DE102006043094A1

DE102006043094A1 - Coating producing method for sensor element of e.g. lambda sensor, involves accomplishing heating process of coated sensor element such that heating process clinges shrink foil by shrinkage at sensor element

Info

Publication number: DE102006043094A1
Application number: DE200610043094
Authority: DE
Inventors: Hans-Joerg Renz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2008-03-27

Abstract

The method involves sectionally coating a sensor element (14) by using a shrinking foil, and exposing the coated sensor element to a heating process, where the shrinking foil shrinks at temperatures below a sinter temperature of ceramics. The heating process of the coated sensor element is accomplished in such a way that the heating process clinges the shrink foil by shrinkage at the sensor element. The shrinking foil is applied on the sintered sensor element. An independent claim is also included for a gas sensor for measuring physical characteristic of exhaust gas of an internal combustion engine.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Erzeugen einer Beschichtung auf einem Sensorelement aus gesinterter Keramik, insbesondere auf einem Sensorelement eines Gassensors zur Messung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases, wie Temperatur oder Konzentration einer Gaskomponente, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention is based on a method for producing a coating on a sensor element of sintered ceramic, in particular on a Sensor element of a gas sensor for measuring a physical Property of a sample gas, such as temperature or concentration of a gas component, according to the preamble of claim 1.

Ein bekannter Gassensor, insbesondere eine Lambdasonde ( DE 101 27 917 C1 ), hat ein als keramisches Laminat hergestelltes Sensorelement, das mit seinem mittleren Abschnitt mittels einer Dichtungspackung in einem Sensorgehäuse gehaltert ist. Das Sensorelement weist im Bereich der Dichtungspackung eine Beschichtung aus elektrisch isolierendem Material auf, die das Sensorelement gegenüber dem Metallgehäuse potenzialfrei hält. Die Dichtungspackung ist als Glaskittung ausgebildet, die eine sehr gute Dichtigkeit gegenüber flüssigem oder dampfförmigem Kraftstoff, insbesondere Benzin, besitzt. Die Beschichtung des mittleren Abschnitts des Sensorelements wird in der Weise erzeugt, das zunächst auf dem mittleren Abschnitt ein das Isolationsmaterial tragendes Transferband aufgewickelt wird und dann das umwickelte Sensorelement einem Hochtemperaturprozess ausgesetzt wird. Dabei wird das Transferband zersetzt und das Isolationsmaterial und das Keramikmaterial gehen in einem Sinterprozess eine gasdichte feste Sinterverbindung miteinander ein.A known gas sensor, in particular a lambda probe ( DE 101 27 917 C1 ), has a sensor element made as a ceramic laminate, which is mounted with its central portion by means of a gasket in a sensor housing. In the area of the packing, the sensor element has a coating of electrically insulating material, which keeps the sensor element potential-free relative to the metal housing. The gasket is designed as a glass seal, which has a very good seal against liquid or vapor fuel, especially gasoline. The coating of the central portion of the sensor element is produced in such a way that first on the central portion of a transfer belt carrying the insulating material is wound and then the wrapped sensor element is subjected to a high-temperature process. In this case, the transfer belt is decomposed and the insulating material and the ceramic material enter into a sintered sintered gas-tight connection with each other.

