DE102016220835A1

DE102016220835A1 - Sensorelement zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum

Info

Publication number: DE102016220835A1
Application number: DE102016220835.7A
Authority: DE
Inventors: Enno Baars; Andy Tiefenbach; Carolin Maria Schilling; Karola Herweg
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-10-24
Filing date: 2016-10-24
Publication date: 2018-04-26

Abstract

Es wird ein Sensorelement (110) zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum vorgeschlagen. Das Sensorelement (110) weist eine von dem Messgas überströmbare Oberfläche (112) auf sowie weiterhin einen im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche (112) angeordneten Träger (114). Auf den Träger (114) ist ein Schichtaufbau (116) mit im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche (112) angeordneten Schichten (118) aufgebracht, wobei der Schichtaufbau (116) eine erste Elektrodeneinrichtungen (120), eine zweite Elektrodeneinrichtungen (122) und eine die beiden Elektrodeneinrichtungen (120, 122) trennende elektrisch isolierende Zwischenschicht (124) umfasst. Mindestens eine der beiden Elektrodeneinrichtungen (120, 122) und die elektrisch isolierende Zwischenschicht (124) weisen eine Struktur auf und die Elektrodeneinrichtungen (120, 122) sind zumindest teilweise dem Messgas aussetzbar.

Description

Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Sensorelementen zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum bekannt. Beispielsweise kann es sich bei dem Messgas um ein Abgas einer Brennkraftmaschine handeln. Insbesondere kann es sich bei den Partikeln um Ruß- oder Staubpartikel handeln. Die Erfindung wird im Folgenden, ohne Beschränkung weiterer Ausführungsformen und Anwendungen, insbesondere unter Bezugnahme auf Sensorelemente zur Detektion von Rußpartikeln beschrieben.
Zwei oder mehrere metallische Elektroden können auf einem elektrisch isolierenden Träger angebracht werden. Die sich unter Einwirkung einer Spannung anlagernden Teilchen, insbesondere die Rußpartikel, bilden in einer sammelnden Phase des Sensorelementes elektrisch leitfähige Brücken zwischen den beispielsweise als kammartig ineinander greifende Interdigitalelektroden ausgestalteten Elektroden und schließen diese dadurch kurz. Es kann beispielsweise ein abnehmender Widerstand oder ein zunehmender Strom bei konstanter angelegter Spannung gemessen werden. Zur Regeneration des Sensorelements nach Rußanlagerung wird das Sensorelement üblicherweise mit Hilfe eines integrierten Heizelementes freigebrannt. Im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine sind die Partikelsensoren der beschriebenen Art in der Regel in ein Schutzrohr aufgenommen, das gleichzeitig beispielsweise die Durchströmung des Partikelsensors mit dem Abgas erlaubt.
Die als Rußsensoren ausgestalteten Sensorelemente werden üblicherweise zur Überwachung von Diesel-Partikelfiltern eingesetzt. In der Regel beruht die Messung von Rußpartikeln auf der elektrischen Leitfähigkeit dieser Partikel.
Üblicherweise werten die Partikelsensoren die aufgrund der Partikelanlagerung geänderten elektrischen Eigenschaften einer Elektrodenstruktur aus. Die nach diesem Prinzip arbeitenden Sensorelemente werden im Allgemeinen als resistive Sensoren bezeichnet und existieren in einer Vielzahl von Ausführungsformen, wie z.B. aus DE 10 2006 042 362 A1 , DE 103 53 860 A1 , DE 101 49 333 A1 und WO 2003/006976 A2 bekannt.
Trotz der Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Sensorelemente zur Erfassung von Partikeln beinhalten diese noch Verbesserungspotential. Insbesondere spielt die Empfindlichkeit gegen leitfähige Fremdpartikel eine große Rolle. So können nicht nur sich anlagernde Rußpartikel zum Messsignal beitragen, sondern auch jegliche leitfähige Partikel, insbesondere Partikel, deren Größe mindestens dem Elektrodenabstand entspricht. Weiterhin spielt die Abnutzung und Alterung einzelner Strukturen des Sensorelements wie beispielsweise der Elektroden beispielsweise durch thermische Einflüsse oder den Kontakt mit Fremdpartikeln eine große Rolle.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird daher ein Sensorelement zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum vorgeschlagen. Unter einem Sensorelement wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine beliebige Vorrichtung verstanden, welche geeignet ist, die Partikel qualitativ und/oder quantitativ zu erfassen und welche beispielsweise mit Hilfe einer geeigneten Ansteuereinheit und geeignet ausgestalteter Elektroden wie nachfolgend beschrieben ein elektrisches Messsignal entsprechend der erfassten Partikel erzeugen kann, wie beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. Hierbei können DC- und /oder AC-Signale verwendet werden. Des Weiteren kann beispielsweise zu einer Signalauswertung aus einer Impedanz ein resistiver und / oder ein kapazitiver Anteil verwendet werden.
Das Sensorelement weist eine überströmbare Oberfläche auf. Weiterhin umfasst das Sensorelement einen im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche angeordneten Träger. Auf den Träger ist ein Schichtaufbau aufgebracht mit im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche angeordneten Schichten. Der Schichtaufbau umfasst eine erste Elektrodeneinrichtung, eine zweite Elektrodeneinrichtung und eine die beiden Elektrodeneinrichtungen trennende isolierende Zwischenschicht. Mindestens eine der beiden Elektrodeneinrichtungen und die elektrisch isolierende Zwischenschicht weisen eine Struktur auf. Die Elektrodeneinrichtungen sind zumindest teilweise dem Messgas aussetzbar.
Das Sensorelement kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet sein. Insbesondere kann es sich bei dem Messgas um ein Abgas des Kraftfahrzeugs handeln. Auch andere Gase und Gasgemische sind grundsätzlich möglich. Bei dem Messgasraum kann es sich grundsätzlich um einen beliebigen, offenen oder geschlossenen Raum handeln, in welchem das Messgas aufgenommen ist und/oder welcher von dem Messgas durchströmt wird. Beispielsweise kann es sich bei dem Messgasraum um einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, handeln.
Unter einer Oberfläche wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Schicht verstanden, die ein Objekt von seiner Umgebung abgrenzt, wobei eine laterale Ausdehnung der Schicht eine Dicke der Schicht deutlich überschreitet, beispielsweise mindestens um einen Faktor 2, vorzugsweise mindestens um einen Faktor 3, besonders bevorzugt mindestens um einen Faktor 5. Unter einem Träger wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Substrat verstanden, welches geeignet ist einen Schichtaufbau zu tragen und/oder auf welches ein Schichtaufbau aufgebracht werden kann.
