DE102014206247A1 - Sensor for detecting at least one property of a sample gas in a sample gas space and method for manufacturing - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Sensor (10) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere zum Nachweis eines Anteils einer Gaskomponente in dem Messgas oder einer Temperatur des Messgases, vorgeschlagen. Der Sensor (10) umfasst ein Sensorelement (12), das mindestens einen Festelektrolyten (14) und mindestens ein Funktionselement (16) aufweist, und ein Sensorgehäuse (18), das eine Sensorelementhalterung (20) zum Halten des Sensorelements (12) aufweist. Das Sensorelement (12) ist derart von der Sensorelementhalterung (20) gehalten, dass das Sensorelement (12) mit einem messgasraumseitigen Abschnitt (22) von der Sensorelementhalterung (20) vorsteht. Der messgasraumseitige Abschnitt (22) ist zumindest teilweise von einer Thermoschockschutzschicht (26) bedeckt. Zwischen der Thermoschockschutzschicht (26) und der Sensorelementhalterung (20) ist eine Abdichtung (28) angeordnet.A sensor (10) for detecting at least one property of a measurement gas in a measurement gas space, in particular for detecting a proportion of a gas component in the measurement gas or a temperature of the measurement gas, is proposed. The sensor (10) comprises a sensor element (12) having at least one solid electrolyte (14) and at least one functional element (16), and a sensor housing (18) having a sensor element holder (20) for holding the sensor element (12). The sensor element (12) is held by the sensor element holder (20) in such a way that the sensor element (12) protrudes from the sensor element holder (20) with a portion (22) on the side of the measurement gas space. The measuring gas chamber-side section (22) is at least partially covered by a thermal shock protection layer (26). Between the thermal shock protection layer (26) and the sensor element holder (20) a seal (28) is arranged.
Description
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Sensoren und Verfahren zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum bekannt. Dabei kann es sich grundsätzlich um beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaften des Messgases handeln, wobei eine oder mehrere Eigenschaften erfasst werden können. Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere unter Bezugnahme auf eine qualitative und/oder quantitative Erfassung eines Anteils einer Gaskomponente des Messgases beschrieben, insbesondere unter Bezugnahme auf eine Erfassung eines Sauerstoffanteils in dem Messgas. Der Sauerstoffanteil kann beispielsweise in Form eines Partialdrucks und/oder in Form eines Prozentsatzes erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch auch andere Eigenschaften des Messgases erfassbar, wie beispielsweise die Temperatur. A large number of sensors and methods for detecting at least one property of a measurement gas in a measurement gas space are known from the prior art. In principle, these can be any physical and / or chemical properties of the measurement gas, one or more properties being able to be detected. The invention will be described below in particular with reference to a qualitative and / or quantitative detection of a portion of a gas component of the measurement gas, in particular with reference to a detection of an oxygen content in the measurement gas. The oxygen content can be detected, for example, in the form of a partial pressure and / or in the form of a percentage. Alternatively or additionally, however, other properties of the measuring gas are detectable, such as the temperature.
Beispielsweise können derartige Sensoren als so genannte Lambdasonden ausgestaltet sein, wie sie beispielsweise aus
Aus dem Stand der Technik sind insbesondere Sensoren mit keramischen Sensorelementen bekannt, welche auf der Verwendung von elektrolytischen Eigenschaften bestimmter Festkörper basieren, also auf Ionen leitenden Eigenschaften dieser Festkörper. Insbesondere kann es sich bei diesen Festkörpern um keramische Festelektrolyte handeln, wie beispielsweise Zirkoniumdioxid (ZrO2), insbesondere yttriumstabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ) und scandiumdotiertes Zirkoniumdioxid (ScSZ), die geringe Zusätze an Aluminiumoxid (Al2O3) und/oder Siliziumoxid (SiO2) enthalten können. In particular sensors with ceramic sensor elements are known from the prior art which are based on the use of electrolytic properties of certain solids, that is, on the ion-conducting properties of these solids. In particular, these solids may be ceramic solid electrolytes, such as zirconia (ZrO 2 ), in particular yttrium stabilized zirconia (YSZ) and scandium doped zirconia (ScSZ), the minor additions of alumina (Al 2 O 3 ) and / or silica (SiO 2 ) 2 ).
