DE102006032741B4

DE102006032741B4 - Sensorelement für einen Partikelsensor

Info

Publication number: DE102006032741B4
Application number: DE102006032741.1A
Authority: DE
Inventors: Heiner Scheer; Hans-Joerg Renz; Sabine Roesch; Harald Koehnlein; Benjamin Gaertner; Ingrid Gerner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2023-02-02
Anticipated expiration: 2026-07-15
Also published as: DE102006032741A1; WO2008006640A1; EP2044415A1

Abstract

Sensorelement für einen Partikelsensor zur Detektion von in einem Gasstrom enthaltenen Partikeln, insbesondere von Rußpartikeln im Abgas einer Brennkraftmaschine, mit einem Träger (11) und einer auf der Oberfläche (111) des Trägers (11) angeordneten, dem Gasstrom aussetzbaren Messfläche (12), welche von einem Schutzrahmen (20) umgeben ist, der aus keramischem Material, vorzugsweise aus Aluminiumoxid (Al2O3) besteht, wobei der Träger (11) aus einer Keramik, vorzugsweise Aluminiumoxid (Al2O3), gefertigt ist und der Schutzrahmen (20) als Paste, vorzugsweise als Aluminiumoxid-Paste, auf die Oberfläche (111) des im Grünzustand sich befindlichen Trägers (11) mittels Siebdruck aufgedruckt und der bedruckte Träger (11) gesintert wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Sensorelement für einen Partikelsensor zur Detektion von in einem Gasstrom enthaltenen Partikeln, insbesondere von Rußpartikeln im Abgas einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein bekannter Partikelsensor dieser Art ( WO 2003/006976 A2 ) ist als sog. Rußsensor zum Einbau in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine vorgesehen und wird bevorzugt bei Dieselverbrennungsmotoren eingesetzt und dort im Abgasstrang einem Rußfilter nachgeordnet. Der Partikelsensor weist ein Sensorelement mit einem Träger aus einem hochisolierenden Werkstoff, z.B. aus einer Keramik aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), und einem in dem Träger integrierten Heizelement zum Abbrennen von auf der Oberfläche des Sensorelements sich absetzenden Partikeln, wie Rußpartikeln, auf. Auf der Oberfläche des Trägers ist eine als Widerstandsmessstruktur ausgebildete Messfläche aus zwei interdigitalen Kammelektroden aufgedruckt. Je eine der mit ihren Kammzähnen ineinandergreifenden Kammelektroden ist über eine Leiterbahn mit einem Anschlusskontakt zum Anschließen an eine Mess- und Steuereinheit verbunden. Im Betrieb ist die Messfläche dem Gas- bzw. Abgasstrom unmittelbar ausgesetzt. Lagern sich die im Gas oder Abgas mitgeführten, elektrisch leitenden Partikel, wie sie Rußpartikel darstellen, auf der Messfläche ab, so ändert sich der zwischen den Kammelektroden gemessene Widerstand. Aus der zeitlichen Änderung des Widerstands wird in der Mess- und Steuereinheit die Partikelkonzentration im Gas bzw. die Rußpartikelkonzentration im Abgas bestimmt. Zur Regenerierung des Sensorelements werden die angelagerten Partikel von Zeit zu Zeit mittels des Heizelements abgebrannt.
Weitere Partikelsensoren sind bekannt aus der WO 2006/ 027 288 A1 und der WO 2004 097 392 A1 .
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Sensorelement für einen Partikelsensor zur Detektion von in einem Gasstrom enthaltenen Partikeln hat den Vorteil, dass die auf der Oberfläche des Trägers offen liegende Messfläche bei der Handhabung des Sensorelements, ausgehend von dessen Sintern bis zum endgültigen Verbau im Partikelsensor, durch den Schutzrahmen gegen mechanische Beschädigungen aller Art weitgehend geschützt ist. Der die Messfläche umschließende Schutzrahmen ist mechanisch und thermisch sehr stabil und fest mit dem Träger verbunden und verhindert, dass Fertigungs- oder Montagewerkzeuge an die Messfläche gelangen und dort Kratzer oder Riefen hervorrufen können. Auch beim Lagern des Sensorelements sorgt der Schutzrahmen dafür, dass bei der Ein- oder Auslagerung in das oder aus dem Lagermagazin keine Schäden an der Messfläche auftreten.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Sensorelements möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Schutzrahmen unmittelbar auf den Träger aufgebracht. Träger und Schutzrahmen bestehen aus keramischem Material, vorzugsweise Aluminiumoxid, und sind durch Sintern des Sensorelements einstückig miteinander fest verbunden. Dabei wird bevorzugt der Schutzrahmen im Grünzustand des keramischen Trägers auf diesen im Siebdruckverfahren aufgedruckt. Das Aufdrucken erfolgt im gleichen Druckschritt wie das Aufdrucken einer Abdeckschicht über Leiterbahnen auf der Oberfläche des keramischen Trägers verlaufenden die die Messfläche mit Anschlusskontakten verbinden. Die Abdeckschicht überdeckt dabei den gesamten Bereich der Oberfläche des Trägers, in welchem sich die Leiterbahnen erstrecken.
Figurenliste
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

1 eine Draufsicht eines Sensorelements für einen Partikelsensor,
2 eine Seitenansicht des Sensorelements in 1.

