitlager 26. Auch hier ist die Gehäusescheibe 25 dabei als rohrförmiges Element ausgeführt, wobei dieses im dargestellten Fall zwar mit konstantem Innendurchmesser und unterschiedlichen Außendurchmesserbereichen ausgeführt ist. Die Abstützung der Wellenscheibe 25 erfolgt dabei im Gehäuse 24. Denkbar ist auch eine Kombination von Axial- und Radialgleitlager, hier jedoch nicht dargestellt. Sind bei den Ausführungen gemäß Figur 4a und 4b jeweils immer die Gehäuse- bzw. die Wellenscheiben wenigstens teilweise aus Glaskeramik ausgeführt, ist es auch denkbar, die Lagerumgebung, insbesondere Anschlusselemente, insbesondere das Gehäuse bzw. Bereiche dieser aus Glaskeramik auszubilden. Die Figur 4c verdeutlicht in schematisiert stark vereinfachter Darstellung einen weiteren Anmeldungsbereich von Glaskeramik in einem technischen System 55 in Form eines Dichtsystems 58, umfassend wenigstens eine Dichteinrichtung 27. Diese können je nach Ausführung der die Dichtpaarung miteinander bildenden Elemente als berührungslos oder berührende Dichtung ausgeführt sein. Denkbar ist im letzten Fall die Ausbildung als Spalt- oder Labyrinthdichtung. Figur 4c verdeutlicht dabei beispielhaft die Ausführung als Dichtring 28, wobei 28a in einer Spaltdichtung, wie dargestellt oder auch als berührende Dichtung Verwendung finden kann, während die Ausführung 28b als Labyrinthdichtung fungiert. Dabei wird wenigstens eine Dichtfläche 29a bzw. 29b der die Dichtpaarung bildenden Elemente wenigstens teilweise aus Glaskeramik ausgeführt. Vorzugsweise sind beim Einsatz von Glaskeramik in Dichtsystemen die Dichteinrichtungen vollständig aus Glaskeramik ausgeführt. Es handelt sich dabei um beliebig geformte geometrische Strukturen, insbesondere Ringe, flächige Gebilde, die entsprechende Dichtflächen aufweisen.
Figur 4d verdeutlicht eine Ausführung eines technischen Systems 55 in Form eines Friktionssystems 17. zur Realisierung einer reibschlüssigen Verbindung zwischen zwei mit Relativdrehzahl zueinander rotierenden Elementen oder einem drehenden und einem ortsfesten Element 30, 31 mit wenigstens teilweiser
Ausbildung einer die Reibpaarung bildenden Flächenbereiche 59 und 60 and den Elementen 30 oder 31 aus Glaskeramik. Derartige reibschlüssige Verbindungen können beispielsweise in Kupplungen oder Bremseinrichtungen zum Einsatz gelangen. Denkbar ist vorzugsweise der Einsatz von Glaskeramik als Bremsbelag in Scheiben- oder Backenbremsen sowie als Reibbelag in Kupplungsscheiben. Der Reibbelag kann dabei einteilig ausgeführt sein oder von einer Vielzahl von Einzelelementen, insbesondere Pellets gebildet werden. Der Reibschluss erfolgt dabei zwischen relativ zueinander bewegbaren Flächen, wobei rotierende, oszillierende, axiale Bewegungen oder andere denkbar sind.
Figur 4e verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung beispielhaft die Einsatzmöglichkeit in Zündkerzen 32. Diese hat die Aufgabe, die von der Zündspule erzeugte Zündspannung in einen Zylinder zu leiten. Die Zündspannung erzeugt dabei zwischen den Elektroden der Zündkerze den sogenannten Zündfunken. Figur 4e verdeutlicht dabei schematisiert den Aufbau einer Zündkerze. Zu erkennen ist dabei eine in einer Isolatoreinheit 36 gelagerte und geführte Mittelelektrode 35, ferner eine elektrisch leitende Glasschmelze in der Isolatoreinheit zum Anschlussbolzen 37, welche die Aufgabe hat, die Mittelelektrode mit dem Anschlussbolzen gasdicht zu verbinden. Die Kerzenisolatoreinheit 36 ist ferner in einem Kerzengehäuse 34 gelagert. An dieser befestigt ist die Masseelektrode 33. Ferner ist eine Kriechstrombarriere 38 vorgesehen, die die Kerzenisolatoreinheit 36 umschließt und die Aufgabe hat, bei Verschmutzung oder feuchtem Isolator die Entstehung von Kriechströmen, die die Zündspannung mindern und zu Fehlzündungen führen, zu verhindern. Bei diesen Ausführungen können dabei Bestandteile der Kerzenisolatoreinheit 36, der Kriechstrombarriere 38, des Kerzengehäuses aus Glaskeramik gefertigt werden. Als weitere Anwendungsmöglichkeiten für die Ausbildung von Teilflächen oder die vollständige Ausbildung von Flächen aus Glaskeramik können Bestandteile der Zündanlage, insbesondere des Zündverteilers, angesehen werden.