An derartige Sensorelemente werden steigende Funktionsanforderungen gestellt. Insbesondere spielt eine schnelle Betriebsbereitschaft von Lambdasonden nach einem Motorstart eine große Rolle. Diese wird im Wesentlichen von zwei Aspekten beeinflusst. Der erste Aspekt betrifft ein rasches Aufheizen der Lambdasonde auf ihre Betriebstemperatur, die üblicherweise oberhalb von 600°C liegt, was durch eine entsprechende Auslegung eines Heizelements oder einer Verkleinerung des zu beheizenden Bereichs erreicht werden kann. Der andere Aspekt betrifft die Robustheit gegenüber Thermoschock durch Wasserschlag während eines Betriebs. Der genannte Thermoschock beruht darauf, dass für einen bestimmten Zeitraum nach dem Motorstart die Temperatur im Abgasrohr unterhalb des Taupunktes von Wasser liegt, so dass der bei der Verbrennung von Kraftstoff entstehende Wasserdampf im Abgasrohr kondensieren kann. Dadurch kommt es im Abgasrohr zur Bildung von Wassertropfen. Die aufgeheizte Keramik der Lambdasonde kann durch Auftreffen von Wassertropfen und die durch die Auskühlung der Sensorkeramik in ihr induzierten thermischen Spannungen beschädigt oder sogar zerstört werden. At such sensor elements increasing functional requirements are made. In particular, a fast operational readiness of lambda sensors after an engine start plays a major role. This is essentially influenced by two aspects. The first aspect relates to a rapid heating of the lambda probe to its operating temperature, which is usually above 600 ° C, which can be achieved by a corresponding design of a heating element or a reduction of the area to be heated. The other aspect relates to the robustness to thermal shock due to water hammer during operation. Said thermal shock is based on the fact that for a certain period of time after engine start, the temperature in the exhaust pipe is below the dew point of water, so that the water vapor formed in the combustion of fuel in the exhaust pipe can condense. This causes the formation of drops of water in the exhaust pipe. The heated ceramic of the lambda probe can be damaged or even destroyed by the impact of water droplets and the induced by the cooling of the sensor ceramic in her thermal stresses.
Daher wurden Lambdasonden entwickelt, die eine poröse keramische Schutzschicht an ihrer Oberfläche aufweisen, die auch als Thermo-Shock-Protection-Schicht oder Thermoschockschutzschicht bezeichnet wird. Diese Schutzschicht sorgt dafür, dass auf die Lambdasonde auftreffende Wassertopfen über eine große Fläche verteilt werden und somit die auftretenden lokalen Temperaturgradienten in dem Festelektrolyten bzw. der Sondenkeramik verringert werden. Diese Lambdasonden vertragen im beheizten Zustand also eine gewisse Tropfengröße an Kondenswasser, ohne beschädigt zu werden. Die Schutzschicht wird üblicherweise in einem zusätzlichen Verfahrensschritt auf das Sensorelement aufgebracht. Verschiedene Materialien, wie beispielsweise Aluminiumoxid oder Spinell (MgAl2O4), und Auftragstechniken, wie beispielsweise Sprüh- oder Tauchprozesse, sind hierfür im Einsatz. Beispielsweise ist bekannt, eine gleichmäßig dicke Thermoschockschutzschicht aus porösem Aluminiumoxid mittels atmosphärischen Plasmaspritzens aufzubringen. Mit einem derartigen thermischen Beschichtungsprozess werden eingebrachte Partikel aufgeschmolzen und auf die Sensorelementoberfläche beschleunigt, so dass die Thermoschockschutzschicht auf der ganzen Sensorelementoberfläche aufgetragen wird. Diese verhindert im Niederbadtemperaturbereich, d. h. in einem Temperaturbereich von ungefähr 300°C bis 400°C, durch ihre begrenzte Permeabilität den Wasserzutritt zur Oberfläche des Sensorelements, das zumindest teilweise aus Zirkoniumdioxid hergestellt ist, und begrenzt im oberen Hochtemperaturbereich, d. h. in einem Temperaturbereich von ungefähr 400°C bis 800°C, die Abkühlung über Wärmeleitung. Therefore, lambda probes have been developed which have a porous ceramic protective layer on their surface, which is also referred to as a thermal shock protection layer or thermal shock protection layer. This protective layer ensures that water pots impinging on the lambda probe are distributed over a large area and thus the occurring local temperature gradients in the solid electrolyte or the probe ceramic are reduced. This lambda probes tolerate in the heated state so a certain drop size of condensation, without being damaged. The protective layer is usually applied to the sensor element in an additional method step. Various materials, such as alumina or spinel (MgAl 2 O 4 ), and application techniques, such as spraying or dipping processes, are used for this purpose. For example, it is known to apply a uniformly thick thermal shock protective layer of porous aluminum oxide by means of atmospheric plasma spraying. With such a thermal coating process, introduced particles are melted and accelerated onto the sensor element surface, so that the thermal shock protection layer is applied to the entire sensor element surface. This prevents in the low bath temperature range, ie in a temperature range of about 300 ° C to 400 ° C, by its limited permeability to the water access to the surface of the sensor element, which is at least partially made of zirconia, and limited in the upper high temperature range, ie in a temperature range of about 400 ° C to 800 ° C, the cooling via heat conduction.
Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren und Sensorelemente für Lambdasonden beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. So wird das Sensorelement üblicherweise nicht vollständig von der Thermoschockschutzschicht bedeckt, sondern nur in einem messgasraumseitigen Abschnitt. Der übrige Teil des Sensorelements wird von einer Sensorelementhalterung gehalten. Der Auslauf der Thermoschockschutzschicht, d. h. derjenige Abschnitt der Thermoschockschutzschicht, der der Sensorelementhalterung zuweist, wird im Betrieb der Lambdasonde angeströmt. Insbesondere Sprungsonden benötigen eine großflächige Anströmung einer Außenelektrode. Im Bereich des Auslaufs der Thermoschockschutzschicht weist der Sensor jedoch eine verringerte Robustheit gegenüber Wasserschlag auf, da aus fertigungstechnischen Gründen die Thermoschockschutzschicht nicht bündig mit der Sensorelementhalterung abschließt, sondern zwischen diesen Bauteilen ein Bereich ohne Thermoschockschutzschicht besteht. Aus fertigungstechnischen Gründen ist dieser Auslauf der Thermoschockschutzschicht jedoch nicht zu verhindern. Eine Anströmung des Sensorelements, welche nicht den Auslauf der Thermoschockschutzschicht anströmen würde, würde zu einer sehr schlechten Dynamik des Sensors führen, so dass dieser für diverse Diagnosen nicht mehr sicher verwendet werden könnte. Despite the numerous advantages of the sensors and sensor elements for lambda probes known from the prior art, these still contain room for improvement. Thus, the sensor element is usually not completely covered by the thermal shock protective layer, but only in a measuring gas chamber side section. The remaining part of the sensor element is held by a sensor element holder. The outlet of the thermal shock protection layer, ie the portion of the thermal shock protective layer, the Assigns sensor element holder, is flown during operation of the lambda probe. In particular, jump probes require a large-area flow of an outer electrode. In the area of the outlet of the thermal shock protection layer, however, the sensor has a reduced robustness against water hammer, since for manufacturing reasons, the thermal shock protection layer is not flush with the sensor element holder, but between these components is an area without thermal shock protective layer. For manufacturing reasons, however, this outlet of the thermal shock protective layer can not be prevented. A flow of the sensor element, which would not flow to the outlet of the thermal shock protection layer, would lead to a very poor dynamics of the sensor, so that it could not be used safely for various diagnoses.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es werden daher ein Sensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum sowie ein Verfahren zum Herstellen desselben vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Sensoren zumindest weitgehend vermeiden und bei denen insbesondere die Robustheit gegenüber Thermoschock bei gleichbleibender Dynamik und Messgenauigkeit des Sensors verbessert werden kann. Therefore, a sensor for detecting at least one property of a measurement gas in a measurement gas space and a method for producing the same are proposed, which at least largely avoid the disadvantages of known sensors and in which in particular the robustness to thermal shock can be improved while the dynamics and measurement accuracy of the sensor remain constant.