Unter einem Schichtaufbau wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Aufbau verstanden, der mindestens zwei Schichten unterschiedlicher Werkstoffe umfasst. Unter dem Ausdruck im Wesentlichen wird bezüglich eines Winkels, insbesondere bezüglich einer Parallelität, im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass zwei Objekte den angegebenen Winkel einschließen oder einen anderen Winkel, der von dem angegebenen Winkel vorzugsweise nicht mehr als 10° abweicht, mehr vorzugsweise nicht mehr als 5° abweicht, besonders bevorzugt nicht mehr als 3° oder sogar nicht mehr als 1° abweicht. Bevorzugt ist eine exakte Parallelität.
Unter einer Elektrodeneinrichtung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Aufbau verstanden, der mindestens einen elektrischen Leiter umfasst, der für eine Strommessung und/oder eine Spannungsmessung geeignet ist. Unter einer Struktur der Elektrodeneinrichtung und der elektrisch isolierenden Zwischenschicht wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Ausgestaltung der Form, insbesondere eine Ausgestaltung der äußeren Gestalt, der Umrisse und der Oberfläche der Elektrodeneinrichtung und der elektrisch isolierenden Zwischenschicht verstanden. Insbesondere können die mindestens eine Elektrodeneinrichtung und die elektrisch isolierende Zwischenschicht eine Struktur aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer kammförmigen Struktur, einer mäanderförmigen Struktur und einer gitterförmigen Struktur. Auch andere Ausgestaltungen der Form und/oder Kombinationen der genannten Strukturen sind jedoch grundsätzlich möglich. Unter dem Ausdruck „kammförmige Struktur“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Struktur verstanden, die eine Mehrzahl von fingerförmigen Fortsätzen aufweist. Unter einer Mehrzahl wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Anzahl verstanden, insbesondere eine Anzahl von mindestens zwei. Unter dem Ausdruck „mäanderförmige Struktur“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Struktur verstanden, die mindestens eine Windung und/oder Krümmung aufweist. Beispielsweise kann die mäanderförmige Struktur insbesondere schlangenförmig und/oder bogenförmig und/oder spiralförmig ausgestaltet sein. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch möglich. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Abschnitt der ersten Elektrodeneinrichtung und ein Abschnitt der zweiten Elektrodeneinrichtung, der die mäanderförmige Struktur aufweist, als Mäanderbahn bezeichnet. So kann insbesondere die Mäanderbahn die gerade beschriebene mindestens eine Windung und/oder Krümmung aufweisen. Insbesondere kann die Mäanderbahn beispielsweise schlangenförmig und/oder bogenförmig und/oder spiralförmig ausgestaltet sein. Unter einer „gitterförmigen Struktur“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Struktur verstanden, die eine Mehrzahl von Aussparungen aufweist. Insbesondere können die Aussparungen regelmäßig oder unregelmäßig angeordnet sein. Weiterhin können die Aussparungen grundsätzlich eine beliebige Form aufweisen. Beispielsweise können die Aussparungen rund, oval oder eckig, insbesondere quadratisch oder rechteckig ausgestaltet sein. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich. Ferner können die Aussparungen bezüglich ihrer Form gleich sein oder variieren. Weiterhin können die Aussparungen auch bezüglich ihrer Größe gleich sein oder variieren.
Das Sensorelement kann mindestens ein keramisches Material umfassen. Insbesondere kann der Träger mindestens ein keramisches Material umfassen. Weiterhin kann der Träger ein elektrisch isolierendes Material umfassen. Der Träger kann eine Trägeroberfläche aufweisen. Die Trägeroberfläche kann im Wesentlichen parallel zu dem auf dem Träger aufgebrachten Schichtaufbau sein kann. Des Weiteren kann der Träger eine Kontaktoberfläche umfassen. Die Kontaktoberfläche ist mindestens ein Bereich der Trägeroberfläche, welcher die erste Elektrodeneinrichtung berührt.
Mindestens eine der ersten Elektrodeneinrichtung und der zweiten Elektrodeneinrichtung kann eine Struktur aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer kammförmigen Struktur, einer mäanderförmigen Struktur und einer gitterförmigen Struktur und kann eine Mehrzahl von mindestens einem Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Elektrodenfingern, Schlaufen und Gitterlinien aufweisen. Unter dem Begriff Elektrodenfinger wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Ausformung der Elektrodeneinrichtung verstanden, deren Abmessung in einer Dimension die Abmessung in mindestens einer anderen Dimension deutlich überschreitet, beispielsweise mindestens um einen Faktor 2, vorzugsweise um einen Faktor 3, besonders bevorzugt um einen Faktor 5.
Unter einer Schlaufe wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Abschnitt einer Mäanderbahn verstanden, dessen Verlauf mindestens eine Windung und/oder Krümmung und/oder Biegung aufweist. Die Schlaufe kann abgerundet oder auch mit einer oder mehreren Ecken versehen sein. Unter einer Gitterlinie wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Element des Gitters verstanden, welches die Aussparungen des Gitters begrenzt.
Sowohl die erste Elektrodeneinrichtung als auch die zweite Elektrodeneinrichtung können eine Struktur aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer kammförmigen Struktur, einer mäanderförmigen Struktur und einer gitterförmigen Struktur, wobei die Mehrzahl des mindestens einen Elements der ersten Elektrodeneinrichtung und die Mehrzahl des mindestens einen Elements der zweiten Elektrodeneinrichtung in unterschiedlichen Schichtebenen übereinander angeordnet sein können. Insbesondere können sowohl die erste als auch die zweite Elektrodeneinrichtung eine kammförmige Struktur aufweisen mit in unterschiedlichen Schichtebenen übereinander angeordneten Elektrodenfingern. Weiterhin können insbesondere sowohl die erste als auch die zweite Elektrodeneinrichtung eine mäanderförmige Struktur aufweisen mit in unterschiedlichen Schichtebenen übereinander angeordneten Schlaufen. Ferner kann insbesondere sowohl die erste als auch die zweite Elektrodeneinrichtung eine gitterförmige Struktur aufweisen mit in unterschiedlichen Schichtebenen übereinander angeordneten Gitterlinien.
