WO2005098410A1 - Gassonde mit hygroskopisch beschichteter schutzeinrichtung - Google Patents

Gassonde mit hygroskopisch beschichteter schutzeinrichtung Download PDF

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WO2005098410A1
WO2005098410A1 PCT/EP2005/003374 EP2005003374W WO2005098410A1 WO 2005098410 A1 WO2005098410 A1 WO 2005098410A1 EP 2005003374 W EP2005003374 W EP 2005003374W WO 2005098410 A1 WO2005098410 A1 WO 2005098410A1
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gas
gas probe
coating
protective device
probe
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PCT/EP2005/003374
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Rolf BRÜCK
Bernhard Pfalzgraf
Bodo Odendall
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Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh
Audi Ag
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    • Y10T436/208339—Fuel/air mixture or exhaust gas analysis

Definitions

  • the invention relates to a gas probe, in particular a lambda probe for the analysis of exhaust gases of a mobile combustion engine.
  • Such gas sensors usually have a sensitive component (sensor element), which can be used for the analysis of gases, in particular exhaust gases in exhaust systems of internal combustion engines.
  • the sensor element is usually surrounded by a protective tube to protect against damage due to mechanical and thermal Einwirlkung, which allows by suitable ⁇ frnu-ngen the access of the gas to be analyzed to the arranged inside the protective tube sensor element of the lambda probe.
  • This protective tube primarily eliminates transport damage and damage to the installation, as well as the avoidance of thermal shock loading of the heated sensitive component of the lambda probe due to contact with water droplets that form from water vapor of the gas flow.
  • the gas probe is usually in contact with a hot, flowing past the gas probe exhaust stream in contact, it could be observed in known gas probes that located in the exhaust water vapor attaches to the protective tube. At the surface of the gas probe, the water vapor condenses and forms drops which endanger the sensor element.
  • Object of the present invention is to provide a gas probe, which has an increased safety compared to known gas probes, however, that the sensor element comes into contact with water pots.
  • the gas probe should be simple and cost-effective to produce in a mass production without great effort and.
  • the known technical problems with the currently available gas probes should at least be mitigated.
  • the gas probe according to the invention in particular a lambda probe for the analysis of exhaust gases of a mobile Nerbrermungskraftmaschine, has at least one protective device surrounding a sensitive, coming into contact with a gas component (sensor element) of the gas probe at least partially.
  • the gas fan is characterized in that the at least one protective device has a gas contact surface which at least partially has a hygroscopic surface.
  • the at least one protective device may be provided here two or three such protective devices (possibly concentrically arranged to overlap each other), on the one hand provides protection against transport and / or structural damage, so it is relatively stable. Furthermore, the protective device ensures that the sensor element does not come into contact with any contaminants (particles, soot, etc.) contained in the gas flow and / or water droplets. At the same time, however, the protective device allows access of the gas to be analyzed to the sensor element.
  • a protective device is a kind of housing, cap, tube, grid, etc., wherein openings are provided, through which the gas can flow into lying to the inside areas with the sensor element.
  • the protective device in particular all protective devices, at least partially on the surfaces which come into contact with the gas stream to be analyzed, having a hygroscopic surface.
  • hygroscopic it is meant, in particular, that the surface is able to absorb water vapor from the gas stream or to prevent the formation of water droplets on the gas contact surface
  • the gas contact surface itself may be hygroscopic, for example by special design of the surface roughness and
  • the gas contact surface it is also possible for the gas contact surface to be covered with an additional layer of another material different from the material of the protective device.
  • the hygroscopic surface is at least partially formed with a coating, which advantageously comprises a high-temperature resistant desiccant.
  • a coating which advantageously comprises a high-temperature resistant desiccant.
  • a drying agent for example, various salts or organic substances can be used.
  • the coating is advantageously also water-resistant and in particular resistant to erosion and corrosion.
  • the gas probe has a coating with a layer thickness in the range of 10 microns (microns) to 50 microns.
  • the layer thickness is preferably 15 ⁇ m to 25 ⁇ m. Due to the high thermal load, for example in the exhaust system of an automobile, a special adhesive strength of the coating on the protective device is required. In order to ensure a permanent whereabouts of the coating on the protective device, the layer thickness is made relatively small, so that chipping is avoided.