Bekannte planare Sensorelemente für Gassensoren werden aus einzelnen keramischen Schichten unter Einbettung von Messelektroden, Anschlusskontakten, Leiterbahnen und Heizelement zusammengesetzt. Eine auf der Oberfläche des Sensorelements angeordnete, äußere Messelektrode wird mit einer porösen Schutzschicht überzogen, die in mehren Schichten aufgedruckt wird. Der so aufgebaute Laminatkörper wird einem Hochtemperaturprozess unterworfen, in dem das Keramikmaterials sintert und so eine feste Verbindung zwischen den Keramikschichten hergestellt wird. Um eine ausreichend hohe thermische Stabilität des Sensorelements zu gewährleisten, wird das Sensorelement nach dem Sintern kantengeschliffen und auch alle sonstigen Ecken und Kerbungen am Sensorelement, die beim Schneiden der keramischen Schichten und/oder bei sonstigen Arbeitsgängen entstehen, geglättet, da Kanten, Ecken und Kerben die Thermostabilität deutlich reduzieren.Known planar sensor elements for Gas sensors are made of individual ceramic layers under embedding of measuring electrodes, connecting contacts, conductor tracks and heating element composed. An outer measuring electrode arranged on the surface of the sensor element comes with a porous Protective layer, which is printed in several layers. The laminate body thus constructed becomes subjected to a high temperature process in which the ceramic material sinters and so a firm connection between the ceramic layers will be produced. To a sufficiently high thermal stability of the sensor element to ensure, the sensor element is edge ground after sintering and also all other corners and notches on the sensor element when cutting the ceramic layers and / or other operations arise, smoothed Edges, corners and notches significantly reduce thermal stability.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass in fertigungstechnischer einfacher und kostengünstigen Weise eine Beschichtung des Sensorelements in einem gewünschten Bereich oder Abschnitt des Sensorelements herstellbar ist. Dabei kann eine im mittleren Bereich des Sensorelements mittels der Schrumpffolie erzeugte Beschichtung als elektrische Isolierschicht zwischen dem Sensorelement und einer das Sensorelement dicht umschließenden und gegen die Innenwand eines Sensorgehäuses abdichtenden Dichtungspackung dienen. Eine in einem äußeren, dem Messgas oder dem Abgas einer Brennkraftmaschine ausgesetzten Abschnitt des Sensorelements mittels der Schrumpffolie erzeugte Beschichtung kann die notwendige Schutzschicht auf der äußeren Messelektrode mit gleicher Funktionalität ersetzen, die üblicherweise in einem kostenintensiven, aufwendigen Druckverfahren (insgesamt vier einzelne Druckschritte!) erzeugt werden muss. Da die Beschichtung um den ganzen messgasseitigen Abschnitt des Sensorelements herum verläuft, sind von der Beschichtung auch alle Kanten und Ecken des gesinterten Sensorelements abgedeckt, so dass eine hohe thermische Stabilität des Sensorelements erreicht wird, ohne dass in einem aufwendigen Fertigungsprozess das Sensorelement kantengeschliffen werden muss oder Ecken und Kerben im Sensorelement geglättet werden müssen.The inventive method with the features of claim 1 has the advantage that in manufacturing technology simple and inexpensive way a coating of the sensor element in a desired Region or portion of the sensor element can be produced. there can one in the central region of the sensor element by means of the shrink film produced coating as an electrical insulating layer between the Sensor element and a sensor element tightly enclosing and against the inner wall of a sensor housing serve sealing gasket. One in an outer, the Measuring gas or the exhaust gas of an internal combustion engine exposed section the sensor element produced by means of the shrink film coating can the necessary protective layer on the outer measuring electrode with the same functionality replace that usually in a costly, expensive printing process (total four individual printing steps!) must be generated. Because the coating around the entire measuring gas side portion of the sensor element around runs, All the edges and corners of the sintered layer are covered by the coating Covered sensor element, so that a high thermal stability of the sensor element is achieved without being in an elaborate manufacturing process the sensor element must be edge-ground or corners and notches Smoothed in the sensor element Need to become.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.By in the further claims listed activities are advantageous developments and improvements of the claim 1 specified method possible.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Schrumpffolie auf das grüne, d.h. ungesinterte, aus keramischen Schichten zusammengesetzte Sensorelement aufgewickelt oder vorzugsweise als Schrumpfschlauch aufgezogen und durch Erwärmen der Schrumpfvorgang ausgelöst, wodurch die Schrumpffolie, vorzugsweise der Schrumpfschlauch, auf dem grünen Sensorelement vorfixiert wird. Danach wird das Sensorelement einem Sinterprozess unterworfen wobei durch den Sinterbrand die keramische Anbindung der Schrumpffolie bzw. des Schrumpfschlauchs an das Sensorelement erfolgt und somit die Beschichtung hergestellt ist.According to one preferred embodiment of Invention, the shrink film on the green, i. unsintered, out ceramic layers wound composite sensor element or preferably mounted as a shrink tube and by heating the Shrinking process triggered whereby the shrink film, preferably the shrink tube on the green Sensor element is prefixed. Thereafter, the sensor element is a Sintering process whereby the sintered by the ceramic Connection of the shrink film or the shrink tube to the sensor element takes place and thus the coating is made.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird die Schrumpffolie, vorzugsweise der Schrumpfschlauch, auf das bereits gesinterte Sensorelement aufgebracht und anschließend durch Erwärmen auf Schrumpftemperatur der Schrumpfvorgang herbeigeführt.According to one alternative embodiment of the Invention is the shrink film, preferably the shrink tube, applied to the already sintered sensor element and then by heating Shrinking temperature of the shrinking brought about.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird im letzteren Fall die Erwärmung auf Schrumpftemperatur durch Ausheizen des Sensorelements aufgebracht, was eine regelmäßige Maßnahme bei der Fertigung der Sensorelemente ist. Dieses Ausheizen des Sensorelements erfolgt mittels eines im Sensorelement integrierten Heizelements bei Temperaturen zwischen 1000° bis 1200°C. Bei diesen Temperaturen sintert die Schrumpffolie auf das keramische Sensorelement auf, wodurch dessen Beschichtung erzeugt wird. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, dass nur solche Sensorelemente mit einer Beschichtung versehen werden, die zuvor auf Funktionsfähigkeit geprüft worden sind, was standardmäßig vor dem Ausheizen des Sensorelements durchgeführt wird.According to an advantageous embodiment of the invention, the heating to the shrinking temperature is applied by heating the sensor element in the latter case, which is a regular measure in the manufacture of the sensor elements is. This heating of the sensor element by means of a built-in sensor element heating element at temperatures between 1000 ° to 1200 ° C. At these temperatures, the shrink film sinters on the ceramic sensor element, thereby producing its coating. This procedure has the advantage that only such sensor elements are provided with a coating which has been previously tested for functionality, which is performed by default before the heating of the sensor element.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Schrumpffolie aus mindestens zwei Materialkomponenten zusammengesetzt, von denen die eine Komponente die Schrumpffähigkeit der Schrumpffolie begründet und die zweite Komponente die Beschichtung ergibt. Dabei sind die Komponenten so ausgelegt, dass durch Sintern des mit der Schrumpffolie versehenen keramischen Sensorelements die erste Komponente sich zersetzt und die die Beschichtung ergebende zweite Komponente eine Sinterverbindung mit der Keramik eingeht.According to one advantageous embodiment of the Invention is the shrink film of at least two material components one component of which is the shrinkability of the component Shrink film justified and the second component gives the coating. Here are the Components designed so that by sintering with the shrink film provided ceramic sensor element, the first component itself decomposes and the coating resulting second component Sinter connection is received with the ceramic.

