DE102019203461A1 - Partikelsensor und Herstellungsverfahren hierfür - Google Patents

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Abstract

Partikelsensor mit einer Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem Fluidstrom, wobei die Partikelaufladeeinrichtung wenigstens eine Koronaelektrode zur Erzeugung einer Koronaentladung aufweist, wobei der Partikelsensor ein Trägerelement mit einer Oberfläche aufweist, und wobei die wenigstens eine Koronaelektrode als planares Element ausgebildet und auf der Oberfläche des Trägerelements angeordnet ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Offenbarung betrifft einen Partikelsensor mit einer Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem Fluidstrom.
  • Die Offenbarung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Partikelsensors.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf einen Partikelsensor mit einer Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem Fluidstrom, wobei die Partikelaufladeeinrichtung wenigstens eine Koronaelektrode zur Erzeugung einer Koronaentladung aufweist, wobei der Partikelsensor ein Trägerelement mit einer Oberfläche aufweist, und wobei die wenigstens eine Koronaelektrode als planares Element ausgebildet und auf der Oberfläche des Trägerelements angeordnet ist. Dies ermöglicht einen einfachen und kostengünstigen Aufbau und gleichzeitig eine hohe Lebensdauer, da die planare Koronaelektrode Untersuchungen der Anmelderin zufolge vergleichsweise langsam degradiert, insbesondere abbrennt.
  • Beispielsweise kann es sich bei dem Fluidstrom um einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine handeln. Beispielsweise kann es sich bei den Partikeln um Rußpartikel handeln, wie sie im Rahmen einer Verbrennung von Kraftstoff durch eine Brennkraftmaschine entstehen. Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen kann sowohl zur Sensierung von als Festkörper ausgebildeten Partikeln (z.B. Rußpartikel, wie sie in einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine enthalten sind) als auch zur Sensierung von z.B. flüssigen Partikeln (z.B. Aerosol) verwendet werden.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Koronaelektrode auf die Oberfläche des Trägerelements aufgedruckt ist, insbesondere mittels eines Siebdruckverfahrens.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine Länge der Koronaelektrode entlang einer ersten Koordinatenachse in der Oberfläche des Trägerelements größer ist als eine Breite der Koronaelektrode entlang einer zu der ersten Koordinatenachse senkrechten zweiten Koordinatenachse in der Oberfläche des Trägerelements, insbesondere wesentlich größer (Länge ist z.B. größer als die fünffache Breite).
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Koronaelektrode oder wenigstens eine Elektrodenspitze der wenigstens einen Koronaelektrode wenigstens eines der folgenden Elemente aufweist und/oder aus wenigstens einem der folgenden Elemente oder einer Mischung mehrerer der folgenden Elemente besteht bzw. gefertigt ist: Platin, Platinlegierung, Iridium, Iridiumlegierung, platin-ähnliches Edelmetall, keramisches Material, insbesondere Aluminiumoxid, Al2O3, Verbundwerkstoffe aus keramischen Werkstoffen in einer metallischen Matrix (Cermet), insbesondere Cermet-Pasten (weiter insbesondere keramisch stabilisierte Edelmetall-Pasten).