  • the coating has a porosity, so that the pore volume per unit volume of the coating is in a range of 30% to 90%.
  • the volume formed by the pores (statistically averaged) is 30% to 90%, preferably 50%.
  • the gas probe comprises an oxide coating, in particular that the coating comprises at least one oxide of titanium oxide, zirconium oxide and aluminum oxide. These high-temperature-resistant oxides favor the hygroscopic effect of the coating.
  • the coating has catalytically active constituents, in particular a noble metal (for example platinum, rhodium,.
  • a noble metal for example platinum, rhodium
  • the coating has no effect (e.g., storage capacity) on the constituents of the gas stream as measured by the gas probe, such as oxygen.
  • the other components coming into contact with the gas also have at least partially a hygroscopic surface, in particular a main body of the gas probe.
  • the main body constitutes the receptacle of the sensitive component and usually has a thread on the outer periphery in order to fix the gas probe in a housing.
  • this hygroscopic surface can be formed by means of at least one separate mold body which at least partially covers or encloses the relevant component.
  • This shaped body can be embodied as a material fit and / or form fit, in particular captive, to the component or a plurality of components.
  • the at least one protective device has a capillary pe, which comprises a high temperature resistant, thermoformable material.
  • the cap can thus be produced very precisely for mass production in large numbers.
  • a characteristic of a thermoformable material is here in particular required that this has a Grenzziehschen (ß ma ⁇ ) in the range of 1.6 to 2.0.
  • the limit drawing ratio is determined by means of a deep-drawing test (eg Swift), wherein cylindrical blanks are drawn from circular blanks with a stepwise enlarged diameter (do max ) with the punch diameter (di) remaining the same.
  • the gas probe which includes at least one protective device and a body, provides at least one oxide-forming surface of the components.
  • the design of a gas probe wherein the at least one protective device is electrically heated. This can be done in particular briefly and discontinuously in order to evaporate the water trapped in the coating. It is advantageous to carry this out in situations in which the exhaust gas has a relatively low temperature, for example before or immediately after the engine start or in idle phases of the engine.
  • a method for producing a gas probe in particular a lambda probe for analyzing exhaust gases of a mobile internal combustion engine.
  • the gas probe has at least one protective device, which is a sensitive, with a gas coming into contact component (sensor element) of the gas probe at least partially surrounds, as well as a basic body. It is now proposed that the at least one protective device or the main body is at least partially provided with a hygroscopic coating. In this way, in particular, a gas probe according to the invention can be produced, as described above.
  • the base body and / or the protective device has no coating at the locations where a positive (squeeze) connection and / or a technical joining (welding, soldering, oa) connection with each other or with other components of the gas sensor are provided.
  • the surfaces to be provided with the coating are pretreated, in particular an oxide is formed on the surface.
  • the formation of an oxide on the surface can be effected by a thermal treatment, if corresponding constituents of the material of the at least one protective device or of the main body are present.
  • the material it is also possible for the material to be first applied to the surface in an additional production step and then to bring about alloying of the material.
  • the at least one protective device or the base body are aluminized before coating.
  • the provision of aluminum allows the subsequent training of Aluminum oxide, which is particularly well suited as a carrier layer for the subsequent hygroscopic coating.
  • the at least one protective device is a formed, in particular deep-drawn, part, in which the aluminizing process takes place before the forming and advantageously after the forming step, a diffusion annealing is performed.
  • the application of the coating comprises at least one of the following production steps: spraying, dipping, spraying, thermal spraying.
  • the coating is applied to the surface to be coated using a carrier medium, for example air.
  • a carrier medium for example air.
  • the part to be coated is immersed in a bath of the coating.
  • thermal spraying usually uses temperatures of more than 500 ° C., preferably above 900 ° (plasma spraying), whereby smaller layer thicknesses (for example less than 40 ⁇ m) may be required.
  • exhaust gas purification component is intended to be a generic term for all components suitable for the exhaust gas treatment, in particular for catalytic converters, flow mixers, filters, adsorbers, hydrocarbon or soot traps.
  • Fig. 1 shows schematically a detail view of a gas probe
  • FIG. 2 shows a cross section through the gas probe according to FIG. 1.
  • Fig. 1 shows schematically the structure of a gas probe 1 with a base body 10 and a protective device 2.