Gemäß Figur 4f können Bestandteile von Motoren 39, insbesondere Hubkolbenmotoren 40, aus Glaskeramik gefertigt werden. Dabei kann es sich z. B. um Gehäusebestandteile handeln, insbesondere um den Verbrennungsraum 41 begrenzende Flächen, wobei der Verbrennungsraum in diesem Fall vorzugsweise ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildet ist. Der Figur 4f ist schematisiert der äußere Aufbau eines am Beispiel eines Hubkolbenmotors wiedergegeben in Explosionsdarstellung, wobei hier eine Zylinderkopfhaube 42, eine
Ventildeckeldichtung 43, ein Zylinderkopf 44 sowie eine Zylinderkopfdichtung 45 zu erkennen ist. Ferner zeigt die Figur 4e das Zylinderkurbelgehäuse 46, welches auch die Verbrennungsräume 41 beinhaltet und die Ölwannendichtung 47 sowie die Ölwanne 48. Hierbei besteht die Möglichkeit, beispielsweise Bestandteile der Zylinderkopfdichtung, der Ventildeckeldichtung, der Ölwannendichtung sowie der Ölwanne selbst aus Glaskeramik zu fertigen. Figur 4g verdeutlicht ein Turboladerrad 49 eines Fördersystems 61 , wobei dieses wenigstens teilweise, vorzugsweise zumindest jedoch die das Medium kontaktierenden Flächenbereiche aus Glaskeramik bestehen. Figur 4g verdeutlicht beispielhaft einen Ventilstößel 50. Figur 4h verdeutlicht beispielhaft ein Einspritzventil 51 , Figur 4i eine Lambdasonde 52 in einem Katalysator, Figur 4j ein Schaufelrad 53. All diese Ausführungen stellen mögliche Anwendungsbeispiele für den Einsatz von Glaskeramik in mobilen oder stationären Antriebsanlagen oder Aggregaten dar, wobei der erfindungsgemäße Einsatz von Glaskeramik in Hochtemperaturbereichen bzw. Bereichen hoher Beanspruchung nicht auf diese beschränkt sind. Insbesondere beim Einsatz in Antriebsanlagen können dabei Bestandteile von Antriebsmaschinen, egal welcher Art, ob Verbrennungskraftmaschine und/oder elektrische Maschine und/oder hydrostatische Antriebe, im Bereich hoher Temperaturbeanspruchung Elemente aus Glaskeramik enthalten. Dies gilt auch für Leistungsübertragungselemente, insbesondere für Getriebeausführungen, Kupplungen, Bremsen sowie Turbinen oder andere Schaufelräder.