Um die Funktionalität der Schrumpffolie als poröse Schutzschicht für die äußere Messelektrode zu gewährleisten, werden dem Folienmaterial der Schrumpffolie als dritte Materialkomponente Porenbildner zugesetzt, die sich bei einer Temperatur, die größer ist als die Schrumpftemperatur der Schrumpffolie, zersetzen und so ein poröses Gefüge der Beschichtung schaffen.Around the functionality the shrink film as a porous Protective layer for the outer measuring electrode too guarantee, become the film material of the shrink film as a third material component Pore formers are added, which are at a temperature which is greater as the shrinking temperature of the shrink film, decompose and so on porous structure create the coating.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Das erfindungsgemäße Verfahren ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels eines Gassensors in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:The inventive method is based on an embodiment shown in the drawing a gas sensor in the following description explained in more detail. It show in a schematic representation:

1 einen Längsschnitt eines Gassensors, z.B. einer Lambdasonde, mit Gehäuse und Sensorelement, 1 a longitudinal section of a gas sensor, such as a lambda probe, with housing and sensor element,

2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Ausschnitts II in 1 eines modifizierten Sensorelements, 2 an enlarged perspective view of the section II in 1 a modified sensor element,

3 einen Schnitt längs der Linie III-III in 2. 3 a section along the line III-III in 2 ,

Der in 1 dargestellte Gassensor dient beispielhaft zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente in einem Messgas, beispielsweise als sog. Lambdasonde zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine. Mögliche Ausführungen eines solchen Gassensors zur allgemeinen Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases sind ein Temperaturmesssensor zur Messung der Temperatur des Messgases oder ein Stickoxidsensor zur Messung der Konzentration von Stickoxiden im Messgas, insbesondere im Abgas von Brennkraftmaschinen.The in 1 The illustrated gas sensor is used, for example, for determining the concentration of a gas component in a measurement gas, for example as a so-called lambda probe for determining the oxygen concentration in the exhaust gas of an internal combustion engine. Possible embodiments of such a gas sensor for the general determination of a physical property of a measuring gas are a temperature measuring sensor for measuring the temperature of the measuring gas or a nitrogen oxide sensor for measuring the concentration of nitrogen oxides in the measuring gas, in particular in the exhaust gas of internal combustion engines.

