DE102010063529A1 - heating element - Google Patents
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Abstract
Es werden ein Sensorelement (110) sowie ein Heizelement (112), insbesondere zum Einsatz in einem Sensorelement (110), vorgeschlagen. Das Sensorelement (110) kann insbesondere zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum eingerichtet sein. Das Heizelement (112) umfasst mindestens zwei Kontaktelemente (120) und mindestens zwei über die Kontaktelemente (120) mit einem Heizstrom beaufschlagbare Heizpfade (126, 128). Das Heizelement (112) ist derart ausgestaltet, dass ein über die Kontaktelemente (120) bereitgestellter Gesamtstrom bei mindestens zwei unterschiedlichen Temperaturen auf unterschiedliche Weise auf die Heizpfade (126, 128) aufgeteilt wird.A sensor element (110) and a heating element (112), in particular for use in a sensor element (110), are proposed. The sensor element (110) can in particular be designed to detect at least one property of a gas in a measurement gas space. The heating element (112) comprises at least two contact elements (120) and at least two heating paths (126, 128) to which a heating current can be applied via the contact elements (120). The heating element (112) is designed in such a way that a total current provided via the contact elements (120) is divided into the heating paths (126, 128) in different ways at at least two different temperatures.
Description
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Bauelemente oder Baugruppen bekannt, welche zur Erzeugung einer oder mehrerer Betriebstemperaturen über ein oder mehrere Heizelemente verfügen, beispielsweise integrierte Heizelemente. Ohne Beschränkung weiterer möglicher Ausgestaltungen und Einsatzgebiete wird die Erfindung im Folgenden beschrieben unter Bezugnahme auf Heizelemente in Sensorelementen zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum. Insbesondere kann es sich bei den Sensorelementen um Sensorelemente handeln, welche zur qualitativen und/oder quantitativen Erfassung eines Gases in einem Messgasraum eingerichtet sind, insbesondere um ein keramisches Sensorelement, beispielsweise mit einer oder mehreren Funktionskeramiken. Beispiele derartiger Sensorelemente, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, sind Sensorelemente, bei welchen mindestens zwei Elektroden vorgesehen sind, die über mindestens einen Festelektrolyten miteinander verbunden sind, insbesondere einen keramischen Festelektrolyten wie beispielsweise Zirkoniumdioxid, insbesondere Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumdioxid oder Scandiumdotiertes Zirkoniumdioxid. Ausführungsbeispiele derartiger Sensorelemente sind in
Die in der Regel vorhandene Notwendigkeit der Verwendung eines oder mehrerer Heizelemente in derartigen Abgassensoren, die auf der Basis von Funktionskeramiken aufgebaut sind, ergibt sich in der Regel daraus, dass die Funktionskeramiken eine Betriebstemperatur von typischerweise 700 bis 900°C, beispielsweise 800°C, benötigen. Typischerweise werden daher in derartigen Sensorelementen, beispielsweise Sensorelementen mit einem keramischen Schichtaufbau, ein oder mehrere Platinheizer vorgesehen. Derartige Platinheizer werden beispielsweise als Heizmäander ausgeführt. Dabei werden an den Heizwiderstand der Heizelemente unterschiedliche Anforderungen gestellt. So sollte bei niedrigen Temperaturen der Heizer einen Mindestwiderstand überschreiten. Dadurch können die Endstufen eines Steuergeräts des Sensorelements in der Regel für geringere Ströme ausgelegt werden. Bei hohen Temperaturen hingegen sollte das Heizelement einen Maximalwiderstand unterschreiten. Dabei kann auch bei einer begrenzten Heizspannung, beispielsweise einer maximalen Heizspannung von 10,5 V, genügend Heizleistung in das Sensorelement überführt werden.The generally existing need to use one or more heating elements in such exhaust gas sensors, which are constructed on the basis of functional ceramics, usually results from the fact that the functional ceramics an operating temperature of typically 700 to 900 ° C, for example 800 ° C, need. Typically, therefore, one or more platinum heaters are provided in such sensor elements, for example sensor elements with a ceramic layer structure. Such platinum heaters are designed, for example, as Heizmäander. In this case, different requirements are placed on the heating resistor of the heating elements. Thus, at low temperatures, the heater should exceed a minimum resistance. As a result, the output stages of a control device of the sensor element can usually be designed for lower currents. At high temperatures, however, the heating element should fall below a maximum resistance. In this case, even with a limited heating voltage, for example a maximum heating voltage of 10.5 V, sufficient heating power can be transferred into the sensor element.