Ausführungsformen der Erfindung
Das in 1 in Draufsicht und in 2 in Seitenansicht dargestellte Sensorelement eines Partikelsensors zur Detektion von in einem Gasstrom enthaltenen Partikeln, vorzugsweise ein sog. Rußsensor zur Detektion von Rußpartikeln und zur Bestimmung der Rußkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselverbrennungsmotors, weist einen plattenartigen Träger 11 aus einem hochisolierenden Werkstoff, im Ausführungsbeispiel aus einem keramischen Werkstoff wie Aluminiumoxid (Al₂O₃), und eine auf der Oberfläche 111 des Trägers 11 angeordnete strukturierte Messfläche 12 aus Platin auf, die auf den Träger 11 aufgedruckt ist. Die Messfläche 12 liegt auf dem Träger 11 offen, ist also unbedeckt und im Betrieb unmittelbar dem Gasstrom ausgesetzt. Die strukturierte Messfläche 12 besteht aus zwei sog. interdigitalen Elektroden, das sind Kammelektroden 13, 14, die auf dem Träger 11 so angeordnet sind, dass sie mit ihren Kammzähnen voneinander beabstandet ineinandergreifen. Jede Kammelektrode 13 bzw. 14 ist über eine auf der Oberfläche 111 des Trägers 11 verlaufende Leiterbahn 15 bzw. 16 mit einem Anschlusskontakt 17 bzw. 18 verbunden. Mittels der Anschlusskontakte 17, 18 wird das Sensorelement an eine Mess- und Steuereinheit angeschlossen. Der Oberflächenbereich des Trägers 11 zwischen den beiden Anschlusskontakten 17, 18 einerseits und der Messfläche 12 andererseits ist mit einer Abdeckschicht 19 aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) überzogen, so dass die Leiterbahnen 15, 16 vollständig abgedeckt sind.
Die Messfläche 12 ist von einem Schutzrahmen 20 aus keramischem Werkstoff umgeben, der unmittelbar auf den Träger 11 aufgebracht ist. Als keramischer Werkstoff wird wiederum Aluminiumoxid (Al₂O₃) verwendet. Das Aufbringen des Schutzrahmens 20 erfolgt im Siebdruckverfahren auf den im Grünzustand sich befindlichen Träger 11, also vor dem Sintern des mit der Messfläche 12 versehenen Trägers 11. Dabei wird zur Herstellung des Schutzrahmens 20 eine Aluminiumoxid-Paste auf den Träger 11 aufgedruckt, und zwar im gleichen Druckschritt, in dem auch die Abdeckschicht 19 auf den Oberflächenbereich zwischen den Anschlusskontakten 17, 18 und der Messfläche 12 aufgedruckt wird. Auf diese Weise sind Abdeckschicht 19 und Schutzrahmen 20 einstückig miteinander verbunden, wobei der Schutzrahmen 20 an der Abdeckschicht 19 ansetzt und längs dreier Kanten des Trägers 11 verläuft. Der Schutzrahmen 20 ist dabei so angeordnet, dass er beim anschließenden Kantenschleifen des gesinterten Sensorelements erhalten bleibt. Vorzugsweise ist durch das Kantenschleifen der Schutzrahmen 20 bündig mit den Kanten des Trägers 11. Die Dicke des Schutzrahmens 20, d.h. der Auftrag des Schutzrahmens 20 auf der Oberfläche 111 des Trägers 11, ist mindestens gleich der Dicke der Messfläche 12 bemessen, vorzugsweise gleich der Dicke der auf den Träger 11 aufgetragenen Abdeckschicht 19, so dass sich eine plane Oberseite des Sensorelements ergibt.
Durch den die Messfläche 12 umgebenden Schutzrahmen 20 sind, ungeachtet einer häufigen Handhabung des Sensorelements beim Sintern, Lagern und Verbauen, auf den Kammelektroden 13, 14 nachweislich deutlich weniger Beschädigungen, wie Kratzspuren und dgl., vorhanden, als bei Sensorelementen ohne den Schutzrahmen 20.

Claims

Sensorelement für einen Partikelsensor zur Detektion von in einem Gasstrom enthaltenen Partikeln, insbesondere von Rußpartikeln im Abgas einer Brennkraftmaschine, mit einem Träger (11) und einer auf der Oberfläche (111) des Trägers (11) angeordneten, dem Gasstrom aussetzbaren Messfläche (12), welche von einem Schutzrahmen (20) umgeben ist, der aus keramischem Material, vorzugsweise aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) besteht, wobei der Träger (11) aus einer Keramik, vorzugsweise Aluminiumoxid (Al₂O₃), gefertigt ist und der Schutzrahmen (20) als Paste, vorzugsweise als Aluminiumoxid-Paste, auf die Oberfläche (111) des im Grünzustand sich befindlichen Trägers (11) mittels Siebdruck aufgedruckt und der bedruckte Träger (11) gesintert wird.
Sensorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftraghöhe des Schutzrahmens (20) auf der Oberfläche (111) des Trägers (11) mindestens gleich der Auftraghöhe der Messfläche (12) bemessen ist.
Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messfläche (12) mit zwei auf der Oberfläche (111) des Trägers (11) zu Anschlusskontakten (17, 18) sich erstreckenden Leiterbahnen (15, 16) verbunden ist, dass die Oberfläche (111) des Trägers (11) im Erstreckungsbereich der Leiterbahnen (15, 16) mit einer die Leiterbahnen (15, 16) überdeckenden Abdeckschicht (19) versehen ist und dass der Schutzrahmen (20) an der Abdeckschicht (19), vorzugsweise einstückig, seitlich ansetzt und um die Messfläche (12) längs dreier Kanten des Trägers (11) verläuft.
Sensorelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzrahmen (20) mit den Kanten des Trägers (11) bündig ist.
Sensorelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckschicht (19) aus keramischem Material, vorzugsweise aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), besteht und in Pastenform mit dem Schutzrahmen (20) im gleichen Druckschrift auf den Träger (11) aufgedruckt ist.
Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messfläche (12) aus Platin hergestellt ist.
Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messfläche (12) zwei Kammelektroden (13, 14) aufweist, die mit ihren Kammzähnen ineinandergreifen.