Die Vorteile von Glaskeramiken als Materialien in technischen Systemen beispielsweise anstelle von Aluminiumoxid-, Zinkoxid-, Siliziumnitrid-, Siliziumcarbid, Titandiborid- Keramiken sind, dass sie die Eigenschaften dieser Keramiken, wie gutes Isolierverhalten, sehr gute Verschleißfestigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit, sehr gute Thermoschockbeständigkeit aufweisen, aber darüber hinaus wesentlich einfacher herzustellen sind, niedrige Wärmeleitfähigkeit und große Homogenität aufweisen. Des weiteren können sowohl transparente wie transuzente Glaskeramiken erhalten werden und Glaskeramiken weisen im Gegensatz zu Keramiken praktisch keinerlei Porosität auf. Bezugszeichenliste
1 , 1b Vorrichtung zur Erfassung physikalischer Größen
2 Mess- oder Erfassungselement
3 Verbindungselement
4 Halte- und/oder Führungskörper
5 Rohrförmiges Element
6 Erster Endbereich
7 Zweiter Endbereich
8 erster Teilbereich
9 zweiter Teilbereich
10 Außenumfang
11 Wand
12 Vorsprung
13 Teilbereich
14 Teilbereich
15 Teilbereich
16 Gleitsystem
17 Friktionssystem
18 Gleitfläche
19 Gleitfläche
20 Lager
21 Radialgleitlager
22 Welle
23 Lagerkörper
23.1 Lagerschale
24 Gehäuse
25 Gehäusescheibe
26 Axialgleitlager
27 Dichteinrichtung
28a, 28b Dichtring
29a, 29b Dichtflächen ortsfestes Element ortsfestes Element
Zündkerze
Masseelektrode
Gehäuse
Mittelelektrode
Kerzenisolatoreinheit
Anschlussbolzen
Kriechstrombarriere
Motor
Hubkolbenmotoren
Verbrennurigsraum
Zylinderkopfhaube
Ventildeckeldichtung
Zylinderkopf
Zylinderkopfdichtung
Zylinderkurbelgehäuse
Ölwannendichtung
Ölwanne
Turboladerrad
Ventilstößel
Einspritzventil
Lambdasonde
Schaufelrad technisches System
Flächenbereich
Flächenbereich
Dichtsystem
Flächenbereich
Flächenbereich
Fördersystem
Wanddicke da Außendurchmesser dι Innendurchmesser
1 Längenbereich , In Längenbereiche

Claims

Patentansprüche
1. Technisches System (55), umfassend mindestens eine Baugruppe und/oder Komponente aus wenigstens zwei Einzelteilen und/oder Einzelteil, welche hoher mechanischer Beanspruchung und/oder hohen Temperaturen bis 1100 °C oder mehr aussetzbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe und/oder die Komponente und/oder das Einzelteil wenigstens teilweise aus Glaskeramik ausgeführt sind, wobei die Baugruppe und/oder die Komponente und/oder das Einzelteil eine nicht scheibenförmige Form, insbesondere Rohrform oder rohrähnliche Form aufweist.
2. Technisches System (55) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Einzelteil vollständig aus Glaskeramik ausgeführt ist.
3. Technisches System (55) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Friktionssystem (17) ausgeführt ist.
4. Technisches System (55) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 4.1 das Friktionssystem (17) umfasst wenigstens zwei wenigstens direkt oder indirekt über weitere Übertragungsmittel miteinander kraftschlüssig verbindbare Baugruppen und/oder Komponenten und/oder Einzelteile; 4.2 wenigstens ein Teilbereich wenigstens eines am Kraftschluss beteiligten Flächenbereiches (59, 60) der miteinander kraftschlüssig verbindbaren Baugruppen und/oder Komponenten und/oder Einzelteile und/oder der
Übertragungsmittel ist aus Glaskeramik ausgeführt.
5. Technisches System (55) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Friktionssystem (17) als kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung ausgeführt ist.
6. Technisches System (55) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Friktionssystem (17) als Greifersystem ausgeführt ist, umfassend mindestens ein Greiferelement, dessen Kontaktflächen mit dem zu greifenden Medium wenigstens teilweise aus Glaskeramik bestehen.
7. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Friktionssystem (17) als trockenlaufendes Friktionssystem (17) ausgeführt ist.
8. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Friktionssystem (17) als nasslaufendes Friktionssystem (17) ausgebildet ist.
9. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Gleitsystem (16) ausgeführt ist.
10. Technisches System (55) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragung über die relativ gegeneinander bewegbaren Flächenbereiche (18, 19) durch Festkörperreibung oder Flüssigkeitsreibung oder Mischreibung erfolgt.
11. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Gleitlager (20), insbesondere Axialgleitlager (26), Radialgleitlager (21) oder kombiniertes Axial- Radialgleitlager ausgeführt ist.
12. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitsystem (16) von einer Zylinder- Kolbenkonfiguration gebildet wird.
13. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Dichtsystem (58) ausgeführt ist, umfassend wenigstens eine Dichtpaarung bildende Flächenbereiche (29a, 29b) an gegeneinander abzudichtenden Baugruppen und/oder Komponenten und/oder Einzelteilen oder an einem Dichtelement (27) und einer Baugruppen und/oder Komponenten und/oder Einzelteilen, wobei wenigstens ein Teilbereich eines Flächenbereiches (29a, 29b) der Dichtpaarung aus Glaskeramik ausgeführt ist.
14. Technisches System (55) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Dichtung (27) als berührungslose Dichtung ausgeführt ist.
15. Technisches System (55) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Dichtung (27) als Spaltdichtung ausgeführt ist.
16. Technisches System (55) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Dichtung (27) als Labyrinthdichtung (28b) ausgeführt ist.
17. Technisches System (55) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Dichtung (27) als berührende Dichtung ausgeführt ist.
18. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Dichtung (27) als Dichtring (28a, 28b) ausgeführt ist.
19. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Fördersystem (61) ausgeführt ist, umfassend wenigstens ein Förderelement, welches ein Fördermedium kontaktiert, bei welchem wenigstens ein Teilbereich der theoretisch möglichen Kontaktfläche mit dem Fördermedium von Glaskeramik gebildet wird.
20. Technisches System (55) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement als rotierendes oder oszillierendes, axial oder beliebig bewegbares Förderelement ausgeführt ist.
21. Technisches System (55) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement als Zahnrad, oder Schaufelrad (52) oder Schneckenwendel ausgeführt ist.
22. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass als Fördermedium eine Flüssigkeit, ein Gas oder
Festkörper dienen.
23. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als eines der nachfolgend genannten Systeme ausgeführt ist:
- Funktionssystem- und/oder
- Isolations- und/oder
- Führungs- und/oder
- Tragsystem und wenigstens ein Teilbereich der die Funktions- Isolations- oder
Führungs- oder Tragflächen bildenden Flächenbereiche an wenigsten einer Baugruppe und/oder Komponente und/oder dem Einzelteil aus Glaskeramik ausgeführt ist.
24. Technisches System (55) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionssystem von einer Vorrichtung (1 , 1b) zur Erfassung wenigstens einer physikalischen Größe, insbesondere Zustandsgröße oder Bewegungsgröße gebildet wird.
25. Technisches System (55) nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
25.1 die Vorrichtung (1, 1b) zur Erfassung wenigstens einer physikalischen Größe, insbesondere Zustandsgröße oder Bewegungsgröße umfasst wenigstens ein Mess- oder Erfassungselement (2), welches der zu messenden oder erfassenden Größe aussetzbar ist und Verbindungselemente (3), insbesondere elektrische Verbindungselemente (3) zur Koppelung mit einer die erfassten Größen verarbeitenden Einheit;
25.2 die elektrischen Verbindungselemente (3) sind wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig in einem wenigstens teilweise aus Glaskeramik bestehenden Halte- und/oder Führungskörper (4) geführt.
26. Technisches System (55) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Halte- und/oder Führungskörper als hohlzylindrisches oder rohrförmiges Element (5) ausgeführt ist.
27. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Glaskeramik gebildeten Teil- und Flächenbereiche der Baugruppe oder Komponente oder des Einzelteils von einem hohlkörperartigen Element gebildet werden.
28. Technisches System (55) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlkörperartige Element als hohlzylindrisches oder rohrförmiges Element (5), umfassend wenigstens zwei Endbereiche (6, 7) in Längsrichtung ausgeführt ist.
29. Technisches System (55) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlzylindrische oder rohrförmige Element (5) in Längsrichtung betrachtet durch einen konstanten Querschnitt charakterisiert ist.
30. Technisches System (55) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlzylindrische oder hohlzylindrische Element (5) in
Längsrichtung betrachtet durch Querschnittsänderungen charakterisiert ist.
31. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlzylindrische oder rohrförmige Element (5) in Längsrichtung betrachtet eine konstante Wanddicke D aufweist.
32. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlzylindrische oder rohrförmige Element (5) in Längsrichtung betrachtet durch unterschiedliche Wanddicken (DL DX) charakterisiert ist.