Aufgrund der genannten Anforderungen und der Temperaturabhängigkeit üblicher Heizelementmaterialien, wie beispielsweise Platin, ergeben sich jedoch in der Praxis in der Regel strikte Restriktionen bezüglich der geometrischen Auslegung des Heizelements. In manchen Applikationen ist der Einsatz eines anderen Heizermetalls, beispielsweise einer anderen Heizerlegierung, unabdingbar, so dass beispielsweise bei vielen Lambdasonden, insbesondere Lambdasonden für Dieselanwendungen, in vielen Fällen Pt/Pd-Heizer eingesetzt werden. Hieraus ergeben sich jedoch weitere Herausforderungen bezüglich einer Verkapselung des Heizelements. Allgemein wäre es wünschenswert, den Anteil an Edelmetallen, insbesondere Platin, im gesamten Sensorelement und dabei insbesondere auch im Heizelement, zu reduzieren. Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es werden daher ein Heizelement sowie ein Sensorelement zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum vorgeschlagen, welche die oben genannten Nachteile bekannter Heizelemente und Sensorelemente zumindest weitgehend vermeiden. Wie oben beschrieben, kann es sich bei der mindestens einen Eigenschaft des Gases in einem Messgasraum grundsätzlich um eine beliebige physikalisch und/oder chemisch messbare Eigenschaft handeln. Besonders bevorzugt ist es, wenn die mindestens eine Eigenschaft einen Anteil einer Gaskomponente in dem Gas umfasst, so dass das Sensorelement insbesondere zur qualitativen und/oder quantitativen Erfassung der Gaskomponente eingerichtet sein kann. Auch andere Einsatzgebiete sind jedoch grundsätzlich möglich.Therefore, a heating element and a sensor element for detecting at least one property of a gas in a measuring gas space are proposed, which at least largely avoid the abovementioned disadvantages of known heating elements and sensor elements. As described above, the at least one property of the gas in a measurement gas space can basically be any physically and / or chemically measurable property. It is particularly preferred if the at least one property comprises a portion of a gas component in the gas, so that the sensor element can be set up in particular for the qualitative and / or quantitative detection of the gas component. However, other applications are possible in principle.
Das Heizelement umfasst mindestens zwei Kontaktelemente und mindestens zwei über die Kontaktelemente mit Heizstrom beaufschlagbare Heizpfade. Besonders bevorzugt ist es, wenn genau zwei Kontaktelemente vorgesehen sind, wobei über die zwei Kontaktelemente beispielsweise eine Heizspannungsquelle und/oder Stromquelle mit den Heizpfaden verbindbar ist. Die Heizpfade können sich allgemein mindestens eines der Kontaktelemente teilen, so dass beispielsweise ein Kontaktelement für mindestens zwei Heizpfade vorgesehen ist. Beispielsweise können zwei Kontaktelemente vorgesehen sein, welche jeweils mit mindestens zwei Heizpfaden verbunden sind. Unter einem Kontaktelement ist allgemein ein Element zu verstehen, über welches die Heizpfade mit einem elektrischen Strom und/oder einer elektrischen Spannung beaufschlagbar sind. Die Kontaktelemente können beispielsweise Kontaktpads zum Anschließen von entsprechenden Kontakten umfassen und/oder auch Zuleitungen, welche mit den Heizpfaden verbunden sind. Unter einem Heizpfad ist grundsätzlich eine beliebige Leiteranordnung zu verstehen, welche eingerichtet ist, um bei Beaufschlagung mit einer Spannung und/oder einem Strom Wärme oder Heizleistung zu generieren. Insbesondere kann es sich bei den Heizpfaden um gedruckte Heizpfade eines Schichtaufbaus handeln, insbesondere eines keramischen