Der in 1 im Längsschnitt schematisiert skizzierte Gassensor weist ein Gehäuse 11 auf, an dem ein Außengewinde 12 zum Einbau des Gassensor am Messort, z.B. in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, und ein Montagesechskant 13 ausgebildet ist. Im metallischen Gehäuse 11 ist ein Sensorelement 14 mittels einer Dichtungspackung 21 gehaltert, wobei die Dichtungspackung 21 einen mittleren Abschnitt 141 des Sensorelements 14 gasdicht umfasst und sich radial gegen die Innenwand des Gehäuses 11 presst. Das Sensorelement 14 ragt mit einem unteren, dem sog. messgasseitigen Abschnitt 142 und einem oberen, dem sog. anschlussseitigen Abschnitt 143 aus dem Gehäuse 11 hervor. Der untere Abschnitt 142 ist am Einbauort des Gassensors dem Messgasstrom ausgesetzt und ist von einem im Ausführungsbeispiel doppelwandigen Schutzrohr 17 umgeben, das auf der Unterseite des Gehäuses 11 an diesem festgelegt ist. Das Schutzrohr 17 weist Gaszutrittslöcher 18, 19 sowie ein am geschlossenen Boden angeordnetes Gasaustrittsloch 20 auf. Über die Gaszutrittslöcher 18, 19 kann Messgas an den gassensitiven, unteren Abschnitt 142 des Sensorelements 14 gelangen, diesen umspülen und über das Gasaustrittsloch 20 wieder in den Messgasstrom zurückfließen. Der gassensitive, untere Abschnitt 142 des Sensorelements 14 enthält in bekannter Weise Messelektroden, von denen eine auf der Oberfläche des Sensorelements 14 angeordnete Außenelektrode 22 in 1 schematisch angedeutet ist. Auf dem oberen oder anschlussseitigen Abschnitt 143 des Sensorelements 14 sind auf voneinander abgekehrten Seiten Kontaktflächen 15, 16 angeordnet, die über hier nicht dargestellte Leiterbahnen mit den Messelektroden elektrisch verbunden sind. An den Kontaktflächen 15, 16 greift eine nicht dargestellte Kontaktiervorrichtung an, durch die die Messelektroden über eine ebenfalls nicht dargestellte Anschlussleitung mit einer außerhalb des Gassensors angeordneten Auswerteschaltung elektrisch verbunden sind.The in 1 schematically sketched in longitudinal section gas sensor has a housing 11 on, on which an external thread 12 for installation of the gas sensor at the measuring location, for example in the exhaust gas system of an internal combustion engine, and a mounting echo 13 is trained. In the metallic housing 11 is a sensor element 14 by means of a packing 21 held, with the gasket 21 a middle section 141 of the sensor element 14 encloses gas tight and extends radially against the inner wall of the housing 11 pressed. The sensor element 14 protrudes with a lower, the so-called. Messgasseitigen section 142 and an upper, the so-called. Connection-side section 143 out of the case 11 out. The lower section 142 is exposed to the measuring gas flow at the installation of the gas sensor and is of a double-walled in the exemplary embodiment protective tube 17 surrounded on the bottom of the case 11 is fixed at this. The protective tube 17 has gas access holes 18 . 19 and a gas outlet hole disposed on the closed bottom 20 on. Via the gas access holes 18 . 19 can sample gas to the gas-sensitive, lower section 142 of the sensor element 14 get around this, and wash it over the gas outlet hole 20 flow back into the sample gas stream. The gas-sensitive, lower section 142 of the sensor element 14 contains in a known manner measuring electrodes, one of which on the surface of the sensor element 14 arranged outer electrode 22 in 1 is indicated schematically. On the upper or connection side section 143 of the sensor element 14 are contact surfaces on sides facing away from each other 15 . 16 arranged, which are electrically connected via conductor tracks, not shown here with the measuring electrodes. At the contact surfaces 15 . 16 engages a contacting device, not shown, through which the measuring electrodes are electrically connected via a connecting line, also not shown, with an evaluation circuit arranged outside the gas sensor.