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der Partikelsensor wenigstens eine Trapelektrode zum Ablenken und/oder Aufsammeln geladener Teilchen (z.B. freier Ladungsträger wie z.B. Ionen) des Fluidstroms und/oder wenigstens eine Sensorelektrode zum Erfassen von Informationen bezüglich geladener Partikel in dem Fluidstrom aufweist, wobei insbesondere die wenigstens eine Trapelektrode und/oder die wenigstens eine Sensorelektrode auf derselben Oberfläche des Trägerelements angeordnet ist, wie die wenigstens eine Koronaelektrode.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass mehrere Koronaelektroden vorgesehen sind, wobei insbesondere eine erste Koronaelektrode auf einer bzw. der ersten Oberfläche des Trägerelements und eine zweite Koronaelektrode auf einer bzw. der zweiten Oberfläche des Trägerelements angeordnet ist, wobei vorzugsweise die zweite Oberfläche von der ersten Oberfläche verschieden ist.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Trägerelement aus, bevorzugt hochisolierendem, Keramikmaterial besteht, insbesondere Folienkeramik, wobei insbesondere wenigstens eine Elektrode und/oder wenigstens eine Zuleitung für die wenigstens eine Elektrode bevorzugt als Siebdruckelement ausgebildet ist, und/oder wobei insbesondere wenigstens eine Passivierung für wenigstens eine Zuleitung und/oder wenigstens einen Bereich einer Elektrode (z.B. axialen Endbereich der Koronaelektrode) bevorzugt als Siebdruckelement ausgebildet ist.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass ein axialer Endbereich der wenigstens einen Koronaelektrode eine elektrisch isolierende Passivierung aufweist.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass ein axialer Endbereich der wenigstens einen Koronaelektrode abgerundet ist, wobei insbesondere der abgerundete Endbereich einen konvexen Bereich aufweist mit einem Krümmungsradius, der größer ist als 50 Prozent der Breite der Koronaelektrode.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass ein axialer Endbereich der wenigstens einen Koronaelektrode die elektrisch isolierende Passivierung aufweist und gleichzeitig abgerundet ist, wobei insbesondere der abgerundete Endbereich einen konvexen Bereich aufweist mit einem Krümmungsradius, der größer ist als 50 Prozent der Breite der Koronaelektrode.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Partikelsensors mit einer Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem Fluidstrom, wobei die Partikelaufladeeinrichtung wenigstens eine Koronaelektrode zur Erzeugung einer Koronaentladung aufweist, wobei der Partikelsensor ein Trägerelement mit einer Oberfläche aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Ausbilden der wenigstens einen Koronaelektrode als planares Element und Anordnen der wenigstens einen Koronaelektrode auf der Oberfläche des Trägerelements.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine maximale Größenausdehnung der wenigstens einen Koronaelektrode entlang einer Oberflächennormalen der Oberfläche des Trägerelements kleiner ist als eine maximale Größenausdehnung der wenigstens einen Koronaelektrode in einer der Oberfläche des Trägerelements entsprechenden virtuellen Ebene.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Koronaelektrode auf die Oberfläche des Trägerelements aufgedruckt wird, insbesondere bevorzugt mittels eines Siebdruckverfahrens.
  • Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
  • In der Zeichnung zeigt:
    • 1 schematisch eine Seitenansicht eines Partikelsensors gemäß bevorzugten Ausführungsformen,
    • 2 schematisch die Anordnung des Partikelsensors gemäß 1 in einem Zielsystem,
    • 3A schematisch eine Seitenansicht eines Partikelsensors gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen in teilweisem Querschnitt,
    • 3B schematisch eine Draufsicht auf den Partikelsensor gemäß 3A,
    • 4 schematisch eine Seitenansicht eines Partikelsensors gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
    • 5 schematisch eine Seitenansicht eines Partikelsensors gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen in teilweisem Querschnitt,
    • 6 schematisch eine Draufsicht auf einen Partikelsensor gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
    • 7 schematisch eine Draufsicht auf einen Partikelsensor gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen, und
    • 8 schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen.
  • 1 zeigt schematisch einen Partikelsensor 100 gemäß bevorzugten Ausführungsformen. Der Partikelsensor weist eine Partikelaufladeeinrichtung 110 zum elektrischen Aufladen von Partikeln P in einem Fluidstrom A1 auf, wodurch elektrisch geladene Partikel P' erhalten werden. Die Partikelaufladeeinrichtung 110 weist wenigstens eine Koronaelektrode 112 zur Erzeugung einer Koronaentladung 113 auf.