Schichtaufbaus. Die Heizpfade können dabei vorzugsweise eine mit einer oder mehreren Windungen ausgestattete, nicht-gerade Ausgestaltung aufweisen. Insbesondere können die Heizpfade Heizmäander sein. Die Heizpfade können jeweils mindestens eine Heizleiterschleife umfassen.The heating element comprises at least two contact elements and at least two heating paths which can be acted upon by the contact elements with heating current. It is particularly preferred if exactly two contact elements are provided, wherein, for example, a heating voltage source and / or current source can be connected to the heating paths via the two contact elements. The heating paths can be Share generally at least one of the contact elements, so that, for example, a contact element is provided for at least two Heizpfade. For example, two contact elements may be provided, which are each connected to at least two Heizpfaden. Under a contact element is generally an element to understand, via which the Heizpfade can be acted upon by an electric current and / or an electrical voltage. The contact elements may include, for example, contact pads for connecting corresponding contacts and / or also supply lines which are connected to the heating paths. Under a heating path is basically any conductor arrangement to understand, which is adapted to generate when exposed to a voltage and / or current heat or heating power. In particular, the heating paths can be printed heating paths of a layer structure, in particular of a ceramic layer structure. The heating paths may preferably have a non-straight configuration equipped with one or more windings. In particular, the Heizpfade can be Heizmäander. The heating paths may each comprise at least one heating conductor loop.
Zur Lösung der oben beschriebenen Problematik wird vorgeschlagen, das Heizelement derart auszugestalten, dass ein über die Kontaktelemente bereitgestellter Gesamtstrom bei mindestens zwei unterschiedlichen Temperaturen auf unterschiedliche Weise auf die Heizpfade aufgeteilt wird. In anderen Worten soll die Aufteilung des Gesamtstroms auf die Heizpfade temperaturabhängig sein. Beispielsweise können die Heizpfade mindestens einen ersten Heizpfad und mindestens einen zweiten Heizpfad umfassen, wobei durch den ersten Heizpfad ein erster Strom I1 fließt und wobei durch den zweiten Heizpfad ein zweiter Strom I2 fließt, wobei mindestens zwei Temperaturen T1, T2 existieren, mit T2 > T1, für die gilt:Vorzugsweise liegen die Temperaturen T1, T2 dabei in einem Temperaturbereich von 700 bis 900°C. Vorzugsweise kann die genannte Bedingung für alle Temperaturen T1, T2 innerhalb eines Betriebsbereichs gelten, beispielsweise dem genannten Bereich von 700 bis 900°C.To solve the problem described above, it is proposed to design the heating element in such a way that a total current provided via the contact elements is distributed in different ways to the heating paths at at least two different temperatures. In other words, the distribution of the total current to the Heizpfade should be temperature dependent. By way of example, the heating paths may comprise at least one first heating path and at least one second heating path, a first current I 1 flowing through the first heating path and a second current I 2 flowing through the second heating path, at least two temperatures T 1 , T 2 existing, with T 2 > T 1 , for which applies: The temperatures T 1 , T 2 are preferably in a temperature range from 700 to 900 ° C. Preferably, said condition may apply to all temperatures T 1 , T 2 within an operating range, for example the said range of 700 to 900 ° C.
