DE10042000A1

DE10042000A1 - Heizeinrichtung, insbesondere für ein Sensorelement zur Analyse von Gasen

Info

Publication number: DE10042000A1
Application number: DE10042000A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joerg Renz; Lothar Diehl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-08-26
Filing date: 2000-08-26
Publication date: 2002-05-16
Also published as: WO2002018925A1; EP1311841A1; JP2004507760A; US20030029861A1

Abstract

Es wird eine Heizeinrichtung, insbesondere für ein Sensorelement zur Analyse von Abgasen von Verbrennungsmotoren, vorgeschlagen. Die Heizeinrichtung weist dazu einen auf einem Substrat (10) verlaufenden, insbesondere mäanderförmigen Heizleiter (11) sowie mindestens ein in einer Umgebung des Heizleiter (11) angeordnetes, von dem Heizleiter (11) elektrisch isoliertes Wärmeleitelement (12) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung, insbesondere für ein Sensorelement zur Analyse von Abgasen von Verbren nungsmotoren, nach der Gattung des Hauptanspruches.

Stand der Technik

Bei der Herstellung von planaren Gassensoren ("Lambda- Sonden") ist bekannt, diese mit Hilfe einer in einen mehrla gigen, keramischen Schichtaufbau eingebundenen Heizeinrich tung zu beheizen. So ist in der Anmeldung DE 199 05 908 A1 bereits beschrieben worden, eine Heizeinrichtung zwischen zwei keramischen Schichten in Form von Platinleiterbahnen auszuführen, die im heißen Bereich des Gassensors, d. h. in dem Bereich, in dem sich auch die Mess- und Referenzelektro de befindet, und der dem zu analysierenden Gas ausgesetzt ist, mäanderförmig auszubilden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Verbesserung be kannter Heizeinrichtungen, wie sie beispielsweise in Gassen soren eingesetzt werden, hinsichtlich einer Verkürzung der Aufheizzeit und einer möglichst gleichmäßigen Wärmeabgabe.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass eine deutlich gleichmäßigere Wärmeabgabe von der Heizeinrichtung an darüber befindliche Elektroden bzw. Elektrolytschichten erreicht wird. Weiter ergibt sich durch die erfindungsgemäße Heizeinrichtung eine deutliche verkürzte Aufheizzeit durch einen verbesserten Wärmeübertrag bzw. eine verbesserte Wärmeabgabe an benach barte Schichten. Schließlich führt die erreichte Vergleich mäßigung der Wärmeabstrahlung auch zu einer Verringerung der Gefahr von Rissbildungen, beispielsweise in einem Gassensor mit einer derartigen Heizeinrichtung.

Die erläuterten Vorteile der erfindungsgemäßen Heizeinrich tung beruhen zu einem wesentlichen Teil auf der Ausnutzung des sogenannten Schwarzstrahlereffektes, d. h. der Anordnung von zusätzlichen Wärmeleitelementen, beispielsweise Metall flächen, in der Umgebung der Heizleiter, die zwar von diesen elektrisch isoliert sind, mit den Heizleitern aber wärmelei tend in Verbindung stehen, und die damit durch Wärmeabstrah lung eine gleichmäßige und schnelle Wärmeabgabe an die ge samte, mit der Heizeinrichtung versehene Oberfläche oder be nachbarte Flächen bewirken. Im Übrigen wird durch die vorge sehenen Wärmeleitelemente auch die insgesamt zur Verfügung stehende Abstrahlfläche der Heizeinrichtung vergrößert.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.

So ist besonders vorteilhaft, wenn die vorgesehenen Wärme leitelemente Metallflächen sind, die aus dem gleichen Mate rial wie die mäanderförmig verlaufenden Heizleiter bestehen, und insbesondere in Form von Platinflächen ausgebildet ist. Weiter ist vorteilhaft, wenn möglichst viele, zwischen den Mäanderstrukturen des Heizleiters verteilte Metallflächen vorgesehen sind, wobei jedoch stets gewährleistet sein muss, dass es nicht zu Kurzschlüssen zwischen den Heizleitern und den in deren Umgebung angebrachten zusätzlichen Metallflä chen kommt.