Auf dem unteren oder messgasseitigen Abschnitt 142 des Sensorelements 14 ist eine Beschichtung 23 aufgebracht, die die gesamte Oberfläche des unteren Abschnitts 142 überzieht und als poröse Schutzschicht auch die Außenelektrode 22 abdeckt. Die Beschichtung 23 ist mittels einer Schrumpffolie realisiert, die im Ausführungsbeispiel als Schrumpfschlauch 24 ausgeführt ist. Der Schrumpfschlauch 24 auf den unteren Abschnitt 142 aufgeschrumpft und schmiegt sich eng an das Sensorelement 14 an. Der Schrumpfschlauch 24 ist an einem Ende geschlossen, so dass auch die Stirnseite des unteren Abschnitts 142 von dem Schrumpfschlauch 24 abgedeckt ist. Dadurch, dass der untere Abschnitt 142 vollständig von dem die Beschichtung 23 bildenden Schrumpfschlauch 24 überzogen ist, sind sämtliche Kanten, Ecken und Einkerbungen im Sensorelement 14, die bei der Herstellung des Sensorelements 14 z.B. durch Schneiden der einzelnen Schichten oder beim sonstigen Handling entstehen, abgedeckt, so dass diese nicht ihre die Thermostabilität reduzierende Wirkung entfalten können und somit das Sensorelement 14 eine hohe thermische Stabilität besitzt.On the lower or measuring gas side section 142 of the sensor element 14 is a coating 23 Applied to the entire surface of the lower section 142 covers and as a porous protective layer and the outer electrode 22 covers. The coating 23 is realized by means of a shrink film, which in the embodiment as a shrink tube 24 is executed. The shrink tube 24 on the lower section 142 shrunk and nestles snugly against the sensor element 14 at. The shrink tube 24 is closed at one end, so that also the front side of the lower section 142 from the shrink tube 24 abge is covered. By doing that, the lower section 142 completely from which the coating 23 forming shrink tubing 24 is coated, are all edges, corners and notches in the sensor element 14 used in the manufacture of the sensor element 14 For example, by cutting the individual layers or other handling arise, covered, so that they can not develop their thermostability reducing effect and thus the sensor element 14 has a high thermal stability.

Die Beschichtung 23 auf dem Sensorelement 14 wird wie folgt erzeugt:
Der an einem Ende geschlossene Schrumpfschlauch 24 wird auf den unteren Abschnitt 142 des grünen, d.h. ungesinterten Sensorelements 14 aufgezogen, und durch Erwärmen z.B. mit einer Gasflamme, einem Infrarotheizer oder Licht wird der Schrumpfvorgang ausgelöst, so dass sich der Schrumpfschlauch 24, der einen Schrumpfungsfaktor von mindestens 15%, vorzugsweise einen Schrumpffaktor zwischen 30% und 60% aufweist, durch seine Schrumpfung eng an das Sensorelement 14 anschmiegt. Das keramische Sensorelement 14 wird zusammen mit dem durch Schrumpfung vorfixierten Schrumpfschlauch 24 einem Hochtemperaturprozess ausgesetzt, bei dem das keramische Material des Sensorelements 14 sintert und auch der Schrumpfschlauch 24 auf die Keramik des Sensorelements 14 aufgesintert wird, so dass sich eine feste Sinterverbindung zwischen der Beschichtung 23 und dem Sensorelement 14 ergibt.The coating 23 on the sensor element 14 is generated as follows:
The closed at one end shrink tube 24 will be on the bottom section 142 the green, ie unsintered sensor element 14 mounted, and by heating, for example, with a gas flame, an infrared heater or light, the shrinking process is triggered so that the shrink tube 24 having a shrinkage factor of at least 15%, preferably a shrinkage factor between 30% and 60%, by its shrinkage close to the sensor element 14 snugly. The ceramic sensor element 14 is combined with shrink-prefixed shrink tubing 24 exposed to a high temperature process in which the ceramic material of the sensor element 14 sinters and also the shrink tube 24 on the ceramic of the sensor element 14 is sintered, leaving a solid sintered bond between the coating 23 and the sensor element 14 results.