  • Weiter weist der Partikelsensor 100 ein Trägerelement 102 mit einer ersten Oberfläche 102a auf. Bevorzugt ist die Koronaelektrode 112 als planares Element (z.B. in Form eines „flachen Drahts“) ausgebildet und auf der ersten Oberfläche 102a des Trägerelements 102 angeordnet. Dies ermöglicht einen einfachen und kostengünstigen Aufbau und gleichzeitig eine hohe Lebensdauer, da die planare Koronaelektrode 112 Untersuchungen der Anmelderin zufolge vergleichsweise langsam degradiert, insbesondere abbrennt. Degradiert die Elektrodenspitze 112_1 der Koronaelektrode 112 (z.B. durch Abtragung von Material der Elektrodenspitze 112_1), so steht bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen der nächste „Draht“-Abschnitt der Koronaelektrode 112 als (neue) Elektrodenspitze zur Verfügung, was die Lebensdauer erhöht.
  • Beispielsweise kann es sich bei dem Fluidstrom A1 um einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine handeln. Beispielsweise kann es sich bei den Partikeln P um Rußpartikel und/oder andere Festkörper und/oder tropfenförmige Partikel handeln, wie sie im Rahmen einer Verbrennung von Kraftstoff durch eine Brennkraftmaschine entstehen. Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen kann sowohl zur Sensierung von als Festkörper ausgebildeten Partikeln P (z.B. Rußpartikel, wie sie in einem Abgasstrom A1 einer Brennkraftmaschine enthalten sind) als auch zur Sensierung von z.B. flüssigen Partikeln (z.B. Aerosol) verwendet werden.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Koronaelektrode 112 auf die Oberfläche 102a des Trägerelements 102 aufgedruckt oder aufgebracht ist, insbesondere mittels eines Siebdruckverfahrens.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine Länge L der Koronaelektrode 112 entlang einer ersten Koordinatenachse x in (bzw. parallel zu) der Oberfläche 102a des Trägerelements 102 größer ist als eine Breite der Koronaelektrode 112 entlang einer zu der ersten Koordinatenachse x senkrechten zweiten Koordinatenachse (senkrecht zu der Zeichenebene der 1) in der Oberfläche 102a des Trägerelements 102, insbesondere wesentlich größer (Länge L ist bevorzugt größer als die fünffache Breite).
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Koronaelektrode 112 oder wenigstens eine Elektrodenspitze 112_1 der Koronaelektrode 112 wenigstens eines der folgenden Elemente aufweist und/oder aus wenigstens einem der folgenden Elemente oder einer Mischung mehrere der folgenden Elemente besteht: Platin, Platinlegierung, Iridium, Iridiumlegierung, platin-ähnliches (insbesondere hinsichtlich physikalischer und/oder chemischer Eigenschaften) Edelmetall, keramisches Material, insbesondere Aluminiumoxid, Al2O3.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der Partikelsensor 100 wenigstens eine optionale Trapelektrode 120 zum Ablenken geladener Teilchen (insbesondere Ionen) des Fluidstroms und/oder wenigstens eine optionale Sensorelektrode 130 zum Erfassen von Informationen bezüglich geladener Partikel P' in dem Fluidstrom A1 aufweist, wobei insbesondere die wenigstens eine Trapelektrode 120 und/oder die wenigstens eine Sensorelektrode 130 auf derselben (ersten) Oberfläche 102a des Trägerelements 102 angeordnet ist bzw. sind, wie die wenigstens eine Koronaelektrode 112.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass mehrere Koronaelektroden 112, 112' vorgesehen sind, wobei insbesondere eine bzw. die erste Koronaelektrode 112 auf einer bzw. der ersten Oberfläche 102a des Trägerelements 102 und eine zweite Koronaelektrode 112' auf einer bzw. der zweiten Oberfläche 102b des Trägerelements 102 angeordnet ist.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist eine optionale Gegenelektrode 114 für die Koronaelektrode 112 und/oder die optionale Trapelektrode 120 vorgesehen, die z.B. mit einem Bezugspotential wie z.B. dem Massepotential beaufschlagbar ist.