Der erfindungsgemäße Sensor umfasst ein Sensorelement, das mindestens einen Festelektrolyten und mindestens ein Funktionselement aufweist, und ein Sensorgehäuse, das eine Sensorelementhalterung zum Halten des Sensorelements aufweist. Das Sensorelement ist derart von der Sensorelementhalterung gehalten, dass das Sensorelement mit einem messgasraumseitigen Abschnitt von der Sensorelementhalterung vorsteht. Der messgasraumseitige Abschnitt ist zumindest teilweise von einer Thermoschockschutzschicht bedeckt. Zwischen der Thermoschockschutzschicht, insbesondere dem Auslauf der Thermoschockschicht, und der Sensorelementhalterung ist eine Abdichtung angeordnet. Dadurch können keine Wassertropfen mehr auf das unbeschichtete Sensorelement treffen. The sensor according to the invention comprises a sensor element which has at least one solid electrolyte and at least one functional element, and a sensor housing which has a sensor element holder for holding the sensor element. The sensor element is held by the sensor element holder in such a way that the sensor element protrudes from the sensor element holder with a portion of the gas chamber side. The measuring gas chamber-side section is at least partially covered by a thermal shock protection layer. Between the thermal shock protection layer, in particular the outlet of the thermal shock layer, and the sensor element holder a seal is arranged. As a result, no more drops of water can hit the uncoated sensor element.
Das Sensorelement ist derart in der Sensorelementhalterung gehalten, dass das Sensorelement mit dem messgasraumseitigen Abschnitt aus der Sensorelementhalterung herausragt, insbesondere in Richtung zu dem Messgasraum. The sensor element is held in the sensor element holder in such a way that the sensor element protrudes from the sensor element holder with the section on the measurement gas chamber side, in particular in the direction of the sample gas chamber.
Die Abdichtung kann eine flüssigkeitsdichte Abdichtung sein. Beispielsweise ist die Abdichtung ein Klebstoff, insbesondere zumindest ein Keramikklebstoff. Der Keramikklebstoff kann beispielsweise aus einem Material hergestellt sein, das mindestens ein Element umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Siliziumdioxid (SiO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkoniumoxid (ZrO2), Magnesiumoxid (MgO), Glimmer und Alumosilikaten, Zirkonoxid-Silikat, silikatischen Verbindungen, Titan-Di-Borid, Titandioxid jeweils mit organischen oder anorganischen Bindern.The seal may be a liquid-tight seal. For example, the seal is an adhesive, in particular at least one ceramic adhesive. For example, the ceramic adhesive may be made of a material comprising at least one member selected from the group consisting of silicon dioxide (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), magnesium oxide (MgO), mica, and aluminosilicates , Zirconium oxide silicate, silicate compounds, titanium di-boride, titanium dioxide each with organic or inorganic binders.
Die Abdichtung kann zumindest mit der Thermoschockschutzschicht und der Sensorelementhalterung verbunden sein. Beispielsweise ist die Abdichtung mit der Thermoschockschutzschicht, der Sensorelementhalterung und dem Sensorelement verbunden. Bevorzugt ist, wenn das Sensorelement einen sensorgehäuseseitigen Abschnitt aufweist, der in der Sensorelementhalterung gehalten ist, wobei die Abdichtung mit der Thermoschockschutzschicht, der Sensorelementhalterung, dem messgasraumseitigen Abschnitt und dem sensorgehäuseseitigen Abschnitt verbunden ist. Es versteht sich, dass das Verbinden mit dem messgasraumseitigen Abschnitt und dem sensorgehäuseseitigen Abschnitt durch die Abdichtung nur lokal erfolgt sein kann. Der Sensor kann weiterhin mindestens ein Schutzrohr umfassen, das zumindest den messgasraumseitigen Abschnitt des Sensorelements umgibt. The seal may be connected at least to the thermal shock protective layer and the sensor element holder. For example, the seal is connected to the thermal shock protective layer, the sensor element holder and the sensor element. It is preferred if the sensor element has a sensor housing side portion which is held in the sensor element holder, wherein the seal with the thermal shock protective layer, the sensor element holder, the measuring gas chamber side portion and the sensor housing side portion is connected. It is understood that the connection with the measuring gas chamber-side section and the sensor housing-side section through the seal can be done only locally. The sensor may further comprise at least one protective tube, which surrounds at least the portion of the sensor gas-side of the sensor element.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Sensors zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere zum Nachweis eines Anteils einer Gaskomponente in dem Messgas oder einer Temperatur des Messgases, umfasst die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Sensorelements, das mindestens einen Festelektrolyten, und mindestens ein Funktionselement aufweist, und eines Sensorgehäuses, das eine Sensorelementhalterung zum Halten des Sensorelements aufweist,