Das Material, aus dem der Schrumpfschlauch 24 besteht, ist aus mindestens zwei Materialkomponenten zusammengesetzt, von denen die erste Komponente die Schrumpffähigkeit des Schrumpfschlauchs 24 begründet und die zweite Komponente die Beschichtung 23 ergibt. Dabei sind die Komponenten so ausgelegt, dass durch den Sinterbrand die erste Komponente sich zersetzt und die zweite Komponente eine Sinterverbindung mit der Keramik eingeht. Als erste Komponente werden beim Sintern verdampfende Weichmacher, z.B. Phtalate, und als zweite Komponente keramische oder metallische Werkstoffe verwendet, so z.B. als keramische Werkstoffe Aluminiumoxid, yttriumstabilisiertes Zirkoniumoxid oder Siliziumdioxid und als metallischer Werkstoffe Platin oder Palladium-Resinat. Um die als Schutzschicht für die Außenelektrode 22 geforderte Porosität der Beschichtung 23 sicherzustellen, werden dem Material des Schrumpfschlauchs 24 als dritte Materialkomponente Porenbildner zugesetzt, die sich bei einer Temperatur, die größer ist als die Schrumpftemperatur des Schrumpfschlauchs 24, zersetzen und dadurch Poren im Schlauchmaterial erzeugen.The material from which the shrink tube 24 consists of at least two material components, of which the first component, the shrinkability of the shrink tube 24 justified and the second component the coating 23 results. The components are designed in such a way that the sintering firing causes the first component to decompose and the second component to form a sintered connection with the ceramic. As a first component, vaporizing plasticizers, eg phthalates, are used during sintering, and ceramic or metallic materials are used as the second component, for example aluminum oxide, yttrium-stabilized zirconium oxide or silicon dioxide as ceramic materials and platinum or palladium resinate as metallic materials. As a protective layer for the outer electrode 22 required porosity of the coating 23 ensure the material of the shrink tube 24 Pore formers added as the third material component, which at a temperature which is greater than the shrinkage temperature of the shrink tube 24 , decompose and thereby create pores in the tubing.

In einem etwas abgewandelten Verfahren wird der Schrumpfschlauch 24 nicht auf das grüne, sondern auf das bereits gesinterte Sensorelement 14 aufgezogen und dann über Schrumpftemperatur hinaus erwärmt, so dass sich der Schrumpfschlauch 24 durch Schrumpfen eng an das Sensorelement 14 anschmiegt. Vorteilhaft wird die Erwärmung des Schrumpfschlauchs 24 im sog. Ausheizvorgang des Sensorelements 14 vorgenommen. Bei diesem Ausheizvorgang wird das Sensorelement 14 mittels eines integrierten Heizelements auf eine oberhalb seiner Betriebstemperatur liegenden Temperatur aufgeheizt, die bei Lambdasonde etwa zwischen 1000° und 1200°C liegt. Diese Aufheiztemperatur reicht aus, um den Schrumpfschlauch 24 auf das Sensorelement 14 aufzusintern, so dass eine feste Sinterverbindung der dabei entstehenden Beschichtung 23 und der Keramik des Sensorelements 14 entsteht. Da nur endgefertigte und geprüfte Sensorelement 14 einem Ausheizvorgang ausgesetzt werden, ist sichergestellt, dass nur endgefertigte und voll funktionsfähige Sensorelemente 14 mit einer Beschichtung 23 versehen werden.In a somewhat modified process, the shrink tube 24 not on the green, but on the already sintered sensor element 14 mounted and then heated above the shrink temperature, so that the heat shrink tubing 24 by shrinking closely to the sensor element 14 snugly. The heating of the shrink tube is advantageous 24 in the so-called. Baking process of the sensor element 14 performed. In this annealing process, the sensor element 14 heated by an integrated heating element to a temperature above its operating temperature, which is approximately between 1000 ° and 1200 ° C at lambda probe. This heating temperature is sufficient to the shrink tube 24 on the sensor element 14 aufzusintern, so that a solid sintered compound of the resulting coating 23 and the ceramic of the sensor element 14 arises. Because only finished and tested sensor element 14 a heating process, it is ensured that only finished and fully functional sensor elements 14 with a coating 23 be provided.