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist der Partikelsensor 100 dazu ausgebildet, Informationen über geladene Partikel P' mittels des Influenzprinzips zu erfassen. Hierbei erzeugen geladene Partikel P', die sich an der Sensorelektrode 130 vorbeibewegen, ein Signal in der Sensorelektrode 130, das in bekannter Weise auswertbar ist. Leichtere geladene Teilchen wie z.B. Ionen, die ebenfalls durch die Koronaentladung 113 erzeugt werden (hierüber werden z.B. die Partikel P elektrisch aufgeladen), können z.B. durch die optionale Trapelektrode 120 abgefangen bzw. aufgesammelt werden, bevor sie zu der Sensorelektrode 130 gelangen und damit unerwünschterweise zur partikelbezogenen Ladungsmessung beitragen.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist der Partikelsensor 100 dazu ausgebildet, Informationen über geladene Partikel P' mittels des escapingcurrent-Prinzips zu erfassen. Hierzu kann das komplette, den Partikelsensor 100 enthaltende, System nach außen isoliert werden (insbesondere kann hierdurch eine Gegenelektrode 114 für die Koronaelektrode 112 und eine gegebenenfalls vorhandene optionale Gegenelektrode 114 für die optionale Trapelektrode 120 „virtuell“ werden, beispielsweise eine virtuelle Masseelektrode), und es wird ein elektrischer Strom gemessen, welchen die geladenen Partikel P' in Form ihrer elektrischen Aufladung aus dem ansonsten elektrisch isolierten und daher geschlossenen System heraustragen. Beispielsweise fließt der betrachtete elektrische Strom von der wenigstens einen Koronaelektrode 112, 112' durch die Koronaentladung 113 in die Gegenelektrode 114 der Koronaelektrode, und die optionale Trapelektrode 120 fängt die übrigen Ionen ein. Der Strom, welcher von den geladenen Partikeln P' erzeugt wird, muss der Gegenelektrode 114 wieder hinzugefügt werde, damit ihr elektrisches Potential konstant bleibt. Er wird als „escaping current“ bezeichnet und ist ein Maß für die Konzentration von aufgeladenen Partikeln P'.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Trägerelement 102 (1) aus Keramikmaterial besteht, insbesondere Folienkeramik, wobei insbesondere wenigstens eine Elektrode 112, 112', 114, 120, 130 und/oder wenigstens eine Zuleitung für die wenigstens eine Elektrode bevorzugt als Siebdruckelement ausgebildet ist, und/oder wobei insbesondere wenigstens eine Passivierung für wenigstens eine Zuleitung bevorzugt als Siebdruckelement ausgebildet ist.
  • 2 zeigt schematisch die Anordnung des Partikelsensors 100 gemäß 1 in einem Zielsystem Z, bei dem es sich vorliegend um einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs handelt. Eine Abgasströmung ist vorliegend mit dem Bezugszeichen A2 bezeichnet. Ebenfalls abgebildet ist eine Schutzrohranordnung 1000 aus zwei zueinander konzentrisch angeordneten Rohren R1, R2, wobei der Partikelsensor 100 so in dem inneren Rohr R1 angeordnet ist, dass die erste Oberfläche 102a des Trägerelements 102 (1) im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse LA des inneren Rohres R1 verläuft. Aufgrund der unterschiedlichen Längen und der Anordnung der Rohre R1, R2 relativ zu einander ergibt sich bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen durch den Venturi-Effekt ein Sog, bei dem die Abgasströmung A2 eine Fluidströmung P1 bzw. A1 aus dem inneren Rohr R1 heraus in 2 in vertikaler Richtung nach oben bewirkt. Die weiteren Pfeile P2, P3, P4 deuten die Fortsetzung dieser durch den Venturi-Effekt bewirkten Fluidströmung durch einen Zwischenraum zwischen den beiden Rohren R1, R2 hindurch zur Umgebung der Schutzrohranordnung 1000 hin an. Insgesamt wird durch die in 2 abgebildete Anordnung eine vergleichsweise gleichmäßige Überströmung des Partikelsensors 100 bzw. dessen entlang der Fluidströmung P1 ausgerichteter erster Oberfläche 110a bewirkt (insbesondere im Sinne einer laminaren Strömung), was eine effiziente Erfassung von in der Fluidströmung A1, P1 befindlichen Partikeln ermöglicht. Darüber hinaus wird der Partikelsensor 100 vor einem direkten Kontakt mit dem Haupt-Abgasstrom A2 geschützt.