33. Technisches System (55) nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlzylindrische oder rohrförmige Element (5) wenigstens einen Teilbereich aufweist, der durch eine kontinuierliche oder sprunghafte Änderung der Wanddicke D charakterisiert ist.
34. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddickenänderungen (ΔD) zwischen einzelnen Teilbereichen als Funktion des Außendurchmessers da und/oder Innendurchmessers dj des hohizylindrischen oder rohrförmigen Elementes (5) gebildet werden.
35. Technisches System (55), dadurch gekennzeichnet, dass das technische System ein hohlzylindrisches oder rohrförmiges Element (5) als Führungskörper (4) zur berührenden oder berührungslosen Führung für feste Medien oder zur berührenden oder berührungslosen Führung für flüssige oder gasförmige Medien umfasst.
36. Technisches System (55) nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlzylindrische oder rohrförmige Element (5) als Führungskörper (4) für elektrische Leitungen dient.
37. Technisches System (55) nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper ein Führungskörper für die Führung flüssiger oder gasförmiger Medien ist.
38. Technisches System (55) nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper Teil eines Leitungssystems ist.
39. Technisches System (55) nach Anspruch 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper Teil eines Systems in der aluminiumherstellenden und/oder aluminiumweiterverarbeitenden Industrie ist.
40. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 35 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlkörperartige Element als hohlzylindrisches oder rohrförmiges Element (5), umfassend wenigstens zwei Endbereiche
(6, 7) in Längsrichtung ausgeführt ist.
41. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 35 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlzylindrische oder rohrförmige Element (5) in Längsrichtung betrachtet durch einen konstanten Querschnitt charakterisiert ist.
42. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 35 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlzylindrische oder hohlzylindrische Element (5) in Längsrichtung betrachtet durch Querschnittsänderungen charakterisiert ist.
43. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 35 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlzylindrische oder rohrförmige Element (5) in Längsrichtung betrachtet eine konstante Wanddicke D aufweist.
44. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 35 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlzylindrische oder rohrförmige Element (5) in Längsrichtung betrachtet durch unterschiedliche Wanddicken (Di, Dx) charakterisiert ist.
45. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 35 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlzylindrische oder rohrförmige Element (5) wenigstens einen Teilbereich aufweist, der durch eine kontinuierliche oder sprunghafte Änderung der Wanddicke D charakterisiert ist.
46. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 35 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddickenänderungen (ΔD) zwischen einzelnen Teilbereichen als Funktion des Außendurchmessers da und/oder Innendurchmessers dj des hohizylindrischen oder rohrförmigen Elementes (5) gebildet werden.
47. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 1 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbereiche der Einzelelemente aus Glaskeramik mit Material frei von Glaskeramik zu einer baulichen Einheit stoffschlüssig zum Einzelteil verbunden sind.
48. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 1 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass die keramisierten Bereiche eine Li2O-Al2θ3.Siθ2 - Glaskeramik umfasst mit einer Zusammensetzung aus dem folgenden Zusammensetzungsbereich (in Gew.-% auf Oxidbasis):
SiO2 50 - 70
AI2O3 17 - 27
Li2O > 0 - 5
Na2O 0 - 5
K2O 0 - 5
MgO 0 - 5
ZnO 0 - 5 TiO2 0-5
ZrO2 0-5
Ta2O5 0-8
BaO 0-5
SrO 0-5
Figure imgf000064_0001
Fe2O30 -5
CeO2 0-5
Bi2O3 0-3
WÖ3 0-3
Figure imgf000064_0002
sowie übliche Läutermittel mit einem Anteil von 0-4 Gew-%.