Anordnen des Sensorelements an der Sensorelementhalterung derart, dass das Sensorelement von der Sensorelementhalterung derart gehalten wird, dass das Sensorelement mit einem messgasraumseitigen Abschnitt von der Sensorelementhalterung vorsteht,
Aufbringen einer Thermoschockschutzschicht auf das Sensorelement derart, dass der messgasraumseitige Abschnitt zumindest teilweise von der Thermoschockschutzschicht bedeckt wird, und
Anordnen einer Abdichtung zwischen der Thermoschockschutzschicht und der Sensorelementhalterung.A method according to the invention for producing a sensor for detecting at least one property of a measurement gas in a measurement gas space, in particular for detecting a proportion of a gas component in the measurement gas or a temperature of the measurement gas, comprises the following steps:
Providing a sensor element having at least one solid electrolyte, and at least one functional element, and a sensor housing having a sensor element holder for holding the sensor element,
Arranging the sensor element on the sensor element holder in such a way that the sensor element is held by the sensor element holder in such a way that the sensor element protrudes with a portion of the gas chamber side from the sensor element holder,
Applying a thermal shock protective layer on the sensor element such that the Meßgasraumseitige section is at least partially covered by the thermal shock protective layer, and
Placing a seal between the thermal shock protective layer and the sensor element holder.
Das Sensorelement kann derart in der Sensorelementhalterung gehalten werden, dass das Sensorelement mit dem messgasraumseitigen Abschnitt aus der Sensorelementhalterung herausragt. Die Abdichtung kann eine flüssigkeitsdichte Abdichtung sein. Die Abdichtung kann insbesondere als Klebstoff angeordnet werden. Beispielsweise ist die Abdichtung zumindest ein Keramikklebstoff. Der Keramikklebstoff kann beispielsweise aus einem Material hergestellt sein, das mindestens ein Element umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Siliziumdioxid (SiO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkoniumoxid (ZrO2), Magnesiumoxid (MgO), Glimmer und Alumosilikaten, Zirkonoxid-Silikat, silikatischen Verbindungen, Titan-Di-Borid, Titandioxid jeweils mit organischen oder anorganischen Bindern.The sensor element can be held in the sensor element holder in such a way that the sensor element protrudes from the sensor element holder with the portion on the measurement gas chamber side. The seal may be a liquid-tight seal. The seal can be arranged in particular as an adhesive. For example, the seal is at least one ceramic adhesive. Of the For example, a ceramic adhesive may be made of a material comprising at least one member selected from the group consisting of: silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), magnesia (MgO), mica, and aluminosilicates. Zirconia silicate, silicate compounds, titanium di-boride, titanium dioxide each with organic or inorganic binders.
Die Abdichtung kann zumindest mit der Thermoschockschutzschicht und der Sensorelementhalterung verbunden werden. Die Abdichtung kann mit der Thermoschockschutzschicht, der Sensorelementhalterung und dem Sensorelement verbunden werden. Das Sensorelement kann einen sensorgehäuseseitigen Abschnitt aufweisen, der in der Sensorelementhalterung gehalten wird, wobei die Abdichtung mit der Thermoschockschutzschicht, der Sensorelementhalterung, dem messgasraumseitigen Abschnitt und dem sensorgehäuseseitigen Abschnitt verbunden wird. Zumindest ein Schutzrohr kann vorgesehen werden, das zumindest den messgasraumseitigen Abschnitt des Sensorelements umgibt. Das Schutzrohr kann mit dem Sensorgehäuse verbunden werden, wobei die Abdichtung vor dem Verbinden des Schutzrohrs mit dem Sensorgehäuse angeordnet wird. Alternativ kann das Schutzrohr mit dem Sensorgehäuse verbunden werden, wobei die Abdichtung nach dem Verbinden des Schutzrohrs mit dem Sensorgehäuse angeordnet wird. Das Schutzrohr kann mindestens eine Öffnung aufweisen, wobei die Abdichtung durch die Öffnung hindurch angeordnet wird. Die Abdichtung kann beispielsweise mittels einer Nadel durch die Öffnung hindurch angeordnet werden.The seal can be connected at least to the thermal shock protection layer and the sensor element holder. The seal can be connected to the thermal shock protective layer, the sensor element holder and the sensor element. The sensor element may include a sensor housing side portion held in the sensor element holder, the seal being connected to the thermal shock protective layer, the sensor element holder, the measurement gas space side portion, and the sensor housing side portion. At least one protective tube can be provided, which surrounds at least the portion of the sensor gas-side of the sensor element. The protective tube can be connected to the sensor housing, wherein the seal is arranged before connecting the protective tube to the sensor housing. Alternatively, the protective tube can be connected to the sensor housing, wherein the seal is arranged after connecting the protective tube to the sensor housing. The protective tube may have at least one opening, wherein the seal is arranged through the opening. The seal can be arranged for example by means of a needle through the opening.