Die Elektrodenfinger können unterschiedlich breit sein. Auch die Mäanderbahnen können unterschiedlich breit sein. Unter den Begriffen breit und Breite wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezüglich der Elektrodenfinger die Ausdehnung des Elektrodenfingers in diejenige Raumdimension verstanden, welche im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Sensorelements und im Wesentlichen senkrecht zur hauptsächlichen Erstreckungsrichtung des Elektrodenfingers ist. Unter den Begriffen breit und Breite wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezüglich der Mäanderbahn die Ausdehnung der Mäanderbahn in diejenige Raumdimension verstanden, welche im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Sensorelements und im Wesentlichen senkrecht zur hauptsächlichen Erstreckungsrichtung der Mäanderbahn ist. Weiterhin können die Elektrodenfinger oder Mäanderbahnen durch mit dem Messraum verbundene Zwischenräume getrennt sein. Die Zwischenräume können insbesondere als Aussparungen ausgebildet sein, wie sie beispielsweise in der gitterförmigen Struktur auftreten, wie nachfolgend beschrieben. Die Gitterlinien können durch mit dem Messraum verbundene Aussparungen getrennt sein. Die Elektrodeneinrichtungen können von den Zwischenräumen her, insbesondere von den Aussparungen her, mit dem Messgas aus dem Messgasraum beaufschlagbar sein. Ebenso können die Elektrodeneinrichtungen von den Aussparungen her mit dem Messgas beaufschlagbar sein. Weiterhin kann mindestens eine der ersten Elektrodeneinrichtung und der zweiten Elektrodeneinrichtung zu den Zwischenräumen hin freiliegende Kanten aufweisen. Ferner kann mindestens eine der ersten Elektrodeneinrichtung und der zweiten Elektrodeneinrichtung zu den Aussparungen hin freiliegende Kanten aufweisen. Unter dem Begriff Kante wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein beliebiger Rand eines Objekts verstanden. Die zu den Zwischenräumen hin freiliegenden Kanten der Elektrodenfinger und die zu den Zwischenräumen hin freiliegenden Kanten der Mäanderbahnen und die zu den Aussparungen hin freiliegenden Kanten der Gitterlinien der ersten Elektrodeneinrichtung können mit der Kontaktoberfläche einen Winkel α einschließen. Der Winkel α kann einen Wert von 10° bis 110°aufweisen, vorzugsweise von 30° bis 100°, besonders bevorzugt von 45° bis 90°. Weiterhin können auch die zu den Zwischenräumen hin freiliegenden Kanten der Elektrodenfinger und die zu den Zwischenräumen hin freiliegenden Kanten der Mäanderbahnen und die zu den Aussparungen hin freiliegenden Kanten der Gitterlinien der zweiten Elektrodeneinrichtung mit der Kontaktoberfläche einen Winkel δ einschließen.
Des Weiteren kann die erste Elektrodeneinrichtung flächig ausgestaltet sein. Unter einer flächig ausgestalteten Elektrodeneinrichtung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Elektrodeneinrichtung verstanden, die mindestens einen Leiter umfasst, dessen Abmessungen, welche im Wesentlichen parallel zur Trägeroberfläche sind, die Abmessung welche im Wesentlichen senkrecht zum Träger verläuft, deutlich überschreiten, beispielsweise um mindestens einen Faktor 10, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 5, besonders bevorzugt um mindestens einen Faktor 2.
Weiterhin kann mindestens die zweite Elektrodeneinrichtung beispielsweise kammförmig ausgestaltet sein. Die kammförmig ausgestaltete zweite Elektrodeneinrichtung kann von einer ebenfalls kammförmig ausgestalteten, elektrisch isolierenden Abschlussschicht ganz oder zumindest teilweise bedeckt sein. Die kammförmig ausgestaltete elektrisch isolierende Abschlussschicht kann mit der kammförmig ausgestalteten zweiten Elektrodeneinrichtung bündig abschließen. Unter dem Begriff Bedecken ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein zumindest teilweises Überlappen zweier Strukturen in mindestens einer Dimension zu verstehen. Unter dem Begriff bündig ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verstehen, dass zwei Strukturen mindestens einen gemeinsamen Abschluss bilden, beispielsweise einen gemeinsamen Rand. Weiterhin kann mindestens die zweite Elektrodeneinrichtung beispielsweise mäanderförmig ausgestaltet sein. Die mäanderförmig ausgestaltete zweite Elektrodeneinrichtung kann von einer ebenfalls mäanderförmig ausgestalteten, elektrisch isolierenden Abschlussschicht ganz oder zumindest teilweise bedeckt sein. Die mäanderförmig ausgestaltete elektrisch isolierende Abschlussschicht kann mit der mäanderförmig ausgestalteten zweiten Elektrodeneinrichtung bündig abschließen. Ferner kann mindestens die zweite Elektrodeneinrichtung beispielsweise gitterförmig ausgestaltet sein. Die gitterförmig ausgestaltete zweite Elektrodeneinrichtung kann von einer ebenfalls gitterförmig ausgestalteten, elektrisch isolierenden Abschlussschicht ganz oder zumindest teilweise bedeckt sein. Die gitterförmig ausgestaltete elektrisch isolierende Abschlussschicht kann mit der gitterförmig ausgestalteten zweiten Elektrodeneinrichtung bündig abschließen.
Die erste Elektrodeneinrichtung kann beispielsweise kammförmig oder mäanderförmig oder gitterförmig ausgestaltet sein. Die Trägeroberfläche kann die kammförmige oder mäanderförmige oder gitterförmige Struktur der ersten Elektrodeneinrichtung nachbilden. Eine kammförmige oder mäanderförmige oder gitterförmige Struktur der Trägeroberfläche kann ganz oder teilweise von der kammförmigen oder mäanderförmigen oder gitterförmigen Struktur der ersten Elektrodeneinrichtung bedeckt sein. Die Elektrodenfinger der kammförmig ausgestalteten ersten Elektrodeneinrichtung können mit Oberflächenfingern der kammförmig ausgestalteten Trägeroberfläche bündig abschließen. Die Mäanderbahn der mäanderförmig ausgestalteten ersten Elektrodeneinrichtung kann mit einer Oberflächenmäanderbahn der mäanderförmig ausgestalteten Trägeroberfläche bündig abschließen. Die Gitterlinien der gitterförmig ausgestalteten ersten Elektrodeneinrichtung können mit Oberflächengitterlinien der gitterförmig ausgestalteten Trägeroberfläche bündig abschließen Unter einem Oberflächenfinger ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Erhebungen der Trägeroberfläche zu verstehen, deren Abmessung in einer Dimension die Abmessungen in mindestens einer anderen Dimension deutlich überschreiten, beispielsweise um mindestens einen Faktor 10, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 5, besonders bevorzugt um mindestens einen Faktor 2. Unter einer Oberflächenmäanderbahn wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Erhebung der Trägeroberfläche verstanden, welche mindestens eine Windung und/oder mindestens eine Krümmung aufweist. Unter einer Oberflächengitterlinie wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Erhebung der die gitterförmige Struktur der ersten Elektrodeneinrichtung nachbildenden Trägeroberfläche verstanden.
