WO2013167443A1

WO2013167443A1 - Sensorelement mit cermet grundschicht und platin deckschicht

Info

Publication number: WO2013167443A1
Application number: PCT/EP2013/059090
Authority: WO
Inventors: Johannes Ante; Markus Herrmann; Andreas Ott; Willibald Reitmeier; Manfred Weigl; Andreas Wildgen
Original assignee: Continental Automotive Gmbh
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2013-11-14
Also published as: JP2015519558A; CN104285141A; US20150300919A1; EP2847571A1; DE102012207761A1

Abstract

Es wird ein Sensorelement für einen Sensor zur Detektion von in einem Gasstrom enthaltenen Substanzen beschrieben. Das Sensorelement besitzt einen Träger aus Keramik und eine auf dem Träger angeordnete, dem Gasstrom ausgesetzte, offene Messelektrode. Die Messelektrode weist eine auf dem Träger angeordnete Grundschicht aus einem Keramik-Platin-Cermet und eine auf der Grundschicht angeordnete Deckschicht aus gesintertem Platin auf. Hierdurch ergeben sich besonders gute Eigenschaften in Bezug auf das Haftungsvermögen am Träger und einen Schutz gegen unerwünschte Ablagerungen.

Description

Beschreibung

SENSORELEMENT MIT CERMET GRUNDSCHICHT UND PLATIN DECKSCHICHT Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorelement für einen Sensor zur Detektion von in einem Gasstrom enthaltenen Substanzen, insbesondere von Rußpartikeln im Abgas einer Brennkraftmaschine, mit einem Träger aus Keramik und einer auf dem Träger angeordneten, dem Gasstrom ausgesetzten offe- nen Messelektrode.

Ein derartiges Sensorelement ist bekannt und beispielsweise in der DE 10 2010 044 308 AI beschrieben. Es findet insbesondere als Rußsensor im Abgassystem von Dieselmotoren Verwen- dung. Mithilfe der Messelektrode wird beispielsweise über eine Widerstands-, Kapazitäts- oder Impedanzmessung der Anteil der im Abgasstrom enthaltenen Rußpartikel erfasst und in der Form von elektrischen Signalen einer Steuervorrichtung der Brennkraftmaschine zugeführt.

Die Messelektrode ist hierbei als offene, dem Gasstrom ausgesetzte Elektrode ausgebildet und hat beispielsweise die Form einer Interdigitalelektrode (Kammelektrode) . Sie besteht aus feinen Leiterbahnen, die auf einen Träger aus Keramik aufge- bracht, insbesondere aufgedruckt sind. Der Träger ist vorzugsweise als plattenförmiges längliches Element ausgebildet und besteht, wie erwähnt, aus einem keramischen Werkstoff, wie Aluminiumoxid. Die Leiterbahnstruktur der Messelektrode ist mit entsprechenden Leiterbahnanschlüssen versehen, die zu entsprechenden Anschlusskontakten führen.

Solche Sensorelemente von Part. kelsensoren sind ferner mit Heizeinrichtungen versehen, um die dem Gasstrom ausgesetzte Elektrode, auf der sich die im Gasstrom enthaltenen Partikel mit fortschreitender Messdauer in zunehmender Weise ablagern, periodisch reinigen zu können. Hierzu erfolgt ein Aufheizen der Messelektrode und dadurch ein Verbrennen der abgelagerten Partikel, die dadurch von der Messelektrode entfernt werden.

Auf diesen offenen Messelektroden lagern sich jedoch mit zu- nehmender Messdauer auch feste, anorganische und nicht verbrennbare Abgasbestandteile ab, was dazu führt, dass die offenen Messelektroden mit nichtleitenden Stoffen abgedeckt und somit gegen den Zutritt der zu messenden Partikel (gegen Rußzutritt) elektrisch und mechanisch isoliert werden. Hierdurch geht die Messfunktion der Messelektroden verloren. In Tests am Motorprüfstand wurde nach einem Betrieb von 2.000 - 3.000 Stunden eine völlige Bedeckung der Messelektroden festgestellt . Ein weiteres Problem bei derartigen Sensorelementen besteht darin, für eine sichere und dauerhafte Haftung der Messelektrode auf dem Träger aus keramischem Werkstoff zu sorgen. So hat sich beispielsweise bei Messelektroden aus reinem Platin gezeigt, dass diese zwar über einen relativ langen Zeitraum (bis 3.000 Betriebsstunden) verminderte bis keine Ablagerungen an unerwünschten nicht verbrennbaren Abgasbestandteilen aufweisen, jedoch keine dauerhafte Haftung auf dem Keramikträger besitzen. Dies trifft insbesondere auf reine Pt-Dick- schichtdrucke (gesintertes Platin ohne Glas- und ohne Kera- mikbestandteile ) zu.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sensorelement der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, dessen Messelektrode sich bei Vermeidung von unerwünschten Ablagerungen durch eine besonders gute Haftung am Träger auszeichnet .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Sensorelement der angegebenen Art dadurch gelöst, dass die Messelektrode eine auf dem Träger angeordnete Grundschicht, aus einem Kera- mik-Platin-Cermet und eine auf der Grundschicht angeordnete Deckschicht aus gesintertem Platin aufweist. Durch die erfindungsgemäße Kombination aus Cermet-Grund- schicht und Platin-Deckschicht wird ein Optimum an Haftung am Keramikträger und an Ablagerungsschutz erreicht. Es hat sich gezeigt, dass die Cermet-Schicht eine sehr gute Haftung am Keramikträger besitzt. Da eine derartige Schicht jedoch auch mit einer sehr hohen Ablagerungstendenz durch Abgaspartikel (Asche, Schwefel, Metalloxide etc.) verbunden ist, ist sie als Deckschicht bzw. Kontaktschicht mit dem Gasstrom wenig geeignet. Versuche haben hier gezeigt, dass nach ca. 2.000 Betriebs stunden starke Ablagerungen aufgetreten sind.