  • Das Bezugszeichen R2' deutet eine optionale elektrische Verbindung des äußeren Rohres R2 und/oder des inneren Rohres R1 mit einem Bezugspotenzial wie beispielsweise dem Massepotenzial an, sodass das betreffende Rohr bzw. beide Rohre vorteilhaft gleichzeitig zu ihrer fluidischen Leitfunktion als elektrische Gegenelektrode beispielsweise für die wenigstens eine Koronaelektrode 112, 112' (1) und/oder die optionale Trapelektrode 120 verwendbar sind (z.B. anstelle der optionalen Gegenelektrode 114, 1).
  • Der Blockpfeil P5 in 2 symbolisiert eine optionale Frischgasversorgung, insbesondere Frischluftversorgung, die in manchen Ausführungsformen erwünscht sein kann, bei besonders bevorzugten Ausführungsformen jedoch nicht vorgesehen ist.
  • 3A zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Partikelsensors 100a gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen in teilweisem Querschnitt. 3B zeigt schematisch eine Draufsicht auf den Partikelsensor 100a gemäß 3A. Vorliegend bildet das innere Rohr R1 (vergleiche auch 2) eine Gegenelektrode für die Koronaelektrode 112. Aus der Draufsicht gemäß 3B ist erkennbar, dass eine Länge L der Koronaelektrode 112, die entlang der in 3B horizontalen Koordinatenachse x gemessen wird, um ein Vielfaches größer ist als eine entlang der in 3B vertikalen Koordinatenachse y gemessene Breite B. Damit weist die Koronaelektrode 112 beispielsweise eine im wesentlichen längliche Form auf, ähnlich einem „flachen Draht“. Besonders bevorzugt ist die Koronaelektrode 112 dem Prinzip gemäß den Ausführungsformen folgend als planares Element ausgebildet, sodass eine in 3B senkrecht zu der Zeichenebene gemessene Dicke D (vergleiche auch 1) ebenfalls wesentlich kleiner ist als die Länge L. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ergibt sich die Dicke D beispielsweise aus dem verwendeten Herstellungsprozess für die Koronaelektrode 112, beispielsweise einem Siebdruckverfahren. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist die Breite B größer als die Dicke D. Beispielsweise ist die Breite B (3B) bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen mindestens zehnmal größer als die Dicke D.
  • 4 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Partikelsensors 100b gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. Auch bei dieser Konfiguration ist das Rohr R1 als Gegenelektrode für die Koronaelektrode 112 vorgesehen, und an der Elektrodenspitze 112_1 bildet sich eine Koronaentladung 113 aus. Weiter stromabwärts ist eine optionale Trapelektrode 120 und noch weiter stromabwärts eine optionale Sensorelektrode 130 vorgesehen.
  • 5 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Partikelsensors 100c gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. Die Konfiguration 100c gemäß 5 weist zwei Koronaelektroden 112, 112' auf, von denen die erste Koronaelektrode 112 auf der ersten Oberfläche 102a (vergleiche auch 1) vorgesehen ist, und von denen die zweite Koronaelektrode 112' auf der zweiten Oberfläche 102b des Trägerelements 102 vorgesehen ist. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist wenigstens eine optionale Trapelektrode 120 vorgesehen, die bevorzugt als vergrabene Elektrode ausgebildet ist, mithin nicht auf einer der Oberflächen 102a, 102b angeordnet ist, sondern in dem Inneren des Trägerelements 102. bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist wenigstens eine optionale Sensorelektrode 130 vorgesehen, die bevorzugt als vergrabene Elektrode ausgebildet ist, mithin nicht auf einer der Oberflächen 102a, 102b angeordnet ist, sondern in dem Inneren des Trägerelements 102. alternativ oder ergänzend können bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen jeweils mindestens eine optionale Trapelektrode 120 und/oder eine optionale Sensorelektrode 130 auf wenigstens einer oder auch beiden der Oberflächen 102a, 102b vorgesehen sein. Bei dem Partikelsensor 100c gemäß 5 kann der Abgasstrom A1 durch die beiden Koronaelektroden 112, 112' (vgl. die jeweiligen Koronaentladungen 113, 113') besonders effizient oberhalb und unterhalb des Trägerelements 102 elektrisch aufgeladen werden.