Insbesondere kann die Trägeroberfläche derart ausgestaltet sein, dass die Oberflächenfinger bündig abschließen mit den Elektrodenfingern der ersten Elektrodeneinrichtung, deren zu den Zwischenräumen hin freiliegende Kanten mit der Kontaktoberfläche den Winkel α einschließen. Die Oberflächenfinger können zu den Zwischenräumen hin freiliegende Oberflächenkanten aufweisen. Die Oberflächenkanten können mit der Kontaktoberfläche einen Winkel β einschließen. Weiterhin kann die Trägeroberfläche insbesondere derart ausgestaltet sein, dass die Oberflächenmäanderbahn bündig abschließt mit der Mäanderbahn der ersten Elektrodeneinrichtung, deren zu den Zwischenräumen hin freiliegenden Kanten mit der Kontaktoberfläche den Winkel α einschließen. Die Oberflächenmäanderbahn kann zu den Zwischenräumen hin freiliegende Oberflächenkanten aufweisen. Die Oberflächenkanten können mit der Kontaktoberfläche den Winkel β einschließen. Ferner kann die Trägeroberfläche insbesondere derart ausgestaltet sein, dass die Oberflächengitterlinien bündig abschließen mit den Gitterlinien der ersten Elektrodeneinrichtung, deren zu den Zwischenräumen hin freiliegenden Kanten mit der Kontaktoberfläche den Winkel α einschließen. Die Oberflächengitterlinien können zu den Aussparungen hin freiliegende Oberflächenkanten aufweisen. Die Oberflächenkanten können mit der Kontaktoberfläche den Winkel β einschließen.
Der Winkel β kann beispielsweise eine Wert von 170° bis 70° aufweisen, vorzugsweise von 150° bis 80°, besonders bevorzugt von 135° bis 90°. Insbesondere kann die Summe aus dem Winkel α und dem Winkel β 180° ergeben. Die Summe aus dem Winkel α und dem Winkel β kann jedoch auch größer oder kleiner als 180° sein. Insbesondere können beispielsweise Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Sensorelements, deren Schichtaufbau wie weiter unten beschrieben mithilfe eines Laserstrukturierungsverfahrens strukturiert ist, eine Summe aus dem Winkel α und dem Winkel β aufweisen, die größer oder kleiner als 180° ist, beispielsweise aufgrund unterschiedlichen Laserabtrags der unterschiedlichen Schichten des Schichtaufbaus, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Materialien. Die Trägeroberfläche kann jedoch auch flächig ausgestaltet sein. In diesem Fall nimmt der Winkel β den Wert 0° an.
Die elektrisch isolierende Zwischenschicht kann eine Dicke von 1 µm bis 100 µm, vorzugsweise von 2 µm bis 70 µm und besonders bevorzugt von 5 µm bis 40 µm aufweisen. Unter einer Dicke wird bezüglich der Schichten des Schichtaufbaus in der vorliegenden Erfindung eine Abmessung verstanden, welche sich im Wesentlichen senkrecht zur Trägeroberfläche erstreckt. Die elektrisch isolierende Zwischenschicht kann ebenfalls zu den Zwischenräumen hin und/oder zu den Aussparungen hin freiliegende Zwischenschichtkanten aufweisen. Die Zwischenschichtkanten können mit der Kontaktoberfläche einen Winkel ү einschließen. Der Winkel ү kann einen Wert von 10° bis 110° aufweisen, vorzugsweise von 30° bis 100°, besonders bevorzugt von 45° bis 90°. Die Dicke der elektrisch isolierenden Zwischenschicht kann innerhalb des Sensorelements konstant bleiben oder zumindest abschnittsweise variieren.
Die Elektrodenfinger und die Schlaufen der beispielsweise kammförmig oder mäanderförmig ausgestalteten ersten Elektrodeneinrichtung können einen Abstand von 0 µm, beispielsweise im Falle eine vollflächigen Ausführung der ersten, unteren Elektrode, bis hin zu 1000 µm aufweisen, vorzugsweise von 0 µm bis 100µm, besonders bevorzugt von 0 µm bis 50 µm, beispielsweise größer als 0 µm und maximal 50 µm, aufweisen. Der Abstand der Elektrodenfinger und der Abstand der Schlaufen der kammförmig oder mäanderförmig ausgestalteten ersten Elektrodeneinrichtung kann konstant sein oder zumindest abschnittsweise variieren. Die Elektrodenfinger und die Schlaufen der beispielsweise kammförmig oder mäanderförmig ausgestalteten zweiten Elektrodeneinrichtung können einen Abstand von 5 µm bis 1200 µm aufweisen, vorzugsweise von 10 µm bis 120 µm, besonders bevorzugt von 15 µm bis 60 µm aufweisen. Der Abstand der Elektrodenfinger und der Abstand der Schlaufen der kammförmig oder mäanderförmig ausgestalteten zweiten Elektrodeneinrichtung kann konstant sein oder zumindest abschnittsweise variieren. Der Abstand der Elektrodenfinger der kammförmig ausgestalteten ersten Elektrodeneinrichtung und der Abstand der Elektrodenfinger der kammförmig ausgestalteten zweiten Elektrodeneinrichtung können gleich oder verschieden sein. Der Abstand der Schlaufen der mäanderförmig ausgestalteten ersten Elektrodeneinrichtung und der Abstand der Elektrodenfinger der mäanderförmig ausgestalteten zweiten Elektrodeneinrichtung können gleich oder verschieden sein.
Das Sensorelement kann mindestens eine Zuleitung für die erste Elektrodeneinrichtung und mindestens eine Zuleitung für die zweite Elektrodeneinrichtung aufweisen. Die Zuleitung für die erste Elektrodeneinrichtung und die Zuleitung für die zweite Elektrodeneinrichtung können durch eine elektrisch isolierende Schicht voneinander getrennt sein. Die elektrisch isolierende Schicht kann ganz oder zumindest teilweise identisch sein mit der elektrisch isolierenden Zwischenschicht. Die elektrisch isolierende Schicht kann eine Dicke aufweisen, wobei die Dicke innerhalb des Sensorelements variieren kann.
Das Sensorelement kann insbesondere als Rußpartikelsensor ausgestaltet sein. Weiterhin kann das Sensorelement in mindestens ein Schutzrohr aufgenommen sein.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum vorgeschlagen, wobei das Sensorelement eine von dem Messgas überströmbare Oberfläche aufweist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Auch eine andere Reihenfolge ist grundsätzlich möglich. Weiterhin können einer oder mehrere oder alle der Verfahrensschritte auch wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin können zwei oder mehrere der Verfahrensschritte auch ganz oder teilweise zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Das Verfahren kann, zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten auch weitere Verfahrensschritte umfassen.
Die Verfahrensschritte sind:

a) Bereitstellen eines parallel zu der Oberfläche angeordneten Trägers;
b) Aufbringen eines Schichtaufbaus auf den Träger, mit im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche angeordneten Schichten, wobei der Schichtaufbau eine erste Elektrodeneinrichtungen, eine zweite Elektrodeneinrichtungen und eine die beiden Elektrodeneinrichtungen trennende elektrisch isolierende Zwischenschicht aufweist, wobei mindestens eine der beiden Elektrodeneinrichtungen und die elektrisch isolierende Zwischenschicht eine Struktur aufweisen und die Elektrodeneinrichtungen zumindest teilweise dem Messgas aussetzbar sind.

Das Verfahren kann insbesondere zur Herstellung eines Sensorelements gemäß der vorliegenden Erfindung, also gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen oder gemäß einer der unten noch näher beschriebenen Ausführungsformen eingesetzt werden. Dementsprechend kann für Definitionen und optionale Ausgestaltungen weitgehend auf die Beschreibung des Sensorelements verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich.
Insbesondere kann Schritt b) des Verfahrens die folgenden Teilschritte umfassen:

b1) Aufbringen mindestens einer ersten Elektrodenschicht;
b2) Aufbringen mindestens einer elektrisch isolierenden Zwischenschicht;
b3) Aufbringen mindestens einer zweiten Elektrodenschicht;
b4) Strukturieren des Schichtaufbaus der ersten Elektrodenschicht, der elektrisch isolierenden Zwischenschicht und der zweiten Elektrodenschicht, so dass die elektrisch isolierende Zwischenschicht und mindestens eine der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht so strukturiert werden, dass sie eine Struktur aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer kammförmigen Struktur, einer mäanderförmigen Struktur und einer gitterförmigen Struktur und die Elektrodeneinrichtungen zumindest teilweise dem Messgas aussetzbar sind.

Unter einer Elektrodenschicht ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine beliebige Schicht zu verstehen, die mindestens ein elektrisch leitfähiges Material umfasst.
In Schritt b4) kann insbesondere ein Laserstrukturierungsverfahren verwendet werden. Nach der Durchführung des Teilschritts b3) kann auf die zweite Elektrodenschicht eine elektrisch isolierende Abschlussschicht aufgebracht werden. In Schritt b4) kann dem Strukturieren des Schichtaufbaus ein Sinterprozess vorausgehen. Des Weiteren kann in Schritt b4) dem Strukturieren des Schichtaufbaus ein Laminierungsprozess vorausgehen. In dem Verfahrensschritt b) kann mindestens eine Folie verwendet werden. Insbesondere kann in dem Teilschritt b1) und/oder in dem Teilschritt b2) eine elektrisch leitende Folie verwendet werden und/oder in dem Teilschritt b3) kann eine elektrisch isolierende Folie verwendet werden, beispielsweise eine Folie, die mindestens ein keramisches Material umfasst. Weiterhin kann in dem Verfahrensschritt b) eine Dickschichttechnologie zum Einsatz kommen. Insbesondere kann es sich bei dem Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum um ein Sensorelement nach einem der zuvor beschriebenen Sensorelemente handeln.
Die vorgeschlagenen Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren weisen gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren zahlreiche Vorteile auf. Insbesondere kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung über eine Gestaltung der Oberfläche mit zwei durch eine elektrisch isolierende Zwischenschicht getrennte Elektrodenvorrichtungen die Unempfindlichkeit gegenüber elektrisch leitfähigen Fremdpartikeln gesteigert werden gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Sensorelementen, deren Elektrodenvorrichtungen sich in der gleichen Ebene befinden.
Die Dicke der elektrisch isolierenden Zwischenschicht bestimmt in der vorliegenden Erfindung den Abstand der ersten Elektrodeneinrichtung von der zweiten Elektrodeneinrichtung. Daher kann die Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Sensorelements gegenüber den zu erfassenden Partikeln des Messgases im Messgasraum durch die Dicke der elektrisch isolierenden Zwischenschicht beeinflusst werden. Insbesondere kann in einer optionalen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorelements die Dicke der elektrisch isolierenden Zwischenschicht innerhalb des Sensorelements variieren. Auf diese Weise kann es möglich sein, innerhalb eines Sensorelementes Bereiche unterschiedlicher Empfindlichkeit gegenüber den zu erfassenden Partikeln zu erzeugen.
Die Oberfläche des erfindungsgemäßen Sensorelements kann insbesondere ausgestaltet werden, indem zunächst flächig ausgeprägte Schichten aufgebracht werden, insbesondere beispielsweise auch Folien, welche in einem weiteren Verfahrensschritt derart ausgestaltet werden, dass sich Elektrodeneinrichtungen ergeben. Die Ausgestaltung kann insbesondere nach einem weiteren Prozessschritt, wie beispielsweise nach dem Sintern erfolgen. Die Ausgestaltung kann beispielsweise mittels eines Laserstrukturierungsverfahrens geschehen. Durch geeignete Wahl von Prozessparametern des Laserstrukturierungsverfahrens, beispielsweise durch geeignete Wahl des Laserabtrags, kann es möglich sein, verschiedene Werte des Winkels α, welcher von den freiliegenden Kanten der Elektrodenfinger oder der Schlaufen oder der Gitterlinien der ersten Elektrodeneinrichtung mit der Kontaktoberfläche gebildet wird, zu erzielen und/oder gezielt einzustellen. Genauso kann es möglich sein, verschiedene Werte des Winkels δ, welcher von den feiliegenden Kanten der Elektrodenfinger oder der Schlaufen oder der Gitterlinien der zweiten Elektrodeneinrichtung mit der Kontaktoberfläche gebildet wird, zu erzielen und/oder gezielt einzustellen. Dadurch kann es möglich sein, das elektrische Feld und/oder die Unempfindlichkeit des Sensorelements gegenüber leitfähigen Fremdpartikeln zu optimieren. Es kann weiterhin vorteilhaft sein, dass es möglich sein kann, zur Herstellung des Sensorelements die Dickschichttechnologie einzusetzen.
In einer optionalen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorelements kann die erste Elektrodeneinrichtung flächig ausgeprägt sein. Diese Ausgestaltung erweist sich als vorteilhaft hinsichtlich der Umsetzung der gesetzlich vorgeschriebenen Eigendiagnose der Elektrodeneinrichtung. Durch die flächige Ausprägung der ersten Elektrodeneinrichtung kann zwischen der ersten Elektrodeneinrichtung und der zweiten Elektrodeneinrichtung eine größere Kapazität erzeugt werden als zwischen zwei kammförmigen Elektrodeneinrichtungen gleicher Abmessungen wie aus dem Stand der Technik bekannt. Die Kapazität kann mittels einer die Erfassung der Partikel im Messgas überlagernden Wechselstrommessung kontinuierlich erfasst werden.
In einer weiteren optionalen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorelements kann die zweite Elektrodeneinrichtung kammförmig ausgestaltet sein und von einer ebenfalls kammförmig ausgestalteten elektrisch isolierenden Abschlussschicht ganz oder teilweise bedeckt sein. Dadurch kann die zweite Elektrodeneinrichtung einen Schutz erhalten insbesondere gegen thermische Einflüsse und gegen den Kontakt mit Fremdpartikeln. Dadurch kann sich die Alterung der von der Abschlussschicht zumindest teilweise bedeckten Elektrodeneinrichtung verzögern lassen.
Figurenliste
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
Es zeigen:

1 bis 7 verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, wobei das Sensorelement in einer Querschnittsansicht gezeigt ist;
8 eine Ausführungsform der Erfindung in Draufsicht mit besonderem Augenmerk auf der Anordnung der Elektrodeneinrichtungen;
9 eine Explosionsdarstellung der Ausführungsform gemäß 8;
10 bis 12 eine weitere Ausführungsformen der Erfindung, wobei das Sensorelement in einer Querschnittsansicht gezeigt ist;
13 bis 14 zwei weitere Ausführungsform der Erfindung in Draufsicht mit besonderem Augenmerk auf der Anordnung der Elektrodeneinrichtungen; und
15 eine Explosionsdarstellung der Ausführungsform gemäß 14.