Zeichnungen

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und in der nach folgenden Beschreibung näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Heizeinrichtung, wie sie in Gassensoren eingesetzt wird, die Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäß modifizierte Heizeinrichtung.

Ausführungsbeispiele

Das erläuterte Ausführungsbeispiel geht aus von einem Gas sensor ("λ-Sonde") mit einer Mehrzahl von keramischen Schichten und mindestens einer einem zu analysierenden Gas ausgesetzten Messelektrode sowie mindestens einer Referenze lektrode, wie er beispielsweise in der Anmeldung DE 199 06 908 A1 bereits vorgeschlagen worden ist.

Daraus ist weiter bekannt, auf einem flächigen Zirkoniumdi oxidsubstrat Platinleiterbahnen als Heizleiter zu erzeugen, die in dem heißen Bereich des Gassensors mäanderförmig aus gebildet sind. Auf dem Substrat mit den Heizleitern befindet sich dann eine weitere Isolationsschicht, beispielsweise aus Aluminiumoxid. Schließlich ist daraus bekannt, die auf dem Substrat verlaufenden Heizleiter durch Aufdrucken einer pla tinhaltigen Paste und anschließendes Sintern zu Platin zu erzeugen, so dass flächige, im heißen Bereich des Sensors mäanderförmig ausgebildete Platinleiterbahnen entstehen.

Die Fig. 1 zeigt eine derartige, aus dem Stand der Technik bekannte Heizeinrichtung, wobei auf einem Substrat 10 aus Zirkoniumdioxid flächige Platinleiterbahnen als Heizleiter 11 erzeugt worden sind. Diese Heizleiter 11 weisen weiter bereichsweise eine mäanderförmige Struktur auf und werden schließlich in die nicht dargestellte Isolationsschicht ein gebunden.

Die Fig. 2 zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Modifikation von Fig. 1, wobei zwischen den mäanderförmigen Strukturen der Heizleiter 11 zusätzliche, von dem Heizleiter 11 elektrisch isolierte Metallflächen 12 angeordnet worden sind. Diese Metallflächen 12 bestehen im erläuterten Bei spiel ebenfalls aus Platin und sind gleichzeitig mit dem Aufdrucken der Heizleiter 11 auf das Substrat 10 erzeugt worden. Gemäß Fig. 2 ist weiter dargestellt, dass bevorzugt eine Vielzahl von derartigen Metallflächen 12 vorgesehen sind, wobei diese Metallflächen 12 stets so angeordnet sind, dass es nicht zu Kurzschlüssen zwischen den einzelnen Mäan dern des Heizleiters 11 kommt.

Hinsichtlich weiterer, an sich bekannter Details der Hei zeinrichtung gemäß Fig. 1 oder Fig. 2 sowie des damit her gestellten Gassensors sei auf die Anmeldung DE 199 06 908 A1 verwiesen.

Claims

1. Heizeinrichtung, insbesondere für ein Sensorelement zur Analyse von Abgasen von Verbrennungsmotoren, mit einem auf einem Substrat (10) verlaufenden Heizleiter (11), da durch gekennzeichnet, dass in einer Umgebung des Heizleiters (11) mindestens ein von dem Heizleiter (11) elektrisch iso liertes Wärmeleitelement (12) angeordnet ist.

2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass das Wärmeleitelement (12) als eine Metallfläche ausgebildet ist.

3. Heizeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass eine Mehrzahl von Metallflächen vorgesehen sind, die einer Umgebung eines mäanderförmig ausgebildeten Heiz leiters (11) von diesem elektrisch isoliert angeordnet sind.

4. Heizeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die Metallflächen mindestens ein gut wär meleitendes Metall enthalten.

5. Heizeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass das Metall Platin oder eine Platinlegierung ist.

6. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der Heizleiter (11) in Form von auf einem kerami schen Substrat (10) verlaufenden, insbesondere mäanderförmi gen Platinleiterbahnen ausgebildet ist.