Anstelle eines einseitig geschlossenen Schrumpfschlauchs 24 kann auch ein beidseitig offener Schrumpfschlauch 24' verwendet werden. Dabei ist es vorteilhaft, dass nach Aufziehen des Schrumpfschlauchs 24' auf den unteren Abschnitt 142 des Sensorelements 14 das Schlauchende etwas über das freie Ende des Sensorelements 14 hinaus übersteht. Dieser Schlauchüberstand 241' (2) wird während des Erwärmens zum Zwecke des Aufschrumpfens des Schrumpfschlauchs 24 auch auf die freie Stirnseite des Sensorelements 14 mit einem Prägestempel auf die freie Stirnfläche des Sensorelements 14 aufgedrückt, so dass auch die stirnseitigen Kanten des Sensorelements 14 von dem Schrumpfschlauch 24' überdeckt sind. Die in dieser Weise auf dem unteren Abschnitt 142 des Sensorelements 14 erzeugte, alle Kanten des Abschnitts 142 überdeckende Beschichtung 23 ist in 2 dargestellt.Instead of a one-sided closed shrink tube 24 can also have a shrink tube open on both sides 24 ' be used. It is advantageous that after mounting the shrink tube 24 ' on the lower section 142 of the sensor element 14 the hose end slightly above the free end of the sensor element 14 survives beyond. This hose overhang 241 ' ( 2 ) during heating for the purpose of shrinking the heat shrink tubing 24 also on the free end face of the sensor element 14 with an embossing stamp on the free end face of the sensor element 14 pressed so that the frontal edges of the sensor element 14 from the shrink tube 24 ' are covered. The in this way on the lower section 142 of the sensor element 14 generated, all edges of the section 142 covering coating 23 is in 2 shown.

3 zeigt ein Schnittbild des mit dem Schrumpfschlauch 24' überzogenen Sensorelements 14 gemäß 2. Ein gleiches Schnittbild ergibt sich für das mit dem Schrumpfschlauch 24 überzogenen Sensorelement 14 gemäß 1. 3 shows a sectional view of the shrink tubing 24 ' coated sensor element 14 according to 2 , An identical cross-section results for the shrink tube 24 coated sensor element 14 according to 1 ,

Anstelle eines Schrumpfschlauchs 24 oder 24' kann auch eine Schrumpffolie verwendet werden, die dann um den unteren Abschnitt 142 gewickelt oder vorab zu einem Schlauch gedreht und dann auf den unteren Abschnitt 142 aufgezogen wird. Schrumpfschlauch 24' und Schrumpffolie werden üblicherweise durch Extrudieren hergestellt. Die Schrumpffolie kann aber auch durch Drucken, insbesondere mittels Siebdruckverfahren, oder durch Foliengießen hergestellt werden.Instead of a shrink tube 24 or 24 ' Also, a shrink wrap can be used, which is then around the bottom section 142 wrapped or in advance turned to a hose and then to the lower section 142 is raised. shrinkable tubing 24 ' and shrink film are usually made by extrusion. However, the shrink film can also be produced by printing, in particular by screen printing, or by film casting.

Die Erzeugung einer Beschichtung 23 auf einem keramischen Sensorelement 14 nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist nicht auf den gassensitiven unteren Abschnitt 142 des Sensorelements 14 beschränkt. Die Beschichtung 23 kann auch z.B. zum Zwecke der elektrischen Isolation des Sensorelement 14 gegenüber einer nicht oder schlecht isolierenden Dichtungspackung 21 im mittleren Abschnitt 141 des Sensorelements 14 in gleicher Weise hergestellt werden. Dem Material, aus dem der Schrumpfschlauch 24' oder die Schrumpffolie besteht, werden dann entsprechende, elektrisch isolierende Komponenten zugesetzt.The production of a coating 23 on egg a ceramic sensor element 14 according to the method described above is not on the gas-sensitive lower section 142 of the sensor element 14 limited. The coating 23 can also eg for the purpose of electrical insulation of the sensor element 14 against a not or poorly insulating gasket 21 in the middle section 141 of the sensor element 14 be prepared in the same way. The material from which the shrink tube 24 ' or the shrink film is made, then appropriate, electrically insulating components are added.