Die Heizpfade, insbesondere der erste Heizpfad und der zweite Heizpfad, können insbesondere vollständig oder teilweise aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein und/oder über unterschiedliche Materialien mit den Kontaktelementen (
Das Material mit dem negativen Temperaturkoeffizienten kann insbesondere ein Metalloxid umfassen. Vorzugsweise kann das Material mit negativem Temperaturkoeffizienten ein Metalloxid nach einer der allgemeinen Formeln Ax1Bx2On und Cx3Dx4Ex5Om sein. Dabei sind A, B, C, D, E jeweils, vorzugsweise unabhängig voneinander, metallische Elemente, wobei vorzugsweise A La ist, wobei B vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Fe, Co, Ni und Cu, wobei C vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus La und Ba, wobei D vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ca und Sr und wobei E vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Cr, Mn, Fe, und Co. x1, x2, x3, x4 und x5 sind reelle Zahlen, und n und m sind ganze Zahlen. Insbesondere kann das Material mit dem negativen Temperaturkoeffizienten ein Material mit einer Perowskit-Struktur sein. oder ein derartiges Material umfassen, vorzugsweise ein Material der allgemeinen Formel La1-xCaxCr3-δ, wobei x eine reelle Zahl größer als 0 und kleiner als 1 ist, vorzugsweise mit 0 < x < 0,3, und wobei δ eine reelle Zahl mit 0 ≤ δ < 1 ist, vorzugsweise mit 0 < δ < 0,3 und besonders bevorzugt δ = 0,15.The negative temperature coefficient material may particularly comprise a metal oxide. Preferably, the negative temperature coefficient material may be a metal oxide of any of the general formulas A x1 B x2 O n and C x3 D x4 E x 5 O m . In this case, A, B, C, D, E are each, preferably independently, metallic elements, wherein preferably A is La, where B is preferably is selected from the group consisting of Fe, Co, Ni and Cu, wherein C is preferably selected from the group consisting of La and Ba, wherein D is preferably selected from the group consisting of Ca and Sr and wherein E is preferably selected from Group consisting of Cr, Mn, Fe, and Co. x 1 , x 2 , x 3 , x 4, and x 5 are real numbers, and n and m are integers. In particular, the negative temperature coefficient material may be a material having a perovskite structure. or such a material, preferably a material of the general formula La 1-x Ca x Cr 3-δ , where x is a real number greater than 0 and less than 1, preferably 0 <x <0.3, and where δ a real number 0 ≤ δ <1, preferably 0 <δ <0.3 and more preferably δ = 0.15.
Ist mindestens ein Material mit negativem Temperaturkoeffizienten vorgesehen, so kann dies auf verschiedene Weise angeordnet sein. Beispielsweise kann ein Abschnitt des zweiten Heizpfads vollständig aus einem derartigen Material hergestellt sein. Alternativ kann der zweite Heizpfad auch vollständig aus diesem Material hergestellt sein. Wiederum alternativ kann mindestens ein Schaltelement vorgesehen sein, wie oben beschrieben, welches beispielsweise vollständig oder teilweise aus dem Material mit negativem Temperaturkoeffizienten besteht, und welches die Strombeaufschlagung und/oder Spannungsbeaufschlagung des zweiten Heizpfads bestimmt. Insbesondere kann mindestens einer der Heizpfade, beispielsweise der mindestens eine zweite Heizpfad, mit mindestens einem der Kontaktelemente über mindestens ein Schaltelement verbunden sein. Insbesondere kann dieses Schaltelement das Material mit dem negativen Temperaturkoeffizienten umfassen oder vollständig aus diesem Material hergestellt sein. Beispielsweise kann dieses Schaltelement zwischen den Heizpfad, beispielsweise den zweiten Heizpfad, und das Kontaktelement geschaltet sein. Das Schaltelement soll eingerichtet sein, um eine temperaturabhängige Aufteilung des Gesamtstroms auf die Strompfade zu bewirken.If at least one material with a negative temperature coefficient is provided, this can be arranged in different ways. For example, a portion of the second heating path may be made entirely of such a material. Alternatively, the second heating path may also be made entirely of this material. Again, alternatively, at least one switching element may be provided, as described above, which for example consists entirely or partially of the material with a negative temperature coefficient, and which determines the current application and / or voltage application of the second heating path. In particular, at least one of the heating paths, for example the at least one second heating path, can be connected to at least one of the contact elements via at least one switching element. In particular, this switching element may comprise the material with the negative temperature coefficient or be made entirely of this material. For example, this switching element can be connected between the heating path, for example the second heating path, and the contact element. The switching element should be set up to effect a temperature-dependent distribution of the total current to the current paths.