  • the gas probe 1 is inserted through a housing 12 (for example, the housing of an exhaust pipe or an exhaust gas cleaning component) through and secured thereto.
  • part of the gas probe 1 comprising the protective device 2 is in contact with the gas stream to be analyzed.
  • Both the protective device 2 and the main body 10 has one or more gas contact surfaces 4, so surfaces that come into contact with the gas to be analyzed.
  • the gas stream to be analyzed at least temporarily water vapor, which may condense on the gas contact surfaces 4 under certain circumstances.
  • the sensor element is the third arranged (Fig. 1 not shown).
  • Fig. 2 shows a cross section through the protective device 2 of the gas probe 1.
  • the protective device 2 is shown here as a substantially cylindrical part, which is also closed on its front side.
  • a plurality of openings 11 are provided as slots, which allow a gas exchange with the inner areas.
  • the protective device 2 has on the inside and outside a coating 5, which is shown schematically in the enlarged partial area in the lower left in FIG.
  • the coating 5 is provided on the inner and outer gas contact surfaces 4 of the protective device 2.
  • the coating 5 has a layer thickness 7 in the range of 10 .mu.m to 50 .mu.m.
  • the proportion of the pores 8 of the coating 5 per unit volume of the coating 5 is about 50%.
  • the coating 5 has desiccant 6 for receiving water vapor from the gas stream and noble metals 9 for the catalytic conversion of pollutants in the exhaust gas.
  • the gas probe proposed here increases the reliability especially in exhaust systems of automobiles considerably.
  • the gas probe can be easily produced in a series production.

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Abstract

Gassonde (1), insbesondere Lambda-Sonde zur Analyse von Abgasen einer mobilen Verbrennungskraftmaschine, mit mindestens einer Schutzeinrichtung (2), die ein sensitives, mit einem Gas in Kontakt kommendes, Sensorelement (3) der Gassonde (1) zumindest bereichsweise umgibt, wobei die mindestens eine Schutzeinrichtung (2) eine Gaskontaktfläche (4) hat, die zumindest teilweise eine hygroskopische Oberfläche aufweist.

Description

GASSONDE MIT HYGROSKOPISCH BESCHICHTETER SCHUTZEINRICHTUNG Die Erfindung betrifft eine Gassonde, insbesondere eine Lambda-Sonde zur Analyse von Abgasen einer mobilen Nerbrennungskraftmaschine.
Solche Gassonden weisen üblicherweise ein sensitives Bauteil (Sensorelement) auf, welches zur Analyse von Gasen, insbesondere Abgasen in Abgassystemen von Verbrennungsmotoren, eingesetzt werden können. Das Sensorelement ist zum Schutz vor Beschädigungen infolge mechanischer und thermischer Einwirlkung üblicherweise von einem Schutzrohr umgeben, das durch geeignete Öfrnu-ngen den Zutritt des zu analysierenden Gases zu dem innerhalb des Schutzrohres angeordneten Sensorelement der Lambda-Sonde erlaubt. Dieses Schutzrohr diexit in erster Linie der Nermeidung von Transportschäden und Einbauschäden, sowie der Nermeidung einer Thermoschockbelastung des beheizten sensitiven Bauteils der Lambda-Sonde durch Kontakt mit Wassertropfen, die sich aus Wasserdamp-f des Gasstromes bilden.
Aufgrund der Tatsache, dass die Gassonde üblicherweise im Kontakt mit einem heißen, an der Gassonde vorbeiströmenden Abgasstrom in Kontakt ist, konnte bei bekannten Gassonden beobachtet werden, dass im Abgas befindlicher Wasserdampf sich an dem Schutzrohr anlagert. An der Oberfläche der Gassonde kondensiert der Wasserdampfund bildet Tropfen, welche das Sensorelement gefährden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gassonde zu schaffen, welche eine erhöhte Sicherheit gegenüber bekannten Gassonden dagegen aufweist, dass das Sensorelement mit Wassertopfen in Kontakt kommt. Darüber hinaus soll die Gassonde einfach aufgebaut und im Rahmen einer Serienfertigung ohne großen Aufwand und kosteneffektiv herstellbar sein. Auch sollen die bekannten technischen Probleme mit den derzeit verfügbaren Gassonden zumindest abgeschwächt werden. Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Gassonde gemäß den Merkmalen des unabhängig formulierten Norrichtungsanspruchs sowie einem Verfahren zur Herstellung einer Gassonde gemäß dem unabhängig formulierten Nerfahrensan- spruch. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängig formulierten Patentansprüchen beschrieben. Es ist darauf hinzuweisen, dass jede, technologisch sinnvolle, Kombination der in den Patentansprüchen genannten Merkmale, gegebenenfalls unter Einbeziehung von Merkmalen der Beschreibung, zu weiteren, vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung führen kann.