Claims

Method for producing a coating ( 23 ) on a sensor element ( 14 ) of sintered ceramic, in particular on a sensor element ( 14 ) of a gas sensor for measuring a physical property of a measurement gas, such as temperature or concentration of a gas component, in which the sensor element ( 14 ) at least partially wrapped with a film and the coated sensor element ( 14 ) is subjected to a heating process, characterized in that a shrink film is used as the film, which shrinks at temperatures below the sintering temperature of the ceramic, and that the heating process of the coated sensor element ( 14 ) is carried out so that the shrink film by shrinkage to the sensor element ( 14 ) clings.

A method according to claim 1, characterized in that the shrink film on the sintered sensor element ( 14 ) is applied.

A method according to claim 1, characterized in that the shrink film on the green sensor element ( 14 ) and the coated sensor element ( 14 ) is sintered.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the envelope of the sensor element ( 14 ) with the shrink film in a section which can be exposed to the sample gas ( 142 ) of the sensor element ( 14 ) is made.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that as shrink film, a shrink tube ( 24 ; 24 ' ) is used and the shrink tube ( 24 ; 24 ' ) to the section to be wrapped ( 142 ) of the sensor element ( 14 ) is reared.

Method according to claim 4, characterized in that the heat-shrinkable tube ( 24 ' ) on the section ( 142 ) of the sensor element ( 14 ) is mounted so that it with a hose end portion on the sensor element ( 14 protruding) and that the tube projection ( 241 ' ) during heating of the shrink tube ( 24 ' ) over shrinkage temperature with an embossing stamp on the end face of the sensor element ( 14 ) is pressed.

A method according to claim 4, characterized in that as a shrink film on one side closed shrink tube ( 24 ) and on the section ( 142 ) of the sensor element ( 14 ) is reared.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized that a shrink film with a shrinkage factor of at least 15%, preferably a shrinkage factor between 30% and 60% becomes.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the material of the shrink film used is composed of at least two material components, of which the first component substantiates the shrinkability of the shrink film and the second component, the coating ( 23 ).

A method according to claim 9, characterized in that the material components are designed so that by sintering of the shrink film provided with the sensor element ( 14 ) the first component decomposes and the coating ( 23 ) second component a sintered connection with the ceramic of the sensor element ( 14 ) received.

Method according to claim 10, characterized in that that for the first component during sintering vaporizing plasticizers, preferably phthalates, and binders and solvents be used.

Method according to one of claims 9 to 11, characterized as second component ceramic or metallic materials, e.g. Alumina, zirconia, or silica or platinum, Platinum or palladium resinate.

Method according to one of claims 9 to 12, characterized that the material of the shrink film used as a third component pore-forming agent be added at a temperature which is greater as the shrinkage temperature of the shrink film, a decomposition subject.

Method according to one of claims 1 to 13, characterized that the shrink film produced by extrusion, screen printing or film casting becomes.

Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that the on Shrink the shrink film required shrinkage temperature by heating the sensor element ( 14 ) by means of a in the sensor element ( 14 ) integrated heating element is applied.

Gas sensor for determining a physical property of a measurement gas, in particular the temperature or concentration of a gas component, with a sensor element ( 14 ) of sintered ceramic which has a section which can be exposed to the sample gas ( 142 ) and in the section ( 142 ) has arranged measuring electrodes, of which an outer electrode ( 22 ) on the surface of the sensor element ( 14 ), characterized in that on the section which can be exposed to the measuring gas ( 142 ) of the sensor element ( 14 ) one at least in the region of the outer electrode ( 22 ) porous coating ( 23 ) is made by shrinking a shrink film.

Gas sensor according to Claim 16, characterized in that the shrink film is a section which can be exposed to the gas to be measured ( 142 ) mounted shrink tube ( 24 ; 24 ' ).

Gas sensor according to claim 16 or 17, characterized in that the shrink tube ( 24 ) is closed at one end.

Gas sensor according to one of claims 16 to 18, characterized in that the film material contains ceramic material such as alumina, zirconia or silica or metallic material such as platinum or palladium, and that between the ceramic or metallic material of the film and the ceramic of the sensor element ( 14 ) There is a sintered connection.