Alternativ ist es auch möglich, dass das Sensorelement in der Sensorelementhalterung, vor dem Einsatz in das Sensorgehäuse, vormontiert wird, wie beispielsweise mittels eines Verpressprozesses. Anschließend kann die Abdichtung des Thermoschockschutzschichtauslaufs zur Sensorelementhalterung abgedichtet werden, wie beispielsweise mittels eines Keramikklebers. Dann wird die vormontierte Baugruppe aus Sensorelement mit Thermoschockschutzschicht, Sensorelementhalterung und Abdichtung zwischen Thermoschockschutzschichtauslauf und Sensorelementhalterung in das Sensorgehäuse eingesetzt und verbaut, wie beispielsweise mittels eines Verpressprozesses oder Klemmung, wie beispielsweise mittels einer Tellerfeder. Unter einem Festelektrolyten ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Körper oder Gegenstand mit elektrolytischen Eigenschaften, also mit Ionen leitenden Eigenschaften, zu verstehen. Insbesondere kann es sich um einen keramischen Festelektrolyten handeln. Dies umfasst auch das Rohmaterial eines Festelektrolyten und daher die Ausbildung als so genannter Grünling oder Braunling, die erst nach einem Sintern zu einem Festelektrolyten werden. Alternatively, it is also possible that the sensor element in the sensor element holder, before use in the sensor housing, is pre-assembled, such as by means of a Verpressprozesses. Subsequently, the seal of the thermal shock protective layer outlet can be sealed to the sensor element holder, such as by means of a ceramic adhesive. Then, the preassembled assembly of sensor element with thermal shock protection layer, sensor element holder and sealing between thermal shock protective layer outlet and sensor element holder is inserted and installed in the sensor housing, such as by means of a compression process or clamping, such as by means of a plate spring. In the context of the present invention, a solid electrolyte is to be understood as meaning a body or article having electrolytic properties, that is to say having ion-conducting properties. In particular, it may be a ceramic solid electrolyte. This also includes the raw material of a solid electrolyte and therefore the formation as a so-called green or brown, which only become a solid electrolyte after sintering.
Unter einem Funktionselement ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element zu verstehen, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Elektrode, Leiterbahn, Diffusionsbarriere, Diffusionsspalt, Referenzgaskanal, Heizelement, Nernstzelle und/oder Pumpzelle. Insbesondere sind darunter diejenigen Elemente zu verstehen, die die wesentlichen chemischen und/oder physikalischen und/oder elektrischen und/oder elektrochemischen Funktionen einer Lambdasonde erfüllen. In the context of the present invention, a functional element is to be understood as meaning an element which is selected from the group consisting of: electrode, interconnect, diffusion barrier, diffusion gap, reference gas channel, heating element, Nernst cell and / or pump cell. In particular, these include those elements which fulfill the essential chemical and / or physical and / or electrical and / or electrochemical functions of a lambda probe.