Die erfindungsgemäße Gassonde, insbesondere eine Lambda-Sonde zur Analyse von Abgasen einer mobilen Nerbrermungskraftmaschine, hat mindestens eine Schutzeinrichtung, die ein sensitives, mit einem Gas in Kontakt kommendes Bauteil (Sensorelement) der Gassonde zumindest bereichsweise umgibt. Die Gasson- de ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schutzeinrichtung eine Gaskontaktfläche hat, die zumindest teilweise eine hygroskopische Oberfläche aufweist.
Die mindestens eine Schutzeinrichtung, unter Umständen können hier zwei oder drei solcher Schutzeinrichtungen (gegebenenfalls konzentrisch zueinander überdeckend angeordnet) vorgesehen sein, stellt einerseits einen Schutz gegen Transport- und/oder Einbauschäden dar, ist also relativ stabil ausgeführt. Weiterhin trägt die Schutzeinrichtung dafür Sorge, dass das Sensorelement nicht mit im Gasstrom enthaltenen Nerunreinigungen (Partikel, Ruß, etc) und/oder Wassertropfen in Kontakt kommt. Gleichzeitig ermöglicht die Schutzeinrichtung jedoch den Zugang des zu analysierenden Gases hin zum Sensorelement. Üblicherweise stellt eine solche Schutzeinrichtung eine Art Gehäuse, Kappe, Rohr, Gitter, etc. dar, wobei Öffnungen vorgesehen sind, durch die das Gas hinein zu innen liegenden Bereichen mit dem Sensorelement strömen kann. Es wird nun vorgeschlagen, dass die Schutzeinrichtung, insbesondere alle Schutzeinrichtungen, zumindest teilweise an den Flächen, die mit dem zu analysierenden Gasstrom in Kontakt kommen, eine hygroskopische Oberfläche aufweist. Mit „hygroskopisch" ist insbesondere gemeint, dass die Oberfläche in der Lage ist, Wasserdampf aus dem Gasstrom aufzunehmen bzw. die Bildung von Wassertropfen auf der Gaskontaktfläche zu verhindern. Zu diesem Zweck kann die Gaskontaktfläche selbst hygroskopisch sein, beispielsweise durch besondere Ausgestaltung der Oberflächenrauhigkeit und/oder der Porosität. Es ist jedoch auch möglich, dass die Gaskontaktfläche mit einer zusätzlichen Schicht aus einem anderen, von dem Material der Schutzeinrichtung verschiedenen, Material bedeckt ist.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, dass die hygroskopische Oberfläche wenigstens teilweise mit einer Beschichtung gebildet ist, die vorteilhafterweise ein hochtemperaturfestes Trockenmittel umfasst. Als Trockenmittel können beispielsweise verschiedene Salze oder auch organische Substanzen eingesetzt werden. Die Beschichtung ist vorteilhafterweise auch wasserschlagfest sowie insbesondere widerstandsfähig gegen Erosion und Korrosion.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Gassonde eine Beschichtung mit einer Schichtdicke im Bereich von 10 μm (Mikrometer) bis 50 μm hat. Bevorzugt beträgt die Schichtdicke 15 μm bis 25 μm. Aufgrund der starken thermischen Belastung beispielsweise im Abgassystem eines Automobils ist eine besondere Haftfestigkeit der Beschichtung auf der Schutzeinrichtung erforderlich. Um einen dauerhaften Verbleib der Beschichtung auf der Schutzeinrichtung zu gewährleisten, ist die Schichtdicke relativ klein ausgeführt, so dass ein Abplatzen vermieden wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Gassonde weist die Beschichtung eine Porosität auf, so dass das Porenvolumen pro Volumeneinheit der Beschichtung in einem Bereich von 30 % bis 90 % liegt. Das heißt mit anderen Worten, dass be- zogen auf eine vorgegebene Volumeneinheit das von den Poren gebildete Volumen (statistisch gemittelt) 30 % bis 90 %, bevorzugt um 50 %, ausmacht. Es wird auch vorgeschlagen, dass die Gassonde eine Oxid-Beschichtung umfasst, insbesondere das die Beschichtung zumindest ein Oxid aus Titanoxid, Zirkonoxid und Aluminiumoxid umfasst. Diese hochtemperaturfesten Oxide begünstigen die hygroskopische Wirkung der Beschichtung.