  • 6 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Partikelsensor 100d gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. Auf dem Trägerelement 102 ist eine als planares Element ausgebildete Koronaelektrode 112 mit einer Elektrodenspitze 112_1 angeordnet. Auch die Elektrodenspitze 112_1 ist dabei planar, beispielsweise in Form eines Dreiecks, wohingegen die restliche Koronaelektrode 112 beispielsweise eine im wesentlichen rechteckförmige Grundform mit einer Länge L und einer Breite B, vergleiche 3B, aufweist. Zusätzlich ist aus 6 noch eine Zuleitung 112_2 für die Koronaelektrode 112 ersichtlich, mittels der die Koronaelektrode 112 mit einem vorgebbaren elektrischen Potenzial zur Erzeugung der Koronaentladung 113 (1) beaufschlagbar ist. Ebenfalls bei dem Partikelsensor 100d gemäß 6 vorgesehen ist eine optionale Trapelektrode 120 und eine optionale Sensorelektrode 130. Das Trägerelement 102 ist in dem Inneren des ersten Rohrs R1 angeordnet, dass vorteilhaft wiederum eine Gegenelektrode für die Koronaelektrode 112 bildet. Hierzu kann das Rohr R1 beispielsweise mit einem vorgebbaren Bezugspotenzial wie zum Beispiel dem Massepotential beaufschlagt werden.
  • 7 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Partikelsensor 100e gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. Abgebildet ist die Koronaelektrode 112, die beispielsweise im Wesentlichen eine Form eines „flachen Drahts“ aufweist. In ihrem in 7 linken axialen Endbereich EB1 ist die Koronaelektrode 112 mit einer Zuleitung 112_2 verbunden. In ihrem in 7 rechten axialen Endbereich EB2 weist die Koronaelektrode 112 eine elektrisch isolierende Passivierung PAS auf, die den rechten axialen Endbereich EB2 der Koronaelektrode 112 vorzugsweise vollständig bedeckt, sodass in diesem Bereich EB2 keine Koronaentladung erfolgen kann, weil eine Überhöhung des elektrischen Felds in diesem Bereich durch die Passivierung PAS verhindert wird. Dadurch ergibt sich bei dieser Ausführungsform vorteilhaft eine im wesentlichen längliche Koronaentladung 113 entlang der flachen drahtförmigen Koronaelektrode 112, also zwischen den axialen Endbereichen EB1, EB2. Dadurch sinkt vorteilhaft die lokale Belastung für die Koronaelektrode 112 (z.B. im Vergleich zur Konzentration der Koronaentladung 113 an einer Elektrodenspitze 112_1), und die Lebensdauer wird erhöht.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass ein axialer Endbereich der Koronaelektrode 112, vorliegend der in 7 rechte axiale Endbereich EB2, abgerundet ist, vergleiche das Bezugszeichen 112_3, wobei insbesondere der abgerundete Endbereich 112_3 einen konvexen Bereich aufweist mit einem Krümmungsradius, der bevorzugt größer ist als 50 Prozent der Breite B der Koronaelektrode 112, weiter bevorzugt größer als 250 Prozent der Breite B der Koronaelektrode 112.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass ein axialer Endbereich EB2 der wenigstens einen Koronaelektrode 112 die elektrisch isolierende Passivierung PAS aufweist und gleichzeitig abgerundet ist, wie vorliegend beispielhaft in 7 abgebildet.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Partikelsensors gemäß den Ausführungsformen, mit einer Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem Fluidstrom, wobei die Partikelaufladeeinrichtung wenigstens eine Koronaelektrode zur Erzeugung einer Koronaentladung aufweist, wobei der Partikelsensor ein Trägerelement mit einer Oberfläche aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Ausbilden der wenigstens einen Koronaelektrode als planares Element und Anordnen der wenigstens einen Koronaelektrode auf der Oberfläche des Trägerelements.