Wie oben ausgeführt, wird in einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Sensorelement zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum vorgeschlagen, insbesondere zur Erfassung eines Anteils einer Gaskomponente in dem Gas. Das Sensorelement weist mindestens ein Heizelement gemäß einer oder mehreren der oben oder auch im Folgenden beschriebenen Ausgestaltungen auf. Das Sensorelement kann insbesondere ein keramisches Sensorelement sein, vorzugsweise mit einem keramischen Schichtaufbau mit einer oder mehreren Funktionskeramiken. Insbesondere kann das Sensorelement mindestens zwei Elektroden umfassen, welche über mindestens einen Festelektrolyten miteinander verbunden sind, beispielsweise ein keramisches Festelektrolytmaterial. Insbesondere kann mindestens eine der Elektroden mit Gas aus dem Messgasraum beaufschlagbar sein. Verschiedene Ausgestaltungen derartiger Sensorelemente sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise kann das Sensorelement eine so genannte Lambdasonde sein oder umfassen, zur Erfassung eines Sauerstoffanteils in einem Gas. Alternativ oder zusätzlich kann das Sensorelement auch beispielsweise einen NOx-Sensor oder eine andere Art von Sensorelement umfassen.As stated above, in a further aspect of the present invention, a sensor element is proposed for detecting at least one property of a gas in a measurement gas space, in particular for detecting a portion of a gas component in the gas. The sensor element has at least one heating element according to one or more of the embodiments described above or also below. The sensor element may in particular be a ceramic sensor element, preferably with a ceramic layer structure with one or more functional ceramics. In particular, the sensor element may comprise at least two electrodes, which are connected to one another via at least one solid electrolyte, for example a ceramic solid electrolyte material. In particular, at least one of the electrodes can be acted upon with gas from the measuring gas space. Various configurations of such sensor elements are basically known from the prior art. For example, the sensor element may be or comprise a so-called lambda probe for detecting an oxygen content in a gas. Alternatively or additionally, the sensor element may also comprise, for example, a NOx sensor or another type of sensor element.
Das Heizelement und das Sensorelement gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen weisen gegenüber bekannten Heizelementen und Sensorelementen zahlreiche Vorteile auf. So lässt sich das Heizelement insbesondere als selbstregulierendes Heizelement ausgestalten. Unter einer Selbstregulierung wird dabei vorzugsweise eine Eigenschaft verstanden, bei welcher die Aufteilung der Ströme auf die Heizpfade selbstständig und ohne äußere Einwirkung, in Abhängigkeit von der jeweils am Ort des Heizelements herrschenden Temperatur erfolgt. Das Heizelement kann insbesondere aus mehreren Heizmäandern bestehen. In Abhängigkeit von der Betriebstemperatur kann das Heizelement insbesondere derart ausgestaltet sein, dass sich, in Abhängigkeit von dieser Betriebstemperatur, eine unterschiedliche Anzahl an Heizpfaden in unterschiedlich starker Weise am Heizprozess beteiligt. Beispielsweise kann die Kontaktierung zusätzlicher Heizpfade, beispielsweise eines oder mehrerer zusätzlicher Heizmäander, über ein heißleitendes Material, beispielsweise ein Material mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) erfolgen, um diese unterschiedliche Stromverteilung zu gewährleisten. Derartige Materialien mit negativem Temperaturkoeffizienten weisen üblicherweise eine charakteristische Temperatur TNTC auf. In diesem Fall gilt beispielsweise für folgende Betriebstemperaturen T des Heizelements:
- a) T < TNTC: Bei geringer Betriebstemperatur sperrt der hochohmige NTC die elektrische Beschaltung der diesen NTC aufweisenden Heizpfade und/oder der über diesen NTC mit den Kontaktelementen verbundenen Heizpfade. Somit fließt lediglich durch den oder die nicht über den NTC mit Strom beaufschlagten Heizpfade ein Heizstrom. Der Widerstand des gesamten Heizelements ist damit vergleichsweise hoch. Dies erfüllt die oben beschriebenen Anforderungen seitens der Auslegung des Steuergeräts.
