DE2535036C3

DE2535036C3 - Siebelektrode für eine MeBzelle eines elektrochemischen Gasspürgerätes und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2535036C3
Application number: DE19752535036
Authority: DE
Inventors: Heinz 8225 Traunreut Kraus; Armin Dipl.-Chem. Dr. 6000 Frankfurt Kroneisen
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH; Hartmann and Braun AG
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH; ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1975-08-06
Filing date: 1975-08-06
Publication date: 1978-08-03
Also published as: DE2535036A1; DE2535036B2

Description

Lage, Formänderungen zu erleiden, ohne ihren Zusammenhang in sich oder mit der Tragermembran zu verlieren.

Fig.3 zeigt eine andere Ausführung der Linienzüge der Metallstruktur im Ausschnitt. Diese Ausführung > weist eine besonders große wirksame Kantenlänge bei gegebener kleinstmöglicher Stegbreite der Metallstruktur auf. Teilbereiche 5 dieser Metallstruktur bestehen aus einem Kxpuzgitter mit sich kreuzenden geraden Linienzügen, das für sich nicht die gewünschten i< > Eigenschaften besitzt. Diese Teilbereiche 5 sind miteinander durch schräg zu den Gitterlinien liegende Schenkel 6 verbunden. Diese schräg liegenden Schenkel 6 stellen eine Richtungsänderung gegenüber den Gitterlinien der Teilbereiche 5 dar und erlauben so r> ebenfalls eine Formänderung ohne Verlust des Zusammenhaltes in sich und mit der Trägermembran. Mit dem Bezugszeichen 7 ist eine andere mögliche Form der Verbindungsschenkel für die Teilbereiche 5 angedeutet. Diese haarnadelförmige Ausbildung besitzt gleichfalls _>n die geforderte Eigenschaft.

Die in den F i g. 1 bis 3 gezeigten MetalL^rukturen stellen jeweils ein ebenes Gebilde einheitlicher Schichtdicke dar. Nur zur Veranschaulichung und ohne Einschränkung für die Erfindung sei bemerkt, daß die _>; feinsten Linien dieser Metallstruktur eine Breite von etwa 10 bis ΙΟΟμπι aufweisen. Die Schichtdicke liegt etwa bei 5 bis 30 μΐη.

Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Metalistruktur kann in herkömmlicher Weise als freitragende Metallstruktur m vorgefertigt und anschließend mit der halbdurchlässigen Trägermembran verklebt oder auf diese aufgepreßt werden. Wesentlich zweckmäßiger ist jedoch folgendes Verfahren, das in F i g. 4 dargestellt ist. Auf einem isolierenden Träger 8, z. B. aus Glas, ist mittels r> irgendeines bekannten fotolithographischen Verfahrens ein Chrombelag 9 festhaftend aufgebracht (z. B. nach dem in der DE-PS 9 02 713 beschriebenen Verfahren). Die Chrombelegung 9 entspricht in ihrer Geometrie genau dem I ;absichtigten Muster, das die Metallstruktür 4 samt Kontaktring 4, Kontaktfahnen 2, Leiterbahnstücken 3 gemäß F i g. 2 oder die Metallstruktur 5 und 6 gemäß F i g. 3 oder einer anderen unter den Anspruch 1 vorliegender Anmeldung fallende Metallstruktur erhalten soll. Das durch den Chrombelag 9 gebildete Muster -n ist in sich zusammenhängend und wird nun in einem galvanischen Bad als Elektrode für den Niederschlag eines Metalls benutzt, das als Elektrode für die elektrochemische Meßzelle geeigent ist Die Natur dieses Metalls richtet sich nach den elektrochemischen Erfordernissen der Meßzelle und ist nicht Gegenstand der Erfindung. Beispielsweise kann Silber ein geeignetes Elektrodenmaterial sein. Die Fig.4 zeigt den Glasträger 8 mit der Chrombelegung 9 und dem darauf bereits galvanisch niedergeschlagenen Elektrodenmaterial 10. Noch während das Elektrodenmaterial 10 auf dem Chrombelag 9 haftet, wird das Material 11 für die Trägermembran mit der Metallstruktur vereinigL Dies kann dadurch geschehen, daß das Material der Trägermembran durch Aufquellen mittels eines Lösungsmittels klebrig gemacht und auf die Metallstruktur aufgepreßt wird. Es kann auch durch thermisches Erweichen klebrig gemacht und so mit der Metallstruktur verbunden werden. Ein sehr geeignetes Verfahren ist auch, das Material für die Membranfolie in gelöster Form als Lackfilm auf die Matrize mit dem bereits darauf niedergeschlagenen Elektrodenmaterial aufzubringen. Die Natur des Materials '^r den Membran richtet sich ebenfalls nach den Enor-iernissen der elektrochemischen Meßzelle, insbesondere nach der geforderten Teildurchlässigkeit für den verwendeten Elektrolyten. Das Material für die Trägermembran ist deshalb nicht Gegenstand der Erfindung. Nur als Beispiel seien Weich-PVC und Acetatfolie genannt. Nach der Aufbringung des Materials für die Trägermembran auf die Matrize 8/9 mit dem darauf niedergeschlagenen Elektrodenmaterial der Metallstruktur 10 wird die Trägermembran 11 samt der nun fest in ihr eingebetteten Metallstruktur 10 von der Matrize 8/9 abgezogen. Die Trennung des Elektrodenmaterials der Metallstruktur von der Chrombelegung 9 erfolgt in bekannter Weise ohne Schwierigkeiten, wie dann auch das Abziehen einer niedergeschlagenen Struktur von einer Metallmatrize an sich bekannt ist, z.B. aus DE-AS 15 21476. Für die Metallstrukturen gemäß Anspruch 1 vorliegender Anmeldung, die ja mit Absicht nur eine geringe Formsiabilität besitzen sollen, eignet sich jedoch besser das vorstehend beschriebene Verfahren, das den Abziehvorgang für die Metallstruktur im eingebetteten Zustand vorsieht. Dem kommt der Umstand besonders entgegen, daß die Einbettung hier nicht lediglich ein Kunstgriff für den erfolgreichen Abziehvorgang eines nicht sehr formstabilen Gebildes ist, sondern direkt ein für die Verwendung in der elektrochemischen Meßzelle angestrebter endgültiger Zustand ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Siebelektrode für eine Meßzelle eines elektrochemischen Gasspürgerätes, bestehend aus einer gitterförmigen Metallstruktur auf einer nicht leitenden, einen Elektrolyten gegen die Prüfatmosphäre mechanisch begrenzenden, für einen Bestandteil des Elektrolyten teildurchlässigen Trägermembran, dadurch gekennzeichnet, daß die gitterförmige Metallstruktur (3, 4; 5, 6; 5,7) jeweils zwischen zwei Gitterknotenpunkten in der Gitterebene in mehrmals die Richtung wechselnden Linienzügen verläuft

2. Siebelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstruktur (3, 4; 5, 6; 5,7) von einem mit ihr zusammenhängenden Kontaktring (1) umgeben ist

3. Siebelektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend vom Kontaktring (1) gröbere Leiterbahnstücke (3) als Kontaktzentren innerhalb der Metallstruktur (3, 4; 5, 6; 5, 7) vorgesehen sind.

4. Siebelektrode nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktring (1) am Außenumfang eine oder mehrere Kontaktfahnen (2) aufweist

5. Siebelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Linienzüge der Metallstruktur (3,4) zickzackförmig sind.

6. SiebelektSOde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstruktur (3,4) aus sich kreuzenden Zickzackliriienzügen besteht

7. Siebelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus sich kreuzenden Geraden bestehende Kreuzgitterteilbereiche (5) durch schräg zu den Gitterlinien liegende Schenkel (6; 7) verbunden sind.

8. Siebelektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichne', daß die Verbindungsschenkel (7) haarnadelförmig sind.

9. Verfahren zur Herstellung einer Siebelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche unter galvanischer Abscheidung des Siebelektrodenmaterials auf einer teilweise metallisierten Matrize, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Trägermembran (11) mit der Metallstruktur (10) vereinigt wird, noch während sich dieses auf der Matrize (8, 9) befindet, und zusammen mit der Metallstruktur (10) von der Matrize (8,9) abgezogen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Trägermembran (11) durch Aufquellen mittels eines Lösungsmittels klebrig gemacht und auf die Metallstruktur (10) aufgepreßt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Trägermembran (11) durch thermisches Erweichen klebrig gemacht und so mit der Metallstruktur (10) verbunden wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Trägermembran (11) in gelöster Form als Lackfilm auf die Matrize (8, 9) mit der Metallstruktur (10) aufgebracht wird.