Ausführungsformen der Erfindung
In den 1 bis 7 sowie 10 bis 12 sind verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Sensorelements 110 zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum in einer Querschnittsansicht gezeigt. Die 8, 13 und 14 zeigen verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Sensorelements 110 in Draufsicht mit besonderem Augenmerk auf der Anordnung der Elektrodeneinrichtungen 120, 122. Die 9 und 15 zeigen Explosionsdarstellungen zweier Ausführungsformen der Erfindung. Diese Figuren werden im Folgenden gemeinsam erläutert.
Das Sensorelement 110 kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet sein. Insbesondere kann es sich bei dem Messgas um ein Abgas des Kraftfahrzeugs handeln. Das Sensorelement 110 kann insbesondere ein oder mehrere in den Figuren nicht dargestellte weitere Funktionselemente umfassen, wie beispielsweise Elektroden, Elektrodenzuleitungen und Kontakte, mehrere Schichten, Heizelemente, elektrochemische Zellen oder andere Elemente, wie beispielsweise in dem oben genannten Stand der Technik gezeigt. Weiterhin kann das Sensorelement 110 beispielsweise in einem ebenfalls nicht dargestellten Schutzrohr aufgenommen sein.
Das Sensorelement 110 weist eine überströmbare Oberfläche 112 auf. Weiterhin umfasst das Sensorelement 110 einen im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche 112 angeordneten Träger 114, auf den ein Schichtaufbau 116 aufgebracht ist mit im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche 112 angeordneten Schichten 118. Der Schichtaufbau 116 umfasst eine erste Elektrodeneinrichtung 120, eine zweite Elektrodeneinrichtung 122 und eine elektrisch isolierende Zwischenschicht 124. Mindestens eine der beiden Elektrodeneinrichtungen 120, 122 und die elektrisch isolierende Zwischenschicht weisen eine Struktur (119) auf. Die erste Elektrodeneinrichtung 120 und die zweite Elektrodeneinrichtung 122 sind zumindest teilweise dem Messgas aussetzbar. Dabei kann die Struktur 119 eine kammförmige Struktur 121 sein, wie in den 1 bis 12 in Querschnittsansicht, in Draufsicht und als Explosionsdarstellung dargestellt. Die Struktur kann aber auch eine mäanderförmige Struktur 123 sein, wie in 13 gezeigt. Weiterhin kann es sich bei der Struktur auch um eine gitterförmige Struktur 125 handeln, wie in den 14 und 15 dargestellt. Auch andere, nicht dargestellte Strukturen 119 sind grundsätzlich möglich.
Das Sensorelement 110 kann ein keramisches Material umfassen. Weiterhin kann auch der Träger 114 ein keramisches Material und/oder ein elektrisch isolierendes Material umfassen. Der Träger 114 kann außerdem eine Trägeroberfläche 126 aufweisen. Die Trägeroberfläche 126 kann im Wesentlichen parallel zu dem auf dem Träger 114 aufgebrachten Schichtaufbau 116 sein.
Mindestens eine der ersten Elektrodeneinrichtung 120 und der zweiten Elektrodeneinrichtung 122 kann eine kammförmige Struktur 121 aufweisen und kann eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 128 umfassen, wie in den 1 bis 12 zu sehen. Mindestens eine der ersten Elektrodeneinrichtung 120 und der zweiten Elektrodeneinrichtung 122 kann aber auch eine mäanderförmige Struktur 123 aufweisen und kann eine Mehrzahl von Schlaufen 131 umfassen, wie in 13 gezeigt. Weiterhin kann mindestens eine der ersten Elektrodeneinrichtung 120 und der zweiten Elektrodeneinrichtung 122 aber auch eine gitterförmige Struktur 125 aufweisen und kann eine Mehrzahl von Gitterlinien 133 umfassen, wie in den 14 und 15 dargestellt.
Die 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 und 12 zeigen verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sensorelements 110, in denen sowohl die erste Elektrodeneinrichtung 120 als auch die zweite Elektrodeneinrichtung 122 eine kammförmige Struktur 121 aufweisen mit Elektrodenfingern 128 in unterschiedlichen Schichtebenen 129. Die Elektrodenfinger 128 der ersten Elektrodeneinrichtung 120 und die Elektrodenfinger 128 der zweiten Elektrodeneinrichtung 122 können gleich breit sein, wie in den 1, 5, 6, 8 und 9 gezeigt, oder sie können unterschiedlich breit sein, wie in den 2, 7, 10, 11 und 12 gezeigt.
Die Elektrodenfinger 128 können durch mit dem Messraum verbundene Zwischenräume 130 voneinander getrennt sein. Auch die Schlaufen 131 können durch mit dem Messraum verbundene Zwischenräume 130 voneinander getrennt sein. Ferner weist die gitterförmige Struktur 125 Aussparungen 135 auf, wie in den 14 und 15 zu sehen. Die Gitterlinien 133 können durch mit dem Messraum verbundene Aussparungen 135 voneinander getrennt sein. Die erste Elektrodeneinrichtung 120 und die zweite Elektrodeneinrichtung 122 sind von den Zwischenräumen 130 und/oder von den Aussparungen her mit Messgas aus dem Messgasraum beaufschlagbar.
Der Träger 114 kann eine Kontaktoberfläche 127 umfassen, wobei die Kontaktoberfläche 127 mindestens ein Bereich der Trägeroberfläche 126 ist, welcher die erste Elektrodeneinrichtung 120 berührt.
Die kammförmig 121 oder mäanderförmig 123 ausgebildete erste Elektrodeneinrichtung 120 und/oder die kammförmig 121 oder mäanderförmig 123 ausgebildete zweite Elektrodeneinrichtung 122 können zu den Zwischenräumen 130 freiliegende Kanten 132 aufweisen. Die gitterförmig 125 ausgebildete erste Elektrodeneinrichtung 120 und die gitterförmig 125 ausgebildete zweite Elektrodeneinrichtung 122 können zu den Aussparungen 135 hin freiliegende Kanten 132 aufweisen. Die elektrisch isolierende Zwischenschicht 124 kann ebenfalls zu den Zwischenräumen 130 oder zu den Aussparungen 135 hin freiliegende Zwischenschichtkanten 134 aufweisen. Die freiliegenden Kanten 132 der ersten Elektrodeneinrichtung 120 können mit der Kontaktoberfläche 127 einen Winkel α einschließen. Der Winkel α kann einen Wert von 10° bis 110° aufweisen, vorzugsweise von 30° bis 100°, besonders bevorzugt von 45° bis 90°. Die freiliegenden Kanten 132 der zweiten Elektrodeneinrichtung 122 können mit der Kontaktoberfläche einen Winkel δ einschließen. Der Winkel δ kann einen Wert von 10° bis 110° aufweisen, vorzugsweise von 30° bis 100°, besonders bevorzugt von 45° bis 90° liegen Die freiliegenden Zwischenschichtkanten 134 können mit der Kontaktoberfläche 127 einen Winkel ү einschließen. Der Winkel ү kann einen Wert von 10° bis 110° aufweisen, vorzugsweise von 30° bis 100°, besonders bevorzugt von 45° bis 90°.Insbesondere zeigen die 3 und 4 Ausführungsformen des Sensorelementes 110, in denen die Winkel ү und δ jeweils 90° betragen. In den 1, 5 und 6 weist zusätzlich auch der Winkel α einen Wert von 90° auf. 2 und 7 zeigen Ausführungsformen des Sensorelements 110, in denen die Winkel α, ү und δ 90° unterschreiten. Die Winkel α, δ und ү können innerhalb eines Ausführungsbeispiels gleich sein, wie in beispielsweise in den 1, 2, 5, 6 und 7 gezeigt. Die Winkel α, δ und ү können aber auch innerhalb eines Ausführungsbeispiels verschieden sein, wie beispielsweise in den 10, 11 und 12 dargestellt. Weiterhin kann innerhalb eines Ausführungsbeispiels grundsätzlich eine Mehrzahl an Winkeln auftreten. Insbesondere können weitere, hier nicht weiter bezeichnete Winkel auftreten, beispielsweise Winkel, welche durch weitere Schichten des Schichtaufbaus, beispielsweise einer elektrisch isolierenden Abschlussschicht 136, oder welche durch die Trägeroberfläche 126 gebildet werden.