  • 8 zeigt hierzu schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm des Verfahrens. In Schritt 200 erfolgt das Ausbilden der wenigstens einen Koronaelektrode 112 (1) als planares Element, z.B. in Form einer flach ausgeprägten Form, z.B. in Form eines flachen Drahts, z.B. gedruckt, und in Schritt 202 (8) erfolgt das Anordnen der wenigstens einen Koronaelektrode 112 auf der Oberfläche 102a des Trägerelements 102. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen können die Schritte 200, 202 z.B. auch i.w. gleichzeitig ausgeführt werden, z.B. wenn die wenigstens eine Koronaelektrode 112 mittels eines Siebdruckverfahrens auf der Oberfläche 102a des Trägerelements 102 angeordnet wird. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann das Ausbilden 200 bzw. Anordnen 202 auch das Ausbilden 200 bzw. Anordnen 202 von wenigstens zwei Koronaelektroden 112, 112' umfassen.
  • Ein weiterer wesentlicher Vorteil von bevorzugten Ausführungsformen ist, dass wenn das Ende der Koronaelektrode 112 (also z.B. die Elektrodenspitze 112_1, vgl. 1) aberodiert oder aboxidiert, einfach der nächstfolgende verbleibende Abschnitt der planaren Koronaelektrode als Elektrodenspitze verwendbar ist, an der die Koronaentladung 113 gezündet werden kann, was vorteilhaft die Gesamtlebensdauert des Partikelsensors.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann auch ein optionales Heizelement 140 (1) vorgesehen sein, z.B. für den Rußabbrand und/oder zur Realisierung einer Schutzheiz-Funktion (Reduktion von Rußablagerungen durch eine erhöhte Substrat-temperatur). Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann das optionale Heizelement 140 in das Trägerelement 102 integriert sein.

Claims (12)

  1. Partikelsensor (100) mit einer Partikelaufladeeinrichtung (110) zum Aufladen von Partikeln (P) in einem Fluidstrom (A1), wobei die Partikelaufladeeinrichtung (110) wenigstens eine Koronaelektrode (112; 112') zur Erzeugung einer Koronaentladung (113) aufweist, wobei der Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e) ein Trägerelement (102) mit einer Oberfläche (102a) aufweist, und wobei die wenigstens eine Koronaelektrode (112; 112') als planares Element ausgebildet und auf der Oberfläche (102a) des Trägerelements (102) angeordnet ist.
  2. Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e) nach Anspruch 1, wobei eine maximale Größenausdehnung (D) der wenigstens einen Koronaelektrode (112; 112') entlang einer Oberflächennormalen (102a') der Oberfläche (102a) des Trägerelements (102) kleiner ist als eine maximale Größenausdehnung (L, B) der wenigstens einen Koronaelektrode (112; 112') in einer der Oberfläche (102a) des Trägerelements (102) entsprechenden virtuellen Ebene.
  3. Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Koronaelektrode (112; 112') auf die Oberfläche (102a) des Trägerelements (102) aufgebracht, insbesondere aufgedruckt, ist, insbesondere mittels eines Siebdruckverfahrens.