Pie Erfindung betrifft eine Siebelektrode gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bekannte Elektroden für diesen Zweck sind als gewebte Drahtsiebe oder als galvanisch geformte ■> Kreuzgittersiebe (z.B. DE-OS 19 57 691) auf eine Trägerfolie, z. B. aus Weich-PVC oder Acetat-Folie (teildurchlässig für einen Elektrolyten) aufgepreßt oder aufgeklebt Der Elektrolyt durchdringt mit einer sehr geringen Diffusionsgeschwindigkeit die Folie und

ι« benetzt die Ränder der Metallstruktur, ohne sie vollständig zu überziehen. In der Prüfatmosphäre enthaltene gasförmige Bestandteile, auf die die Meßzelle ansprechen soll, bewirken beim Zusammentreffen mit dem Elektrolyten an der Grenzlinie zur Metallstruktur

i¹· einen Potentialunterschied zwischen der Metallstruktur und einer weiteren mit dem Elektrolyten in Kontakt stehenden Elektrode. Wenngleich die Diffusion und Verdunstung des Elektrolyten nur sehr langsam vor sich geht, bewirkt sie doch einen allmählichen Volumen-

-'» schwund des an ein Gel gebundenen Elektrolyten. Dieser führt zu einer Einbeulung der den Elektrolyten begrenzenden Membran. Dies hat zur Folge, daß entweder die Metallstruktur an einigen Stellen zerreißt und/oder sich von der Trägermembran löst Abgelöste

-'"· Partien oder durch Abreißen isolierte Partien der

Metallstruktur tragen nichts mehr zum Meßsignal bei,

wodurch sich die Empfindlichkeit der Anordnung in unkontrollierbarer Weise verändert

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine

in Siebelektrode zu schaffen, die auch bei Dehnung und Schrumpfung ihres Trägers keinerlei Ausfallerscheinungen zeigt Die Erfindung hat sich ferner die Aufgabe gestellt, ein einfaches und sicheres Verfahren zur Herstellung einer solchen Siebelektrode zu schaffen.

> > Die Erfindung löst diese Aufgabe im wesentlichen durch die in den Ansprüchen 1 und 9 gekennzeichneten Maßnahmen.

Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind aus den Unteransprüchen entnehmbar.

■w Gasspürgeräte mit einer Siebelektrode gemäß der Erfindung, die elastisch verformbar ist zeichnen sich insbesondere durch eine hohe Lebensdauer bei gleichbleibender Empfindlichkeit aus. In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsformen

r> einer Siebelektrode sowie das Herstellungsverfahren dafür schematisch dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Siebelektrode gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine vergrößerten Ausschnitt aus F i g. 1,

ίο F i g. 3 eine andere Ausführungsform der Linienzüge der Metallstruktur,

F i g. 4 den letzten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung der Siebelektrode. Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen die Linienführung der auf

Vi einer Trägermembran aufgebrachten Metallstruktur. Gemäß Fig. 1 erstrecken sich von einem Kontaktring 1 mit Kontaktfahnen 2 zickzackförmig gröbere Leiterbahnstücke 3 in das durch den Kontaktring 1 umschlossene Gebiet. Dieses gesamte Gebiet ist im

Mi übrigen ausgefüllt mit der eigentlichen Metallstruktur 4 gemäß F i g. 2, die in F i g. 1 wegen ihrer Feinheit nicht mehr dargestellt ist. Gemäß Fig.2 besteht diese Metallstruktur 4 aus sich kreuzenden Zickzacklinienstücken. Gerät die die Metallstruktur 4 tragende

hi Membran unter den Einfluß von Kräften, die im Sinne einer Deformation der Trägermembran zu wirken versucht, so ist die Metallstruktur 4, die in mehrmals die Richtung wechselnder, Linienzügen verläuft, in der