In einigen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sensorelements 110 kann die erste Elektrodeneinrichtung 120 flächig ausgestaltet sein, wie in den 3 und 4 gezeigt.
Des Weiteren kann mindestens die zweite Elektrodeneinrichtung 122 des Sensorelements 110 kammförmig 121 ausgestaltet sein. In einigen Ausführungsformen kann die kammförmig 121 ausgestaltete zweite Elektrodeneinrichtung 122 von der ebenfalls kammförmig 121 ausgestalteten, elektrisch isolierenden Abschlussschicht 136 ganz oder zumindest teilweise bedeckt sein. Wie in den 4, 5, 6 und 7 kann die kammförmig ausgestaltete elektrisch isolierende Abschlussschicht 136 mit der kammförmig ausgestalteten zweite Elektrodeneinrichtung 122 insbesondere bündig abschließen. Ferner kann mindestens die zweite Elektrodeneinrichtung 122 des Sensorelements 110 auch mäanderförmig 123 oder gitterförmig 125 ausgestaltet sein. In einigen Ausführungsformen kann die mäanderförmige 123 oder gitterförmig 125 ausgestaltete zweite Elektrodeneinrichtung 122 von einer ebenfalls mäanderförmig123 oder gitterförmig 125 ausgestalteten, elektrisch isolierenden Abschlussschicht 136 ganz oder zumindest teilweise bedeckt sein.
Die erste Elektrodeneinrichtung 120 kann insbesondere kammförmig 121 oder mäanderförmig 123 oder gitterförmig 125 ausgestaltet sein. Die Trägeroberfläche 126 kann die kammförmige Struktur 121 und/oder die mäanderförmige Struktur 123 und/oder die gitterförmige Struktur 125 der ersten Elektrodeneinrichtung 120 nachbilden. Insbesondere kann die kammförmige Struktur 121 der Trägeroberfläche 126 ganz oder teilweise von der kammförmigen Struktur 121 der ersten Elektrodeneinrichtung 120 bedeckt sein. Insbesondere können die Elektrodenfinger 128 der ersten kammförmig 121 ausgestalteten Elektrodeneinrichtung 120 mit Oberflächenfingern 138 der kammförmig 121 ausgestalteten Trägeroberfläche 126 bündig abschließen wie in den 2, 6 und 7 dargestellt. Die Oberflächenfinger 138 können zu den Zwischenräumen 130 hin freiliegende Oberflächenkanten 139 aufweisen. Die Oberflächenkanten 139 können mit der Kontaktoberfläche 127 einen Winkel β einschließen. Der Winkel β kann einen Wert von 170° bis 70° aufweisen, vorzugsweise von 150° bis 80°, besonders bevorzugt von 135° bis 90°. Wie in den 2, 6 und 7 dargestellt, kann insbesondere der Winkel β mit dem Winkel α eine Summe von 180° ergeben. Die Summe aus dem Winkel α und dem Winkel β kann jedoch auch größer als 180° sein, wie in den Ausführungsbeispielen in den 11 und 12 gezeigt. Die Summe aus dem Winkel α und dem Winkel β kann jedoch auch kleiner als 180° sein, wie in dem Ausführungsbeispiel in 10 gezeigt.
Die elektrisch isolierende Zwischenschicht 124 kann eine Dicke d von 1 µm bis 100 µm, vorzugsweise von 2 µm bis 70 µm und besonders bevorzugt von 5 µm bis 40 µm aufweisen. Die Dicke d der elektrisch isolierenden Zwischenschicht 124 kann innerhalb des Sensorelements 110 konstant bleiben wie in den Ausführungsbeispielen in den 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7 dargestellt. Die Dicke d der elektrisch isolierenden Zwischenschicht 124 kann jedoch auch zumindest abschnittsweise variieren.
Die Elektrodenfinger 128 und/oder die Schlaufen 131 der kammförmig 121 oder mäanderförmig 123 ausgestalteten ersten Elektrodeneinrichtung 120 können einen Abstand a von 0 µm bis 1000 µm aufweisen, vorzugsweise von 0 µm bis 100 µm, besonders bevorzugt von 0 µm bis 50 µm. Insbesondere kann der Abstand a konstant sein wie in den 1 bis 13 gezeigt. Der Abstand a kann jedoch auch zumindest abschnittsweise variieren. Die Elektrodenfinger 128 und/oder die Schlaufen 131 der kammförmig 121 ausgestalteten zweiten Elektrodeneinrichtung 122 können einen Abstand b von 0 µm bis 1000 µm aufweisen, vorzugsweise von 0 µm bis 100 µm, besonders bevorzugt von 0 µm bis 50 µm. Insbesondere kann der Abstand b konstant sein wie in den 1 bis 13 gezeigt. Der Abstand b kann jedoch auch zumindest abschnittsweise variieren. Die Abstände a und b können gleich sein wie in den 1, 5, 6, 8 und 9. Die Abstände a und b können jedoch auch verschieden sein wie in den 2, 7,10, 11 und 12.
Das Sensorelement 110 kann mindestens eine Zuleitung 140 für die erste Elektrodeneinrichtung 120 und mindestens einen Zuleitung 142 für die zweite Elektrodeneinrichtung 122 aufweisen, wie in den 8 und 9 sowie 13 bis 15 gezeigt. Die Zuleitung 140 für die erste Elektrodeneinrichtung 120 und die Zuleitung 142 für die zweite Elektrodeneinrichtung 122 können durch eine elektrisch isolierende Schicht 144 voneinander getrennt sein, die in 9 und 15 dargestellt ist. Die elektrisch isolierende Schicht 144 kann ganz oder zumindest teilweise identisch sein mit der elektrisch isolierenden Zwischenschicht 124.
Ein elektrisch leitfähiger Fremdkörper 146 kann die Elektrodenfinger 128 der kammförmig ausgestalteten zweiten Elektrodeneinrichtung 122 verbinden, insbesondere wenn der elektrisch leitfähige Fremdkörper eine Abmessung aufweist, die größer oder gleich dem Abstand b der Elektrodenfinger 128 der zweiten Elektrodeneinrichtung 122 ist. Die Verbindung der Elektrodenfinger 128 der kammförmig ausgestalteten zweiten Elektrodeneinrichtung 122 durch den elektrisch leitfähigen Fremdkörper führt nicht zu einem Kurzschluss und beeinflusst daher nicht das Messsignal zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006042362 A1 [0004]
DE 10353860 A1 [0004]
DE 10149333 A1 [0004]
WO 2003/006976 A2 [0004]