Als Deckschicht bzw. Kontaktschicht eignet sich hingegen eine Schicht aus reinem Platin. Eine solche Schicht besitzt einen guten Schutz gegen unerwünschte Ablagerungen.

Mit Cermet oder Metallkeramiken wird eine Gruppe von Werkstoffen aus zwei getrennten Phasen (aus einem metallischen und einem keramischen Bestandteil) bezeichnet, die sich in bestimmten Eigenschaften, insbesondere Härte, Schmelzpunkt, voneinander unterscheiden. Ein Beispiel für ein Keramik- Platin-Cermet ist ein solches auf Silicid-Basis , wie ein MoSi₂-Pt-Cermet . Vorzugsweise ist die Grundschicht (Haftvermittlungsschicht) aus einer Keramik-Platin-Druckpaste hergestellt. Weiter bevorzugt ist die Messelektrode aus einem Cermet-Grunddruck und einem Platin-Oberdruck gebildet. Die Messelektrode wird somit erfindungsgemäß vorzugsweise durch eine kombinierte Druck- technik hergestellt, wobei hierdurch eine Erhöhung der Haftung der Messelektrode am Keramikträger und eine Minimierung von unerwünschten Ablagerungen auf der Messelektrode erreicht werden .

Das erfindungsgemäß ausgebildete Sensorelement findet insbe- sondere bei allen Sensoren mit offenen Sensor-Kontaktmateria- lien, vorzugsweise bei einem Rußsensor (Soot Sensor), Verwen- dung. Die Messelektrode ist vorzugsweise als Interdigital- elektrode (Kammelektrode) ausgebildet.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Messelektrode zum An- legen einer Wechselspannung ausgebildet. Durch Beaufschlagung mit einer Wechselspannung im Betrieb der Messelektrode können unerwünschte Ablagerungen weiter minimiert werden.

Alternativ kann als Grundschicht auch eine glasgebundene Pla- tinpaste verwendet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Draufsicht auf das Sensorelement eines Interdigitalsensors und

Figur 2 einen vergrößerten Teilschnitt durch das Sensorele- ment der Figur 1.

Figur 1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf das Sensorelement 1 eines Interdigitalsensors, bei dem es sich beispielsweise um einen Rußsensor handelt. Die Messelektrode 2 ist bei diesem Sensorelement als Interdigitalelektrode oder Kammelektrode ausgebildet. Sie ist an einem Ende des zugehörigen Trägers 5 des Sensorelementes ausgebildet. Entsprechende Leiterbahnen der Messelektrode 2 erstrecken sich über einen mit einer Isolierung versehenen Bereich 3 bis in einen Kontaktbe- reich 4.

Die Messelektrode 2 ist als offene, dem Gasstrom, beispielsweise eines Abgassystems eines Dieselmotors, ausgesetzte Elektrode ausgebildet. Die entsprechenden Leiterbahnen sind auf den in Figur 2 dargestellten Träger 5 aufgebracht. Im

Einzelnen setzt sich dabei die Messelektrode 2 aus einem Cer- met-Grunddruck 6, der aus einer Keramik-Platin-Druckpaste hergestellt ist, und einem Platin-Oberdruck 7 zusammen. Die Messelektrode 2 ist somit durch eine kombinierte Drucktechnik hergestellt. Durch den Cermet-Grunddruck wird eine Erhöhung der Haftung der Messelektrode am Keramikträger erreicht, wäh- rend der Platin-Oberdruck zu einer Minimierung von unerwünschten Ablagerungen auf der Messelektrode sorgt.

Claims

Sensorelement für einen Sensor zur Detektion von in einem Gasstrom enthaltenen Substanzen, insbesondere von Rußpartikeln im Abgas einer Brennkraftmaschine mit einem Träger aus Keramik und einer auf dem Träger angeordneten, dem Gasstrom ausgesetzten offenen Messelektrode, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Messelektrode (2) eine auf dem Träger (5) angeordnete Grundschicht aus einem Keramik-Platin-Cermet und einer auf der Grundschicht angeordnete Deckschicht aus gesintertem Platin aufweist.

Sensorelement nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Grundschicht aus einer Keramik-Platin- Druckpaste hergestellt ist.

Sensorelement nach Anspruch 1 oder 2, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Messelektrode (2) aus einem Cermet-Grunddruck (6) und einem Platin- Oberdruck (7) gebildet ist.

Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Messelektrode (2) als Interdigitalelektrode ausgebildet ist .

Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Messelektrode (2) zum Anlegen einer Wechselspannung ausgebildet ist.