- b) T > TNTC: Mit steigender Betriebstemperatur sinkt hingegen der Widerstand des NTCs, so dass zunehmend eine Strombeaufschlagung des über diesen NTC mit den Kontaktelementen verbundenen mindestens einen Heizpfads erfolgt, so dass ein zunehmender Heizstrom durch diesen mindestens einen zweiten Heizpfad fließen kann. Nun beteiligen sich mehrere Heizpfade am Heizprozess, und der Widerstand des gesamten Heizelements ist damit vergleichsweise klein. Dies erfüllt die zweite oben genannte Anforderung bezüglich der Begrenzung des Heizspannungsbedarfs.
- a) T <T NTC : When the operating temperature is low, the high-resistance NTC blocks the electrical wiring of the heating paths having these NTCs and / or the heating paths connected to the contact elements via this NTC. Thus, only by the or not energized via the NTC Heizpfade a heating current flows. The resistance of the entire heating element is thus comparatively high. This meets the requirements described above for the design of the control unit.
- b) T> T NTC : With increasing operating temperature, however, the resistance of the NTC decreases, so that increasingly a current is applied to at least one Heizpfads connected via this NTC with the contact elements, so that an increasing heating current can flow through this at least one second heating path. Now participate in several Heizpfade am Heating process, and the resistance of the entire heating element is thus relatively small. This meets the second above-mentioned requirement regarding the limitation of the heating voltage requirement.
Hieraus ergeben sich mehrere Vorteile. Aufgrund des vergleichsweise hohen Gesamtwiderstands des Heizelements bei niedrigen Temperaturen ist eine effiziente Auslegung eines Steuergeräts möglich, welches mit dem Sensorelement und insbesondere dem Heizelement verbunden werden kann. Aufgrund des vergleichsweise geringen Gesamtwiderstands des Heizelements hingegen bei hohen Temperaturen bleibt auch bei einer hohen Auskühlung des gesamten Sensorelements und/oder einem hohen Heizleistungsbedarf der Heizspannungsbedarf insgesamt begrenzt. Damit ist auch die oben genannte zweite Bedingung in hervorragender Weise erfüllt.This results in several advantages. Due to the comparatively high total resistance of the heating element at low temperatures, an efficient design of a control device is possible, which can be connected to the sensor element and in particular to the heating element. On the other hand, due to the comparatively low total resistance of the heating element at high temperatures, the heating voltage requirement remains limited even with a high cooling of the entire sensor element and / or a high heating power requirement. Thus, the above-mentioned second condition is met in an excellent manner.
Weiterhin bietet das beschriebene Konzept auch hinsichtlich der einsetzbaren Materialien zahlreiche Vorteile. So lässt sich einerseits das bekannte und bewährte Heizersystem, beispielsweise auf der Basis von Platin, vorzugsweise weiter einsetzen. Gegenüber einem bisherigen Heizersystem gemäß dem Stand der Technik führt der Einsatz der erfindungsgemäßen Ausgestaltung jedoch in der Regel zu einem stark reduzierten, effektiven Temperaturkoeffizienten α.Furthermore, the concept described also offers many advantages in terms of usable materials. Thus, on the one hand, the known and proven heater system, for example based on platinum, can preferably continue to be used. Compared to a previous heater system according to the prior art, however, the use of the inventive design usually leads to a greatly reduced, effective temperature coefficient α.