Claims

Sensorelement (110) zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum, wobei das Sensorelement (110) eine von dem Messgas überströmbare Oberfläche (112) aufweist, wobei das Sensorelement (110) weiterhin einen im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche (112) angeordneten Träger (114) aufweist, wobei auf den Träger (114) ein Schichtaufbau (116) mit im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche (112) angeordneten Schichten (118) aufgebracht ist, wobei der Schichtaufbau (116) eine erste Elektrodeneinrichtungen (120), eine zweite Elektrodeneinrichtungen (122) und eine die beiden Elektrodeneinrichtungen (120, 122) trennende elektrisch isolierende Zwischenschicht (124) aufweist, wobei mindestens eine der beiden Elektrodeneinrichtungen (120, 122) und die elektrisch isolierende Zwischenschicht (124) eine Struktur (119) aufweisen und die Elektrodeneinrichtungen (120, 122) zumindest teilweise dem Messgas aussetzbar sind.
Sensorelement (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Struktur (119) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer kammförmigen Struktur (121), einer mäanderförmigen Struktur (123) und einer gitterförmigen Struktur (125).
Sensorelement (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei mindestens eine der ersten und zweiten Elektrodeneinrichtung (120, 122) eine Struktur (119) aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer kammförmigen Struktur (121), einer mäanderförmigen Struktur (123) und einer gitterförmigen Struktur (125) und eine Mehrzahl von mindestens einem Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Elektrodenfingern (128), Schlaufen (131) und Gitterlinien (133) aufweist.
Sensorelement (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei sowohl die erste als auch die zweite Elektrodeneinrichtung (120, 122) eine Struktur (119) aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer kammförmigen Struktur (121), einer mäanderförmigen Struktur (123) und einer gitterförmigen Struktur (125), wobei die Mehrzahl des mindestens einen Elements der ersten Elektrodeneinrichtung (120) und die Mehrzahl des mindestens einen Elements der zweiten Elektrodeneinrichtung (122) in unterschiedlichen Schichtebenen (129) übereinander angeordnet sind.
Sensorelement (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Elektrodenfinger (128) und/oder die Schlaufe (131) und/oder die Gitterlinien (133) der ersten Elektrodeneinrichtung (120) und der zweiten Elektrodeneinrichtung (122) unterschiedlich breit sind.
Sensorelement (110) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektrodenfinger (128) und/oder die Schlaufen (131) und/oder die Gitterlinien (133) durch mit dem Messgasraum verbundene Zwischenräume (130) getrennt sind, wobei die Elektrodeneinrichtungen (120, 122) von den Zwischenräumen (130) her mit Messgas aus dem Messgasraum beaufschlagbar sind.
Sensorelement (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (114) eine Trägeroberfläche (126) aufweist, wobei die Trägeroberfläche (126) eine Kontaktoberfläche (127) umfasst, wobei die Kontaktoberfläche (127) mindestens ein Bereich der Trägeroberfläche (126) ist, wobei der Bereich der Trägeroberfläche (126) die erste Elektrodeneinrichtung (120) berührt.
Sensorelement (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Elektrodeneinrichtung (120) flächig ausgestaltet ist, wobei die zweite Elektrodeneinrichtung (122) kammförmig (121) oder mäanderförmig (123) oder gitterförmig (125) ausgestaltet ist.
Sensorelement (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zweite Elektrodeneinrichtung (122) von einer kammförmig (121) oder mäanderförmigen (123) oder gitterförmig (125) ausgestalteten, elektrisch isolierenden Abschlussschicht (136) ganz oder zumindest teilweise bedeckt ist.
Sensorelement (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (110) mindestens eine erste Zuleitung (140) für die erste Elektrodeneinrichtung (120) und mindestens eine zweite Zuleitung (142) für die zweite Elektrodeneinrichtung (122) aufweist, wobei die erste Zuleitung (140) und die zweite Zuleitung (142) durch mindestens eine elektrisch isolierende Schicht (144) voneinander getrennt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements (110) zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum, wobei das Sensorelement (110) eine von dem Messgas überströmbare Oberfläche (112) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines parallel zu der Oberfläche (112) angeordneten Trägers (114); b) Aufbringen eines Schichtaufbaus (116) auf den Träger (114), mit im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche (112) angeordneten Schichten (118), wobei der Schichtaufbau (116) eine erste Elektrodeneinrichtungen (120), eine zweite Elektrodeneinrichtungen (122) und eine die beiden Elektrodeneinrichtungen (120, 122) trennende elektrisch isolierende Zwischenschicht (124) aufweist, wobei mindestens eine der beiden Elektrodeneinrichtungen (120, 122) und die elektrisch isolierende Zwischenschicht (124) eine Struktur (119) aufweisen und die Elektrodeneinrichtungen (120, 122) zumindest teilweise dem Messgas aussetzbar sind.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei Schritt b) folgende Teilschritte umfasst: b1) Aufbringen mindestens einer ersten Elektrodenschicht; b2) Aufbringen mindestens einer elektrisch isolierenden Zwischenschicht (124); b3) Aufbringen mindestens einer zweiten Elektrodenschicht; b4) Strukturieren des Schichtaufbaus (116) der ersten Elektrodenschicht, der elektrisch isolierenden Zwischenschicht (124) und der zweiten Elektrodenschicht, so dass mindestens eine der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht und die elektrisch isolierende Zwischenschicht (124) so strukturiert werden, dass sie eine Struktur (119) aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer kammförmigen Struktur (121), einer mäanderförmigen Struktur (123) und einer gitterförmigen Struktur (125). und die Elektrodeneinrichtungen (120, 122) zumindest teilweise dem Messgas aussetzbar sind.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei in Schritt b4) ein Laserstrukturierungsverfahren verwendet wird.