Gerade bei der Anordnung einer solchen Gassonde im Abgassystem eines Automobils ist es vorteilhaft, wenn die Beschichtung katalytisch wirkende Bestandteile aufweist, insbesondere ein Edelmetall (z.B. Platin, Rhodium,...). Das bedeutet, dass die mit dem Abgas in Kontakt befindliche Oberfläche gleichzeitig zur Umsetzung von im Abgas enthaltenen Schadstoffen verwendet wird. Um jedoch die Zusammensetzung des zu analysierenden Gasstromes nicht in relevantem Maße zu beeinträchtigen, wird generell auch vorgeschlagen, dass die Beschichtung keine Wirkung (z.B. Speicherfähigkeit) auf die Bestandteile des Gasstromes hat, die von dem Gassonde messtechnisch bestimmt werden, beispielsweise Sauerstoff.
Gemäß einer Weiterbildung der Gassonde weisen auch die mit dem Gas in Kontakt kommenden weiteren Komponenten wenigstens teilweise eine hygroskopische Oberfläche auf, insbesondere ein Grundkörper der Gassonde. Der Grundkör- per stellt die Aufnahme des sensitiven Bauteils dar und hat üblicherweise am äußeren Umfang ein Gewinde, um die Gassonde in einem Gehäuse zu fixieren. Um zu verhindern, dass sich an diesem Grundkörper Wassertropfen bilden, ist auch dieser mit einer hygroskopischen Oberfläche ausgestattet. Alternativ oder in Kombination dazu kann diese hygroskopische Oberfläche mittels wenigstens ei- nem separaten Forrnköpers gebildet sein, der die betreffende Komponente zumindest teilweise abdeckt bzw. umschließt. Dieser Formkörper kann stoffschlüssig und/oder formschlüssig, insbesondere unverlierbar, zu der Komponente bzw. mehreren Komponenten ausgeführt sein.
Unter Berücksichtigung der kostengünstigen Herstellung einer solchen Gassonde wird weiter vorgeschlagen, dass die mindestens eine Schutzeinrichtung eine Kap- pe ist, die ein hochtemperaturfestes, tiefziehbares Material umfasst. Die Kappe kann so gerade für die Serienfertigung in hoher Stückzahl sehr präzise hergestellt werden. Als Kennzeichen für ein tiefziehbares Material wird hier insbesondere gefordert, dass dieses ein Grenzziehverhältnis (ßmaχ) im Bereich von 1,6 bis 2,0 hat. Das Grenzziehverhältnis wird mittels einer Tiefziehprüfung (z.B. nach Swift) ermittelt, wobei aus Blechronden mit stufenweise vergrößertem Durchmesser (domax) bei gleich bleibendem Stempeldurchmesser (di) zylindrische Näpfe gezogen werden. Kennwert ist das Grenzziehverhältnis, bei dem die Grenze der Zieh- fähigkeit des Bleches durch einen gerade noch nicht eintretenden Bodenriss er- reicht ist (ßmax= d0maχ / di).
Die Gassonde, die mindestens eine Schutzeinrichtung und einen Grundkörper umfasst, stellt mindestens eine Oxid-bildende Oberfläche der Komponenten bereit. Das heißt, dass die Schutzeinrichtung und/oder der Grundkörper zumindest teilweise so thermisch behandelt werden kann, dass sich auf ihrer Oberfläche ein Oxid bildet, insbesondere Aluminiumoxid. Dieses Oxid ermöglicht, dass die nachfolgende Beschichtung sich dauerhaft auch unter hohen thermischen und dynamischen Belastungen auf der Oberfläche applizieren lässt.