Weiterhin lässt sich auch verschaltungstechnisch die Erfindung vorteilhaft nutzen. So ist in der Regel keine zusätzliche Heizerleitung nötig, über die eine Beschaltung der verschiedenen Heizpfade realisiert werden kann. Die mehreren Heizpfade können über dieselben Kontaktelemente kontaktiert werden. Stattdessen regelt das Heizelement vorzugsweise eigenständig und autonom die Verteilung des Stroms auf die Heizpfade. Am Steuergerät sind in der Regel keine prinzipiellen Änderungen erforderlich.Furthermore, the invention can also be used advantageously in terms of interconnection technology. As a rule, no additional heater line is needed, via which a wiring of the different Heizpfade can be realized. The multiple heating paths can be contacted via the same contact elements. Instead, the heating element preferably regulates autonomously and autonomously the distribution of the current to the heating paths. As a rule, no fundamental changes are required at the control unit.
Die mindestens zwei Heizpfade können insbesondere vollständig oder teilweise elektrisch parallelgeschaltet werden. Durch die Parallelschaltung, insbesondere die Parallelschaltung eines Materials mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC), insbesondere eines Platinheizers, und eines Materials mit einem negativen Temperaturkoeffizienten, beispielsweise eines NTC-Heizpfads mit mindestens einem NTC-Material, vorzugsweise in einem Hot Spot, kann der resultierende Gesamtwiderstand des Heizelements verringert werden. Allgemein können beispielsweise ein Heizspannungsbedarf, eine FLO-Zeit (Fast Light-Off, Schnellstart einer Lambdasonde) und/oder ein Edelmetalleinsatz reduziert werden. Durch die Parallelschaltung, beispielsweise die Parallelschaltung eines Platinheizers (PTC) und eines NTC-Heizers, beispielsweise in einem Mäander-Zuleitungsbereich, kann der resultierende Temperaturkoeffizient bei einem schnellen Aufheizen reduziert werden. Insgesamt lässt sich auch ein Heizelement mit einem geringeren Thermostress realisieren.In particular, the at least two heating paths can be connected in parallel, completely or partially electrically. By the parallel connection, in particular the parallel connection of a material with a positive temperature coefficient (PTC), in particular a platinum heater, and a material with a negative temperature coefficient, for example an NTC Heizpfads with at least one NTC material, preferably in a hot spot, the resulting total resistance of the heating element can be reduced. In general, for example, a heating voltage requirement, a FLO time (fast light-off, quick start of a lambda probe) and / or a use of precious metals can be reduced. Due to the parallel connection, for example the parallel connection of a platinum heater (PTC) and an NTC heater, for example in a meander supply region, the resulting temperature coefficient can be reduced during rapid heating. Overall, a heating element with a lower thermal stress can also be realized.
Weitere Vorteile ergeben sich hinsichtlich der Rußleitpfade. Durch die allgemein höhere Temperatur im Zuleitungsbereich, beispielsweise im Bereich der Kontaktelemente und/oder im Zuleitungsbereich der Heizpfade, welcher sich beispielsweise bis nahe an eine Dichtpackung des Sensorelements heran erstreckt, kann die Entstehung von Rußleitpfaden zu einem Gehäuse, beispielsweise einem Sondengehäuse, reduziert werden.Further advantages arise with regard to the Rußleitpfade. Due to the generally higher temperature in the supply region, for example in the region of the contact elements and / or in the supply region of the heating paths, which extends for example close to a sealing packing of the sensor element, the formation of Rußleitpfaden to a housing, such as a probe housing, can be reduced.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.Further optional details and features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments.
Es zeigen:Show it:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In den
Das Sensorelement
Auch andere Herstellungstechniken sind jedoch grundsätzlich möglich. Der Heizwiderstend
Wie oben beschrieben, ist das Heizelement derart eingerichtet, dass ein über die Kontaktelemente
In den in den
Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung eines Schaltelements
In dem Ausführungsbeispiel gemäß
In
In
Wie oben dargestellt, lässt sich die unterschiedliche Aufteilung von Strömen I1 durch den ersten Heizpfad
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2007/062969 A1 [0003] WO 2007/062969 A1 [0003]
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