49. Technische Systeme nach einem der Ansprüche 1 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass der keramisierte Bereiche eine MAS-Glaskeramik umfasst mit einer Zusammensetzung aus dem folgenden
Zusammensetzungsbereich (in Gew.-% auf Oxidbasis):
SiO2 35 - 70, bevorzugt 35 - 60 AI2O314-40, bevorzugt 16,5 - 40
MgO 0 - 20, bevorzugt 4 - 20, besonders bevorzugt 6-20
ZnO 0-15, bevorzugt 0-9, besonders bevorzugt 0-4
TiO2 0-10, bevorzugt 1-10
ZrO2 0-10, bevorzugt 1 -10 Ta2O50-8, bevorzugt 0-2
BaO 0-10, bevorzugt 0-8
CaO 0-10, bevorzugt 0-5
SrO 0-5, bevorzugt 0-4
B2O3 0-10, bevorzugt > 4 - 10 P2O5 0-10
Fe2O30-5
CeO20-5 Bi2O3 0 - 3 WO3 0 - 3 MoO3 0 - 3 sowie übliche Läutermittel mit einem Anteil von 0 - 4 Gew-%.
50. Technisches System (55) nach einem der Ansprüche 48 bis 49 dadurch gekennzeichnet, dass die Glaskeramik im keramisierten Bereich einen Gehalt an Tiθ2 von wenigstens 0,1 Gew.% umfasst.
51. Verwendung eines technischen Systems (55) nach einem der Ansprüche 1 bis 50 in einem Kraftfahrzeug.
52. Verwendung eines technischen Systems (55) nach einem der Ansprüche 1 bis 51 in einem Motor.
53. Verwendung eines technischen Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 50, im Bereich der Elektrotechnik als Isolator oder Spulenkörper.
54. Verwendung eines technischen Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 50, im Bereich der Glasbearbeitung als Ansaug- oder Brennerdüse.
55. Verwendung eines technischen Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 50, im Bereich der Schweißtechnik als Schutzrohr.
56. Verwendung eines technischen Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 50, im Bereich der Verfahrenstechnik als Lagerwelle, Pumpenkolben, Ventilkegel, Ventilsitz, Düse.
57. Verwendung eines technischen Systems (55) nach einem der Ansprüche 1 bis 54 in einer der nachfolgenden Einrichtungen:
- Kraftstoffversorgungseinrichtung,
- Einspritzdüse. - Zündkerze
- Motorblock
- Zylinder
- Einspritzpumpe - Gehäuse
- Ventileinrichtung
- Pumpe
- Bremseinrichtungen
- Leistungsübertragungssystemen, wie Getrieben, Kupplungen und drehfesten Verbindungen
58. Verwendung eines technischen Systems (55) nach einem der Ansprüche 1 bis 56 in einer stationären Anlage.
59. Verwendung eines technischen Systems (55) nach einem der Ansprüche 1 bis 56 in einem Meßsystem.
60. Verwendung eines technischen Systems (55) nach einem der Ansprüche 1 bis 50 als Führungskörpers in der metallverarbeitenden Industrie, insbesondere zur Führung flüssiger, niedrigschmelzender Metalle.
61. Verfahren zur Herstellung eines hohizylindrischen. wenigstens teilweise keramisierten Elementes gemäß einem der Ansprüche 26 bis 50, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - Herstellung eines keramisierten Rohrhalbzeuges;
- mechanische Nachbearbeitung, insbesondere spanende Bearbeitung zur Herstellung der Endgeometrie.
62. Verfahren nach Anspruch 61 , dadurch gekennzeichnet, dass - in einem ersten Verfahrensschritt ein Rohrhalbzeug aus Glas aus einer
Glasschmelze gebildet wird;
- in einem zweiten Verfahrensschritt das Rohrhalbzeug keramisiert wird.
63. Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Verfahrensschritt räumlich und/oder zeitlich getrennt voneinander durchgeführt werden.
64. Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Verfahrensschritt räumlich und/oder zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgend durchgeführt werden.
65. Verfahren zur Herstellung eines hohizylindrischen wenigstens teilweise keramisierten Elementes gemäß einem der Ansprüche 26 bis 50, bei welchem ein keramisiertes Rohrhalbzeug hergestellt wird, wobei das keramisierte Rohrhalbzeug das keramisierte hohlzylindrische Element im Endzustand beschreibt, wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein Rohrhalbzeug aus Glas aus einer Glasschmelze gebildet wird; in einem zweiten Verfahrensschritt das Rohrhalbzeug keramisiert wird.