Vorteilhaft ist auch die Ausgestaltung einer Gassonde, wobei die mindestens eine Schutzeinrichtung elektrisch beheizbar ist. Dies kann insbesondere kurzzeitig und diskontinuierlich erfolgen, um das in der Beschichtung festgehaltene Wasser zu verdampfen. Dabei ist es vorteilhaft, dies in Situationen durchzuführen, in denen das Abgas eine relativ niedrige Temperatur hat, beispielsweise vor oder unmittel- bar nach dem Motorstart bzw. in Leerlaufphasen des Motors.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Gassonde, insbesondere einer Lambda-Sonde zur Analyse von Abgasen einer mobilen Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen. Die Gassonde hat mindestens eine Schutzeinrichtung, die ein sensitives, mit einem Gas in Kontakt kommendes Bauteil (Sensorelement) der Gassonde zumindest bereichsweise umgibt, sowie einen Grundkörper. Es wird nun vorgeschlagen, dass die mindestens eine Schutzeinrichtung oder der Grundkörper zumindest teilweise mit einer hygroskopischen Beschichtung versehen wird. Auf diese Weise lässt sich insbesondere ein erfindungsgemäßes Gassonde herstellen, wie es vorstehend beschrie- ben ist.
Dabei sind ggf. freie Bereiche vorzusehen, insbesondere dort, wo die Oberfläche nahe anderen Funktionsflächen angeordnet ist. Funktionsflächen haben eine vordergründige Funktion, zum Beispiel dienen sie als Verbindungsflächen von Kom- ponenten miteinander, als (elektrische) Kontaktflächen, als Kennzeichnung, etc.. So ist es beispielsweise vorteilhaft, dass der Grundkörper und/oder die Schutzeinrichtung an den Stellen keine Beschichtung aufweist, wo eine formschlüssige (Quetsch-)Verbindung und/oder eine fügetechnische (Schweiß-, Löt-, o.a.) Verbindung miteinander bzw. mit weiteren Komponenten des Gassensors vorgesehen sind.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die mit der Beschichtung zu versehenden Oberflächen vorbehandelt werden, insbesondere auf den Oberfläche ein Oxid gebildet wird. Die Bildung eines Oxids auf der Oberfläche kann durch eine thermi- sehe Behandlung erfolgen, wenn entsprechende Bestandteile des Materials der mindestens einen Schutzeinrichtung bzw. des Grundkörpers vorliegen. Es ist aber auch möglich, dass Material in einem zusätzlichen Fertigungsschritt zunächst auf der Oberfläche zu applizieren und anschließend ein Auflegieren des Materials zu bewirken.
Es ist unter Umständen vorteilhaft, dass die mindestens eine Schutzeinrichtung oder der Grundkörper vor dem Beschichten aluminiert werden. Das bedeutet, dass beispielsweise eine Aluminium-Knetlegierung auf der Oberfläche appliziert und durch eine anschließende thermische Behandlung auf der Oberfläche fixiert wird. Die Bereitstellung von Aluminium ermöglicht die nachträgliche Ausbildung von Aluminiumoxid, welches als Trägerschicht für die nachfolgende hygroskopische Beschichtung besonders gut geeignet ist.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, dass die mindestens eine Schutzeinrichtung ein umgeformtes, insbesondere tiefgezogenes, Teil ist, bei dem der Aluminier- Vorgang vor dem Umformen stattfindet und vorteilhafterweise nach dem Umformschritt ein Diffusionsglühen durchgeführt wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens umfasst das Auftragen der Beschichtung zumindest einen der folgenden Fertigungsschritte: Spritzen, Tauchen, Sprühen, Thermisches Spritzen.
Beim Spritzen bzw. Sprühen wird die Beschichtung unter Einsatz eines Trägermediums, beispielsweise Luft, auf die zu beschichtende Oberfläche appliziert. Beim Tauchen wird das zu beschichtende Teil in ein Bad aus der Beschichtung eingetaucht. Zur Bereitstellung einer dauerhaften Beschichtung sind bei den drei vorstehend genannten Verfahren die Ausbildung einer Oxidbeschichtung zuvor vorteilhaft. Auf eine solche Oxid-bildende Maßnahme kann beim Applizieren der Beschichtung mittels des Thermischen Spritzens verzichtet werden, da die hierbei eingesetzten Temperaturbereiche einen ausreichenden Stoffschluss bzw. ausreichende Adhäsionskräfte zwischen der Oberfläche und der Beschichtung gewährleisten. Beim Thermischen Spritzen werden üblicherweise Temperaturen beim Applizieren von über 500 °C eingesetzt, bevorzugt oberhalb von 900° (Plasma- Spritzen), wobei ggf. kleinere Schichtdicken (z.B. kleiner 40 μm) vorgesehen werden können.
Zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Verteilung der Beschichtung bzw. einer überwiegend gleichen Schichtdicke können weitere Bearbeirungsschritte erforderlich sein, beispielsweise ein Rotieren des Teils (Ausnutzung von Zentrifugalkräf- ten)), ein Abklopfen (Ausnutzung einer Impulswirkung), ein Ausblasen (Einsatz eines unter Überdruck stehenden Gasstromes), etc.. Insbesondere ist zu gewähr- leisten, dass die Gaseintrittsöffhungen bzw. Gasaustrittsöffhungen der Schutzeinrichtung nicht über die Maßen verschlossen sind.
Besonders vorteilhaft ist die Gassonde in Kombination mit einer Abgasreini- gungskomponente. Der Begriff „Abgasreinigungskomponente" soll als Oberbegriff für alle zur Abgasbehandlung geeigneten Komponenten stehen, insbesondere für katalytische Konverter, Strömungsmischer, Filter, Adsorber, Kohlenwasserstoff- oder Rußfallen. Besonders vorteilhaft ist die Bereitstellung einer Gassonde im Abgassystem eines Fahrzeuges, insbesondere eines Automobils.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Dabei ist daraufhinzuweisen, dass besonders bevorzugte Ausfüh- rungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Detailansicht einer Gassonde, und
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Gassonde gemäß Fig. 1.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Gassonde 1 mit einem Grundkörper 10 und einer Schutzeinrichtung 2. Die Gassonde 1 ist durch ein Gehäuse 12 (beispielsweise das Gehäuse einer Abgasleitung oder einer Abgasreinigungskompo- nente) hindurch gesteckt und mit diesem befestigt. Dabei ist ein Teil der Gassonde 1 umfassend die Schutzeinrichtung 2 mit dem zu analysierenden Gasstrom in Kontakt. Sowohl die Schutzeinrichtung 2 als auch der Grundkörper 10 weist eine oder mehrere Gaskontaktflächen 4 auf, also Oberflächen, die mit dem zu analysierenden Gas in Kontakt treten. Dabei weist der zu analysierende Gasstrom zumin- dest zeitweise Wasserdampf auf, der unter Umständen an den Gaskontaktflächen 4 kondensieren kann. Im Inneren der Schutzeinrichtung 2 ist das Sensorelement 3 angeordnet (Fig. 1 nicht dargestellt). Der Kontakt des zu analysierenden Gasstromes mit dem sensitiven Bauteil (Sensorelement 3) wird über Öffnungen 11 in der Schutzeinrichtung 2 ermöglicht. Wie dies in Fig. 1 angedeutet ist, zeigt Fig. 2 einen Querschnitt durch die Schutzeinrichtung 2 der Gassonde 1. Die Schutzeinrichtung 2 ist hier als im wesentlichen zylinderförmiges Teil dargestellt, welches auch auf seiner Stirnseite verschlossen ist. Am Umfang der Schutzeinrichtung 2 sind mehrere Öffnungen 11 als Schlitze vorgesehen, die ein Gasaustausch mit den innenliegenden Bereichen er- möglichen. Die Schutzeinrichtung 2 weist innen und außen eine Beschichtung 5 auf, die in dem vergrößerten Teilbereich links unten in der Fig. 2 schematisch dargestellt ist.
Die Beschichtung 5 ist auf den innenliegenden und außenliegenden Gaskontakt- flächen 4 der Schutzeinrichtung 2 vorgesehen. Die Beschichtung 5 hat eine Schichtdicke 7 im Bereich von 10 μm bis 50 μm. Der Anteil der Poren 8 der Beschichtung 5 pro Einheitsvolumen der Beschichtung 5 beträgt etwa 50 %. Die Beschichtung 5 weist Trockenmittel 6 zur Aufnahme von Wasserdampf aus dem Gasstrom sowie Edelmetalle 9 zur katalytischen Umsetzung von Schadstoffen im Abgas auf.