Unter einer Thermoschockschutzschicht ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Schicht zu verstehen, die geeignet ist, entweder auf das Sensorelement auftreffende Wassertropfen über eine große Fläche zu verteilen und somit die auftretenden lokalen Temperaturgradienten in dem Festelektrolyten zu verringern und so das Sensorelement vor Wasserschlag zu schützen oder eine Kontaktfläche zwischen dem Wassertropfen und einer Oberfläche der Thermoschockschutzschicht derart deutlich zu verkleinern, dass kein Wasser in Zwischenräume der Thermoschockschutzschicht gelangen kann. Unter einer Schicht ist dabei eine einheitliche Masse in flächenhafter Ausdehnung einer bestimmten Höhe zu verstehen, die sich auf, über, unter oder zwischen anderen Bauteilen befinden kann. Die Thermoschockschutzschicht kann beispielsweise wie in der
Unter einer Abdichtung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedes Bauteil zu verstehen, das geeignet ist, als Sperre für Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, zu wirken. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird als Abdichtung insbesondere ein Klebstoff und bevorzugt ein Keramikklebstoff eingesetzt. In the context of the present invention, a seal is to be understood as meaning any component which is suitable for acting as a barrier for liquids, in particular water. In the context of the present invention, in particular an adhesive and preferably a ceramic adhesive is used as a seal.
Unter einem Schutzrohr ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein rohrförmiges Bauteil zu verstehen, das das Sensorelement mit Abstand umgibt. Das Schutzrohr erleichtert, dass das Sensorelement auf der gewünschten Temperatur gehalten wird, und beugt mechanischen Schäden vor. Für den Gaszutritt zu dem Sensorelement ist das Schutzrohr mit Löchern oder Öffnungen versehen. Das Schutzrohr kann beispielsweise wie in der
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist, eine Abdichtung des Auslaufs der Thermoschockschutzschicht vorzusehen, damit an dieser Stelle keine Wassertropfen mehr auf das Sensorelement treffen können. Die Abdichtung kann aufgebracht werden, nachdem das Sensorelement im Gehäuse mit der Packung verpresst wurde. Hierzu wird das Schutzrohr erst nach diesem Abdichtvorgang auf das Gehäuse aufgebracht. Alternativ könnte die Abdichtung mit einer Nadel durch das Schutzrohr aufgetragen werden. Beispielsweise wird die Nadel über ein durchgängiges mittleres Stirnloch eingeführt.A basic idea of the present invention is to provide a seal of the outlet of the thermal shock protection layer, so that at this point no more water drops can hit the sensor element. The seal may be applied after the sensor element in the housing has been pressed with the package. For this purpose, the protective tube on only after this sealing process the housing applied. Alternatively, the seal could be applied with a needle through the protective tube. For example, the needle is inserted through a continuous central end hole.
Alternativ ist es auch möglich, dass das Sensorelement in der Sensorelementhalterung, vor dem Einsatz in das Sensorgehäuse, vormontiert wird, wie beispielsweise mittels eines Verpressprozesses. Anschließend kann die Abdichtung des Thermoschockschutzschichtauslaufs zur Sensorelementhalterung abgedichtet werden, wie beispielsweise mittels eines Keramikklebers. Dann wird die vormontierte Baugruppe aus Sensorelement mit Thermoschockschutzschicht, Sensorelementhalterung und Abdichtung zwischen Thermoschockschutzschichtauslauf und Sensorelementhalterung in das Sensorgehäuse eingesetzt und verbaut, wie beispielsweise mittels eines Verpressprozesses oder Klemmung, wie beispielsweise mittels einer Tellerfeder.Alternatively, it is also possible that the sensor element in the sensor element holder, before use in the sensor housing, is pre-assembled, such as by means of a Verpressprozesses. Subsequently, the seal of the thermal shock protective layer outlet can be sealed to the sensor element holder, such as by means of a ceramic adhesive. Then, the preassembled assembly of sensor element with thermal shock protection layer, sensor element holder and sealing between thermal shock protective layer outlet and sensor element holder is inserted and installed in the sensor housing, such as by means of a compression process or clamping, such as by means of a plate spring.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in der Figur schematisch dargestellt sind. Further optional details and features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments, which are shown schematically in the figure.
Es zeigt:It shows:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Der Sensor
Der Sensor
Der messgasraumseitige Abschnitt
Wie aus
Wie aus
Der Sensor
Alternativ wird das bereits mit der Thermoschockschutzschicht
Alternativ ist es auch möglich, dass das Sensorelement
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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