  4. Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Länge (L) der Koronaelektrode (112; 112') entlang einer ersten Koordinatenachse (x) in der Oberfläche (102a) des Trägerelements (102) größer ist als eine Breite (B) der Koronaelektrode (112; 112') entlang einer zu der ersten Koordinatenachse senkrechten zweiten Koordinatenachse in der Oberfläche (102a) des Trägerelements (102), insbesondere mindestens zehnmal größer.
  5. Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Koronaelektrode (112; 112') oder wenigstens eine Elektrodenspitze (112_1) der Koronaelektrode (112; 112') wenigstens eines der folgenden Elemente aufweist und/oder aus wenigstens einem der folgenden Elemente oder einer Mischung mehrere der folgenden Elemente besteht: Platin, Platinlegierung, Iridium, Iridiumlegierung, platin-ähnliches Edelmetall, keramisches Material, insbesondere Aluminiumoxid, Al2O3.
  6. Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e) wenigstens eine Trapelektrode (120) zum Ablenken geladener Teilchen des Fluidstroms (A1) und/oder wenigstens eine Sensorelektrode (130) zum Erfassen von Informationen bezüglich geladener Partikel (P') in dem Fluidstrom (A1) aufweist, wobei insbesondere die wenigstens eine Trapelektrode (120) und/oder die wenigstens eine Sensorelektrode (130) auf derselben Oberfläche (102a) des Trägerelements (102) angeordnet ist, wie die wenigstens eine Koronaelektrode (112; 112').
  7. Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mehrere Koronaelektroden (112, 112') vorgesehen sind, wobei insbesondere eine erste Koronaelektrode (112) auf einer bzw. der ersten Oberfläche (102a) des Trägerelements (102) und eine zweite Koronaelektrode (112') auf einer bzw. der zweiten Oberfläche (102b) des Trägerelements (102) angeordnet ist.
  8. Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Trägerelement (102) aus Keramikmaterial besteht, insbesondere Folienkeramik, wobei insbesondere wenigstens eine Elektrode (112, 112', 114, 120, 130) und/oder wenigstens eine Zuleitung (112_2) für die wenigstens eine Elektrode als Siebdruckelement ausgebildet ist, und/oder wobei insbesondere wenigstens eine Passivierung (PAS) für wenigstens eine Zuleitung (112_2) und/oder wenigstens einen Bereich (EB2) der Koronaelektrode (112) als Siebdruckelement ausgebildet ist.
  9. Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein axialer Endbereich (EB2) der wenigstens einen Koronaelektrode (112; 112') a) eine elektrisch isolierende Passivierung (PAS) aufweist und/oder b) abgerundet ist, wobei insbesondere der abgerundete Endbereich (EB2) einen konvexen Bereich (112_3) aufweist mit einem Krümmungsradius, der größer ist als 50 Prozent der Breite (B) der Koronaelektrode (112; 112').
  10. Verfahren zur Herstellung eines Partikelsensors (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e) mit einer Partikelaufladeeinrichtung (110) zum Aufladen von Partikeln in einem Fluidstrom, wobei die Partikelaufladeeinrichtung (110) wenigstens eine Koronaelektrode (112; 112') zur Erzeugung einer Koronaentladung (113) aufweist, wobei der Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e) ein Trägerelement (102) mit einer Oberfläche (102a) aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Ausbilden (200) der wenigstens einen Koronaelektrode (112; 112') als planares Element und Anordnen (202) der wenigstens einen Koronaelektrode (112; 112') auf der Oberfläche (102a) des Trägerelements (102).
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei, wobei eine maximale Größenausdehnung (D) der wenigstens einen Koronaelektrode (112; 112') entlang einer Oberflächennormalen (102a') der Oberfläche (102a) des Trägerelements (102) kleiner ist als eine maximale Größenausdehnung (L, B) der Koronaelektrode (112) in einer der Oberfläche (102a) des Trägerelements (102) entsprechenden virtuellen Ebene.
  12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei die wenigstens eine Koronaelektrode (112; 112') auf die Oberfläche (102a) des Trägerelements (102) aufgebracht, insbesondere aufgedruckt, wird, insbesondere mittels eines Siebdruckverfahrens.
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