66. Verfahren nach Anspruch 65, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: a. bei welchem das aus der Glasschmelze entstandene Ziehgut erwärmt wird, b. bei welchen das Ziehgut mittels einer Formgebungseinheit, umfassend wenigstens ein Formgebungswerkzeug umgeformt wird; c. das Ziehgut wird über eine vordefinierbare Länge in Vorschubrichtung mittels Infrarotstrahlung vorzugsweise mit einer Wellenlänge im Bereich von einschließlich 760 nm bis 1 mm erwärmt; d. die Formgebungseinheit wirkt während des Erwärmungsvorganges auf das Ziehgut ein.
67. Verfahren nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, dass die Einwirkung der Formgebungseinheit auf das Ziehgut zeitgleich mit dem Beginn des
Erwärmungsvorganges erfolgt.
68. Verfahren nach einem der Ansprüche 66 oder 67, dadurch gekennzeichnet, dass die Einwirkung der Formgebungseinheit während des Erwärmungsvorganges auf bereits vorgewärmtes Ziehgut erfolgt.
69. Verfahren nach einem der Ansprüche 67 bis 68, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Wirkung der Formgebungseinheit nach dem Umformvorgang die Grundgeometrie des Endquerschnittes AE des Ziehgutes der Grundgeometrie des Ausgangsquerschnittes AAdes Ziehgutes vor dem Umformvorgang entspricht und nur eine Änderung des Querschnittsflächeninhaltes erzeugt wird.
70. Verfahren nach Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Flächeninhalte zwischen Ausgangsquerschnitt AA des Ziehgutes und Endquerschnitt AE als Funktion wenigstens einer der folgenden Größen d. der Vorschubgeschwindigkeit des Ziehgutes e. der Form des Formgebungswerkzeuges f. der Vorschubgeschwindigkeit des Formgebungswerkzeuge steuerbar ist.
71. Verfahren nach einem der Ansprüche 67 bis 70, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Umformvorgang die Grundgeometrie des Endquerschnittes
AE des Ziehgutes gegenüber der Grundgeometrie des Ausgangsquerschnittes AA des Ziehgutes verändert ist.
72. Verfahren nach Anspruch 71 , dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Grundgeometrie zwischen Ausgangsquerschnitt AA des Ziehgutes und
Endquerschnitt als Funktion der Vorschubgeschwindigkeit des Formgebungswerkzeuges und/oder der Form des Formgebungswerkzeuges steuerbar ist.
73. Verfahren nach einem der Ansprüche 69 bis 72, dadurch gekennzeichnet, dass eine kontinuierliche Änderung des Querschnittsflächeninhaltes und/oder der Grundgeometrie der Querschnittsfläche über eine bestimmte vordefinierbare Länge des Ziehgutes erzeugt wird.
74. Verfahren nach Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, dass das Ziehgut mit gleichmäßiger Vorschubgeschwindigkeit bewegt wird und das Formgebungswerkzeug in der gleichen Position gegenüber dem Ziehgut verharrt.
75. Verfahren nach einem der Ansprüche 69 bis 72, dadurch gekennzeichnet, dass eine diskontinuierliche Änderung des Querschnittsflächeninhaltes und/oder der Grundgeometrie über eine bestimmte vordefinierbare Länge des Ziehgutes erzeugt wird.
76. Verfahren nach Anspruch 75, dadurch gekennzeichnet, dass die diskontinuierliche Änderung des Querschnittsflächeninhaltes und/oder der Grundgeometrie der Querschnittsfläche durch Änderung der Position eines oszillierenden Formgebungswerkzeuges gegenüber dem Ziehgut erzeugt wird.
77. Verfahren nach Anspruch 76, dadurch gekennzeichnet, dass die diskontinuierliche Änderung des Querschnittsflächeninhaltes und/oder der Grundgeometrie der Querschnittsfläche durch Änderung der Vorschubgeschwindigkeit des oszillierenden Formgebungswerkzeuges gegenüber dem Ziehgut erzeugt wird.
78. Verfahren nach Anspruch bis 77, dadurch gekennzeichnet, dass die diskontinuierliche Änderung des Querschnittsflächeninhaltes und/oder der Grundgeometrie der Querschnittsfläche durch Änderung der
Vorschubgeschwindigkeit des Ziehgutes eine vordefinierbare Länge des Ziehgutes erzeugt wird.
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