Die hier vorgeschlagene Gassonde erhöht die Betriebssicherheit gerade in Abgasanlagen von Automobilen erheblich. Zudem lässt sich die Gassonde einfach auch im Rahmen einer Serienfertigung herstellen.
Bezugszeichenliste
Gassonde
Schutzeinrichtung
Bauteil
Gaskontaktfläche
Beschichtung
Trockenmittel
Schichtdicke
Pore
Edelmetall
Grundkörper
Öffnung
Gehäuse

Claims

Patentansprüche
1. Gassonde (1), insbesondere Lambda-Sonde zur Analyse von Abgasen einer mobilen Verbrennungsl 'afrmaschine, mit mindestens einer Schutzeinrichtung (2), die ein sensitives, mit einem Gas in Kontakt kommendes, Sensorelement (3) der Gassonde (1) zumindest bereichsweise umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schutzeinrichtung (2) eine Gaskontaktfläche (4) hat, die zumindest teilweise eine hygroskopische Oberfläche aufweist.
2. Gassonde (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hygroskopische Oberfläche wenigstens teilweise mit einer Beschichtung (5) gebildet ist, die vorteilhafterweise ein hochtemperaturfestes Trockenmittel (6) umfasst.
3. Gassonde (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschich- tung (5) eine Schichtdicke (7) im Bereich von 10 μm bis 50 μm hat.
4. Gassonde (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Be- Schichtung (5) eine Porosität aufweist, so dass das Porenvolumen pro Vol-n- menemheit der Beschichtung (5) in einem Bereich von 30% bis 90% beträgt.
5. Gassonde (1) nach einem der Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, da.ss die Beschichtung (5) ein Oxid umfasst, insbesondere zumindest eines aus Tϊ- tanoxid, Zirkonoxid und Aluminiumoxid.
6. Gassonde (1) nach einem der Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) katalytisch wirkende Bestandteile aufweist, insbesonde-re ein Edelmetall (9).
7. Gassonde (1) nach einem der Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auch die mit dem Gas in Kontakt kommenden weiteren Komponenten wenigstens teilweise eine hygroskopische Oberfläche aufweisen, insbesondere ein Grundkörper (10) der Gassonde (1).
8. Gassonde (1) nach einem der Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schutzeinrichtung (2) eine Kappe ist, die ein hochtempe- rarurfestes, tiefziehbares Material umfasst.
9. Gassonde (1) nach einem der Anspruch 1 bis 8, wobei die Gassonde (1) zumindest folgende Komponenten umfasst: mindestens eine Schutzeinrichtung (2) und einen Grundkörper (10); dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Komponente aus einem Material ist, welches eine Oxid-bildende Oberfläche bereitstellt.
10. Gassonde (1) nach einem der Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schutzeinrichtung (2) elektrisch beheizbar ist.
11. Verfahren zur Herstellung einer Gassonde (1), insbesondere Lambda-Sonde zur Analyse von Abgasen einer mobilen Verbrermungskraftmaschine, mit mindestens einer Schutzeinrichtung (2), die ein sensitives, mit einem Gas in Kontakt kommendes Sensorelement (3) der Gassonde (1) zumindest bereichsweise umgibt, sowie einem Grundkörper (10), bei dem wenigstens die mindestens eine Schutzeinrichtung (2) oder der Grundkörper (10) zumindest teilweise mit einer hygroskopischen Beschichtung (5) versehen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die mit der Beschichtung (5) zu versehenden Oberflächen vorbehandelt werden, insbesondere ein Oxid gebildet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem wenigstens die mindestens eine Schutzeinrichtung (2) oder der Grundkörper (10) vor dem Beschichten aluminiert werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die mindestens eine Schutzeinrichtung (2) ein umgeformtes, insbesondere tiefgezogenes, Teil ist, bei dem der Aluminier- Vorgang vor dem Umformen stattfindet, und vorteilhafterweise nach dem Umformschritt ein Diffusionsglühen durchgeführt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem das Auftragen der Beschichtung (5) zumindest einen der folgenden Fertigungsschritte umfasst: Spritzen, Tauchen, Sprühen, - Thermisches Spritzen.
16. Abgasreinigungskomponente umfassend zumindest eine Gassonde (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
17. Fahrzeug mit einem Abgassystem umfassen zumindest eine Gassonde (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
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